鹽池縣地下水水質分布特征及成因分析

王 冬，馬洪云，張 俊，趙振宏，姜 軍，郭 莉

(中國地質調查局西安地質調查中心，陜西西安710054)

鹽池縣位于寧夏回族自治區東部，水資源匱乏，水質差，是地下水高氟病的高發區。長期以來，部分鄉村的居民用水十分困難。而鹽池縣是國家級能源基地的組成部分，隨著能源基地的開發建設，水資源的需求將進一步加大。因此，查清地下水水質特征，尋找可供利用的地下水資源，緩解當地用水困難迫在眉睫。在對鹽池縣各鄉村開展水文地質調查的基礎上，通過EH4物探、水巖樣測試分析、水文地質鉆探等手段，查明了鹽池縣咸淡水的分布范圍，圈定了三處可進一步勘查的富水地段。

1 研究區概況

鹽池縣地處寧夏回族自治區東部，東部、南部、北部分別與陜西、甘肅、內蒙古自治區接壤。總地勢西、南高，北東低。大致以大水坑鎮為界，南部為麻黃山山區，地貌上屬黃土高原，溝壑縱橫;北部為波狀高原;屬干旱半干旱大陸性氣候，主要氣候特征是干燥，降水量少而集中，多年平均降水量277.11 mm，多集中在七-九月，占全年降水量60%，且多以暴雨形式出現。

出露基巖地層有(1)下白堊系陸相碎屑巖，巖性為中細粒砂巖，砂質泥巖，廣泛分布。(2)古近系漸新統清水營組地層，巖性為砂質泥巖、塊狀含礫結核狀砂巖、泥巖夾石膏層，分布于高沙窩-王樂井-青山鄉以西地區。(3)第四系地層，巖性主要為風積砂和粉土質亞砂土，分布廣泛。

區內主要含水層為下白堊系裂隙孔隙含水層、第四系松散巖類孔隙含水層［1，2］。白堊系裂隙孔隙含水層普遍分布，發育有不同程度和不同厚度的風化裂隙帶，構成了全區統一的白堊系地下水水含水巖組，包括羅漢洞組、環河組、洛河組等各不同時代的含水巖組，總體以中細粒砂巖為含水層，泥質巖為相對隔水層。第四系松散巖類孔隙含水層主要分布于駱駝井地區，其他少數洼地有小面積分布。含水巖組的巖性主要為粉細砂和亞砂土，下部往往夾有薄層的砂礫層。含水層厚度因基底起伏變化較大，30～100 m不等，具有自西向東和自南向北由薄增厚的趨勢。

駱駝井地區北部為毛烏素沙漠南緣，第四系風積砂廣泛分布，長約20 km，寬1～10 km，沙丘一般高2～6 m，最高可達20余米。中部為低緩梁崗之間的洼地，由基巖槽谷接受堆積物形成灘地，地勢平坦開闊，坡度以1°左右向北西微傾斜。南部為低緩梁崗，長10～15 km，寬3～10 km。頂部開闊平緩。主要由下白堊系環河組基巖組成，地表多被薄層風積、殘積物覆蓋。地下水流向由北、東、南部向中部灘地匯流后，再向西徑流。該地區目前已建成一處水源地，位于最東部，日開采量約2萬 m3/d，作為鹽池縣城供水的唯一水源。地下水開采層為第四系松散巖類孔隙含水層。

2 采樣與測試

地下水樣品的采集涵蓋了境內較大的自然村，共326組(為保證水文地質單元的完整性，部分取樣點位于鹽池縣境外)。其中位于波狀高原的321組，水力性質為潛水，地下水主要用于生活或農業用水。麻黃山山區主要依靠集雨水窖提供飲用水，地下水開采用于石油勘探施工，無農業開采，采集白堊系含水巖組地下水5組。惠安堡鎮一帶7組水質資料以收集為主。(見圖1)

樣品委托西安地質礦產研究所測試中心測試。測試項目為全分析，并加測 Mn、Pb、As、Cr、Cd、Hg 等重金屬離子。

圖1 取樣點分布圖

3 地下水化學類型與水質特征

通過水質資料分析，鹽池縣地下水主要為微咸水、咸水、高氟水，水化學類型以SO4型為主。地下水中硝酸鹽含量普遍不高，以生活飲用水質量硝酸鹽標準20 mg/L(以N計)為界限，大于20 mg/L的地下水主要分布于高沙窩-大水坑-麻黃山一線，近南北向，呈帶狀分布。地下水中的 Mn、Pb、As、Cr、Cd、Hg等重金屬離子含量較低，均低于生活飲用水衛生標準。

3.1 地下水化學類型的分布規律

地下水化學類型采用舒卡列夫分類法，以陰離子為主命名。如圖2示，鹽池縣地下水化學類型主要表現為:

(2)駱駝井地區地下水化學類型呈現水平分帶。第四系風積砂分布區為HCO3-型地下水，沿寧蒙邊界呈條帶狀分布，由東向西逐漸變窄，地下水中陽離子為 Ca2+·Na+或Mg2+·Na+為主。沿 HCO3-型地下水條帶向南延伸至灘地邊緣，分布 HCO3-·型地下水。灘地地區為·Cl-型地下水。低緩梁崗區為·地下水。

3.2 地下水TDS分布特征

鹽池縣境內地下水TDS普遍較高，總體特征東部小于西部，北部小于南部(圖3)。根據333組分析資料統計，TDS＜1 g/L為59組;TDS 1～2 g/L為105組;TDS 2～3 g/L為61組;TDS＞3 g/L為108組;最高值位于馮記溝附近地段達到10.9 g/L。

圖2 地下水化學類型分區圖

圖3 地下水TDS分區圖

TDS＜1 g/L地下水主要分布于駱駝井地段與大水坑鎮西部。駱駝井地段地下水TDS由北向南、由東向西逐漸增大，在灘地地區達到最大值。TDS 1～2 g/L主要分布于高沙窩-鹽池縣城一線、大水坑鎮東南地區。地下水TDS＞2 g/L主要分布于高沙窩-王樂井-青山-惠安堡以西、大水坑以南地區。

3.3 地下水氟化物分布特征

高氟水是鹽池縣地下水的重要特征之一［3，4］。根據333組分析資料統計，F-＜1 mg/L為42組;F-1～2 mg/L為77組;F-＞2 mg/L為214組;F-最高值達到14.7 mg/L。在干旱缺水地區，F-＜2 mg/L的地下水通過除氟［5］處理后可作為飲用水源。鹽池縣境內F-＜2 mg/L中地下水主要分布于駱駝井北部第四系風積砂區、高沙窩鎮東部與麻黃山鄉一帶的白堊系含水巖組。其他零星分布地下水主要賦存于受微地貌控制第四系薄含水層。地下水F-＞2 mg/L在境內大面積分布。(圖4)

4 地下水水質成因分析

4.1 低氟淡水成因

鹽池縣境內低氟淡水主要分布于駱駝井、高沙窩、大水坑三處。

駱駝井地下水質特點為由東向西、由南向北TDS逐漸升高，分布面積由東向西逐漸變小。如LK7孔位于駱駝井最東端，孔深305 m，巖性主要為細砂巖、砂質泥巖，TDS為0.76 g/L，F-0.34 mg/L;LK3 孔位于駱駝井西部，孔深 204.6 m，巖性主要為細砂巖、粉砂巖，TDS 為 3.48 g/L，F-0.49 mg/L;LK6孔位于駱駝井南部，孔深300.5 m，巖性主要為細砂巖，TDS 為 3.64 g/L，F-0.88 mg/L。形成這種特點是由于:(1)易接受降水補給。駱駝井地區地貌多為活動沙丘鏈、固定沙丘及半固定沙丘，坡度較小，降水主要入滲于風積砂中，在局部洼地中形成短時間積水，極有利于大氣降水的入滲補給。(2)含水層中含鹽量低。地下水含水層為第四系含水層和白堊系含水層。第四系含水層主要為風積沖積物，巖性為淺黃色粉細砂，砂質較純，成份以石英、長石為主，云母次之，松散。含水層厚 15～20 m，駱駝井水源地 Y02孔最厚，達56.10 m。白堊系含水層巖性以細砂巖、粉砂巖為主，呈互層狀，局部夾有泥質砂巖、砂質泥巖。這兩類含水層中的可溶性物質均較少，測得第四系風積砂總鹽量為300～600 mg/kg，可溶性F-在1～4 mg/kg之間。(3)徑流時間短。地下水主要是向西南匯集排泄于古凹槽，形成鹽堿灘。徑流路徑一般為10 km，水力坡度3‰，因此地下水在徑流過程中，徑流時間短，不利于可溶性物質的匯集。但地下水徑流至基巖槽谷區域，由于長期的蒸發濃縮作用，含水層中含鹽量急劇增高，因此在駱駝井西部、南部形成咸水。通過EH4物探，第四系地層在區內連續分布，厚度30～100 m，由東向西厚度逐漸變薄，巖石孔隙度逐漸變小。白堊系地層環河組巖性為細砂巖，中粗砂巖，厚度10～320 m。結合資料判斷，第四系與白堊系含水層均賦存淡水，分布范圍在現有水源的基礎上可向西向南擴展，開采深度東部地段不宜超過200 m，西部地段不宜超過150 m。

圖4 地下水氟化物分區圖

大水坑西部地段賦存白堊系碎屑巖類孔隙水。通過地面調查和EH4物探分析，地表為第四系風積砂，厚度0～0.5 m，下部為白堊系涇川組砂礫巖地層，厚度100～200 m，礫石膠結程度差，直徑多大于3 cm，次圓狀，孔隙發育，因此利于地下水的補給與賦存，水質較好，TDS在1 g/L左右。

高沙窩東部地段區內賦存有第四系松散巖類孔隙水與白堊系碎屑巖類裂隙孔隙水。上部為第四系松散巖類孔隙水，含水層平均厚5 m，最厚可達35 m，含水層巖性為細砂、粉砂、局部夾有粘砂土、砂粘土隔水層透鏡體;中部為第三系弱透水層，巖性為泥巖與細砂巖互層。下部為洛河組，巖性以細砂巖、粉砂巖為主。地下水的補給與賦存中受第三系地層影響較小，因此水質較好。

4.2 高氟咸水成因

鹽池縣高氟咸水在區內大面積分布，與第三系地層在區內的廣泛展布關系密切。

第三系地層廣泛分布于高沙窩-王樂井-青山-大水坑以西地段，為一套紅色、桔黃色、灰黃色碎屑巖沉積，在沉積上屬干旱條件下的河湖相堆積，其特征含有多層石膏，產狀平緩，不整合于白堊系地層之上，多被第四系堆積物廣泛覆蓋。巖性主要為紫紅色、磚紅色泥巖、粉砂質泥巖、細砂巖夾薄層狀泥灰巖、含礫砂巖及石膏層。該套地層的巖性自北而南、自西向東粒度變粗，礫巖增多，石膏變厚、變純，測得第三系地層中可溶性 F-在10～20 mg/kg，最高達21.8 mg/kg。如馬家灘至大水坑一帶為磚紅色泥巖、粉砂質泥巖及灰綠、黃綠色砂巖、灰白色石膏砂巖及石膏層。地下水接受降水補給過程中，途經第三系地層，受淋濾作用控制，大量石膏溶解，造成該地區形成高氟咸水。如C71水樣，地下水中達1 220 mg/L，摩爾百分比 79.03%;Ca2+458 mg/L，摩爾百分比69.72%。

5 結論與建議

1)鹽池縣境內第三系地層中的石膏分布范圍廣、厚度大，造成該地區普遍存在高氟咸水，由此引起的地方病比較嚴重。地下淡水分布范圍小，主要位于寧蒙交界的毛烏素沙地或第三系地層缺失的部分地段。

2)鹽池縣地下淡水資源貧乏，僅適合小規模開采，用于生活或生態用水。水資源的使用上應加大改水或引黃(黃河水)工作力度，從根本上解決當地用水困難。

3)現有的駱駝井水源地應合理規劃，確定可開采量，防止地下水過量開采引起的咸水入侵問題。大水坑與高沙窩兩處地段均受小型水文地質單元控制，白堊系含水層中賦存淡水資源，單井涌水量不宜超過600～800 m3/d。

［1］寧夏回族自治區地質礦產局.寧夏回族自治區區域地質志［M］.北京:地質出版社.1990:522.

［2］侯光才，林學鈺，蘇小四，等.鄂爾多斯白堊系盆地地下水系統研究［J］.吉林大學學報(地學版).2006，36(3):391～398.

［3］陶書華，徐繼剛.陜西定邊平原高氟地下水的形成分布與改水途徑研究［J］.陜西地質.1992，10(1):75～86.

［4］韓占濤，張發旺，桂建業，沈輝，陳立，呂曉立.鹽池地區高氟地下水成因與低氟水找水方向研究［J］.干旱區資源與環境.2009，23(12):151～156.

［5］蘇慶珍，王麗萍.飲用水除氟技術及其機理［J］.電力環境保護.2008，24(3):39～41.