浅析黔东地区岩溶地下水水化学特征

高建平，吴桂武，黄 震，王 鹏

(1.贵州省地矿局一〇三地质大队，贵州 铜仁554300;2.中国冶金地质总局山东正元地质勘察院，山东 烟台264002)

岩溶地下水系统是一个成分十分复杂的天然溶液系统，它既溶有多种无机化学元素组分、气体和放射性物质，还含有有机物、微生物和悬浮物等。随着地下水赋存岩石的差异，所处地质和地理环境的不同，不同地域地下水在化学组分上表现出了一定的特征和规律。运用水文地球化学的理论和方法来研究研究区的岩溶地下水化学成分，有助于研究本区地下水的水－岩作用，揭示地下水化学成分在组成、分布和元素在其中存在、迁移转化的规律，从而揭示岩溶地下水的运移规律。

1 地下水的物理性质

1.1 水温

根据调查数据统计(表1)，研究区地下水的水温在10℃～17℃之间，受季节性气温变化的影响。天然泉点水温年变化幅度较小，一般不超过4℃。相邻区钻孔揭露水温比较稳定，年变化幅度1℃ ～2℃。地下河出口的水温年变化幅度较大。天然泉点之间的水温相差不大，冬季枯水季节时最低13.8℃，最高15℃，相差1.2℃。地下河出口之间水温变化较大，冬季枯水季节时最低10℃，最高16.8℃，相差6.8℃。因天然泉点的地下水处于相对封闭的含水层中，遇断裂或节理在地势低洼处出露，受周边环境的影响较小。地下河中水温受地下河入口、降水落水洞灌入及流动环境的控制，变化较大。从总体上看，岩溶地下水的水温变化比气温稍有滞后，岩溶泉及钻孔中水温滞后时间较长。

1.2 颜色、透明度

岩溶泉无色透明，因地下水径流途径较长，泥沙等杂物逐渐沉淀，雨季时也清澈透明，没有浑浊。地下河一般情况处于无色透明状态，但由于落水洞、竖井等发育，在强降水期间，雨水冲刷泥沙进入地下水系，或由于雨水的进入，造成地下河的流速及流量的大幅度变化，从而冲刷河床中的沉积物，造成短暂的浑浊现象。这种状况一般在雨后1～5 d即可恢复原状。

2 水化学特征

2.1 酸碱度、硬度和矿化度

地下水的酸碱度主要受土层的酸碱度和含水岩石的控制。研究区的地下水呈弱碱性，这主要是因为碳酸盐岩可溶滤性好，水－岩反应速度较快，加上溶隙、裂隙发育，渗透性良好，水－岩作用充分;从土壤带下渗的地下水与其作用消耗H+的结果。计算表明，与大气中 PCO2=10－3.5bar平衡的水(pH5.7)作用于方解石并达到平衡的pH为8.4。由于土壤包气带下渗的地下水的pH值较低和水岩作用的时间的限制，本区岩溶地下水的pH值多为8以下的弱碱性水。

地下水的总硬度包括永久硬度和暂时硬度。它主要是水中钙、镁离子含量的反映。研究区的岩溶地下水主要属微硬水，其中清虚洞组含水层中的地下水硬度较高台组含水层中的地下水硬度稍高。

地下水的矿化度主要取决于含水介质的岩性特征，它还与地下水的循环条件有关。矿化度的高低与硬度的高低一致。在研究区，大气降水有时不经过土壤带直接通过溶蚀裂隙、落水洞、竖井等迅速补给泉水或地下河。这类浅循环交替的地下水径流迅速，不但与围岩的作用时间短，溶滤出的矿物质也不易汇集变浓，因而形成低矿化度的淡水。

表1 研究区地下水点物理特征表

表2 研究区泉点常量元素含量表

2.2 主要阳离子

Ca2+、Mg2+、K+、Na+是岩溶地下水中的主要阳离子，这些组分的基本物质来源是地下水的储存运移介质－岩石或土层中。Ca2+、Mg2+来源于地下水运移储集过程中，对碳酸盐岩的溶滤作用。由于进入地下水的二氧化碳溶解后形成了碳酸，碳酸和赋存介质中的碳酸盐类矿物质相互作用后，含钙镁的盐类被分解，钙镁离子随即迁移到水溶液中形成离子状态。K+、Na+来源于含水介质中钾钠盐类的溶解迁移。

研究区的岩溶地下水中，Ca2+占化学组分中阳离子的主导地位，其含量在61～75 mg/L之间(表2、表3)，平均值为69.42 mg/L。Mg2+含量大多在 28～40 mg/L之间，平均为32.6 mg/L。表明在岩溶地下水中 Mg2+含量较 Ca2+低。K+、Na+含量都比较低微，K+含量在 0.8 ～ 2.4 mg/L，平均1.24 mg/L，Na+含量在 1.4 ～3.5 mg/L 之间，平均值 2.89 mg/L。

2.3 主要阴离子

HCO3－、SO42－、Cl－为岩溶地下水中的主要阴离子。它们具有不同的含量及形成机理。

表3 研究区地下河常量元素含量表

HCO3－是阴离子的控制性组分，它的形成是含二氧化碳的水与碳酸盐类介质互相作用的结果。地下中的二氧化碳的来源主要是空气中的被地表水吸收渗入地下水。研究区的HCO3－含量在200～300 mg/L之间，平均含量252.3 mg/L。

研究区SO42－的形成主要是原生地质环境的石膏沉积，其次是硫化物被水中的氧氧化而形成。调查中，SO42－含量较低，为 9.4 ～20 mg/L，平均为 14.9 mg/L。

Cl－来源于含水介质中岩盐成分和其他含Cl矿物的风化产物。在研究区出露的泉点和地下河出口中，Cl－含量较低，一般为 2.1 ～4.7 mg/L，平均含量 3.19 mg/L。

图1 矿化度与硬度相关曲线图

图2 矿化度与Ca2++Mg2+相关曲线图

3 化学组分的相关性

从研究区岩溶地下水的化学组分的物质来源看，其主要矿物质成分为 Ca2+、Mg2+和 HCO3－。因矿化度是可溶性无机成分的总含量，硬度主要反映的Ca2+、Mg2+含量，因而矿化度、硬度、钙镁离子浓度之间有明显的正相关关系。由于地下水中的主要阳离子为Ca2+，主要阴离子为HCO3－，所以Ca2+、HCO3－含量、硬度、矿化度之间也呈正相关关系(图1、图2和图3)。

图3 矿化度与HCO3－相关曲线图

4 结语

1)通过分析岩溶地下水水化学特征认为，在丰水期，地下水中的主要组分Ca2+、Mg2+、HCO3－、SO42－和矿化度呈现下降的趋势，pH值呈现升高的趋势，地下水动态过程曲线多呈尖齿状。在枯水期，主要离子呈现上升、pH值降低的趋势，其平面形态呈波状。

2)岩溶地下水中的Ca2+、HCO3－含量、硬度、矿化度之间呈正相关关系。

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