蔣興波，許 泰，劉德玉，劉心彪

(1.甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，甘肅 蘭州 730050；2.甘肅省地下水工程與地?zé)豳Y源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730050；3.隴東學(xué)院能源工程學(xué)院，甘肅 慶陽(yáng) 745000；4.青海師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院/青海省自然地理與環(huán)境過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810008)

西峰區(qū)集中供水起步于20世紀(jì)70年代，當(dāng)時(shí)以黃土塬潛水位為主，供水能力有限，普及率低。隨著城市化的進(jìn)程，集中供水水源發(fā)展為以巴家咀水庫(kù)水為主，由于極端干旱，出現(xiàn)水庫(kù)水源不足、水資源供不應(yīng)求的現(xiàn)象。2001年新建了巴家咀環(huán)河組地下水源地，但由于環(huán)河組砂巖富水性一般，地下水資源量有限，城市用水仍然得不到解決。目前，西峰區(qū)供水水源地共有3處，其中1處為地表水水源，2處為地下水水源，西峰區(qū)用水主要是巴家咀水庫(kù)地表水源，每年受雨洪影響不能正常供水，其次水質(zhì)得不到保障，供水能力不能滿足城市發(fā)展及能源基地的建設(shè)需要。為了解決西峰區(qū)生活用水和工業(yè)集中區(qū)用水的突出問題，開發(fā)以白堊系洛河組地下水為開采層位的水源地，對(duì)其水化學(xué)類型、同位素特征及水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)的研究勢(shì)在必行。

1 研究區(qū)概況

1.1 研究區(qū)范圍及地理位置

巴家咀水源地位于西峰區(qū)以西16 km蒲河河谷巴家咀段，北起黑河溝口，南至北石窟寺，東西分別達(dá)塬邊線，總面積約50 km2(圖1)。地理位置為東經(jīng)107°25′22″～07°35′30″，北緯35°36′50″～5°37′14″。水源地交通便利、地形平坦，具備良好的施工和用水條件，能夠解決西峰工業(yè)集中區(qū)建設(shè)用水突出問題。

圖1 巴家咀水源地交通位置圖

1.2 地質(zhì)構(gòu)造與地層巖性

巴家咀水源地處于鄂爾多斯地塊西南部，屬中生代內(nèi)陸拗陷盆地[1]。自中晚元古代以來基本上處于穩(wěn)定狀態(tài)，整體表現(xiàn)為垂直運(yùn)動(dòng)的上升與沉降，主要構(gòu)造為隴東盆地天環(huán)向斜南段環(huán)縣-涇川向斜(圖2)，北起環(huán)縣以北，南至涇川以南逐漸抬升而消失，向斜東翼寬緩，西翼窄陡，其它各種線性構(gòu)造不甚發(fā)育[2]。

圖2 隴東盆地構(gòu)造綱要圖

巴家咀水源地地層較為簡(jiǎn)單，主要有第四系(Q)和下白堊系保安群(K1)。下白堊系分布最為廣泛，其厚度大(800～1 000 m)、產(chǎn)狀平緩、展布范圍廣，隴東地區(qū)保安群分為宜君、洛河、華池、環(huán)河、羅漢洞、涇川六個(gè)巖組，其中涇川組在水源地范圍內(nèi)缺失，具有研究有意義的是環(huán)河組和羅漢洞組(圖3)。第四系從全新統(tǒng)至下更新統(tǒng)均有分布，成因上以風(fēng)積為主，次為沖積、沖洪積。

圖3 巴家咀水源地水文地質(zhì)剖面圖

2 地下水類型及賦水特征

根據(jù)巴家咀水源地地下水的埋藏條件及水動(dòng)力性質(zhì)，地下水可分為潛水及承壓水兩種類型[3-4]。水源地潛水分布在黃土塬和黃土梁峁：黃土殘塬區(qū)地下水目前已超采，地下水開采漏斗下降快，進(jìn)一步開發(fā)的潛力很??；黃土梁峁區(qū)潛水受地貌條件及溝谷切割，地下水的富水性差，沒有集中供水意義。

在巴家咀一帶，白堊系地下水的富集主要受控于含水介質(zhì)的巖相和巖性，總的規(guī)律是粗粒風(fēng)積相的洛河組相對(duì)富水，細(xì)粒河湖相的環(huán)河組富水性相對(duì)較弱。羅漢洞組地下水含水層孔隙度大，接受補(bǔ)給條件較好，但含水層厚度小，且被溝谷強(qiáng)烈切割，不利于地下水的富集，其集中供水意義不大；環(huán)河組承壓含水層泥質(zhì)含量高，富水性較弱，地下水可溶性總固體大，硫酸鹽含量大于2 000 mg/L,實(shí)際利用價(jià)值不大；洛河組含水層多以沙漠相沉積為主，孔隙裂隙發(fā)育，厚度大(埋深550～970 m，)，巖性為中粗、中細(xì)砂巖，泥質(zhì)含量少，水量豐富，水質(zhì)良好，在寧縣縣城、長(zhǎng)慶橋等地單井出水量3 000～5 000 m3/d，具備作為中型水源地的條件，是開采利用的的重點(diǎn)層位。

3 地下水水化學(xué)及同位素特征

3.1 水化學(xué)類型

選取巴家咀水源地區(qū)內(nèi)的河水、水庫(kù)水、黃土潛水、羅漢洞泉水、環(huán)河組井水及洛河組井水進(jìn)行水化學(xué)測(cè)試分析(表1)。為了深入認(rèn)識(shí)巴家咀水源地水體化學(xué)特征，將表1測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以餅狀圖形式反應(yīng)其特點(diǎn)(圖4)。從表1和圖4可以發(fā)現(xiàn)，河流和水庫(kù)兩種地表水的陽(yáng)離子和陰離子含量總體高于地下水，化學(xué)類型為Na+·Mg2+-SO42-·Cl-；黃土潛水為低礦化水，陰離子主要為HCO3-，SO42-和Cl-含量可以忽略不計(jì)，陽(yáng)離子主要為Ca2+，Mg2+次之，水化學(xué)類型主要為Ca2+·Mg2+-HCO3-型；白堊系各組地下水總體上隨著埋深的增加呈現(xiàn)規(guī)律性變化：HCO3-、Mg2+等離子濃度顯著減少，Cl-、SO42-、Na++K+等離子濃度增加，Ca2+濃度變化不明顯，羅漢洞組地下水化學(xué)類型Na+·Mg2+-HCO3-·SO42-，隨著地下水埋深增加，水-巖相互作用進(jìn)一步加強(qiáng)，陽(yáng)離子演化為Na++Mg2+，陰離子主要為SO42-，水化學(xué)類型演化為Na+·Mg2+-SO42-·HCO3-型。

另外，由表1也可以看出，河水和水庫(kù)水的可溶性總固體相等，均在1 g/L；黃土潛水可溶性總固體小于0.5 g/L；羅漢洞組地下水可溶性總固體小于1 g/L；環(huán)河組地下水明顯具有多個(gè)含水層，不同含水層地下水可溶性總固體變化大，總體上淺層地下水可溶性總固體在1 g/L左右，深層地下水可溶性總固體介于2～4 g/L；洛河組地下水可溶性總固體約1 g/L，隨著埋深略有下降的趨勢(shì)[5]。

表1 巴家咀水源地水化學(xué)特征

同時(shí)，黃土潛水、羅漢洞地下水、環(huán)河組地下水及洛河組地下水水化學(xué)類型在三角圖上具有明顯的分帶性特點(diǎn)(圖5)。

圖4 巴家咀水源地水化學(xué)主要離子含量

圖5 巴家咀水源地水體水化學(xué)三角圖

3.2 同位素特征

巴家咀水源地黃土潛水、羅漢洞含水層地下水δ18O比環(huán)河含水層和洛河含水層地下水富集明顯，而環(huán)河含水層和洛河含水層地下水的δ18O相差并不大。同位素的這些特征表明環(huán)河組含水層和洛河組含水層地下水更多的保存著較冷或補(bǔ)給高程相對(duì)較高的地下水，而黃土潛水、羅漢洞含水層地下水由于受現(xiàn)代大氣降水補(bǔ)給的影響，重同位素相對(duì)富集。

地下水14C年齡測(cè)試進(jìn)一步證實(shí)了上述認(rèn)識(shí)，環(huán)河含水層和洛河含水層地下水14C年齡在20 000～31 000 a之間，白堊系各層之間同一層中不同含水段地下水的年齡相差數(shù)千年，表明地下水交替徑流慢，更新能力差，同時(shí)，也表明各含水層或含水段間垂向上水力聯(lián)系較弱，地下水主要以順層流動(dòng)為主。

圖6 環(huán)河組地下水87Sr/86Sr圖

地下水的87Sr/86Sr比值往往與接觸的巖石礦物的87Sr/86Sr比值相似,從環(huán)河組地下水87Sr/86Sr與埋深關(guān)系(圖6)可以看出：地下水的87Sr/86Sr值均大于現(xiàn)代海水的87Sr/86Sr平均值(0.709 073),地下水的87Sr/86Sr值總體上隨著埋藏深度的增加而增加，這表明有后期“放射性鍶”加入,地下水與巖石相互作用的強(qiáng)烈。

4 地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)

依據(jù)我國(guó)地下水水質(zhì)現(xiàn)狀、人體健康基準(zhǔn)值及地下水質(zhì)量保護(hù)目標(biāo)，參照生活飲用水、工業(yè)、農(nóng)業(yè)用水水質(zhì)最低要求，將地下水質(zhì)量劃分為五類(表2)。選取巴家咀水源地Q5、Q72011、Q72010三個(gè)抽水孔的水樣為監(jiān)測(cè)對(duì)象，以國(guó)家現(xiàn)行的《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848-93)和生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB 5749-2006)作為評(píng)價(jià)依據(jù)，選擇29個(gè)指標(biāo)對(duì)白堊系洛河組地下水進(jìn)行初步評(píng)價(jià)(表2)。

從采集樣品的測(cè)試結(jié)果(表2)可以看出，除硫酸鹽、pH值、砷外其余各項(xiàng)指標(biāo)均到達(dá)生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)。巴家咀水源地洛河組地下水單項(xiàng)組分pH值、硫酸鹽及亞硝酸鹽超過Ⅲ類地下水標(biāo)準(zhǔn)，其中硫酸鹽含量大于350 ml/L,屬V類地下水，pH值及亞硝酸鹽含量均為Ⅳ類地下水，其余各檢測(cè)指標(biāo)均滿足Ⅲ類地下水標(biāo)準(zhǔn)值。地下水綜合評(píng)價(jià)Q5、Q72011得分7.14，Q72010得分7.12，均屬“較差(Ⅰ類)水”。白堊系洛河組深層地下水主要由于硫酸鹽含量過大，按地下水質(zhì)量級(jí)別劃分屬于“較差(Ⅰ類)水”。

表2 地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及水質(zhì)常規(guī)指標(biāo)檢測(cè)值

5 結(jié)語(yǔ)

(1)巴家咀水源地黃土潛水、羅漢洞、環(huán)河組及洛河組地下水化學(xué)類型具有明顯的分帶性，白堊系各組地下水總體上隨著埋深增加，HCO3-、Mg2+等離子濃度顯著減少，Cl-、SO42-、Na++K+等離子濃度增加，Ca2+濃度變化不明顯，水化學(xué)類型最終在洛河組演化為Na+·Mg2+-SO42-·HCO3-型。

(2)穩(wěn)定同位素特征表明環(huán)河組和洛河組含水層保存著較冷或補(bǔ)給高程相對(duì)較高的地下水，而黃土潛水、羅漢洞含水層重同位素相對(duì)富集。14C年齡顯示地下水交替徑流慢，更新能力差，各含水層或含水段間垂向上水力聯(lián)系較弱，地下水主要以順層流動(dòng)為主。后期放射性鍶的加入表明地下水與巖石相互作用強(qiáng)烈。

(3)巴家咀水源地白堊系洛河組深層地下水埋藏深度厚，洛河組地下水質(zhì)量屬“較差(Ⅰ類)水”，除硫酸鹽、pH值和砷超標(biāo)外，其余各項(xiàng)指標(biāo)均到達(dá)生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)，是良好的生活用水，具備作為中型水源地的條件。