盐池东部白垩系地下水化学特征及演变

周文生，刘海燕，芮 婷

(1.宁夏回族自治区核地质调查院，宁夏 银川 750021；2.宁夏回族自治区地质调查院，宁夏 银川 750021)

宁夏盐池县地处干旱半干旱内陆流域，由沙漠、湖盆、洼地组成，区内白垩系浅层地下水及其水质对农牧业供水和维持表生生态具有十分重要的作用。受气候条件影响，水资源短缺已成为制约区域社会经济发展的重要因素之一[1]。地下水化学成分主要受地质及水文地质因素控制，分析地下水水化学分布特征，对制定水资源的利用方式、水资源管理及生态环境保护与建设具有重要意义[2]。多年来广大水文地质研究人员在鄂尔多斯盆地西缘进行了大量的水文地质工作[3-7]，在宁夏盐池地区先后开展了地下水水化学方面的研究工作[8-13]，但是对研究区内地下淡水形成机理认识不够清楚，分布规律尚未查明，给合理开发利用地下水资源带来了极大困难。笔者以水文地质勘察为基础，结合以往资料，对鄂尔多斯西缘盐池地区白垩系地下水化学特征及演变进行了分析，更加清晰地揭示了各个系统地下水化学演化规律，对盐池东部骆驼井地区的淡水形成机理取得了全面深刻的认识。

1 水文地质条件

鄂尔多斯西缘盐池地区地下水主要赋存于白垩系罗汉洞组和环河组砂岩中[3]。罗汉洞组主要分布于盐池南北向分水岭和红墩梁分水岭等地形较高地区，由河湖相的砂、泥岩互层以及风积相的砂岩层构成，具多层结构，其中的河流相砂岩和风积砂岩构成较好的地下水含水层，但该组含水层由于湖相隔水层较多而空间连续性差，不论是水平方向还是垂向方向上渗透性差异很大，总体上富水性不强，单井出水能力多在100～500 m3/d。从水力性质上来说，由于含水层分布较高，且由于下伏环河组顶部存在一层稳定的河湖相细粒地层构成的隔水底板而使之与下伏环河组含水层之间水力联系微弱，空间上构成了一个具多层结构的、区域性的上层滞水含水岩组。罗汉洞组地下水主要接受大气降水入渗补给，多以泉水和人工开采方式排泄[12-13]。

环河组在青山乡以北地区，以河流相砂岩为主，整体上构成良好的孔隙含水层，单井出水能力在盐池县城以南一般300～500 m3/d，盐池县城以北可达1 000 m3/d左右。含水体内部夹杂有多层由砂质泥岩薄层状透镜体构成的局部隔水层。而青山乡以南地区，环河组以三角洲相沉积为主，地层颗粒细，结构较致密，孔隙裂隙不发育，整体上表现为弱含水层。环河组顶部，普遍发育有一套河湖相细粒碎屑岩层，厚度约20～50 m不等，构成一个局域分布的、稳定的隔水顶板(也是罗汉洞组含水层的隔水底板)。

在白垩系分布区西北部红墩梁以北的沙边子-柳树梁一带，白垩系环河组含水层之上覆盖有第四系萨拉乌苏组和风积砂层构成的含水层，环河组与第四系含水层之间水力联系紧密，构成统一的含水体，第四系含水层单井出水量一般500～1 000 m3/d。在白垩系分布区南部的麻黄山地区，含水层由深伏的洛河组构成，埋深一般大于500 m，单井出水量200～500 m3/d，其上依次覆盖有环河组和罗汉洞组弱含水层、新近系隔水层以及第四系黄土，黄土层底部局部含水。

在盐池南北向分水岭轴部以西、麻黄山以北的广大白垩系分布区，白垩系之上普遍覆盖有古近系清水营组，为一套陆相的紫红色泥岩、粉砂质泥岩、泥质砂岩互层，局部夹砖红色砂岩及石膏层，厚度10～200 m，为一套区域隔水层，只在个别地段下伏的白垩系有零星出露。清水营组之上在地形低洼地段，第四系洪积层、残坡积层和湖积层较发育，其中赋存有第四系孔隙水，但含水层较薄，富水性较差，而地形较高处第四系不含水。清水营组内部个别地段也有层间水分布。

2 地下水化学特征

2.1 主要离子特征

盐池白垩系裂隙孔隙地下水中Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-和HCO3-含量如图1、表1所示。地下水中Na+含量一般介于300～1 000 mg/L，以南北向分水岭、大水坑-红井子界线为中心分别向东、西、南方向逐渐增加。南北向分水岭以东Na+含量基本在300～500 mg/L之间，在柳杨堡一带含量最大，大于1 000 mg/L。而分水岭向西离子含量也表现为逐渐增高，在冯记沟、李家庙子梁一带达到1 000 mg/L。以大水坑-红井子一线向南至麻黄山地区，Na+含量逐渐增高至1 000 mg/L，青山-大水坑一带Na+含量小于300 mg/L。Ca2+含量一般介于50～500 mg/L，南北向分水岭东部离子含量普遍小于100 mg/L，明显低于西部，分水岭西部Ca2+含量大于200 mg/L，在高沙窝以北、大水坑一带数值偏低。Mg2+含量一般大于100 mg/L，最大值超过300 mg/L，分水岭东部离子含量基本在50～200 mg/L，明显小于西部，由分水岭向西，离子含量逐渐增高，在冯记沟、李家庙子梁一带大于300 mg/L。Cl-含量一般大于200 mg/L，最大值大于2 000 mg/L，分水岭东部离子含量基本在200～400 mg/L，在柳杨堡一带富集，大于1 000 mg/L，由分水岭向西离子含量逐渐增高，在冯记沟、李家庙子梁一带大于1 000 mg/L，青山-大水坑一带Cl-含量小于300 mg/L。SO42-含量一般大于400 mg/L，最大值大于2 000 mg/L，分水岭东部离子含量介于400～800 mg/L，在柳杨堡一带富集，大于1 000 mg/L，由分水岭向西离子含量逐渐增高，在王乐井以西、以北广大区域西部存在高值区域800～2 000 mg/L，高沙窝镇以北离子含量有所减少，介于400～800 mg/L。HCO3-含量一般大于250 mg/L，最大值大于400 mg/L，由分水岭向东离子含量逐渐增高，介于200～350 mg/L，由分水岭向西离子含量逐渐降低，在冯记沟、李家庙子梁一带小于150 mg/L，大水坑镇、高沙窝以北区域HCO3-含量相对较高，一般大于200 mg/L。

由此可见地下水中离子含量具有以下特征：

1)Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-的分布特征较为相似。(1)分水岭东侧离子含量值明显低于西侧，由分水岭向东离子含量降低；由分水岭向西离子含量增加。(2)沿大水坑-红井子往南的麻黄山地区，地下水中离子含量逐渐增高，且含量明显高于北部。(3)在柳杨堡、王乐井-冯记沟-马家滩镇一带存在相同的高值区；在青山乡-大水坑、高沙窝北部一带存在相同的低值区。(4)Ca2+与SO42-、Na+与Cl-的变化趋势相似，表现出较强的相关性。

2)HCO3-分布特征与上述离子特征变化相反，表现为分水岭向东离子含量逐渐增加，由分水岭向西离子含量逐渐降低；在王乐井-冯记沟-马家滩镇、麻黄山一带出现低值区。

表1 部分白垩系地下水化学分析资料 mg/L

图1 盐池白垩系裂隙孔隙地下水离子浓度等值线图 (单位：mg/L)

2.2 TDS分布特征

盐池白垩系地下水TDS总体分布规律是分水岭东部TDS小于西部TDS，北部TDS小于南部麻黄山TDS[12]；TDS最小值0.22 g/L，最大值12.4 g/L，一般大于2 g/L(图2)。地下水TDS<1 g/L分布面积占总面积的1.26%，主要分布于盐池县东北部骆驼井一带的第四系萨拉乌苏组含水层和风积砂含水层。地下水TDS1～2 g/L分布面积占总面积的24.55%，主要分布于分水岭以东的盐池县城北部、红山沟以及分水岭以西的高沙窝镇、大水坑镇一带。地下水TDS2～3 g/L分布面积占总面积的25.14%，主要沿郭家大梁-高沙窝镇-盐池县城-青山乡一线带状分布。地下水TDS>3 g/L分布面积占总面积的48.05%，分水岭以东主要分布于柳杨堡一带；分水岭以西主要分布王乐井-马家滩镇-冯记沟镇广大地区；麻黄山全区分布高矿化度地下水。

2.3 地下水化学类型与演变

本系统地下水化学类型主要为SO42-·Cl-、SO42-型(图3)。分水岭以东地区，柳树梁分布HCO3-型地下水；杨记圈、南王圈-北王圈-双堆子、胡记梁一带分布有SO42-·HCO3-或HCO3-·SO42-·Cl-型地下水；除上述地区外，均分布SO42-·Cl-、SO42-型地下水。分水岭以西地区，高沙窝镇兴武营、大水坑镇分布有SO42-·HCO3-或HCO3-·SO42-·Cl-型地下水，其他地区均分布SO42-·Cl-、SO42-型地下水。麻黄山地区均分布SO42-·Cl-地下水。白垩系含水系统地下水受分水岭走向的影响，分别向东、向西、向南径流，水化学演变也表现出不同规律。

1)分水岭东部的杨记圈、南王圈-北王圈-双堆子、胡记梁地处现代沟谷洼地，环河组岩性以为细砂岩或粉细砂岩为主，埋藏浅或出露地表。含水层接受大气降水入渗补给后，就近向陕蒙境内的多个大型湖泊排泄，地下水与含水层间发生淋滤作用时间短，形成SO42-·HCO3-或HCO3-·SO42-·Cl-型地下水。尤其是柳树梁地区，地下水化学具有明显的低矿化特征。第四系萨拉乌苏组与风积砂含水层厚度一般在20～100 m，与环河组水力联系密切构成统一含水体，该含水系统易接受大气降水补给，含水层中含盐量低，淋滤与蒸发作用微弱，形成低TDS的HCO3-型地下水，在向西南方向径流过程中，逐渐受上层微咸水的混合，演化为SO42-·HCO3-、HCO3-·SO42-·Cl-型水。

图2 地下水TDS分区图

图3 地下水化学类型分区图

2)分水岭以西地区，地下水接受的上层滞水补给主要以SO42-·HCO3-、SO42-·Cl-、SO42-型为主，而环河组深埋且为辫状河相沉积，岩性为细砂岩夹粉砂质泥岩，地下水向西径流相对缓慢，随着路径的延长，环河含水岩组中的盐分进一步析出，地下水中的化学组分逐渐累积，形成SO42-·Cl-、SO42-型地下水。通过与上层滞水的SO42-型水分布对比，可以看出其分布区域基本相同，但范围有所扩大，证明了地下水向西演化的规律。

3)麻黄山区，环河组为三角洲相沉积，地层主要为泥质粉砂岩、砂质泥岩、泥岩等夹细砂岩、粉砂岩薄层，互层结构，富水性很弱。洛河组埋深在600 m以下，由沙漠相风积细砂岩构成，富水性中等。地下水由北向南径流，基本处于滞流状态，为SO42-·Cl-型地下水。

3 结语

(1)盐池白垩系地下水TDS总体分布规律是分水岭东部TDS小于西部TDS，北部TDS小于南部麻黄山TDS；地下水TDS<1 g/L主要分布于盐池县东北部骆驼井一带的第四系萨拉乌苏组含水层和风积砂含水层。

(2)白垩系含水系统地下水受分水岭走向的影响，分别向东、向西、向南径流，水化学演变也表现出不同规律。研究区的西、南部为盐池内陆流域排泄区，区外地下水以向心状汇流至此，随之也带来了大量的盐分；地下水流滞缓，以蒸散发排泄为主，排泄不畅；地形地貌坡度较大，包气带降水入渗差，水量补给不充分，因此，盐分不断富集，地下水朝着矿化的方向发展，日积月累便形成了咸水。而在北部风积沙滩地带，平缓的风积沙地貌，使得降雨入渗补给充沛，又紧邻毛乌素沙地，侧向补给的盐分少，地下水径流条件好，排泄通畅，大量的盐分随着水流排泄出该区。因此，在大气降水及区外地下淡水流入稀释作用下，该区地下水不断的被淡化，经过长期的过程便形成了淡水。