陇东白垩系盆地地下水水化学特征及分布规律

周 斌，魏玉涛

(甘肃省地质环境监测院，甘肃 兰州 730050)

区域地下水水化学特征在某种意义上记录着该区域地下水的运动历史，地下水中的水化学成分可以示踪地下水的循环特征和途径，反映地下水系统的特征。因此，查明区域地下水水化学特征和分布规律，不仅有助于科学地认识区域地下水化学分布规律，而且可以深入研究区域地下水的循环和水动力场特征，了解区域地下水的水质及其分布状况，对于区域地下水资源可持续开发利用和综合管理也具有指导作用。

1 区域研究概况

陇东白垩系盆地是鄂尔多斯盆地的组成部分，位于甘肃省东部地区，地处陇东黄土高原，是甘肃省主要的产粮区。盆地的结构主要受天环向斜(宁夏天池－甘肃环县)的控制，向斜核部在环县－镇原－泾川一线，呈东翼宽缓西翼窄陡的两翼不对称格局。其基底是由二叠系、三叠系及侏罗系地层组成，主体是白垩系保安群地层，并且经历了早白垩世早期和晚期两个沉积演化阶段，形成的一套厚逾千米的陆相碎屑岩沉积。盆地内赋存有较为丰富的地下水，根据沉积旋迴、含水介质性质和地层结构特征，具体分为宜君洛河组、环河组、泾川罗汉洞组三大地下水含水岩组［1－2］。

陇东白垩系盆地的地下水资源具有水化学特征、地下水水质变化复杂等明显特点。因此，利用水化学资料，用水文地球化学理论，探讨白垩系地下水的形成、运移规律，分析其补给径流排泄条件，对该区域内的地下水水化学特征及分布规律进行研究，对在全盆地寻找较好的人畜饮用淡水资源具有一定的实际意义。

2 白垩系保安群地下水水化学特征及分布规律

2.1 白垩系保安群各含水岩组地下水水化学特征及分布规律

2.1.1 泾川、罗汉洞组地下水水化学特征及分布规律

TDS(溶解性总固体)总的规律是西南部低，多小于1 g/L，向北、向东渐高，最高点在泾川郝家沟村东部一带，TDS达6 g/L。与总体规律相异的是在崆峒区北部及灵台西部出现一TDS为1～2 g/L的异常小区。

水化学类型的变化自南向北、自西向东有明显的分带性。由灵台～镇原 ～环县西部，水化学类型依次为 HCO3→HCO3·SO4→HCO3·SO4·Cl，由西向东依次为 HCO3·SO4→HCO3·SO4·Cl→SO4·Cl。与总体规律相异的是在崆峒区北部出现一小片SO4型水。全区主要为Na－Mg型水。

六大离子的浓度分布规律:SO42－、Cl－、Na+浓度是南低北高，HCO3－、Ca2+、Mg2+浓度差异不明显。

特殊离子:F－＞1mg/L区域分布在镇原三岔以北及崆峒区北部。NO2－＞0.02 mg/L和NO3－＞20 mg/L的区域分布在镇原三岔以北，其它大部分区域NO2－＜ 0.02 mg/L、NO3－＜20 mg/L(图 1)。

图1 罗汉洞泾川组水化学图［1］

2.1.2 环河组地下水水化学特征及分布规律

环河组地下水TDS的变化比较复杂，总的规律是在华池～庆城 ～董志塬一线，形成一TDS大于3 g/L的高值带，最高者达6 g/L，向东西两侧，TDS渐降低为＜1 g/L。与这一规律变化有异的是在马岭东侧及崆峒区北部出现一TDS＞3 g/L的高值带。

水化学类型的变化规律是由西南部一带向北、向东、向北东呈散射状，水化学类型变化由 HCO3→HCO3·SO4→SO4→SO4·Cl，自子午岭东侧至马莲河谷地呈平行状，水化学类型的变化由 HCO3→HCO3·SO4→SO4→SO4·Cl。全区绝大部分地区均为Na型水分布，Na·Mg型水主要在正宁—庆城以东地区。

六大离子浓度分布规律:阳离子和阴离子中的SO42－、Cl－浓度都是东低西高。HCO3－在庆城以北地区基本上东高西低，庆城以南地区则是东低西高。

特殊离子:F－＞1 mg/L的区片主要是在华池县、环县、镇原，另在宁县、灵台县有零星分布，NO2－＞0.02 mg/L的区片分布在崇信、宁县以北和华池悦乐、镇原三岔以南的大部分区域。NO3－＞20 mg/L的区域主要分布在环县以北，其它大部分区域NO3－＜20 mg/L(图 2)。

图2 环河组水化学图［1］

2.1.3 洛河宜君组地下水水化学特征及分布规律

以马莲河东岸为中轴线，出现SE～NW走向的TDS峰值带。峰值地带的TDS值均 ＞3 g/L，最高者为其南段宁县、正宁、合水县之间的湘乐镇一带及北段的环县县城处，TDS＞6 g/L。峰值带东、西两侧，TDS变化规律明显不同:西侧以西南部的崇信为TDS最低点，向北至环县、向东至灵台、向北东至马莲河，TDS值呈散射状渐高，东侧以子午岭区东侧的TDS值较低，向西至马莲河谷地渐高，TDS等值线呈平行状。需强调的是峰值带东侧，从东向西TDS逐渐增高的变化，是穿越了子午岭的。

区内水化学类型与TDS值的变化规律有相似性:西南部崇信一带向北至环县、向东至灵台、向北东至马莲河呈散射状，水化学类型的变化规律是 HCO3→HCO3·SO4→SO4→SO4·Cl，自子午岭东侧至马莲河谷地呈平行状，水化学类型的变化规律是由 HCO3→HCO3·SO4→SO4→SO4·Cl。与环河组地下水相似，全区总体以Na型水为主。

六大离子浓度分布规律是:SO4－＞0.02 mg/L，以南 NO2－＜0.02 mg/L。NO3－＞20 mg/L的仅2－、Cl－、Na+三者的分布趋向一致，总体规律是东(东南)低西(西北)高，除此之外，在最南端灵台县一带，出现一个次高点。Ca2+、Mg2+离子浓度规律接近，也是东低西高。HCO3－离子浓度分布规律与前五种差异最大，其特点是以崇信－西峰区一线为较高浓度带，向两侧降低，在南侧的灵台县形成低点，北侧的环县形成低点。

区内F－＞1 mg/L的有两片:第一片分布在马莲河流域上游，南侧跨蒲河流域几条支流的源头，东南隅伸至庆城的马岭镇附近，北界在洪德城北向北西方向伸展，在山城一线抵达白垩系的西边界。该片南界沿蒲河上游的吴家老庄—殷家城—苦水掌一线出界，第二片分布在宁县县城—崆峒区花所以南。镇原三岔—华池悦乐以北大部分地区NO2见于华池一带，其它地区多小于20 mg/L(图3)。

图3 宜君洛河组水化学图［1］

2.2 白垩系保安群地下水水化学水平、垂直分带规律

下白垩系保安群盆地内各含水岩组的水化学特征区域差异较明显，TDS小于1 g/L的地区主要分布于西南部和东部，并呈现自盆地周边向中心的向心分带规律。

2.2.1 白垩系保安群地下水水化学水平分带规律

白垩系保安群地下水水化学场存在一个由周边向中部的水平分带:表现为在区内大致以马莲河为中心，西南部一带向北、向东、向北东呈散射状，水化学类型由HCO3→HCO3·SO4→SO4→SO4·Cl逐渐过渡;东部自子午岭东侧至马莲河谷地呈平行状，水化学类型也是由 HCO3→HCO3·SO4→SO4→SO4·Cl逐渐过渡。TDS也是从盆地东西两侧向中心由低渐高。

2.2.2 白垩系保安群地下水水化学垂直分带规律

在垂直方向上根据水动力分带，本区分为水交替强烈带、水交替缓慢带和水交替极缓慢带。各带的水化学特征也不相同。

水交替强烈带，由大气降水补给，地下水以渗入成因水占据，对岩石的淋滤作用强烈。水化学类型以HCO3型为主，而 HCO3·Cl型及 SO4·Cl型水次之，TDS 小于 1.0 g/L，该带氧化作用强烈。一般埋藏深度小于100～150 m。

水交替缓慢带，地下水埋藏较深，水化学类型以 HCO3－Na型、HCO3·Cl－Na型和 HCO3·SO4－Na型为主，其次为HCO3·SO4·Cl－ Na·Mg型和 SO4·Cl－ Na型，TDS 一般大于1.0 g/L。一般埋藏深度在150～500 m。

水交替极缓慢带，水交替极为迟缓，水文地球化学环境具有还原特性，TDS较高，一般大于 5 g/L。埋藏深度多在500 m以上。

TDS垂直分带规律:环县—西峰—灵台—线以东，普遍下层＞中层。其余地区则颠倒为下层＜中层＜上层。SO42－浓度垂直分带规律:西峰区 ～崆峒区以南，下层 ＞中层，以北颠倒为下层 ＜中层。罗汉洞组分布范围，北端SO42－上层＜下层，南端(镇原县以南)则上层＞中层。Cl－浓度垂直分带规律:全部为下层＞中层＞上层。HCO3－浓度垂直分带规律:全区基本上下层＞中层。Na+浓度垂直分带规律:崆峒区—长庆桥一带，下层 ＜中层，且上层＜中层，其余地区基本为下层 ＞中层＞上层。

Mg2+浓度垂直分带规律:全区基本上是下层 ＞中层，有罗汉洞泾川组地下水分布处，则下层＞中层＞上层。

Ca2+浓度垂直分带规律:全区基本为中层＞下层＞上层。

3 结语

(1)陇东白垩系盆地的结构主要受天环向斜的控制，向斜东西两翼不对称，主体是厚逾千米的陆相碎屑岩沉积的白垩系保安群地层。

(2)陇东白垩系盆地保安群地下水的具有水化学特征、地下水水质变化复杂等明显特点。三大含水岩组的水化学特征各具特点，各个含水岩组中六大离子的分布特征较为复杂多变，且各个含水岩组中均有特殊离子的存在。

(3)各个含水岩组的水平分带性较明显，且具有规律性。表现为在区内大致以马莲河为中心，TDS从盆地东西两侧向中心由低渐高，水化学类型由 HCO3→HCO3·SO4→SO4→SO4·Cl逐渐过渡。

(4)在垂直方向上根据水动力分带，本区分为水交替强烈带、水交替缓慢带和水交替极缓慢带。各带的水化学特征各不相同，TDS及六大离子的垂直分布规律复杂多变。

［1］甘肃省地质调查院.鄂尔多斯盆地地下水勘查报告(甘肃)(2003 －2005)［R］.2008.

［2］侯光才，张茂省等著.鄂尔多斯盆地地下水勘查研究［M］.北京:地质出版社.2008.6:77，162 －172.

［3］侯光才，张茂省主编.鄂尔多斯盆地地下水资源与可持续利用［C］.西安:陕西科学技术出版社.2004.10:191 －200.

［4］沈照理等.水文地球化学基础［M］.北京:地质出版社.1986.