合水县承压水溶解性总固体及水化学类型水平分带规律浅析

侯燕军

(甘肃省地质环境监测院，甘肃 兰州 730050)

合水县位于甘肃省庆阳市东部，为陇东黄土高原一隅，葫芦河与马莲河分置东西，子午岭纵卧南北，且向东西两侧各以10‰和8‰的地形总坡度倾斜。区内承压水主要为下白垩系环河组、华池组与洛河组含水层，除环河组承压水水量较小、水质较差以外，华池组和洛河组具有较为丰富的承压水。

1 水文地质条件

1.1 下白垩系华池组承压水水文地质条件

华池组承压水含水层为以裂隙为主的层间承压含水层，分布在子午岭东部苗村－张巴集一线以西地区。含水层岩性为中细砂岩，具有斜层理，胶结较好，内夹少量泥质岩、页岩等渗透性能较差的致密岩层，起隔水作用。岩层中裂隙较发育，河沟谷中顶板埋深174.7～258.8m，河间区随地形变化埋藏深度更大。含水层厚度139～143m，层位较稳定。承压水位埋深不一，子午岭西侧沟谷中水位埋深70～90m，向西至县城一带，地面标高1 128m以下即可自流，水头高出地面3.7～82.5m，承压水头一般在 1 090～1 150m。自形成带到汇集带，其富水性由极贫乏(单井出水量小于10m3/d)到中等(单井出水量介于100～1 000m3/d)，局部地段达到丰富(单井出水量大于1 000m3/d)。

1.2 下白垩系洛河组承压水水文地质条件

改组含水层合水县均有分布，在子午岭东北部的葫芦河下游太白乡以东洛河组地层出露，承压水过渡为潜水，含水层为厚度大的巨厚交错层发育的中粗砂岩，胶结一般疏松，岩性破碎，完整砂岩孔隙率20% ～25%，有少量裂隙，属于裂隙孔隙水类型。洛河组承压含水层顶板埋深在葫芦河一带小于117m，向西逐渐于河谷中埋深达到300～385m，河间梁峁区其顶板埋藏条件更为复杂，含水层顶板埋深超过500m。承压水位标高1 096～1 221m，水力坡度2.16‰，自西向东富水性由贫乏(单井出水量介于10～100m3/d)变为丰富(单井出水量大于1 000m3/d)。

2 溶解性总固体(TDS)和水化学类型水平分带规律

2.1 华池组含水层与洛河组含水层地下水分带

按照承压水运动规律，合水县下白垩系华池组和洛河组承压水可划分为形成带、径流带和汇集带。

2.1.1 形成带

分布于子午岭以东地区，地下水在微西倾的单斜构造条件下产生分流作用，即地下水在获得大气降水补给后，一部分在基岩孔隙裂隙中作浅层潜流运动，径流方向受地形、水系控制，而另一部分则沿着地层孔隙进行层间运动，当地下水进入顶板为泥质岩、页岩隔水介质的砂质含水层后，其自由水面逐渐消失，转化为以静水压力传递的水平运动，地下径流完全形成。

2.1.2 径流带

分布于子午岭以西至合水县城一线。华池组和洛河组深层承压水各以4‰和4.4‰的水力坡降有东北向西南运动，基本与地层倾向一致。但在接近形成带水力坡度一般较大，接近汇集带水力坡降变缓。两层承压水均以顺层向西南径流，在有透水隔水层存在时也产生越流补给，向其他含水层径流排泄。

2.1.3 汇集带

主要分布在马莲河两侧，在构造上汇集带已接近陇东不对称自流盆地南部，东西两侧地下水径流在此汇集。受马莲河西侧华池组和洛河组承压水向东流动的影响，等水压面坡降变小，华池组为1.5‰，洛河组为1.2‰。汇集带华池组和洛河组承压水主要以下三方面:一是受区域控制向西南缓慢径流，二是沿透水隔层向其它含水层排泄，三是自流排泄。

2.2 TDS和水化学类型的水平分带规律

根据钻孔资料，在形成带内华池组合洛河组地下水的溶解性总固体与水化学类型基本一致，地下水类型主要为重碳酸钙钠镁型和重碳酸钙纳型。径流带内华池组和洛河组承压水的溶解性总固体与水化学类型变化不大，但与形成代相比，溶解性总固体增加了2～3 g/L，增长率为华池组0.13 g/L·km，洛河组0.12 g/L·km，水化学类型变为硫酸钠、硫酸氯化钠型水。汇集带为合水县华池组和洛河组承压水的汇集排泄区，通过长时间、长距离的地下径流，在逐渐溶虑的作用下，在下游溶解性总固体应该逐渐增大，但水质化验结果显示，汇集带的溶解性总固体递增现象不明显，相反，华池组承压水还有明显的“反常”现象，即溶解性总固体变小，而洛河组承压水溶解性总固体变化不大，但也呈减小趋势(表1)，水化学类型变为硫酸氯化钠型。

表1 华池组和洛河组承压水溶解性总固体与水化学类型分带性

从承压水形成带到径流带，再到汇集带，区内溶解性总固体和水化学类型变化规律如图1所示。

图1 TDS和水化学类型水平分带变化规律图

3 TDS和水化学类型水平分带规律的分析

3.1 TDS水平分带变化规律分析

合水县下白垩系华池组和洛河组承压水的溶解性总固体变化规律主要受地层岩性含盐量、径流途径以及补给条件等因素的影响。在形成带，地下水主要接受大气降水的补给，降水中溶解性总固体很低，因此，在形成带地下水的溶解性总固体较低。地下水自动北向西南径流至径流带，随着径流途径的增大，地下水通过溶虑含水层中的岩份，使溶解性总固体逐渐增大，华池组和洛河组承压水均遵循此规律。至汇集带，按照一般原理，两层承压水溶解性总固体应该继续增大，但受到马莲河西部低溶解性总固体的华池组和洛河组承压水的汇入，将汇集带华池组承压水和洛河组承压水稀释，导致汇集带的溶解性总固体降低，华池组和洛河组承压水均遵循此规律。

3.2 水化学类型水平分带变化规律分析

3.2.1 溶虑作用

水化学类型的水平分带变化主要与各含水层含盐量特征有关。岩石的岩份在岩石与赋存和运动与其中的地下水发生水－岩作用的过程中，通过一系列物理、化学变化(溶虑作用、离子交换作用、蒸发与浓缩作用等)进行着水－岩化学成分的交换，从而对地下水水化学类型产生重要影响。

合水县下白垩系各含水层介质中常见矿物为方解石、白云石、石膏等，地层中发生溶虑作用的可能化学反应主要包括以下几种:

在形成带，地下水接受大气降水的补给，重要发生(1)、(2)式反应，导致地带地下水水化学类型主要以重碳酸盐钙钠镁型为主。承压水在向径流带和汇集带径流过程中，随着对石膏的溶虑，即发生(3)式反应，逐渐出现SO42－离子，在

此过程中，易溶的氯化物也参与溶解，最终转化为硫酸氯化钠型水，中间过渡为硫酸盐型或重碳酸硫酸盐型。

3.2.2 阳离子交替吸附作用

在此过程中，含水层中发生阳离子交替吸附作用，使地下水中Ca2+、Mg2+、Na+等离子含量发生变化。

4 结语

1)从形成带到径流带，再到汇集到，合水县下白垩系华池组承压水和洛河组承压水TDS和水化学类型水平分带变化规律明显。TDS逐渐增大，到汇集带又减小，水化学类型由形成带的重碳酸钙钠镁和重碳酸钙纳型到汇集带变为硫酸氯化钠型水，中间过渡为硫酸盐型或重碳酸硫酸盐型。

2)导致合水县华池组和洛河组TDS水平分带变化的主要因素是在形成带受低溶解性总固体的大气降水补给，在径流过程中随径流途径的增长，溶解性总固体增大，在汇集带受马莲河西部较淡水体的汇入和稀释，溶解性总固体又减小。

3)导致合水县华池组和洛河组承压水水化学类型水平分带变化的主要原因为溶虑作用和阳离子交替吸附作用。

［1］中国人民解放军00929部队.合水县水文地质普查报告［R］.1980.

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