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    紅層地下水水質(zhì)影響因素及變化規(guī)律 哪些因素影響地下水的水質(zhì)

    巖石礦物及化學(xué)成分是形成紅層地下水無機(jī)化學(xué)組分的物質(zhì)基礎(chǔ),紅層通常含有較多的易溶鹽,這些物質(zhì)成分與水的作用決定著地下水的化學(xué)特征。此外,含水層的賦水空隙特征、埋藏分布狀況,地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件、水文氣象以及開采利用情況的變化等,通過影響水-巖物理化學(xué)作用發(fā)生的條件,均會(huì)對(duì)地下水水質(zhì)產(chǎn)生一定的影響。

    2.4.2.1 紅層的巖石地球化學(xué)特征

    紅層多形成于封閉或半封閉、干熱的內(nèi)陸盆地中,地層巖性變化大,含鹽地層發(fā)育。紅層礦物成分主要有粘土類礦物、石英、方解石和白云石等,紅層中較為廣泛地存在含可溶鹽夾層、可溶鹽層和鹵水含水層。含可溶鹽夾層通常為含硬石膏、鈣芒硝的泥巖,可溶鹽層多為石鹽礦層,常見的共生鹽類礦物有石膏、硬石膏、鈣芒硝、無水芒硝、天青石、方解石、白云石、光鹵石、鉀鹽、雜鹵石、天然堿等,鹽礦層周圍普遍發(fā)育鹽上及鹽側(cè)溶濾鹵水含水層。與紅層同期由沉積作用形成的礦產(chǎn)還有砂頁巖型銅礦和藍(lán)石棉、赤鐵礦以及少量油頁巖礦點(diǎn),局部地段富含鐵礦。

    紅層地下水化學(xué)成分的形成、變化,主要是水與含水介質(zhì)相互作用的結(jié)果。大氣降水滲入地下后,經(jīng)過一段時(shí)期的徑流,通過對(duì)可溶性巖石及礦物的溶濾,其化學(xué)成分大多會(huì)發(fā)生明顯的變化,這在有較多的層位含有可溶鹽的紅層中表現(xiàn)尤其突出。巖石礦物及化學(xué)成分對(duì)地下水化學(xué)成分的影響特別明顯,是紅層地下水的水質(zhì)比其他類型的地下水更為復(fù)雜多變的根本原因。

    鹽泉是最直觀的表現(xiàn)。鹽泉是地下水與含鹽巖礦相互作用后在地表的天然露頭,野外調(diào)查采集的鹵水大部分都是氯化物型巖鹽溶濾水,其次為硫化物型巖鹽溶濾水。鹽泉的主要離子成分為Cl

    及Na+、Ca2+、Mg2+,除混合型的深層鹵水和變質(zhì)作用的封存鹵水之外,鹽泉離子含量都能很好地反映埋藏在地下的固體鹽組分。滇中地區(qū)經(jīng)深部鉆孔驗(yàn)證,Cl

    型鹽泉預(yù)示存在石鹽、芒硝礦床,如安寧、者北硝鹽礦;

    型鹽泉?jiǎng)t可預(yù)示存在芒硝、石膏礦床,如祿勸撒營(yíng)盤。思茅地區(qū)Cl-Na+型鹽泉的分布與鹽礦關(guān)系十分密切,鹽礦層周圍普遍發(fā)育鹽上及鹽側(cè)溶濾鹵水層,由于這些鹵水層形成時(shí)代新,有良好的循環(huán)空間,其化學(xué)成分多取決于所溶濾鹽系的易溶組分。通過對(duì)云南中部若干鹽泉的長(zhǎng)期觀測(cè),除深循環(huán)鹽泉外,其流量、濃度變化大都與降雨量密切相關(guān),雨季流量大,濃度低,旱季相反,說明鹽泉的來源比較淺。

    紅層地區(qū)的地球化學(xué)異常在地下水化學(xué)成分中的反映也是明顯的例證。西南紅層區(qū)均存在程度不同的Fe、Mn高異常。經(jīng)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查,云南紅層區(qū)Mn平均值為658.76×10-6,異常下限為1148.47×10-6,最大值為13968.00×10-6;Fe平均值為4.231×10-2,異常下限為7.307×10 -2,最大值為12.400×10 -2。紅層區(qū)的Mn、Fe高異常,往往導(dǎo)致紅層地下水的Fe、Mn超標(biāo)。究其根本原因,這與紅層形成的地質(zhì)背景是密切關(guān)聯(lián)的。西南地區(qū)廣泛分布二疊系峨眉山玄武巖(Pe),在滇中地區(qū)玄武巖和變質(zhì)巖處于紅層沉積區(qū)的物源區(qū),其Fe、Mn高異常化學(xué)背景必然帶到紅層中。在水 巖作用下,這種異常也就反映在地下水的水質(zhì)中。

    2.4.2.2 紅層地下水的循環(huán)條件

    可供開發(fā)利用的紅層地下水,主要是循環(huán)周期在一個(gè)水文年內(nèi),受降水的季節(jié)變化影響明顯的淺循環(huán)地下水。大氣降水的滲入是紅層地下水主要和普遍的補(bǔ)給源,地下水的循環(huán)途徑及特征明顯受地形地貌、構(gòu)造和含水層埋藏條件的影響,進(jìn)而也影響到了地下水的水質(zhì)。

    地形侵蝕切割程度和水文網(wǎng)密度對(duì)地下水循環(huán)有著重要的影響,地形切割愈深,溝谷愈發(fā)育,水力坡度愈大,地下水循環(huán)交替愈強(qiáng)烈。地下水補(bǔ)給區(qū)主要為含水層裸露的山地丘陵區(qū),這些地區(qū)地下水交替迅速,大氣降水滲入后,以三維徑流為主順地勢(shì)降低的方向快速地向低洼處徑流。途中部分地下水以懸掛泉及下降泉的形式,在弱透水層(帶)頂面和溝谷中排泄,大部分則在盆地、谷地和洼地等低洼地區(qū)的邊緣以泉的形式排泄,剩余部分沿?cái)嗔褬?gòu)造進(jìn)行深遠(yuǎn)程徑流排泄。這些地區(qū)的地下水由于長(zhǎng)期快速循環(huán)交替,水質(zhì)一般較好。當(dāng)進(jìn)入山前斜坡、平原或壩區(qū)后,地下水以二維擴(kuò)散流為主,越靠近低洼地中心,隨著含水層上覆蓋層厚度的增大,地下水的循環(huán)交替速度趨于緩慢,特別是受較大面積的隔水層埋藏的含水層中,地下水循環(huán)交替微弱,水中逐漸積累了源于含水層巖石礦物的溶濾組分,如果存在含鹽地層,水質(zhì)往往極差。

    地質(zhì)構(gòu)造通過控制地下水的賦存和運(yùn)動(dòng)而對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生影響。主要表現(xiàn)在構(gòu)造破裂均有利于大氣降水、地表水的補(bǔ)給和徑流,對(duì)地下水水質(zhì)的淡化能夠起到明顯的作用。例如:1991年,長(zhǎng)沙黃花國(guó)際機(jī)場(chǎng)進(jìn)行水源地勘查,勘查區(qū)內(nèi)的控制性斷裂長(zhǎng)達(dá)幾十千米,次級(jí)斷裂也長(zhǎng)達(dá)數(shù)千米,發(fā)育深度大,有利于地下水進(jìn)行深循環(huán)和較長(zhǎng)距離徑流。沿?cái)嗔褞О讏紫瞪辖y(tǒng)戴家坪組(K2d2)地層的灰質(zhì)礫巖中溶蝕裂隙及洞管較發(fā)育,儲(chǔ)水及導(dǎo)水條件較好,有利于斷裂兩側(cè)地下水的匯集。在斷裂交匯部位約50m2范圍內(nèi)布置的7個(gè)鉆孔,孔深134.02~229.54m,其中3個(gè)孔涌水量均在3000m3/d以上,最大的達(dá)到6817m3/d以上,水化學(xué)類型為 HCO3-Ca 型,礦化度200mg/L,pH 值7.2,水質(zhì)良好(劉振忠等,1996)。云南省大姚縣SK253管井深96.6m,位于北西向短軸屜型小向斜東南端核部,三面環(huán)山,形似“箕”狀的低凹地區(qū),地表巖層傾角22°,巖性均為泥灰?guī)r。23.5~40.2m、51.0~57.0m、80.8~83.8m孔段巖心破碎,蜂窩狀溶孔順層面發(fā)育。84m以下巖心逐漸完整,溶孔逐漸變少。靜止水位埋深21.6m,降深8.1m,涌水量只有86.4m3/d。由于向斜外圍巖層陡立,含水層封閉條件好,主要含水層在70m以下,巖石中Fe元素背景值偏高,在地下封閉的還原環(huán)境下,F(xiàn)e以二價(jià)鐵的形式溶于水中,又得不到排泄,長(zhǎng)期積累造成地下水中鐵超標(biāo)。

    含水層的埋藏深度對(duì)地下水水質(zhì)的影響也是明顯的。劉光堯統(tǒng)計(jì)了四川盆地西部大量紅層鉆孔資料(表2.9),發(fā)現(xiàn)在構(gòu)造作用影響不突出的地區(qū),不同發(fā)育強(qiáng)度的裂隙帶中由于水循環(huán)交替強(qiáng)度不同,其水化學(xué)類型也有明顯的差異。隨著含水層埋深的加大,裂隙發(fā)育程度逐漸減弱,地下水循環(huán)交替變緩,

    含量變高,礦化度、硬度也隨之增高(劉光堯,1981)。裂隙強(qiáng)發(fā)育帶中溶解度較高的膏鹽類礦物被溶蝕并形成的蜂窩狀溶孔,而溶解度較低的碳酸鈣發(fā)生沉淀,在溶孔中形成次生方解石結(jié)晶體。向地下深部,隨著裂隙帶發(fā)育程度減弱,地下水循環(huán)交替強(qiáng)度變緩,地層中的石膏仍呈薄層和團(tuán)塊狀。

    表2.9 成都東郊紅層水化學(xué)特征表

    在大厚度的含水層中,隨著埋深的增大,水循環(huán)逐漸減弱,地下水中化學(xué)成分的濃度大多存在逐漸增高的趨勢(shì)。云南白堊系上統(tǒng)江底河組(K2j)巖石化學(xué)成分中,石膏的百分含量在埋深0~12m 為零,至281~350m,變?yōu)?9.32%~24.12%,同時(shí)地下水中Ca2+、Na+

    的含量也隨著埋深增大而呈增高的趨勢(shì)。云南楚雄盆地白堊系紅層含水層中不同埋深地下水基本化學(xué)成分統(tǒng)計(jì)結(jié)果也反映出這一變化趨勢(shì)(表2.10)。另據(jù)浙江金華盆地內(nèi)140余個(gè)鉆孔資料,巖心裂隙大多充填有次生石膏,且初見次生石膏的標(biāo)高,由盆地邊緣逐漸向中心升高,次生石膏充填帶上、下段的水位、水量、水溫、水質(zhì)等都有明顯的區(qū)別,次生石膏充填帶下為微咸水,固形物含量800~2000mg/L,為SO4-Na型;次生石膏充填帶上為淡水,固形物含量200~700mg/L,水質(zhì)類型為 HCO3、SO4(SO4、HCO3)-Ca、Na、Mg型(朱運(yùn)峰,1985)。

    表2.10 楚雄盆地白堊系不同埋深地下水基本化學(xué)成分統(tǒng)計(jì)表 單位:mg /L

    另外,應(yīng)注意通常所說的紅層地下水中的咸、淡水界面埋藏深度并不是一成不變的,而是隨著含鹽地層的空間展布以及地下水徑流條件的改變而頻繁變化的,不同的水文地質(zhì)區(qū)段之間不存在區(qū)域上統(tǒng)一的咸淡水界面,而且變化的范圍還比較大。在有的平原或平壩區(qū),埋深淺的僅10~30m,甚至咸水就出露于地表。而滇中紅層區(qū)山間盆地內(nèi),一般咸、淡水界面埋深大于100m,但在富含易溶鹽的巖層分布區(qū),在埋深較淺的部位,水質(zhì)也極差,為鹵水、咸水,不能飲用,含鹽量高的可作鹽礦開采,如云南省楚雄州大姚縣的石羊鹽礦和祿豐縣的黑井鹽礦等;四川盆地一般埋深50m左右,但深者可達(dá)200m;重慶西部咸、淡水界面埋深則為20~125m。

    2.4.2.3 人為影響因素

    人為影響因素對(duì)地下水水質(zhì)的影響主要表現(xiàn)在對(duì)地下水循環(huán)條件的影響及污染兩個(gè)方面。前者主要表現(xiàn)為輸排地下水,改變地下水原始水動(dòng)力場(chǎng),加快水循環(huán)速度或增加地下水循環(huán)深度,也可能會(huì)促使淡水層與咸水溝通,導(dǎo)致淡水變咸或者咸水淡化。抽取地下水是人為加大地下水水力坡度、加快地下水徑流速度或增加地下水循環(huán)深度的最常見的人為活動(dòng)。在云南紅層地區(qū),隨著抽水活動(dòng)的長(zhǎng)期進(jìn)行,地下水中鐵、錳、硫酸根的濃度會(huì)顯著降低。譬如:云南省楚雄市智明小學(xué)示范井2004年2月成井時(shí)檢測(cè)總鐵、總錳含量分別為4.654mg/L和0.089mg/L。經(jīng)過3年的開采,2006年4月復(fù)測(cè)時(shí)指標(biāo)降為0.202mg/L和0.033mg/L。云南省大姚縣錢灣村自流孔(S314),為石油部門于1985年所鉆鑿,竣工后一直自流,經(jīng)過20余年的自流,地下水得到不斷的循環(huán)更新,水質(zhì)優(yōu)于附近錢灣小學(xué)探采井,鐵、錳、硫酸根的含量也明顯低于附近的探采井。倉(cāng)街中學(xué)探采井2006年1月24日成井時(shí)水中鐵含量為2.054~2.154mg/L,開采3個(gè)月后復(fù)測(cè),鐵含量降低為0.618mg/L。

    在大規(guī)模長(zhǎng)期開采地下水的地區(qū),可能改變地下水與地表水的補(bǔ)、排關(guān)系。如果原來為地下水向地表水排泄的,隨著地下水水位下降,有可能變?yōu)榈乇硭a(bǔ)給地下水,這在一定程度上增加了地下水的補(bǔ)給量,但如果地表水水質(zhì)較差或污染較為嚴(yán)重,也同時(shí)會(huì)造成地下水的污染。

    紅層地區(qū)江河、湖泊、溪溝、水庫(kù)、堰塘、稻田等地表水的滲入,對(duì)地下水具有一定的補(bǔ)給、調(diào)劑作用。隨著人口的增長(zhǎng)和農(nóng)副業(yè)的發(fā)展,人類活動(dòng)對(duì)地下水的影響日益嚴(yán)重。如:大牲畜存欄數(shù)不斷增加,高密度水產(chǎn)養(yǎng)殖,以及化肥、農(nóng)藥的大量施用、農(nóng)村生活污水、垃圾等污染物的隨意排放,導(dǎo)致河水、庫(kù)塘水、第四系淺層孔隙水污染逐年加重,也使紅層風(fēng)化裂隙水受到不同程度的污染。例如:云南省大姚縣瓜子村 SK248、SK249鉆孔位于村前谷地邊緣新街河邊,井位距離河水面20m左右,井深分別為35.0m、28.5m,揭露第四系粘土層厚2~3m,下伏為鈣質(zhì)泥巖與鈣質(zhì)粉砂巖互層,巖層走向與河谷直交,傾向下游,地表巖層傾角30°,水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)有利于河水入滲補(bǔ)給地下水。該河水有機(jī)污染嚴(yán)重。鉆孔水樣分析結(jié)果:總硬度700.18mg/L,硝酸鹽氮38.87mg/L~39.28mg/L,地下水已受到了污染。

    2.4.2.4 紅層地下水的水質(zhì)變化規(guī)律

    通過對(duì)紅層地下水的水質(zhì)概況、影響因素的分析,結(jié)合紅層水文地質(zhì)環(huán)境特征進(jìn)行歸納總結(jié),紅層地下水的水質(zhì)變化主要具有如下規(guī)律:

    (1)紅層地區(qū)的某些元素異常必然反映在地下水中。

    由于紅層地下水的水質(zhì)與地層巖性關(guān)系密切。因此,非含鹽地層分布區(qū)水質(zhì)一般較好,而含鹽地層分布區(qū)水質(zhì)往往較差。

    紅層地區(qū)的地球化學(xué)異常在地下水的化學(xué)成分中都會(huì)得到明顯的反映。通常,在內(nèi)陸盆地干熱氣候條件下沉積形成的紅層巖石中,均存在程度不同的Fe、Mn高異常。紅層巖石中的Fe3O4、MnO2等物質(zhì),在水-巖作用下,重新進(jìn)入地下水中,使之Fe、Mn含量也相應(yīng)形成高異常。在盆地或洼地等處于封閉狀態(tài)、半封閉或地下水徑流滯緩的地區(qū),以及深覆蓋或深埋藏的含水層中,在還原環(huán)境條件下 Fe3+、Mn4+還原為低價(jià)狀態(tài)以 Fe2+、Mn2+的形式溶于水中,從而使水中Fe、Mn含量增高。

    (2)紅層中含可溶鹽夾層、可溶鹽層、鹵水的化學(xué)成分必然反映在自身和比鄰含水層的地下水中。

    當(dāng)紅層中的可溶鹽夾層、可溶鹽層、鹵水與循環(huán)中的地下水發(fā)生水力聯(lián)系時(shí),這些鹽類沉積物在地下水的溶濾和混合作用下,必然要進(jìn)入到自身和比鄰含水層的地下水中。在云南、四川、重慶、江西、湖南、浙江等紅層地區(qū)施工的鉆孔,時(shí)常會(huì)揭露到含石膏脈和斑點(diǎn)狀石膏的泥質(zhì)或粉砂質(zhì)巖層,這時(shí)地下水水質(zhì)就必然變差,通常是

    離子濃度及礦化度超標(biāo)。當(dāng)?shù)叵掠惺}礦層時(shí),常常會(huì)形成Cl-Na型鹵水。

    (3)隨地下水循環(huán)條件的改變而變化。

    就平面分布而言,一般丘陵山區(qū)地勢(shì)較高的地帶地形切割強(qiáng)烈,由于長(zhǎng)期淋濾,地層含鹽分較低,加之地形坡度大,地下水徑流速度快,循環(huán)交替積極,積存于水中的鹽分少,礦化度低,多小于500mg/L,水質(zhì)較好。山間盆地、寬谷、洼地底部等低洼地區(qū),多為地下水的儲(chǔ)存和排泄區(qū),地下水循環(huán)交替較緩慢。如果地層中存在易溶鹽分,地下水中往往滯留鹽分較多,礦化度多大于500mg/L,少量超過1000mg/L。

    從垂向上看,由地表向地下深部,地下水中的鹽分含量呈增高的趨勢(shì)。一般淺層地下水循環(huán)較快,水中礦物質(zhì)成分含量相對(duì)較低,水化學(xué)指標(biāo)良好。埋藏較深的地下水循環(huán)深度大、周期長(zhǎng)、速度慢,巖層中易溶礦物充分溶于地下水中,逐漸累積,總硬度、

    、Cl等指標(biāo)一般較高。紅層地下水水質(zhì)隨深度的變化在山間盆地中反映較為明顯,隨著埋藏深度增大,地下水徑流變得滯緩,很多離子濃度呈增高趨勢(shì)。比如一般情況下,滇中紅層區(qū)的山間盆地中埋深150m以上水質(zhì)普遍較好,多為HCO3-Ca · Mg和HCO3· SO4-Ca型;埋深150m以下水質(zhì)變差,變?yōu)镾O4-Ca和Cl·SO4-Ca·Na型等,為礦化度高的微咸水,并有多項(xiàng)離子超標(biāo)。

    尚需注意,人為活動(dòng)引起地下水水質(zhì)的變化比較復(fù)雜,往往因地而異,隨著人類活動(dòng)影響因素的物理化學(xué)特征和強(qiáng)度而變化,其變化范圍可能達(dá)到整個(gè)徑流系統(tǒng)的邊界。



    紅層地下水水質(zhì)影響因素及變化規(guī)律
    可供開發(fā)利用的紅層地下水,主要是循環(huán)周期在一個(gè)水文年內(nèi),受降水的季節(jié)變化影響明顯的淺循環(huán)地下水。大氣降水的滲入是紅層地下水主要和普遍的補(bǔ)給源,地下水的循環(huán)途徑及特征明顯受地形地貌、構(gòu)造和含水層埋藏條件的影響,進(jìn)而也影響到了地下水的水質(zhì)。 地形侵蝕切割程度和水文網(wǎng)密度對(duì)地下水循環(huán)有著重要的影響,地形...

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    并且補(bǔ)給水源同樣具備優(yōu)質(zhì)的水質(zhì),那么地下水的水質(zhì)將會(huì)保持優(yōu)良。相反,如果補(bǔ)給水源質(zhì)量較差,地下水的水質(zhì)也將受到影響。4. 除了上述因素,地下水水質(zhì)還可能受到其他多種因素的影響,這些因素包括但不限于地質(zhì)構(gòu)造、氣候條件、人類活動(dòng)等。對(duì)這些因素的深入研究將有助于更全面地理解地下水水質(zhì)的變化。

    研究區(qū)地下水質(zhì)量分布規(guī)律
    研究區(qū)地下水自北向南水質(zhì)逐漸變差,由Ⅰ-Ⅲ類地下水向Ⅳ、Ⅴ類過渡。其中Ⅰ-Ⅲ類地下水廣泛分布,Ⅳ、Ⅴ類在還鄉(xiāng)河沿岸及三女河鄉(xiāng)一帶分布。地下水水質(zhì)分布主要受天然因素類的總硬度、溶解性總固體、As、 、 、 、F-等因子影響,其分布規(guī)律受地下水水化學(xué)條件控制,人類活動(dòng)造成局部地區(qū)地下...

    地下水動(dòng)態(tài)的成因及影響因素
    外界物質(zhì)、能量及信息對(duì)地下水系統(tǒng)的輸入是導(dǎo)致地下水系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化的原因。地下水系統(tǒng)內(nèi)部的空間范圍、儲(chǔ)水和導(dǎo)水能力等是增強(qiáng)或減緩地下水動(dòng)態(tài)變化程度的影響因素。 5.2.2.1 大氣降水入滲補(bǔ)給 大氣降水入滲補(bǔ)給地下水,使地下水水量增加,體現(xiàn)為水位上升,以泉為排泄方式的地下水系統(tǒng)還會(huì)引起泉流量增大,而水質(zhì)也會(huì)...

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