一、环渤海地区和长江三角洲地区在水文特征方面的差异
环渤海地区:水源大气降水和季节性冰雪融水,汛期较短,有夏汛和春汛,结冰期长,含沙量较大(黄河),水量不大,冬季有凌汛(如黄河下游),径流季节变化大。长江三角洲地区:水源大气降水,夏汛较长,无结冰期,含沙量小,水量丰富,无凌汛,径流季节变化小。你可以列个表。
二、长江三角洲和三江源地区自然景观存在明显差异,导致这种差异的主导因素是什么?
从地形水文来看,长江三角洲以平原为主,地势低平,一望无际。湖泊湿地众多。长江三角洲的河流水量丰富,水域广泛。三江源的主要地形是以山地为主。地势高耸,山体连绵,山川相间。雪山冰川广布。冰雪融化成水汇入河谷形成河流。造就了三江源河流密布,湿地湖泊众多的景象。受地形的影响,三江源的河流水量较小。从气候植被上看,三江源的高原山地气候所呈现的植被有针叶林、阔叶林、灌丛草原等。处于长江三角洲的亚热带季风气候的植被主要为亚热带常绿阔叶林。因此长江三角洲和三江源地区的这种差异的主导原因是地形和气候。
长江三角洲和三江源地区自然景观存在明显差异,导致这种差异的主导因素是地势。长江三角洲海拔很低,形成亚热带季风气候,亚热带常绿阔叶林景观。三江源地区位于青藏高原上,海拔很高,气候比较寒冷,形成高寒自然景观。
海拔或者地形。前者海拔低,是平原。后者海拔高,位于高原上。
三、地下盐卤水及深层承压水
一、地下盐卤水资源分布特征
(一)地下盐卤水的基本涵义
据陈梦熊等(2002)研究,中国盐卤水资源分布甚广,资源丰富,有着悠久的开发历史。根据盐卤水矿床的产状,可划分为两大类。第一类是盐湖型盐卤水,主要分布在西北干旱区,如柴达木盆地的东台乃吉尔盐湖(含锂卤水)、察尔汗盐湖(含钾、镁卤水)等,目前均作为工业矿水进行开采。第二类是埋藏型封闭性地下盐卤水,产于不同时代的各类地层内,从震旦系到第四系均有含盐卤水岩层,但以三叠系、白垩系和古近-新近系居主导地位。三叠系以上主要为陆相沉积盆地堆积,卤水主要由陆地蒸发浓缩形成,三叠系及其以下地层均属海相沉积,卤水形成与海水有关。这里重点讨论地下埋藏型盐卤水。
地下卤水主要是指矿化度超过50g/L的高矿化地下水。盐卤水根据不同用途又可划分为生活用盐卤水资源和工业用盐卤水资源两大类。前者主要成分是NaCl,是生产食盐的主要原料;后者同时含B、Br、I、K等有用元素,其含量达到工业开采和提炼标准的地下盐卤水,称工业矿水。如四川自贡、云安等盐场卤水以生产食盐著称。华蓥山以西川中地区深部2000~3000m,富产含B、Br、I、K、Li浓卤水,已作为工业矿水进行开采。
由于盐卤水一般埋藏较深,处于与外界隔离的封闭状态,受地热或地温增温率的影响而形成地下热水,或称地热卤水。已知地热卤水最高温度超过300℃,因此它不仅是矿物资源,而且也是一种地热能资源。地下盐卤水的温度,随其埋藏深度的增加而增长,所含矿物成分的含量,也与温度成正相关。因此在正常情况下,盐卤水的矿化度及其所含的有益微量元素,均呈现地球化学的垂向分带规律。盐卤水往往与盐类和烃类矿床具有空间分布的一致性,其中浓卤和超浓卤多与盐类矿床相依存,淡卤和盐水往往与烃类矿床相伴存。
(二)地下盐卤水的分布
中国地下盐卤水分布甚广,几乎每省均有分布,但真正具有开发价值的并不多。卤水矿床的形成,主要受构造条件控制,特别是盆地构造,凡沉降作用强烈的大型盆地,如四川中生界盆地、湖北中新生界江汉盆地,沉积厚度都在数千米以上,有利于大型卤水矿床的形成。相反,一般中小盆地,卤水矿床的规模也相对较小。
王东升(1987)对全国地下盐卤水的分布划分为4个盐卤水区。在此基础上陈梦熊等(2002)加以修正,总结如下。
1.东南、西南盐卤水区
包括华中、华南共十多个省。在层位上以古近-新近系和三叠系为主,在区域上以四川盆地、江汉盆地和东部红层盆地为主的地下盐卤水区。包括苏、浙、赣、鄂、川、黔、湘、粤等省区,11个层位(Z、、O、D、C、P、T、J、K、E和Q)发现盐卤水。该区是中国地下盐卤水的主要分布区,也是中国主要的成盐区。岩盐赋存于海相震旦系(长宁凹陷)、三叠系(川中、川东和鄂西的利川凹陷)和陆相的白垩系、古近-新近系(江汉、衡阳、龙归、三水、东莞、清江、会昌、泰和、宁波、直溪桥、苏北、鱼台、合肥、定远和吴城-东濮等盐盆)。
2.青藏高原(包括川西、滇西)盐卤水区
该区地下盐卤水主要分布于青藏和川西、滇西等4省区,以白垩系为主的5个层位(S、T、J、K、N)。海相含盐盆地仅发现川西盐源凹陷(T),而陆相含盐盆地则较多,有滇中坳陷(N)、滇西南的兰坪坳陷(N)、藏北伦坡拉盆地和昌都地区的江达等。
3.西北盐卤水区
该区是以新疆为主的新甘宁(包括部分青海)地下盐卤水区。盐卤水储集层以古近-新近系为主,次为三叠系、石炭系和二叠系。盐类矿床主要分布于新疆地区,其中海相盐盆有塔里木盆地南缘的和田坳陷、于田坳陷,盆地西北缘的柯坪断块(石炭系)、库车坳陷(N)和莎车坳陷(K―N);陆相白垩系、古近-新近系成盐盆地有吐鲁番坳陷、库木里坳陷,同心-泾源坳陷、天水-西里凹陷和漳武凹陷等。
4.华北、东北盐卤水区
本区地下盐卤水欠发育,主要是白垩系油气田盐卤水。与此相对应,本区盐矿也欠发育,仅在临汾凹陷中奥陶统马家沟组(山西临汾县)和峰峰组(陕西延长县)发现厚数厘米岩盐。
(三)地下盐卤水的水文地球化学特征
地下盐卤水的化学成分是其形成环境、形成作用和保存条件的反映(王东升,1987)。参与现代大气水循环的淋滤型盐卤水(现代渗透成因盐卤水)因其所处的淋滤阶段的不同以及与大气水、浅层地下水混合比例的不同,而具有不同的化学成分,其共同点是具有与空气近似的气体成分,与大气水相似的同位素组成,所含微量组分浓度往往很低。封存的主要由溶滤盐而形成的溶滤型盐卤水,源于古渗透成因水和成岩过程中含水矿物的脱出水等。它的化学成分主要取决于被溶盐的成分、水的原始成分和改变水质的成岩-后生作用等因素。其共同点是含还原性气体组分。Br、I等组分的浓度往往较低。封存的主要由成盐母液形成的沉积型盐卤水属于沉积成因水,它的化学成分主要取决于所处的成盐阶段,水中一般富含Br、Li、B、Rb和Cs等在蒸发浓缩过程中倾向于在液相中聚集的元素。至于油气田盐卤水则以不同程度地富含Br、I等元素为特征。深成水参与地下盐卤水的形成,会导致同位素组分的特征性变化和重金属含量的升高。
参照舒卡列夫分类方案(王东升,1987),可把中国地下盐卤水划分为如下几种类型。
1.HCO3・CO3-Na型或CO3・HCO3-Na型卤水
河南泌阳凹陷古近系核桃园组赋存此种碱性卤水。卤层埋深逾2000m,卤水储集于碱层顶板的针孔状白云岩中。卤水总矿化度高者达195~207g/L,pH>9。该型卤水化学成分的最大特征是阴离子中CO3-2和HCO-3占绝对优势,两者毫克当量百分浓度之和达97.5%。而阳离子中以Na+为主,其毫克当量百分浓度在99%以上。此型卤水不仅本身是液态碱矿,而且尚含有F-、Br-、I-、HPO2-4、BO-2、Li+、Sr2+、Rb+、K+、Ba、Fe、Al和Zr等微量组分,以及U、Ra和Th等放射性元素。
2.SO4-Na型盐卤水
此型卤水产于川西白垩系灌口组上部,埋深20~50m。卤水总矿化度为118~142g/L,为液态硝矿,俗称“硝卤”。另在川东见有此型三叠系盐水,分布于SO4-Ca型淡水带与Cl-Na型卤水带之间,为过渡型水。
3.Cl・SO4-Na型盐水
此型水中阳离子以Na+占绝对优势,其毫克当量百分数大于80%;阴离子以Cl-为主,SO2-4为次,两者毫克当量百分数之和大于80%。其rNa/rCl一般为0.97~1.20。此型盐卤水总矿化度一般低于50g/L,而此型气田水则往往富含溴和碘。其中,溴最大浓度为200~228g/L,碘最大浓度为8~12g/L。
4.Cl-Na型盐卤水
在此型水中,Cl-和Na+各占阴、阳离子毫克当量总数的80%以上。在层位上和区域上,此型水分布均广。许多盐矿床地下卤水和油卤水属此型。后者一般为多组分或双组分工业水,碘浓度达10~84g/L,溴达100~1000g/L。在红层卤水和煤相卤水中,也以此型水为主。大型自流盆地,此型水多分布于含卤层倾斜部位。
5.Cl-Na・Ca型卤水
它与Cl-Na型卤水的区别是Ca2+浓度大于或等于20%(毫克当量百分数),且rNa>rCa。与盐矿床伴存的油田卤水、气田淡卤-浓卤水或自然盆地沿含卤层倾斜方向处于深埋部位的沉积卤水多属此型。此型水一般为多组分工业水。
6.Cl-Ca・Na型或Cl-Ca型卤水
此型水的特点是在阳离子中Ca2+占优势。油气田淡卤水,与盐矿伴存的油田浓卤水,变质程度较深的沉积卤水以及与K、Mg盐伴存的富K超浓卤水往往属于此型。此型水一般为多组分工业水。
上述各类盐卤水分布的一般规律是:在大型自流盆地,沿含水层倾没方向,或自古剥蚀面向下,随埋深的增大,往往表现为由Cl・SO4-Na型水、Cl-Na型水,过渡为Cl-Na・Ca型和Cl-Ca・Na型水。总矿化度和微量组分浓度往往沿上述方向趋向升高,而rNa/rCl、pH和Eh则趋向降低。这分别被称为地下盐卤水的水平分带和垂直分带中的正常分带。垂直剖面中盐系地层的存在,可造成垂直分带中的反常分带:总矿化度、pH、Eh和水型往往随埋深发生与上述相反趋向的变化。
(四)四川盆地盐卤水资源
四川盆地盐卤水资源开发具有两千多年的历史,至今仍有较好的开发利用前景。大宁场盐泉发现于公元前316年,据统计从1873年至1963年产盐量较稳定,平均年产盐约64t,流量达8.1~15.04L/s。云安场盐业始于公元前199年,当时年产盐401.5t,清初达4000t,1957年达22100t(开发卤水量达75128t,制氯化钾54t)。川中红层卤水的开发则有近千年的历史。盐井总数逾10万眼,目前仍在开发中,日产卤水数立方米至二十立方米。另外川西南三叠系黑卤及岩盐卤的发现始于公元1821年。据统计,从1851年至1974年自贡盐场计产卤20709万标方(1标方=100kg/m3卤水),其中黑卤(T1―T2)达12775万标方,仅黄角坡断裂带,百年间即产卤2500×104m3。而在附近的新区(如邓井关)仍钻遇单井日流量达3000~6000m3的高产井(王东升等,1985)。
就现有资料分析,根据四川盆地诸层系盐卤水资源分布规律,可以看出白垩系卤水分布于川西,埋藏较浅(20~300m),水量(提捞)小于50m3/d,为现生产区。三叠系卤水以川西南地区埋藏较浅,一般小于1500m,日提捞产量一般仅几十立方米,为主要盐化工基地。要解决目前卤源不足问题,主要有两个途径,一是在新近勘探的局部构造(如黄家场和圣灯山峰等处)可望找到高产自喷卤水;二是开发该区深部(1500~2000m以深)嘉三至嘉一段及二叠系盐卤水,其浓度虽然略低,为淡卤水,但溴、碘浓度远远超过单独提取品位,且可能高产自喷。在川中地区三叠系上统埋深达2000m左右,高压自喷卤层,目前勘探程度较低。川西北三叠系埋藏较深,川东北亦达2000m。川南三叠系中统缺失,主要为嘉一至喜三段盐水、淡卤水,高产自喷。川东地区三叠系埋深变化大,在局部向斜构造部位赋存工业原料水。总之,三叠系卤水开发远景以川中地区最佳。二叠系盐卤水主要分布于川南,埋深2000~3000m,高压自喷,次为川西南。石炭系盐卤水主要分布于川东,目前正在勘探中。寒武系和震旦系盐卤水主要分布于威远构造,埋深达2500~3000m,高压自喷。
综上所述,四川盆地以三叠系卤水远景最大,资源量丰富,黄黑卤水水质较优,埋藏条件有利开采。寒武系次之,潜在优势较大。侏罗系卤水值得重视。震旦系、石炭系和二叠系卤水具有综合利用前景。白垩系卤水较差,只宜地方小型开发利用。从地区分布上看,以川中地区条件最好,威远地区最有远景,盆东、盆南较差,华蓥山区远景不大。
(五)第四纪滨海相地下卤水特征
1.第四纪滨海相地下卤水的分布规律
据王珍岩等(1998)研究,中国黄、渤海沿岸低地平原区,第四纪滨海相地下卤水广泛分布,卤水储量、储层结构及水化学特征随各海岸区岸段不同存在一定差异。
在中国北方主要有两大类海岸地貌单元,滨海平原海岸和基岩港湾海岸。渤海三大海湾沿岸都属于滨海平原海岸,第四纪地下卤水呈连续的平行海岸线的带状分布,矿带宽几千米到几十千米不等。受陆向山前冲、洪积平原区的地下淡水径流及海向的海水稀释影响,地下卤水的矿化度呈现出平行矿带的中间高、两侧逐渐降低的分布。在垂向上,地下卤水分层分布,储层结构与当地几次大的第四纪海侵地层分布一致。受第四纪构造活动影响,莱州湾滨海平原第四纪沉积物的厚度自东向西逐渐增厚,地下卤水的埋深及层厚随之加大。在山东半岛和辽东半岛的基岩港湾海岸区,第四纪沉积物仅分布于小型海湾中,地下卤水以斑块状赋存于相互分离的湾顶盆地内,不形成大的卤水矿带。由于第四纪沉积层比较浅薄,储层结构相对简单,只有潜卤水层或微承压卤水层发育。受河流冲淡作用影响,河口区地下卤水矿化度都相对降低。
2.地下卤水的水化学特征
第四纪滨海相地下卤水来源于海水,由于形成的地质历史短,变质程度低,水化学特征既不同于现代盐湖卤水,也不同于第四纪以前的古地下卤水。
中国北方沿海地区第四纪地下卤水水化学类型单一,按舒卡列夫分类法划分,全部属于Cl-Na型水。卤水矿化度50~150g/L,最高达218g/L,并随岸段的变化存在差异。莱州湾滨海平原地区地下卤水平均矿化度最高,普遍大于100g/L;而基岩港湾海岸区则多小于80g/L。
地下卤水的主要化学组分与海水基本相同,主要离子含量的排序为:Cl->Na+>Mg2+>SO2-4;Na+>Mg2+>Ca2+;Cl->SO2-4>Br-,与正常海水相一致。阴阳离子中占绝对优势的Cl-、SO2-4和Na+、Mg2+的毫克当量百分数分别为90.60、9.25和76.11、21.35,也与正常海水的90.21、9.30和76.04、19.19非常接近。张永祥等(1996)在对莱州湾南岸地下卤水的研究中发现,古海水在转化为卤水的过程中,发生了方解石和石膏的沉淀及钠长石和钙长石的蚀变,使得卤水中各主要离子的浓度并不是以相同的浓缩倍数增长;在卤水与淡水的混合带,还存在着Na+与Mg2+、Ca2+离子之间的交换吸附。韩有松等(1996)发现卤水的Na+/Mg2+、Ca2+/Mg2+、Cl-/Br-、rNa+/rCl-、rMg2+/rCl-、rCa2+/rCl-值虽然与海水接近,但都低于海水的相应值,说明当地的地下卤水绝非海水简单浓缩的产物。
周仲怀等(1997)研究发现,莱州湾沿岸的地下卤水还存在明显的微量元素地球化学异常,其中钴异常现象最明显,个别岸段的浓度是海水的5000倍;铀含量最高可达100μg/L,是正常海水浓度的30倍。微量元素的异常程度随岸段的不同而变化,但并不与卤水浓度线性相关。地下卤水在形成与演化的过程中存在着与围岩的相互作用。
3.地下卤水的勘探开发及综合利用
地下卤水中不仅含有丰富的NaCl资源,还含有钾盐、镁盐、溴及一些微量元素。尽管这些次要组分多数达不到工业开发品位,但它们在制盐后的苦卤中得到了浓缩,再进一步采用化学富集技术,可以使其达到具有开发价值,成为发展盐化工的原料。目前从地下卤水中直接提取溴素的技术已实现较大规模的生产,利用苦卤生产钾系和镁系等产品也有了一定的进展,对从卤水中提取微量化学成分的研究也已引起有关部门的重视。
二、深层承压水分布特征
张宗祜等(2004)对中国埋藏于地下100~1000m,甚至更深的范围内,且具有供水意义的深层承压水进行了评价与研究。认为受形成条件和所处环境的影响,中国深层水往往具有一定的压力水头,甚至有时压力水头高出地表,以泉的形式或被钻孔揭露时呈自流状态排泄。深层承压水的化学组成受形成时的气候条件、形成后不同时期水岩作用和环境变化影响,组合类型多样。
中国沉积体系中的深层承压水是储存在多层组合结构之中的,其层数往往不是几层,而是十几层,甚至几十层。层与层之间的相对隔水层或弱透水层不仅厚度各不相同,而且岩性组成差异很大,开发利用深层水必然要对其平衡状态产生干扰。
在对盆地深层水迁移的驱动力研究上存在两种学术观点。一种认为深层地下水来自山区和盆地周边的补给,在重力驱动下,入渗水流可深达数千米,流经距离可长达数百、甚至数千千米,最终流向区域性排泄基准面;另一种认为盆地周围入渗水对深层水运动影响的范围有限,其流动主要取决于上覆地层的静压力,在地静压力作用下,不同岩性沉积层产生差异性压实,进而影响水的循环交替过程。
自20世纪80年代以来,地下水的环境同位素研究为深层水形成和循环过程的分析提供了新的证据。河北平原第四系深层地下水的年龄分布及环境稳定同位素组成特征研究表明,水的更新循环是与区域环境的变化相适应的,且随区域排泄基准面的变化而变化,受历史时期气候变化影响明显,而且在一定程度上“记录”了区域气候变化信息。采用多种技术方法展开深层地下水的研究,并且与地质环境变化研究相结合,是深层水形成变化研究的新动态和新方向。在此仅对中国几个大型沉积盆地中深层地下水系统进行分析(图6-5)。
(一)东部各大平原区的深层承压水
新生代以来,中国东部诸盆地区以沉降为主,堆积了厚层、巨厚层的陆相、海陆交互相的松散沉积物。以往的勘查表明,这些盆地中的沉积物成因类型多样,沉积层叠置组合关系复杂。系统结构在空间分布上,既是非均质的又是各向异性的,更有沉积间断发生;在时间上往往是非同步沉积物的集合体,表现为地下水涌水量及水化学组成都存在着较大的地区差异。在华北平原等地区,由于近30年来对深层水的开发利用,已引起大范围的区域水位下降,甚至在一些地区诱发了地面沉降等环境地质问题,从而显示了深层承压水资源的脆弱性及其形成更新的复杂性。
1.松辽平原
松辽平原是中国重要粮食生产基地,受新生代以来沉降影响,堆积了巨厚层的新生代松散沉积物。沉积物成因及组成一方面表现为结构复杂,另一方面又有比较好的规律性分布,从山前地带至盆地中心沉积物往往由单一成因变为多成因,其结构组成由单层变为多层,沉积物颗粒由粗变细,地下水水化学组成基本呈带状分布,以淡水为主,且矿化度明显低于顶部潜水的矿化度。受原生地球化学背景影响,在盆地中心部位往往富集铁、锰和氟等元素。
盆地东、西两侧地下水年龄较新,地下水年龄小于10000a,大安组承压水年龄15000a左右。盆地中部地下水年龄较老,泰康组地下水年龄为10000~18000a,大安组地下水年龄为15000~24000a。这反映出新近系承压水以东、西两侧补给为主,因新水混入及循环条件好,在两侧地下水较新。盆地中部循环较慢,滞留时间较长,地下水年龄较老(图6-6)。
应用稳定同位素分析方法也佐证了上述认识。低平原新近系承压水主要补给源为东西两侧的王府-伏龙泉砂砾石台地潜水和洮儿河、霍林河扇形地扇间台地孔隙潜水,以及盆地边缘区上覆第四系下更新统孔隙水等,盆地中部第四系下更新统承压水补给作用不明显。在天然条件下,低平原新近系承压水氚含量小于4TU,地下水年龄大于1×104a,基本为古水,地下水补给及交替都非常滞缓。当开采地下水时,地下水循环条件发生变化,循环加快,但在开采量小于天然补给量时开采的仍是古水,只不过是减少了天然排泄量;当开采量大于天然补给量时,为维持地下水之间均衡,必有新水补充,使开采的新老混合水氚浓度增加。目前第四系下更新统孔隙承压水开采量为(4~6)×108m3/a,远大于新近系承压水天然补给量,并且前者比后者氚浓度还低。乾安工农湖第四系承压水氚为5.21TU,而新近系承压水氚为16.67TU;大安市区第四系承压水氚为26.16TU,新近系承压水氚含量为26.77~39.01TU,没有补给新近系承压水的迹象,而东西两侧边缘区孔隙水氚含量为90~200TU。通过地下水径流补给新近系承压水形成新老混合水,使其氚含量从小于4TU上升到8.99~39.01TU。经计算,补给区天然补给资源约15×108m3/a,其补给水量是有保证的,特别是在开采条件下可获得较大的补给增量。但应强调指出,新近系承压水补给条件差、径流缓慢,属于消耗型水源地类型,加之其水质优良,只能作为后备型战略性水源地开发,且应加强地下水管理工作,以利于持续稳定开发利用。
2.黄淮海平原
黄淮海平原地处华北地区的东部,以黄河为界,分为南北两部分,黄河以北为海滦河平原;以南为淮河平原,总面积超过28×104km2。新生代以来,围绕渤海湾堆积了厚达1000~3500m的松散沉积物,仅第四系就厚达200~600m。山前地带以冲洪积物为主,中东部平原为冲积、湖积组成,滨海平原主要为海积、湖积及冲积叠积而成,含水层组由单层变为多层。
中国二氧化碳地质储存地质基础及场地地质评价
图6-5 中国(据张宗祜地下水环境图等,2004)
图6-6松辽承压水盆地模型图(据张振权等,1984)
多年的地质-水文地质勘查表明,黄淮海平原地下水系统结构的复杂性表现为地层结构在空间上的不均匀,时空上的叠积交错,反映了多种水流作用及其变化改造的过程,直接影响了含水岩组及其富水性、水化学类型等的空间分布及变化。从山前到滨海和在山前从南到北的第四纪地层对比剖面见图6-7,水文地质示意剖面见图6-8。
据1959年深层水水位观测资料绘制流场图(图6-9),主流向从山前至渤海湾,表现了地下水流系统的统一性。近年来,由于对深层水的开发利用,承压水头发生了较大的变化,逐渐形成多处承压水头降落(漏斗)区。深井开采也改变了地下水的排泄方式和补径排条件。如在山前地带和天津的深层水开发区都明显发现地下水有“氚含量升高效应”,说明有较年轻水补给(混入)。地下水系统是一个相互关联的整体,深层水与浅层水存在变化条件下的水量转换。在衡水等地发现局部深层水矿化度升高迹象,表明咸水下移。
淮北平原,特别是淮北平原西部发育的中深层地下水,主要来自流域上游伏牛山、桐柏山区的降水补给。地下水由西向东非常缓慢地流至安徽境内,由于上覆巨厚岩层的压力和弱透水基岩的阻隔,于平原西部形成大面积的自流区。在水头差的作用下,中深层地下水向浅层地下水越流排泄。受浅层地下水强烈蒸发浓缩作用影响,导致从深部至浅部地下水水化学类型有HCO3型→SO4型→Cl型的演变趋势,矿化度也有增高的趋向。平面上,从山前至平原,地下水水化学类由HCO3型演变为HCO3・SO4型、HCO3・Cl型,矿化度由小增大。
图6-7河北平原冀中区第四系对比剖面(据陈望和等,1987)
图6-8保定―黄骅水文地质剖面示意图(据陈望和等,1999)
深层地下水环境同位素研究为认识地下水更新过程提供了新信息。在河北平原石家庄―沧州―渤海湾剖面上,采集第四系不同含水岩组地下水14C分析样品32组。测定结果表明,由浅到深,由西而东地下水年龄不断增大,深层水年龄多介于1×104~2×104a之间,最大年龄不超3×104a。一方面说明第四系地下水系统具有整体性;另一方面说明地下水运移形式以活塞式为主。
图6-9京津以南河北平原1959年枯水期第四系深层地下水流场图(据陈望和等)
在河北平原第四系地下水研究中,沿石家庄―渤海湾剖面,将地下水矿化度分析结果绘制成图(图6-10),发现地下水矿化度并不完全遵循简单的分带规律,而在中部深层水中存在一低矿化水带,这一结果与环境同位素研究成果相吻合,从而再次表明古气候变化对地下水水化学成分形成的作用仍可分辨。由此看来,水化学的垂向分带和水平分带理论及水化学模拟计算都应充分重视古补给作用(古气候变化)对地下水水化学成分形成的影响。另外,东部平原较深层咸水的14C年龄大都小于1.5×104a,说明晚更新世以来的干旱化过程对本区地下咸水的形成影响强烈。
图6-10华北平原第四系地下水矿化度等值线图
(二)长江三角洲平原深层承压水
长江三角洲是举世瞩目的大三角洲,是中国重要的经济发展区之一。长江三角洲地处构造沉降区。由长江挟带的大量泥沙在本区沉积而成,面积4.2×104km2。
新生代以来,长江三角洲地区海陆环境频繁交替,沉积类型复杂,大体归纳为三大成因系列9种类型,即陆相堆积系列、海陆过渡相沉积系列和海相沉积系列,具有沉积序列的多旋回变化和沉积物的特有性状。总体上看第四系由11个厚度比较均匀的韵律层组成,根据地层时代和地下水的水力特征,将松散沉积物划分为5个含水岩组,分别对应Qh―Qp3、Qp3、Qp2、Qp1和N地层时代,自上而下分别为潜水和第Ⅰ~Ⅳ承压水。深层承压水系指第Ⅱ~Ⅳ承压含水层组,也就是第Ⅰ承压含水层组以下,大致埋深界于40~120m以深(图6-11)。
图6-11长江三角洲地区第四系水文地质剖面示意图(据江苏省地质矿产局等,1987)
长江三角洲地区的深层承压水表现为从三角洲顶部至滨海矿化度逐渐升高,受海水入侵影响仅在局部表现为有较高矿化咸水存在。表明早期(上更新世及中更新世)形成的地下水已经受漫长地质历史过程的多期改造,呈现以淡水为主,哈承佑等通过对该区地下水同位素测年研究,得出其由近1~2万年雨水补给形成的结论。
(三)西北内陆盆地深层承压水
西北内陆盆地受新生代以来沉降作用影响,广泛堆积了新生代沉积物。尽管不同盆地沉积物是多源的,组合结构也是复杂的,厚度往往在千米以上,有时厚达2000多米,如准噶尔及塔里木盆地为1000~2000m或更大,在柴达木盆地大于2000m,在河西走廊的几个大型盆地中厚度达1000m以上。近年来的水文地质勘查表明,西北几个大型内陆盆地的水资源形成演化具有区域上的共同特点,即主要在山区形成,在山前地带以泉群形式溢出,是区域发展、生态环境建设及能源开发的重要供水水源。
(四)四川盆地深层承压水
四川盆地是中国著名的外流盆地,为中生代发展起来的沉降盆地。盆地四周高山环绕,中央地形起伏,山势受构造控制,外围构造与山形一致,由古生代及更老地层褶皱和断裂构成。地势由北向南倾斜,为侏罗系和白垩系红色地层覆盖,故又名“红色盆地”。新近系为山间盆地堆积,散布于西部边缘;第四系主要为冲积和湖积层,由砾石、粘土等松散沉积物组成,零星分布于河谷两岸,厚度0~50m(图6-12)。
图6-12成都平原下部含水层顶板埋深等值线图
成都平原中、下更新统为第一间冰期堆积,岩性为含泥砂砾石层。据物探资料,深层承压水分布面积约3770km2,平均厚度约70m。钻孔揭露该层时,地下水位上升至近地表,水头高出顶板13.81~147.39m。
该含水层富水程度因其岩性结构而改变。平原两侧含水层渗透性差,由西向东逐渐转佳,因而含水层富水性也由西向东逐渐变好。西部富水性稍差,渗透系数1.15~2.08m/d,单井出水量30~160m3/d;东部富水性增强,出水量160~800m3/d;中部―东南部渗透系数1.95~8.53m/d,单井出水量1680m3/d左右。通过计算,成都平原深层承压水可开采储存量为2.49×108m3。更深层的地下水矿化度较高。


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