（环境工程专业论文）盐池地区地下水化学成分演化规律研究.pdf

摘要 宁夏回族自治区盐池县是我国北方水资源比较贫乏的地区之一，地下水资源是该地 区的主要供水水源。但该地区地下水的t d s 高，水质整体较差，并且氟离子含量高， 导致了地方病的发生。针对该地区水资源短缺、水质差以及地方病广泛发生的情况，本 文在收集整理分析资料的基础上，研究了盐池地区地下水化学演化规律及其形成机制。 研究成果为地下水资源合理开发利用、地下水的污染防治以及地方病的防治提供了科学 依据。这对于保证当地经济的可持续发展、缓解水资源短缺矛盾，保护盐池地区地下水 资源具有重要的意义。主要研究内容和结论如下： ( 1 ) 研究区地下水可分为松散岩类孔隙裂隙孔隙水和碎屑岩类裂隙孔隙水两大类 型。主要含水岩组包括新生界含水岩组、罗汉洞含水岩组、环河含水岩组以及洛河组含 水岩组，各含水岩组的地下水的补给、径流及排泄条件受到了地质、地貌条件的控制。 ( 2 ) 在对研究区地形地貌、水文地质条件及水循环特征进行分析的基础上，将区 内地下水划分为三个系统，分别为：高沙窝一大水坑地下水系统、盐池一马坊地下水系 统以及麻黄山地下水系统。 ( 3 ) 盐池地区新生界、罗汉洞及环河含水岩组地下水化学类型从上至下分别以 s 0 4 h c 0 3 型、s 0 4 c l 型和s 0 4 c l 型为主。新生界含水岩组和罗汉洞含水岩组的地下水 化学成分受盐池南北分水岭的影响较大，以分水岭为界，地下水分布向东西两侧呈规律 性交化；环河含水岩组的地下水化学分布总体上由南向北呈规律性变化。 ( 4 ) 研究区内地下水的8 1 s o 、8 d 同位素特征表明：盐池地区三个含水岩组的地下 水均由大气降水补给；各层位地下水中h c 以及氚含量的测定结果证实，环河含水岩组 的地下水径流缓慢，水交替程度较弱。 ( 5 ) 利用p h r e e q c 对水化学分析数据进行了水文地球化学模拟。对地下水组分 存在形式和矿物饱和指数进行了计算；同时沿地下水流向，对各含水岩组进行了反向地 球化学模拟。模拟结果显示：在各含水岩组的地下水径流方向上，石膏的溶解和阳离子 交替吸附过程中n a + 的解吸占主导地位，而方解石、白云石以及岩盐等矿物在不同的路 径上对地下水中化学成分都有着不同的影响。 ( 6 ) 盐池地区地下水化学成分的影响因素主要包括地质及水文地质条件、蒸发浓 缩作用、土壤易溶盐含量以及水一岩相互作用等。对地下水中氟离子成因的研究表明， 气候条件、特殊的水文地质条件以及水文地球化学特征的影响是形成高氟水的主要原 因，并证明了萤石为f 的主要矿物来源。论文最后对在高氟水区寻找优质水源提出了建 议。 关键词：水文地球化学，地下水循环，水化学演化，同位素，水文地球化学模拟，盐池 地区 a b s t r a c t i nt h en o r t ha r e ao fc h i n a , w a t e rr e s o u r c ei so n eo ft h em a i nr e s t r i c t so f d e v e l o p m e n ta n d e n v i r o n m e n t t h e r ei ss c a r c eo fw a t e ri ny a n c h ia r e a ，w h e r eg r o u n d w a t e ri so n eo fm a j o r w a t e rs u p p l i e s i nt h i sa r e a , t h ei n d e xo ft d si sh i g h e r , t h ew a t e rq u a l i t yi sw o r s e ，a n dt h e f l u o r i n ei o nc o n s e n t r a t i o ni sh i g h ，t h e s er e a s o n sc a u s e dt h ee n d e m i cd i s e a s eo c c u r r e n c e b a s e do nf i e l ds u r v e ya n da n a l y s i so ft h eg r o u n d w a t e rc h e m i s t r yd a t a , t h i sp a p e rs t u d i e dt h e h y d r o c h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fg r o u n d w a t e ri ny a n c h ia r e a t h ee v o l u t i o na n df o r m a t i o no f c h e m i c a lc o m p o s i t i o no fg r o u n d w a t e rw e r ea n a l y z e da n dd i s c u s s e di n d e t a i l t h er e s e a r c h r e s u l t sp r o v i d e ds c i e n t i f i cb a s ef o rr e a s o n a b l e e x p l o r a t i o n ，u t i l i z a t i o na n dp r o t e c to f g r o u n d w a t e rr e s o u r c e s ，w h i c hw a ss i g n i f i c a n tt o m i t i g a t et h es h o r t a g eo fw a t e rr e s o u r c e s t h e r e s u l t sa r es u m m a r i z e da sf o l l o w i n g ： ( 1 ) t h eg r o u n d w a t e ri sd i v i d e dt op o r ea n dc r e v i c ew a t e ri nl o o s er o c kz o n ea n dc r e v i c e a n d p o r ew a t e ri nf r a g m e n t a r yr o c kz o n e ，t h em a i nw a t e rb e a r i n gl a y e r sa r et h ew a t e rb e a r i n g l a y e ro fc e n o z o i ce r a t h e m ，l u o h a n d o n g ，h u a n h ea n dl u o h e t h ec o n d i t i o n so fr e c h a r g e 、 f l o wa n dd r a i n a g eo fg r o u n d w a t e ra r ec o n t r o l l e db yt h eg e o l o g ya n dt e r r a i nc o n g d i t i o ni n e v e r yw a t e rb e a r i n gl a y e r ( 2 ) b a s e do nt h ec h a r a c t e ro fp h y s i o g n o m y 、h y d r o g e o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i ca n dt h e c h a r a c t e ro fw a t e rc y c l e ，t h i sg r o u n dw a t e rs y s t e mc a nb ed i v i d e dt ot h r e es e c t i o n s ：t h e g a o s h a w o - - d a s h u i k e n gg r o u n d w a t e rs y s t e m ，t h ey a n c h i - - m a f a n gg r o u n d w a t e rs y s t e m ；a n d t h em a h u a n gh i l lg r o u n d w a t e rs y s t e m ( 3 ) t h ew a t e r t y p eo ft h et h r e ew a t e rb e a r i n gl a y e ri ss 0 4 h c 0 3 ，s 0 4 c ia n ds 0 4 c i i n t h ew a t e rb e a r i n gl a y e ro fc e n o z o i ce r a t h e ma n dl u o h a n d o n g ，t h e i rd i s t r i b u t i o no f g r o u n d w a t e ri si n f l u e n t e db yt h en o r t ha n ds o u t hw a t e r s h e d , a l o n gt h ew a t e r s h e d ，t h e d i s t r i b u t i o nh a v es o m er o l e s ；b u t ，t h ed i s t r i b u t i o no fg r o u n d w a t e ri n t h ew a t e rb e a r i n gl a y e ro f h u a n h eh a v es o m er u l e sf r o ms o u t ht on o r t h ( 4 ) b ya n a l y z ! n gi s o t o p e8 1 s 0 、8 do ft h eg r o u n d w a t e ri ny a n c h ia r e a , t h ec o n c l u s i o n s a r eo b t a i n e dt h a tt h eg r o u n d w a t e ri sm a i n l yr e c h a r g e db yp r e c i p i t a t i o n ；a n db ya n a l y z i n g i s o t o p e1 4 ca n dt r i t i u mc o n s e n t r a t i o n ，t h es t r e a mc u r r e n ti ss l o w l ya n dt h ee x t e n to ft h ew a t e r a l t e r n a t i o ni sw e a ki nt h ew a t e rb e a r i n gl a y e ro fh u a n h e ( 5 ) a c c o r d i n gt ot h er e s u l to fp h r e e q cm o d e l e dr e s u l t s ，t h ec h e m i c a ls p e c i e si n g r o u n dw a t e ra n ds a t u r i o ni n d e x e so fm i n e r a l sa r eo b t a i n e d ，a n dt h eb a c k w a r dg e o c h e m i c a l m o d e lw a sc a r r i e do nd i f f e r e n tp h y s i o g n o m i e sa l o n gt h ef l o wd i r e c t i o no fg r o u n d w a t e r t h e r e s u l t ss h o w e dt h a t ：t h ed i s s o l u t i o no fg y p s u ma n dd e s o r p t i o no fn a + i st h em a i ne f f e c ti nt h e t h r e ed i f f e r e n tw a t e rb e a r i n gl a y e r s ，a n dt h eo t h e rm i n e r a l sh a v ed i f f e r e n ti n f e c t i o nf o rt h e c h e m i c a lc o m p o s i t i o no f g r o u n d w a t e r ，s u c ha sc a l c i t e ，d o l o m i t e ，h a l i t ee t c ( 6 ) t h ei n f l u e n c eo ft h ec h e m i c a lc o m p o n e n ti ng r o u n d w a t e ri ny a n c h ia r e ac o n t e n t ：t h e c o n d i t i o no fg e o l o g ya n dh y d r o g e o l o g y , t h ea c t i o no fe v a p o r a t i o na n dc o n c e n t r a t e ，t h e c o n c e n t r a t i o no fs a l t ys o i la n dt h ew a t e r - r o c ki n t e r a c t i o n t h i sa r t i c l ee m p h a t i c a l l yc o n d u c t s t h ea n a l y s i sr e s e a r c ht of l u o r i n ei o no r i g i ni n t h eg r o u n d w a t e ro fy a n c h ia r e a f i n a l l y i n d i c a t e d ，i nt h i sg r o u n d w a t e rf l u o r i n ee x c e e d i n gt h ea l l o w e df i g u r ep r i m a r yc a u s ei n c l u d e s ： t h ei n f l u e n c eo fg e o l o g yh y d r o g e o l o g i c a lc o n d i t i o n s ，m i n e r a ld i s s o l u t i o no rd e p o s i t i o na n d h y d r o c h e m i c a l f i n a l l y , s e e k st h ew a t e rs o u r c ei nt h eh i g l lf l u o r i n ew a t e rd i s t r i c t ，p r o p o s e d s u g g e s t i o nf o rc h a n g i n gt h ew a t e rq u a l i t y k e y w o r d s ：h y d r o c h e m i c a l ，g r o u n d w a t e rc i r c u l a t i o n ，i s o t o p e ，h y d r o c h e m i c a lm o d e l i n g ， t h ee v o l u t i o no fc h e m i c a lc o m p o s i t i o no fg r o u n d w a t e r ，t h ey a n c h ia r e a 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任 何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 累研 论文知识产权权属声明 砷年钼，日 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 导师签名： 袤畸 致匀 砷年e 月日 川年艿月1 日 长安大学硕士学位论文 1 1 选题依据和研究意义 第一章绪论 盐池县位于宁夏回族自治区东部，与陕西、甘肃、内蒙古交界，属鄂尔多斯台地向 黄土高原过渡地带，自古就有“灵夏肘腋、环庆襟喉 之称，区内有着丰富的煤炭油气 资源。但该区四季少雨多风，气候干燥，年均降水量在2 0 0 m m 左右，年蒸发量达2 1 0 0 r a m ， 水资源十分贫乏。根据2 0 0 5 年调查资料显示，盐池地区用于农牧业生态及人畜饮用等 方面的地表水资源基本上没有，地下水开采量为1 6 7 2 3 3 x 1 0 4 m 3 a ，绝大部分水质较差， 有8 1 的村属于氟病区，地下水t d s 在3 9 l 左右，含氟量均在i i i 级地下水质量标准以 上，有随严重超标，氟病区人口占全县人口的8 0 。为了解决当地居民的生产、生活用 水，为该区丰富资源的开发寻找水源，中国地质调查局组织相关单位对包括盐池地区在 内的鄂尔多斯盆地进行了地下水资源调查，本文即是在该项目调查资料的基础上完成 的。 论文在对研究区地质及水文地质资料进行整理分析的基础上，根据地下水位实测资 料，研究了各含水岩组地下水的循环规律；根据水质分析结果，分析了地下水化学成分 的统计特征及空间变化规律：使用同位素方法及水文地球化学模拟等先进的方法手段， 探讨了地下水的补给来源、循环条件及地下水化学成分的形成机制。文章最后对盐池地 区地下水化学成分的影响因素进行了分析，指出该区地下水的化学成分的形成主要受到 了地质水文地质条件、蒸发浓缩作用、地表易溶盐含量及水一岩作用的影响。论文的研 究成果将对盐池地区地下水资源的合理开发利用提供基础资料，为该区水资源的保护及 优质地下水资源的寻找提供科学的依据。 1 2 国内外研究现状及存在问题 1 2 1 研究现状 水文地球化学是水文地质学的一部分，它是在水文地质学与地球化学基础上发展起 来的，以地下水化学成分的形成以及各种化学元素在其中迁移、富集与分散规律作为主 要研究内容的一门学科【。 国内外对水体化学演化的研究方法和手段概括起来有三种：( 1 ) 野外调查。通过 野外调查可以认识化学组分的时空变化特征，水岩介质特征，地球化学条件，水动力条 第一章绪论 件，并从理论上对组分的形成做出推断。( 2 ) 水化学数据资料分析。在地下水系统演 化中对水化学数据资料进行分析，国内外已有多本专著讨论【2 一钉。( 3 ) 模拟实验及计算 机数值模拟。一般是在野外调查的基础上，通过室内的物理模拟试验恢复实际水岩反应 系统中化学组分的迁移和转化，通过改变模拟条件实现一系列特定条件下的水岩反应， 并由此分析水化学组分实际条件下的成因机理。而2 0 世纪6 0 年代初开始的计算机数值 模拟技术解决了复杂的水化学环境和多种类的化学反应因素模拟。 水文地球化学模型分为三类：地下水组分分布模型、质量平衡模型和反应路径模型。 目前，国际上使用这三类水文地球化学模型进行水文地球化学问题研究非常地活跃：( 1 ) 地下水组分分布模型的应用。c h e p e l l e ，k e n o v e r 和b o w s e ，c a r o l 和h e r m a n 等人都利 用组分分布模型进行水文地球化学研究，其中，c h e p e l l e 用组分分布模型计算南马里兰 州潜水含水层的白云石沉积状况【5 。7 1 。( 2 ) 质量平衡模型。质量平衡模拟方法是已知起 点和终点水化学成分，确定它们之间所发生的水一岩相互作用和矿物质量转移量，即所 谓水文地球化学模拟的逆问题( 反演) 。由于质量平衡模型为一线性方程组，建模方法简 单，求解容易，因此，许多研究者应用该方法研究了碳酸盐( 如p l u m m e r 等，1 9 9 0 ；j o n e s 等，1 9 9 3 ) 或硅铝酸盐( j a m e s 等，1 9 8 9 ) 含水层中的水一岩相互作用【弘1 0 l 。质量平衡模拟 程序最常见的b a l a n c e 、n e t p a t h 、p h r e e q c 等软件包，且多适用于稳态区域( 水一 岩反应系统) ，尤其是与同位素数据结合，可很好地再现水一岩反应的历史【l 。w i c k s 和h e r m a n 用质量平衡模型研究佛罗里达州地下水系统的化学演化过程【1 2 1 。( 3 ) 反应 路径模型。反应路径模拟方法是己知起始点水化学成分，可以利用质量平衡模型确定的 水一岩相互作用和矿物质量转移量，预测终点水化学成分，即所谓水文地球化学的正问 题( 正演) 。该模型为一高次非线性方程组，常需要利用特制的计算机软件如 p h r e e q e ( d l p a r k h u s t 等，1 9 8 0 ) 1 3 】计算程序来完成。自从h e l g s o n 及其合作者最初介 绍p a t h i 以来已经出现了一系列反应路径模拟程序。e q 3 6 程序系歹l j ( w o l e r y ，1 9 7 9 ， 1 9 8 3 ，1 9 8 6 ，1 9 9 0 ) 1 4 , 1 5 乘1p h r e e q c 系歹i j ( d l p a r k h u s t ，p l u m m e r ，1 9 8 0 ，1 9 9 0 ，1 9 9 9 ) t 1 每1 8 】 是反应路径模拟程序中较先进的，可以模拟封闭或开放体系矿物一岩石一水之间的物质 交换过程。国际上通用的反应路径模拟程序还有w a t e q 系列、r e d e q l - m i n e q l 系 列、s o l v e q 系列、c h i l l e r 系列、s u p c r t 9 2 等离子络合模型模拟程序。 国内近几十年来，水文地球化学的研究方法和成果被应用在地热勘察，有医疗意义 的矿水的寻找，与地下水质有关的地方病的调查和防治、地下水污染及水化学形成的机 制等等方面，取得了丰富的实际研究资料和成果【1 9 】。水文地球化学模拟工作正在逐渐受 2 长安大学硕士学位论文 到重视，水文地球化学模型也得到了很好的应用。其中，我国在运用模型研究水一岩相 互作用的研究成果最多，例如：王珍岩等运用反向地球化学模拟理论证明渤海莱州湾南 岸第四纪地下卤水是由古海水经强烈蒸发浓缩后被沉积物埋藏，并在赋存过程中发生 水一岩相互作用，使地下水出现方解石、石膏及c 0 2 气体的过饱和析出，并伴随与沉积 物的多项阳离子交换反应1 2 0 l ；阿里木吐尔逊等根据不同化学组分在坝基岩一水系统中 的相互转化规律，建立了坝基老化的反向地球化学模型，并将该模型应用到了新安江大 坝右坝段坝基老化分析中【2 l 】；张建立等突出用化学热力学模拟恢复水文地球化学环境的 方法，在分析齐家水源地实际情况的基础上，界定了齐家水源地的水文地球化学环境指 标【2 2 1 。李义连等通过分析娘子关泉域岩溶水的水文地质条件、岩溶发育规律以及水文地 球化学特征，并用p h r e e q c 模拟该区可能的化学条件及相应条件下的矿物溶解状态， 推测出地下水与其溶解矿物所处极限状态应为饱和状态，而实际应处于非饱和状态，若 计算为过饱和状态，则应可能是分析数据错误所致【2 3 】：李义连等运用反应路径模型模拟 山西娘子关泉域的化学条件及相应条件下的矿物溶解状态，并分析其s 0 4 厶污染产生的 原因【2 4 】；郭永海、沈照理等运用质量平衡模型研究河北平原从山前到滨海整个水流路径 上所发生的水文地球化学作用以及水岩间质量交换2 5 ，2 6 1 ；王焰新等利用质量平衡反应模 型，模拟山西柳林泉域岩溶地下水系统中的水一岩相互作用【2 7 】；王广才等应用随机水文 地球化学模拟方法，对平顶山矿区地下水系统中水一岩反应状态进行了随机水文地球化 学模拟和评价【2 8 ，2 9 1 。另外，地热方面的研究，例如：陈宗宇对天津塘沽热田的地热回灌 试验进行了地球化学模拟，确定回灌对储层性质的影响【3 0 】等。 总体上看，国内的水文地球化学模型的发展一直都比较薄弱，对于水文地球化学的 应用面仍然较窄，应该进一步提高国内水文地球化学的开发和应用水平。 1 2 2 存在问题 对于盐池地区地下水水化学的研究，前人虽在高氟水以及影响因素研究方面取得了 一些成果【3 1 。3 1 ，但也存在如下的问题： ( 1 ) 由于资料等方面的限制，未能把研究区地质、水文地质及地下水循环条件结 合起来对地下水化学成分的形成及演化规律进行全面系统的研究； ( 2 ) 对水文地质条件及地下水循环规律的研究，仅使用了传统的方法，一些新的 研究手段如同位素方法没有得到很好的应用； ( 3 ) 尚未使用水文地球化学模拟等先进的方法手段对地下水化学成分的演化、形 3 第一章绪论 成机制及影响因素进行深入研究。 本文在“鄂尔多斯地下水勘查 项目的支持下，取得了研究区大量的地质、水文地 质、水化学及同位素等方面的资料，在对这些资料进行全面、细致分析的基础上，对盐 池地区地下水化学成分的演化规律、形成机制进行了全面研究，分析了影响地下水化学 成分的各种因素。 1 3 论文研究思路及内容 本文的研究思路是综合使用水文地质分析、地下水化学特征分析、同位素特征分析 及水文地球化学理论、方法与模型，研究盐池地区地下水水文地球化学演化形成机制， 揭示研究区地下水化学的影响因素，从而为盐池地区地下水的合理利用提供科学依据。 具体的研究思路如下图1 1 。主要研究内容包括t 一 ( 1 ) 在对研究区概况进行简要介绍的基础上，深入分析了区内的地质、水文地质 条件，根据地下水位统测资料，绘制了各含水岩组地下水的平面流场和剖面流场，分析 了地下水循环特征，并据此划分了研究区的地下水系统。 ( 2 ) 根据地下水化学成分的分析结果，对区内各含水岩组地下水化学成分的统计 特征进行了分析，通过绘制各离子等值线等方法，探讨了地下水水化学成分的空间变化 规律。 ( 3 ) 分析了研究区地下水中6 1 8 0 、6 d 、t 、1 4 c 等同位素特征，探讨区内地下水的 主要来源，并据此研究了地下水的补径排条件。 ( 4 ) 结合研究区的地质、水文地质条件和水化学分布特征，利用p h r e e q c 软件 对三个含水岩组进行了水文地球化学模拟，得出了在地下水流动过程中的矿物溶解( 沉 淀) 作用。 ( 5 ) 对盐池地区地下水化学成分的影响因素及高氟水的成因进行了研究，认为区 内地下水的化学成分主要受到了地质水文地质条件、蒸发浓缩、地表易溶盐含量和水一 岩作用的影响。 4 长安大学硕士学位论文 l前人成果 气象、水文、地质、水文地质、水化学、同位素资料】 i l l 查阅相关文献 图1 1 技术路线流程图 5 第二章研究区概况 第二章研究区概况 盐池县位于宁夏回族自治区东部，南北长l l o k m ，东西宽6 6 k m ，总面积8 6 6 1 3 k m 2 ， 是宁夏面积最大的县。全县辖4 个镇、4 个乡，1 0 1 个行政村，总人口1 6 2 万人，其中 农业人口1 2 9 万人。 2 1交通位置 研究区地理坐标为x ：4 1 1 0 0 0 0 - - 4 2 3 0 0 0 0 ，y ：1 8 6 5 0 0 0 0 - - 1 8 7 4 0 0 0 0 ，与陕西省、 甘肃省以及内蒙古自治区相邻，区内有高速公路横穿，各乡镇间有简易公路及交通便道 相连，交通便利( 图2 1 ) 。 2 2 气象水文 盐池县地处内陆，远离海洋，具有干旱的草原性气候，基本特点是：春暖快、夏热 短、秋凉早、冬寒长；干旱少雨，日照充足，蒸发强烈，风大沙多，自然灾害较多，有 较长的日照时间和较大的太阳辐射量，年日照时数基本在2 7 0 0 h 左右，年太阳辐射量在 1 3 0 - - 1 4 9 k c a l c m 2 ，光热资源丰富，研究区的年平均温度为7 8 。降水稀少、风沙强 烈、干燥度大，是本区气候的最大特点，多年降雨量及气象要素见表2 1 。 表2 1盐池县气象站多年月平均气象要素一览表( 1 9 5 4 2 0 0 4 年) 6 长安大学硕学位论文 o日 图2 1 研究区交通位置圈 第二章研究区概况 2 2 1降水量 盐池地区年平均降水量为2 9 2 4 7 r a m ，属降水量少的干旱地区。降水的特点是量少， 年内分配极不均匀，多集中在6 - - 9 月，占年总降水量的7 2 3 ，各月又以7 、8 月份最 多，占年降水量的4 6 6 。每年的1 1 月至翌年2 月，降水量只占全年降水量的4 1 。 由于年内降水量分配不均，在农作物生长期的4 - 6 月份，降水量占年降水量的2 6 5 ， 导致春旱频繁。7 - - - 8 月由于降雨量集中，局部地区暴雨多，常引起局部洪灾。 2 2 2蒸发度 据盐池县气象局资料，盐池县多年平均年蒸发量为2 0 2 4 2 5 m m ，是降雨量的6 倍多， 年内分配亦不均匀，蒸发量较大的月份是每年的5 - - , 7 月，占全年总蒸发量的4 4 5 。 2 2 3 水文 研究区属盐池内陆流域，区内无常年性地表水流，也无常年性积水湖泊、水库，仅 有一些小型的季节性积水洼地和季节性溪流，其最显著的特征是季节变化明显。雨季大 气降水流入坳谷中，形成积水洼地或短暂溪流。雨季过后，洼地或沟谷中的积水会很快 被蒸发或入渗补给地下水。 2 3 地形地貌 2 3 1 地形 研究区地形总的特点是南部高、北部低，中部高、东西两侧低( 图2 2 ) 。在研究区 中东部分布一条南北向分水岭，俗称“盐池南北分水岭”，向北延伸到内蒙，与四十里 梁对接。盐池南北分水岭长7 0 余k m ，宽l o k m 左右，最高海拔1 6 9 7 m ，相对高差5 0 - 8 0 m 左右。 在研究区南部分布有施家天池一金盆湾分水岭，北东向展布，最高海拔( 陈记山) 1 9 5 1 m ，相对高差4 5 0 m 左右。该分水岭在大水坑乡的西梁与盐池南北分水岭相接，自 西梁向东进入陕西境内，与白于山分水岭相连。 8 长安大学硕士学位论文 图2 2 研究区地表高程等值线图 2 3 2 地貌 研究区地貌景观非常明显地分为两大类型( 图2 3 ) ：一是鄂尔多斯波状高原：二 是沟谷深切的黄土高原。鄂尔多斯波状高原占据了研究区中北部的大部分地区，黄土 高原主要分布于研究区南部。鄂尔多斯波状高原区又分为台地、平原和沙丘沙地。下 面按地貌成因类型及其形态特征分别叙述如下： ( 1 ) 平原 平原主要以洪积平原为主，其次有冲洪积平原和湖积平原。洪积平原展布于盐池 县大水坑、青山乡和盐池县城周围；冲洪积平原分布于高沙窝、王乐井一带；湖积平 原分布于沼泽洼地中。其沉积物多为砂砾石、砂土及粘质砂土、砂质粘土。 ( 2 ) 台地 按台地形态可分为波状台地和平缓台地。波状台地沿盐池南北分水岭分布，海拔 1 4 0 0 - 1 5 0 0 m 。由中生界碎屑岩和第三系红色泥岩、砂岩组成，经长期的侵蚀剥蚀作 用，形成波状起伏的梁峁地形，局部上覆第四系砾岩，边坡高差明显，顶面平坦。平 缓台地分布于王乐井、高沙窝、白芨滩一带。地形起伏和缓、宽谷残丘相间分布。 9 第= 章研究e 概m 1c 6 ( “j i ) 1h 8 0 m1 8 7 u1 2 cd 0 图2 3 研究区地貌图 ( 3 ) 沙丘沙地 分布在哈巴湖、李庄子、胡家圈，多呈沙带出现。组成沙带的沙丘迎风坡缓坡 角1 5 。2 0 。：背风坡陡，坡角3 0 。左右。但二者方向不固定，随风向的转换而变化。 ( 4 ) 黄土梁峁 黄土梁峁地形，海拔1 5 0 0 1 9 0 0 m 。地形切割强烈，相对高差约4 5 0 m ，水土流失 严重。以旌家天池一金盆湾黄土分水岭为界，向南东和北西两侧地势逐渐变低，形成 现代冲沟，冲沟深4 0 5 0 m 。 长安大学硕士学位论文 第三章地质水文地质条件 研究区位于鄂尔多斯盆地西缘，鄂尔多斯白垩系盆地是发育在华北克拉通之上并位 于其西部的一个多旋回叠合型盆地，它是由一个大向斜构成的构造盆地，向斜东西两翼 极不对称，盆地主体被周缘断裂褶皱所围，内部大部分地区地层平缓。 3 1地层岩性 研究区按地层区划属于华北区灵盐台地小区，区内大面积被第四系覆盖、基岩露头 较少，根据露头和钻探资料，该区地层有侏罗系、下自垩系、第三系和第四系( 图3 1 ) ， 现从老至新分述如下： 3 。1 1 侏罗系 ( 1 ) 直罗组( j 2 2 ) ：下部以灰白色砂岩为主，夹有含砾砂岩及绿色泥岩，上部为浅 灰绿色细砂岩、灰绿及深灰色泥岩，其中尚夹有棕红色、杂色泥岩，厚3 0 0 - - 5 0 0 m 。 ( 2 ) 安定组( j 3 a ) ：岩性以紫红色泥岩为主，夹灰白色厚层中细粒长石砂岩及薄层 粉砂岩，厚2 0 0 - 5 0 0 m 。 3 1 2 下白垩系保安群 该群广布全区，以新庄子一王乐井一红井子为轴心( 天环向斜轴) ，中间分布泾川 组，向东西两侧依次分布罗汉洞组和环河组，洛河组、宜君组埋藏在盆地下部。 ( 1 ) 宜君组( k l y ) ：零星分布在盆地底部，多数钻孔未见及，厚度3 7 9 m ，岩性 为棕红色细砾岩或棕褐色混粒砂岩。 ( 2 ) 洛河组( k 1 1 ) ：该组岩性比较单一，主要为褐红色细一粗粒砂岩，钙质及砂泥 质胶结，局部夹棕褐色泥岩或细砾岩，厚2 5 0 - - - - 4 5 0 m 。 ( 3 ) 环河组( k i h ) ：该组岩性、厚度变化比较大，横向上砂岩、泥岩、砾石相互 急遽相变，总的趋势是沉积粒度自西向东逐渐变细。纵向上是下部粒度粗上部粒度细。 下部为综红色、杂色砾岩夹砂岩、砂砾岩，上部为棕红色泥岩，砂质泥岩及砂岩。厚1 2 0 7 0 0 m 。 第三章地质水文地质条件 图例 田5 l 圈 圈”_ m 回 囤 回 札眦 田”_ 田 田1 e 3 8 精b 口- “ 口o m 回m 十w e 团 t 自_ u 习- 龃删 团一m 团- 口q 自 * 尸 i ) 。野1 断层喜猕檑赣锦自 d # h t 日# r - m 峒e 脯* 5 舳m h o 月新”韶 * h 4 嘞十f * 瑚埘 舢自#：9 k # mq 自目 l t m 书埘 m _ 碎“舯#尊z 蚺# 图3 1 研究区地质图 ( 4 ) 罗汉洞组( k i i h ) ：该组岩性、岩相较稳定，岩性为桔红色厚层至块状砂岩交 错层发育，其中央透镜状砂质泥岩和泥岩，厚1 8 2 1 l m 。 ( 5 ) 泽川组( k t ”) ：该组为一套紫红色、棕红色泥岩、泥质粉砂岩夹灰白色薄层 砂岩，王乐井灵塔山一带出现泥灰岩夹层。厚5 0 1 3 0 m 。 3 13 第三系清水营组( e 3 q ) 该组主要分布在盐池南北分水岭以西地区。岩性上部为红色砂质泥岩，间夹灰白色 透镜状粉细粒砂岩，中部褐红色块状含结核长石砂岩、疏松状下部为棕红及兰灰色泥 长安大学硕士学位论文 岩、夹石膏层。 3 1 4 第四系 第四系广布全区，但厚度不大，按成因有洪积、风积和湖积。 ( 1 ) 上更新统风积层( q 3 c 0 1 ) ：分布麻黄山、王乐井、贺庄子等地。岩性为黄土， 较紧密，局部可见层理，垂直节理发育。厚1 0 - - 2 2 0 m 。 ( 2 ) 上更新统洪积层( q 3 p 1 ) ：分布于大水坑一候家河( 青山) 、李庄子等地。岩性 为含砾砂土，土黄色，砾石以灰岩为主，粒径一般o 5 - - - l e m ，大者1 0 c m ，层理不清。 近黄土地区为黄土状粉砂土。厚0 5 - - 7 m 。 ( 3 ) 全新统洪积层( q ，) ：分布在盐池县城、王家圈、蔡记塘等地。岩性为含砾 砂土，土黄色，砾石成分以灰岩、砂岩为主，多呈棱角状，砾径一般0 5 - - - , l e n a ，大者 1 0 e r a 以上。近黄土地区为黄土状粘砂土。厚0 5 - - 3 m 。 ( 4 ) 全新统湖积层( q 4 ) ：零星分布在全区湖沼洼地中，岩性上部为砂质粘土，黑 色，富含植物根茎及螺壳。下部为细砂及粉砂。 3 2 地质构造 研究区位于鄂尔多斯盆地西部边缘，以车道- - i ； - i 色浪断裂为界，以西为磁窑堡一马 家滩一萌城断褶带，以东为盐池坳陷带。 3 2 1 磁窑堡一马家滩一萌城断褶带 该带南北长约1 1 0 k r n ，东西宽1 0 - - - 3 5 k r n 。由于新生界覆盖，基岩出露很少，据地 震资料，该带内中生代地层厚达千米，属中生代坳陷盆地，其下伏地层为二叠系，石炭 系和奥陶系，奥陶系顶面埋深约4 0 0 0 m 。 3 2 2 车道一阿色浪断裂 该断裂北起内蒙古桌子山东麓阿色浪北，向南经宁夏马家滩东、萌城进入甘肃省南 秋子车道坡、冯庄直抵平凉以东。断裂多被新生界覆盖，但物探重力、电法及地震探测 均证实其存在，总长约5 0 0 k i n 。该断裂明显地控制了中新生界的分布与发育。如下白垩 统保安群环河组在该断裂东侧厚数百米，而在其西侧则缺失；断裂两侧第三系岩相、厚 度也有较大差异，东侧以河湖相沉积为主，西侧以山麓相堆积为主。该断裂为鄂尔多斯 西缘冲断带与白垩系盆地的边界。 1 3 第三章地质水文地质条件 3 2 3 盐池坳陷带 该坳陷带为鄂尔多斯白垩系盆地的一部分，由下白垩系保安群组成天环向斜构造。 向斜轴近南北，长逾l o o k m ，向两端均延伸出研究区。东翼宽缓，倾角3 。5 。，西翼 较陡，倾角7 。9 。，西翼被车道一阿色浪断裂截切。 3 3 地下水的赋存条件与分布规律 研究区地下水的赋存条件与分布规律严格受地质构造、岩性结构、地形地貌、水文 气象等因素的控制。车道一阿色浪断裂通过研究区的西部，构成了鄂尔多斯白垩系地下 水自流盆地的西部边界。天环向斜南北向纵贯研究区的中部，沿向斜轴部罗汉洞含水岩 组分布，向东西两侧分布环河含水岩组。 本区大部分地区属鄂尔多斯波状高原区，仅东南角为黄土高原。鄂尔多斯波状高原 在宁夏为内陆流域区，地形切割微弱，降水向外无流失，有利于地下水的补给。黄土高 原区地形切割剧烈，水土流失严重，而且黄土覆盖层深厚，不利于大气降水的入渗。研 究区有两条分水岭：一是盐池南北分水岭，分水岭以西白垩系地层以上多有第三系地层 覆盖，分水岭以东自垩系地层之上很少有第三系覆盖：二是施家天池一金盆湾分水岭。 两者既是地表水分水岭又是浅层地下水分水岭。 根据地下水的赋存条件及含水层岩性结构，可将本区地下水分为松散岩类孔隙裂隙 孔隙水和碎屑岩类裂隙孔隙水两大类型。 3 3 1 松散岩类孑l 隙裂隙孔隙水 松散岩类孔隙水系指赋存在砂层、砂砾层中的地下水，裂隙孔隙水系指赋存在黄土 中的地下水。 ( 1 ) 黄土中的地下水主要分布在研究区的东南部，地形切割强烈，为黄土梁峁地 形，梁峁地段黄土厚达2 7 2 m ，有的沟谷已切入白垩系地层。地下水分布不连续，主要 分布在黄土区的坳谷、洼地或大型梁峁的中心部位。含水层厚度不大，单井出水量小于 l o o m 3 d ，水质为微咸水。 ( 2 ) 除黄土区外，其它地区第四系广泛分布，但厚度不大，绝大部分梁、台地区 仅l - - 2 m ，多为透水不含水层。在少数坳谷、洼地内第四系堆积较厚，是浅层地下水排 泄、汇聚的场所，从而形成地下水较富集的地段。区内松散岩类孔隙水比较富集且连续 的地段有三道川一西井滩洼地、高沙窝古西天河坳谷、陈家台一铁柱泉坳谷。 1 4 长安大学硕士学位论文 ( 1 ) 三道川一西井滩洼地地下水：分布在盐池县城东北。洼地中第四系厚1 0 一- - 4 5 m 。 洼地北部紧连内蒙二道川沙漠，含水层为粉砂、细砂及粘质砂土，水位埋深1 - - 9 2 m ， 单井涌水量4 5 0 m 3 d 左右，溶解性总固体0 7 1 6 9 l 。 ( 2 ) 高沙窝古西天河坳谷地下水：位于研究区的北部，呈树枝状东西延伸。为西 天河古河道分布区，第四系厚度不大，一般厚度只有4 - 5 m ，局部小洼地稍厚，但不超 过l o m 。含水层为砂和砂砾石，水位埋深1 5 m ，单井涌水量一般小于l o o m 3 d ，溶解 性总固体一般为1 ，3 9 l ，个别小于l g l 。 ( 3 ) 陈家台一铁柱泉坳谷地下水：该坳谷是古水文网的上游部分，发源于盐池南 北分水岭附近，长1 5 k m ，宽l k m ，谷底有埋藏较好的砂砾石含水层，厚度自西向东加 大，粒度变粗。其中坳谷东端陈家台北侧含水层厚度5 一7 m ，最大厚度1 2 8 m ，水位埋 深1 5 5 m ，据抽水资料：水位降深3 9 5 m ，涌水量1 3 8 。2 m 3 d ，溶解性总固体0 5 3 9 l 。 3 3 2 碎屑岩类裂隙孑l 隙水 研究区碎屑岩类裂隙孔隙水分布广泛，按含水岩组的时代划分为下白垩系保安群碎 屑岩类裂隙孔隙水、第三系碎屑岩类裂隙孔隙水及侏罗系碎屑岩类裂隙孔隙水。 ( 1 ) 下白垩系保安群碎屑岩类裂隙孔隙水 下白垩系碎屑岩类裂隙孔隙含水岩层，是本次研究的主要目的层，分布在整个研究 区内。下白垩系在区内露头较少，绝大部分被第四系或第三系覆盖，在南北分水岭以东 大部分被薄层第四系覆盖，在其南部被厚层黄土覆盖；在南北分水岭以西除北部魏庄 子一