淺層地下水化學特征影響因素分析——以利州和中興～玉堂盆地周邊山地為例

尹詩琪，孫光旭，陳 婷，曹 茜

（成都理工大學 能源學院，成都 610059）

1 區域地質構造概況

1.1 地質構造

研究區位于盆周山地的兩個不同地區（見下頁圖1），即利州和中興～玉堂地區。

利州地區區域構造上位于川北凹陷北緣米倉山前沿，米倉山構造帶為大巴山推覆構造一部份，呈東西向展布，斷裂不發育。褶皺為一系列緊密褶皺，其背斜構造由南東至北西斜列，并漸次向西傾伏，并從山中向山前巖層產狀逐漸變緩。作者本次研究地區主要出露海相地層，從震旦系～三疊系都有發育，但發育不全，以灰質和白云質為主的碳酸鹽巖較發育。

中興～玉堂地區在區域構造上跨越龍門山推覆構造帶前山前緣和山前平原地區，根據地質力學觀點劃分，則屬于青城～青霞新華夏系與九頂山華夏系構造帶比鄰，處于彭～灌大斷裂下盤，思文場背斜東翼。屬傾向南東之單斜構造，出露地層齊全，從侏羅紀中下統至第三系都十分發育。露頭分布于山區，平原區被第四紀覆蓋，主要以碎屑巖為主。

1.2 盆周山地水文地質區

盆周山地是自流盆地各個含水巖層，沿盆地邊緣集中出露構成的補給區。這些地區，構造運動強烈，斷裂發育，侵蝕、剝蝕作用強，地形深切，主要為中高山地形。同時地下水交替強烈，地礦化水發育，以巖溶水分布最為普遍。按盆地周邊山地構造特征及水文地質特征，可分為幾個亞區［1］。

1.2.1 米倉山～大巴山褶皺山地裂隙－巖溶水亞區

處于盆地北緣、東北緣，是由一系列緊密排列的復式褶皺構成的山間盆地群，成弓弧狀北西～南東向展布，略向盆地凸進。盆地主體含水層沿隆起南緣連續分布，出露較高，巖溶發育，受水條件良好，是自流盆地北緣主要補給區。地表裂隙—巖溶水發育。峽谷區巖溶水極豐富，在分水嶺地區，巖溶引起地表水、地下水嚴重漏失，是自流盆地東北緣的重要補給區。利州地區就屬于該水文地質亞區。

1.2.2 龍門山斷褶山地裂縫—巖溶水亞區

處于盆地西北邊緣，是由被動—南西向展布的龍門山斷褶帶所構成的狹長山地，是自流盆地西緣主要補給區，水源豐富。侏羅系和上三疊系構成的儲水構造，層間自流水較為發育，千佛巖組砂、礫巖和蓮花口組礫巖為區內主要含水層，水質良好，富水程度中等。外緣山地出露的火成巖、變質巖裂隙水較微弱。中興～玉堂地區就屬于該水文地質亞區。

2 樣品采集和測試

分析樣品是在利州和中興～玉堂兩地地質調查的基礎上采集的，采集深度為0m～40m，并選取其中各地區30組，共60組典型樣品進行水質檢測分析。

測試中選取了13項有利指標，包括pH值、總硬度、總堿度、總溶解性（TDS）、K＋、Na＋、Ca2＋、Mg2＋、Cl－、SO42－、HCO3－、CO32－和 F－等。其中，pH采用玻璃電極法測定；F－采用離子選擇性電極法測定；總硬度采用EDTA容量法測定；總堿度采用鹽酸標準溶液容量法測定；K＋、Na＋、Ca2＋、Mg2＋采用火焰原子吸收法測定；Cl－采用硝酸銀容量法測定；SO42－采用硫酸鋇比濁法測定；HCO3－、CO32－采用鹽酸標準溶液容量法測定；TDS采用180℃干燥～重量法測定。所有水樣指標均依據文獻［2］進行檢測。并利用SPSS軟件［3］對水樣測試結果進行統計分析（見下頁表1）。

pH值變化范圍在7.45～8.27和8.05～8.50之間，表明兩地地下水均屬于弱堿性水。由變異系數可知，六種主要常規離子 Na＋、Ca2＋、Mg2＋、Cl－、SO42－、HCO3－在兩地區空間分布具有不均勻性。

在溶解性總固體含量方面，利州TDS＞中興～玉堂TDS（見下頁圖2）。在主要陰離子含量方面，利州Cl－＞中興～玉堂Cl－、利州HCO3－＞中興～玉堂HCO3－、中興～玉堂SO42－＞利州SO42－（見后面圖3）。在主要陽離子含量方面，利州Ca2＋＞中興～玉堂Ca2＋、利州Na＋＞中興～玉堂Na＋、利州 Mg2＋＞中興～玉堂Mg2＋（見后面圖4）。

3 地下水化學特征影響因素

在研究以上資料的基礎上，針對利州地區和中興～玉堂地區分別進行研究。利州地區溶解性總固體濃度及 Ca2＋、Mg2＋、Na＋等主要陽離子和HCO3－、Cl－等主要陰離子濃度整體高于中興～玉堂地區，但中興～玉堂地區SO42－離子濃度高于利州地區。利州地區離子含量為Ca2＋＞Na＋＞Mg2＋；HCO3－＞SO42－＞Cl－。中興～玉堂地區離子含量為Ca2＋＞Mg2＋＞Na＋；HCO3－＞SO42－＞Cl－。

同時，利州地區地下水化學類型主要均為HCO3～Ca～Mg型，中興～玉堂地區地下水化學類型主要均為HCO3～SO4～Ca型（見后面圖5），兩地區離子濃度存在明顯差異，導致兩地的水化學特征出現不同，主要有以下影響因素。

圖1 取樣范圍及水文構造略圖Fig.1 Sampling range and hydrological structure sketch

表1 水樣測試結果Tab.1 Water sample test results

圖2 溶解性總固體變化曲線Fig.2 The total dissolved solids variation curve

首先，在區域地質構造上，兩地屬于不同的地質構造單元。對地下水化學特征而言，地質構造是間接影響因素，它的類型決定地下水動力性質，而后者就直接影響地下水化學成份和礦化度。H.K依格納托維奇［4］按構造的開啟程度、通水性、沖刷和排泄程度進行地質構造分類，認為封閉構造的水主要是古老的高礦化度的Cl～Na～Ca型水，而開啟構造的水是比較年輕的重碳酸和重碳酸～硫酸鹽型水，中間類型的構造中有過渡型水。利州和中興玉堂地區屬開啟的地質構造類型，地下水化學類型分別為HCO3～Ca～Mg型和HCO3～SO4～Ca型。但同時由于構造運動的類型不同，利州地區主要屬褶皺運動，而中興～玉堂地區主要屬斷裂運動，其次為褶皺運動。因為不同的構造運動對地下水化學成份的影響略有不同，最終導致兩地的地下水化學特征有所不同。

圖5 水化學類型三線圖Fig.5 The hydrochenical type trilinear diagram

其次，從水文地質條件來講，兩地在水文地質上都屬于盆周山地水文地質副區，但副區內存在兩個亞區。利州與中興～玉堂地區屬于不同的地裂隙～巖溶水亞區（米倉山～大巴山褶皺山地與龍門山斷褶山地），所以，從水文地質區的劃分上區別了兩地不同的水文地質條件，成為影響兩地地下水化學特征的因素之一。

再次，從含水層巖性方面來說，對此次研究的淺層地下水而言，地層巖性是造成兩地地下水離子濃度差異的主要原因，這主要是兩地區出露地層的整體沉積環境不同。利州地區主要出露海相地層，基巖溶蝕；中興～玉堂地區出露的基本為碎屑巖，為膠結物溶蝕，導致了利州地區Ca2＋、Mg2＋的整體濃度高于中興～玉堂地區。沉積物顆粒整體較粗，地下水系統開啟性較好，其徑流途徑短，流動相對較快，溶濾作用比較發育［5、6］，這就使得 Ca2＋、Mg2＋、HCO3－等離子濃度相對較低。

最后，從人類活動方面、人類活動產物可以通過兩種途徑輸入水體：廢物直接排放和通過大氣輸入［7］。其中，以農業活動和工業活動的影響最為顯著。利州與中興～玉堂兩地地下水化學特征的差異，與各自所處的地理位置和環境以及人為因素也有一定關系。

總之，從溶解性總固體濃度、主要陰、陽離子濃度均可看出，兩地地下水化學類型不同時，地下水化學特征是存在明顯差異的。結合以上資料，通過對兩地研究分析認為，兩地水化學特征的差異是多種因素的結果，如區域地質構造和以構造為基礎的水文地質區劃分及含水層巖性。另外，與人類活動也有一定關系。

4 結論

（1）樣品分析效果明顯，在利州和中興～玉堂地區地下水化學特征上，區域差異較強。

（2）利州與中興～玉堂地區地下水化學類型主要為HCO3－Ca－Mg型和HCO3－SO4－Ca型。水均為較年輕的地下水。

（3）利州與中興～玉堂地區的地下水化學特征差異，其影響因素有區域地質構造、水文地質條件、含水層巖性及人類活動等。

（4）地下水是一個復雜的系統，在研究地下水化學特征時，應考慮多種因素或一組因素的影響。

［1］四川省地質局.四川水文地質專集［C］.成都：四川人民出版社，1981.

［2］中華人民共和國國家標準《GB5749－2006生活飲用水標準》［S］.北京：中國標準出版社，2007.

［3］葉志清.淺層地下水化學成分特征及成因分析［J］.地下水，2010，32（1）：40.

［4］李學禮，孫占學，劉金輝.水文地球化學［M］.北京：原子能出版社，2010.

［5］K.E.比契葉娃.水文地球化學［M］.彭立紅，譯.北京：地質出版社，1981.

［6］解振華，劉凱，李志萍，等.基于沉積物物質來源的地下水化學特征分析［J］.地學前緣，2010，17（6）：81.

［7］李甜甜，季宏兵，江用彬，等.贛江上游河流水化學的影響因素及 DIC 來源［J］.地理學報，2007，62（7）：764.