孔德秀

(廣東省地質(zhì)調(diào)查院，廣東 廣州 510080)

近年來珠江三角洲地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)高速發(fā)展、人口不斷增加，“三廢”不合理排放等問題不斷加劇，地表水和表層底質(zhì)污染日趨嚴(yán)重[1～2]，珠江三角洲大部分地區(qū)淺層地下水體已受到不同程度的污染[3]。目前該區(qū)地下水研究旨在查明區(qū)域性的淺層地下水水質(zhì)和污染概況，系統(tǒng)開展地下水循環(huán)機(jī)制研究鮮少報(bào)道，尤其針對(duì)不同地下水類型的研究基本空白。而地下水埋藏條件與水化學(xué)特征是水循環(huán)機(jī)制研究的重要基礎(chǔ)[4～6]，對(duì)其進(jìn)行單獨(dú)研究勢在必行。地下水化學(xué)類型與地形地貌[7]、地層巖性[8]、沉積成因以及水文等因素均有密切關(guān)系。本次選取珠三江重要產(chǎn)業(yè)基地作為研究對(duì)象。通過采集不同含水層的地下水樣品，利用鉆探及測試分析資料繪制水文地質(zhì)剖面圖、piper三線圖[9]、離子比例系數(shù)[10]等研究該區(qū)含水層巖性、結(jié)構(gòu)特征，分析不同類型地下水水化學(xué)類型分布及形成作用。為進(jìn)一步研究水循環(huán)機(jī)制、地下水污染成因等作好鋪墊、提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于珠江三角洲中下游，跨越龍江 －順德－中山，包括龍江鎮(zhèn)、佛山市順德大部分地區(qū)和中山民眾等地，是珠江三角洲制造業(yè)基地之一，工業(yè)發(fā)展迅速。地貌主體為河網(wǎng)發(fā)育平原區(qū)、地勢低平，地處寒武系變質(zhì)砂頁巖殘丘邊緣，第四系埋深自西部向東南方向逐漸變深，地下水徑流總體沿江向出?？诹鲃?dòng)，由于地勢平坦，地下水徑流較為緩慢。區(qū)內(nèi)氣候溫暖濕潤，雨量充沛，年降雨量 1 617.9～1 649.9 mm，1月份平均氣溫 13.1℃ ～13.3℃，7 月份平均氣溫25.0℃ ～28.7℃。該地段位于珠江三角洲出?？谖鱾?cè)，地表水體屬西江水系、區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件復(fù)雜，受潮汐影響嚴(yán)重、易受洪水威脅。

2 采樣及測試方法

2.1 樣品采集情況

依托珠江三角洲地區(qū)地下水污染調(diào)查評(píng)價(jià)項(xiàng)目野外調(diào)查及樣品測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，該區(qū)共采集樣品169組。其中上層滯水(人工開挖取水坑)樣 123組，揭露深度 0.6～4.2 m、平均 1.29 m，靜止水位 0 ～0.9 m、平均 0.28 m，取樣深度在靜止水位以下 0.2～0.5之間;潛水(民井)樣20組，揭露深度 2.12 ～7.95 m、平均 5.29 m，靜止水位 0.3 ～3.1 m、平均1.44 m，取樣深度在靜止水位以下0.5 m左右;承壓水(鉆孔)樣 26 組，揭露深度 9.7～60.5 m、平均 36.83 m，靜止水位 0.63 ～4.93 m、平均 1.85 m，取樣平均深度為 24.64 m。

2.2 樣品測試

現(xiàn)場觀測項(xiàng)目包括地下水位、水溫、Ec、Eh、PH值。樣品水化學(xué)分析由廣東省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心完成，分析質(zhì)量要求及監(jiān)控辦法參照中國地質(zhì)調(diào)查局相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。K+、Na+、Ca2+、Mg2+等主要離子采用 OPTIMA 2000DV離子光譜儀分析;碳酸氫根 HCO3－、碳酸根 CO32－、氯離子 Cl－采用容量法;硫酸根SO42－采用硫酸鋇比濁法;溶解性總固體TDS采用105℃、180℃干燥重量法。

3 數(shù)據(jù)分析與討論

3.1 埋藏條件

人工開挖取水坑揭露的上層滯水樣點(diǎn)處于不同的微地貌單元，大部分樣點(diǎn)與周圍河、渠、污水溝、水塘等距離較近，水力聯(lián)系密切、儲(chǔ)水通道可能互通。水體主要分布于砂層中的粘土夾層上，含水層巖性多為淤泥質(zhì)粉細(xì)砂，水位埋深較淺(靜止水位0～0.9米)，基本與周邊地表水體持平。由于接近地表和分布局限，季節(jié)性變化大，易受到大氣降水、地表水體的影響，容易被污染。

本次調(diào)查該區(qū)域20個(gè)民井，75%以上的民井仍然在使用、個(gè)別還作為飲用水源。揭露的含層巖性多為淤泥質(zhì)粉細(xì)砂、粉細(xì)砂和細(xì)砂為主，水位埋深淺。潛水層以上沒有連續(xù)的隔水層，潛水面可自由升降，不承壓或都局部承壓，同時(shí)可直接得到降水，地表水通過包氣帶的下滲補(bǔ)給，潛水位比上層滯水稍微穩(wěn)定，但也容易受到當(dāng)?shù)貧夂蛴绊懚竟?jié)性變化，也容易受污染。

該區(qū)施工的26個(gè)鉆孔中，僅2個(gè)未揭露明顯含水層，其余鉆孔均揭露到不同厚度的含水層。其中，龍山鎮(zhèn)臺(tái)地周邊施工的鉆孔揭露2～4層微承壓－承壓含水層，水量相對(duì)較大的含水層一般位于風(fēng)化殘積土上部的承壓含水層，巖性以河床相的細(xì)砂、中細(xì)砂為主，局部為礫石，頂板埋深10.0～32.8 m，厚度 4.6 ～23.5 m;水量貧乏的含水層巖性以淤泥質(zhì)粉細(xì)砂、粉細(xì)砂和細(xì)砂為主，相對(duì)隔水層巖性主要為淤泥、淤泥質(zhì)土和粘性土。順德區(qū)容桂鎮(zhèn)和中山小欖鎮(zhèn)臺(tái)地和殘丘周邊施工的2個(gè)鉆孔，未揭露明顯含水層，第四系厚度分別為7.3 m、7.6 m。其余揭露1～2個(gè)含水層，第一含水層頂板埋深 6.6 ～11.3 m，厚度 2.9 ～18.0 m，巖性為礫砂和中砂，中細(xì)砂為主，局部含粉細(xì)砂和粘性土薄層，水量中等;第二含水層巖性為中砂，分選較差，水量貧乏;

在其它河網(wǎng)發(fā)育平原區(qū)(包括順德北滘、龍江、中山黃圃區(qū)、三角鎮(zhèn)等地)施工鉆孔一般揭露2～3個(gè)含水層，頂板埋深 14.5～43.7 m，厚度一般 1.1 ～22.0 m。巖性以中粗砂、中細(xì)砂、礫砂、卵礫石為主，水量貧乏 －中等，地下水礦化度為4.3 ～24.5 g/L。

在洪奇瀝水道中下游平原區(qū)民眾鎮(zhèn)施工的鉆孔揭露含水層頂板埋深 16.5 ～48.6 m，厚度為 3.6 ～20.9 m，巖性主要為細(xì)砂、中細(xì)砂，局部為礫砂，水量中等 －豐富，地下水礦化度為11.9～26.9 g/L。隔水層巖性為淤泥和淤泥質(zhì)土。

3.2 水化學(xué)類型及參數(shù)特征統(tǒng)計(jì)

Piper三線圖及相關(guān)統(tǒng)計(jì)(見表1)表明，不同類型的地下水水各參數(shù)離子濃度及水化學(xué)類型差異明顯。

上層滯水樣品水化學(xué)類型與礦化度變化都較大，水化學(xué)類型達(dá)11種之多，主要為 HCO3－Ca型(占 42.20%)、HCO3·Cl－Na·Ca型(占 15.60%)和 HCO3－Na·Ca型(占14.68%)。各離子濃度相對(duì)較低，離子濃度整體表現(xiàn)為Ca2+＞K++Na+＞Mg2+，HCO3－＞SO42－＞Cl－。陽離子中Ca2+＞占主要優(yōu)勢，濃度最大值為476.00 mg/L，最小值為13.70 mg/L。礦化度 0.125 ～ 2.305 g/L、均值 0.690 g/L，其中淡水(＜1 g/L)98組占79.67%、微咸水(1～3 g/L)25組占20.33%。

表1 地下水水化學(xué)參數(shù)特征值統(tǒng)計(jì) mg/L

潛水樣20組，揭露水化學(xué)類型2種。其中HCO3－Ca型水占65%、HCO3—Na·Ca型水占35%。各離子濃度相對(duì)較低，離子濃度表現(xiàn)為 Ca2+＞K++ Na+＞Mg2+，HCO3－＞SO42－＞Cl－。陽離子中 Ca2+占主要優(yōu)勢，濃度最大值為128.72 mg/L，。礦化度 0.236 ～0.838 g/L，均值 0.599 ＜1 g/L，屬于淡水。

承壓水樣26組，揭露水水化學(xué)類型有5種，其中 Cl－Na型占 66.67% 、Cl－ Na·Ca型占 13.33% 、HCO3·Cl－ Na·Ca型占 10.00% 、SO4·Cl－ Na型占 6.67%、HCO3·Cl－ Ca型占3.33%。各離子濃度明顯高于上層滯水和潛水，離子濃度表現(xiàn)為K++Na+＞ Ca2+＞Mg2+，Cl－＞HCO3－＞SO42－。陽離子中K++Na+占主要優(yōu)勢，陰離子中Cl－占主要優(yōu)勢，Cl－濃度最大值為 14 954.90 mg/L，最小值為 14.29 mg/L。礦化度 0.457 ～26.868 g/L、均值10.174 g/L，其中淡水(＜1 g/L)占 13.33% 、微咸水(1～3 g/L)占 6.67%、半咸水(3 ～10 g/L)占 16.67%，咸水(＞10 g/L)占63.33% ，以咸水為主。

3.3 參數(shù)相關(guān)性及形成作用

據(jù)相關(guān)研究，離子間的相互關(guān)系對(duì)判斷地下水來源和形成作用有很好的指導(dǎo)意義。Cl－、Na+含量與溶解性總固體之間的相關(guān)關(guān)系可推測地下水是蒸發(fā)濃縮的產(chǎn)物還是鹽類礦物溶解的結(jié)果[11]。鈉氯系數(shù)(γNa/γCl)可以判斷地層水的來源、濃縮變質(zhì)作用程度及水動(dòng)條件等[12]。通常，標(biāo)準(zhǔn)海水的 γNa/γCl平均值為 0.85 ～ 0.87[13]，巖鹽層溶濾形成的地層水 γNa/γCl大約為1，受大氣降水淋濾用作用影響的地層水γNa/γCl一般大于1，經(jīng)過陽離子交替吸附和強(qiáng)烈的水 －巖相 相 互 作 用 的 沉 積 水 γNa/γCl〈0.87[13]。鈣 鎂 系 數(shù)，若(γCa+Mg/γHCO3+SO4＞ ＞ 1，指示 Ca2+和 Mg2+主要來源于碳酸鹽礦物的溶解;若 γCa+Mg/γHCO3+SO4＜ ＜1，則指示Ca2+和Mg2+主要來源于硅酸鹽或硫酸鹽礦物的溶解;若γCa+Mg/γHCO3+SO4大約為 1，則指示既有硅酸鹽的溶解，又有碳酸鹽的溶解[14－15]。經(jīng)歷了濃縮作用。

圖1 γCa+Mg/γHCO3+SO4系數(shù)

圖2 承壓水 Cl－與 Na+濃度隨 TDS變化

4 結(jié)語

上層滯水，65%的樣品鈉氯系數(shù)大于0.87，反映了大氣降水巖鹽淋濾成因;35%的樣品鈉氯系數(shù)小于0.87，表明發(fā)生了陽離子交替吸附與強(qiáng)烈的水巖反應(yīng)過程。Cl－、Na+與TDS基本無線性關(guān)系。但鈣鎂系數(shù)(γCa+Mg/γHCO3+SO4)在 0.25～2.12 之間(見圖 1)，均值為 1，大部分等于 1或者在1附近，表明該類型地下水大部分既有硅酸鹽的溶解，又有碳酸鹽的溶解。

潛水，80%的樣品鈉氯系數(shù)大于1，反映受大氣降水淋濾作用影響;20%的鈉氯系數(shù)小于0.87，表明發(fā)生了陽離子交替吸附與強(qiáng)烈的水巖相互作用。Cl－、Na+與 TDS無明顯的線性關(guān)系。鈣鎂系數(shù)(γCa+Mg/γHCO3+SO4)在 0.78～1.03之間(圖1)，均值為0.92，表明該類型地下水大部分既有硅酸鹽的溶解，又有碳酸鹽的溶解。

承壓水，62%的樣品鈉氯系數(shù)小于0.87，表明發(fā)生了陽離子交替吸附與強(qiáng)烈的水巖相互作用。鈣鎂系數(shù)(γCa+Mg/γHCO3+SO4)在 0.52～384.50之間，變化較大，65% 的樣點(diǎn)鈣鎂系數(shù)遠(yuǎn)大于1，推斷Ca2+和Mg2+來源中碳酸鹽的溶解占主導(dǎo)作用。同時(shí)Cl－與TDS之間呈現(xiàn)極好的線性關(guān)系(見圖2)，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.981，說明該地區(qū)大部分承壓水為蒸發(fā)濃縮的產(chǎn)物和鹽類礦物溶解結(jié)果[12];Na+與 TDS也呈現(xiàn)出極好的線性關(guān)系(見圖2)，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.987，也說明水體

(1)上層滯水處于不同的微地貌單元，含水層巖性多為淤泥質(zhì)粉細(xì)砂，揭露深度淺、與周圍水體水力聯(lián)系密切、水位埋深基本與附近地表水體持平，上層滯水水化學(xué)類型復(fù)雜，水化學(xué)特征多變;潛水含層巖性以粉細(xì)砂、細(xì)砂為主，水位相對(duì)穩(wěn)定，但水位埋深也較淺。由于埋深淺上層滯水和潛水容易受到污染。不同地區(qū)鉆孔揭露的第四系厚度、承壓含水層巖性、含水量等均有所不同。

(2)上層滯水水化學(xué)類型種類較多、礦化度變比較大;潛水和承壓水水化學(xué)類型種類相對(duì)少，潛水僅出現(xiàn)2種水化學(xué)類型。該區(qū)地下水由淺至深有明顯的變化特點(diǎn):(1)從類型看，淺層地下水(包括上層滯水)水化學(xué)類型以 HCO3－Ca型、HCO3—Na·Ca型為主;而鉆孔揭露的承壓水水化學(xué)類型以Cl－Na為主。②各離子含量，淺層地下水主要優(yōu)勢陽離子和陰陰離分別為 Ca2+和離子 HCO3－離子，各離子濃度值相對(duì)較底，大部分礦化度＜1 g/L為淡水;而鉆孔揭露的承壓水水化學(xué)類型以 Cl－Na為主，陽離子 K++Na+和陰離子Cl－占主要優(yōu)勢，各離子濃度值明顯高于上層滯水和潛水，咸水(＞10 g/L)占了 60%以上，礦化度最高值達(dá)到 26.868 g/L，平均 10.17 g/L。③形成作用，淺層地下水 Cl－、Na+與TDS無明顯的線性關(guān)系，鈉氯系數(shù)與鈣鎂系數(shù)反映了主要受大氣降水淋濾作用影響;大部分既有硅酸鹽的溶解，又有碳酸鹽的溶解。而鉆孔揭露的承壓水Cl－和Na+與TDS之間呈現(xiàn)極好的線性關(guān)系(相關(guān)系數(shù)均達(dá)到0.98以上)，說明大部分承壓水為蒸發(fā)濃縮的產(chǎn)物和鹽類礦物溶解結(jié)果;鈉氯系數(shù)表明該類型水體發(fā)生了陽離子交替吸附與強(qiáng)烈的水巖相互作用;鈣鎂系數(shù)推斷 Ca2+和 Mg2+來源中碳酸鹽的溶解占主導(dǎo)作用。

(3)平面上從低山區(qū)到丘陵、平原區(qū)，水化學(xué)類型具有一定的分帶性，依次為 HCO3－HCO3·Cl― HCO3·SO4― SO4·Cl―Cl型水變化特點(diǎn)。陽離子分布與巖性關(guān)系密切，一般在花崗巖地區(qū)鈉離子較多，碳酸鹽巖地區(qū)鈣、鎂離子較多。

總體而言，由于易遭受自然環(huán)境變化和人類活動(dòng)影響，地質(zhì)歷史上三次海侵海退的影響，在地層中殘留大量鹽份，經(jīng)降雨及地表水入滲的影響，局部淺層地下水逐漸淡化，但因地勢平坦、地表多為粘性土覆蓋，地下徑流緩慢，使自然淡化速度向深部趨于減弱，地下水中氯、鈉離子和礦化度隨著含水層埋藏深度的增加有著明顯的遞增，局部為上淡下咸水的雙層結(jié)構(gòu)。地下水化學(xué)類型與地形地貌、地層巖性、沉積成因以及水文等因素均有密切關(guān)系。研究該區(qū)域的含水層巖性、結(jié)構(gòu)特征，分析不同類型地下水水化學(xué)類型分布及形成作用。為進(jìn)一步研究水循環(huán)機(jī)制、地下水污染成因等提供依據(jù)。

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