鄂尔多斯盆地北部白垩系地下水水文地球化学演化及循环规律研究

摘要

鄂尔多斯盆地北部的鄂尔多斯能源基地是我国能源基地建设的重点布局区域。目前鄂尔多斯能源基地建设已初具雏形,随着能源基地建设规模扩大,由于当地地表水资源的匮乏,使得对地下水资源开发的需求日益迫切。因此,如何有效、合理的开发利用地下水突显为能源基地地下水资源开发利用中最为关键的问题。本文在系统分析鄂尔多斯盆地北部的气象、水文、地质以及水文地质条件的基础上,对地下水水化学成分及环境同位素演化特征进行研究,从水文地球化学角度揭示鄂尔多斯盆地北部白垩系地下水的成因机制、赋存方式、水文地球化学演化及循环规律,并为鄂尔多斯能源基地的地下水开采提供合理建议,不仅在水文地球化学研究方面具有深刻的理论意义,而且对于鄂尔多斯能源基地的建设具有重要的实际价值。
　　 鄂尔多斯盆地北部属典型的温带大陆性气候,降水量少而集中,蒸发强烈,大风日数较多。研究区内的含水层系统主要由第四系含水岩系和白垩系含水岩系构成,根据含水层系统属性及其特征,在垂向上将研究区含水层划分为萨拉乌苏、浅层、中层和深层含水层。区内地下水流场受地形高程控制,地表分水岭与地下水分水岭基本一致,在安边～四十里梁～鄂托克梁、新召等区域性地表分水岭控制下,研究区地下水系统被分割成东部乌兰木伦河.无定河、北部摩林河.盐海子、西部都思兔河.北大池三个地下水系统。本文对研究区内地下水水文地球化学演化规律的研究主要针对四个含水层以及三个地下水系统展开。
　　 研究区水化学空间分布规律的研究以及聚类分析的研究结果表明:在萨拉乌苏组地下水以及安边～四十里梁～鄂托克梁分水岭以东的乌兰木伦河一无定河地下水系统中,地下水的矿化度大部分在1g/L以内,水化学类型主要以HCO3型水为主；在该分水岭以西的两个地下水系统--北部摩林河.盐海子、西部都思兔河-北大池地下水系统,地下水的矿化度沿着分水岭向西南、西北方向增大,矿化度最高达到5g/L以上,沿着矿化度增大方向,地下水由HCO3型水过渡为HCO3·Cl型水、HCO3·SO4·Cl型水、SO4·Cl型水和Cl·SO4型水。
　　 地下水中同位素为水文地球化学演化规律的研究提供了较好的证据,通过对研究区内地下水中δ18O、δD、14C、δ34S及Sr同位素的研究表明,研究区内不同深度的地下水主要接受大气降水的补给,并且受到了一定的蒸发作用的影响。中层和深层地下水年龄在空间上总体表现为随着地下水埋藏深度增大逐渐变老的变化特点,并且安边～四十里梁～鄂托克梁分水岭西侧地下水年龄明显老于东侧。乌兰木伦河-无定河地下水系统中的地下水由于流动速度较快,矿物溶解沉淀作用较弱,而摩林河-盐海子以及都思兔河-北大池两个含水系统中,随着深度的增加,地下水对矿物的溶滤作用增强。
　　 研究区典型剖面的水文地球化学研究是针对研究区范围较广的问题提出的,其优点在于从局部的剖面研究进一步发现整个区内在不同含水系统、不同含水层水文地球化学演化规律。研究结果表明,剖面上的水化学演化特征与前面整体的研究规律基本一致,在两个剖面上,地下水亦受到安边～四十里梁～鄂托克梁地表分水岭的控制,地下水的水化学特征以及同位素分布特征在分水岭的东西两侧呈现的规律明显不同,在分水岭的西侧,地下水呈现明显的分带性,浅、中、深层地下水的矿化度(TDS)、水化学类型以及同位素特征都不相同,而在分水岭的东侧,地下水的分带性不明显,各种水化学特征、同位素特征比较相似。通过反向水文地球化学模拟,在安边～四十里梁～鄂托克梁分水岭东西两侧,由于水岩作用明显的不同,在分水岭以西,矿物溶解进入水中,在分水岭以东,主要以矿物的沉淀作用为主。
　　 通过对研究区水文地球化学演化规律的研究对鄂尔多斯市白垩系地下水的循环规律进行了验证,结果表明,地下水动力场与水化学场所得出的地下水循环规律基本一致。区内地下水主要接受大气降水的补给,地下水在径流过程中,浅、中、深三个含水层都受到了安边～四十里梁～鄂托克梁以及新召地表分水岭的影响,其中,在安边～四十里梁～鄂托克梁分水岭以西的两个地下水系统中,地下水在安边～四十里梁～鄂托克梁和新召分水岭附近接受补给,摩林河.盐海子地下水系统中,研究区西北部的摩林河以及盐海子地区为地下水的排泄区,都思兔河.北大池地下水系统中,地下水流向西南部都思兔河下游以及北大池闭流区；在安边～四十里梁～鄂托克梁分水岭以东,水化学场的演化规律表明,浅、中、深层地下水的水力联系较为紧密,地下水更新速度较快,地下水沿分水岭向东南方向流动。在研究区内,河流,湖淖都是地下水的排泄方式。
　　 最后,根据研究区内的水文地质条件、水文地球化学演化以及地下水循环规律的研究结果,给出研究区地下水开采的规划方案,将萨拉乌苏组含水层,浅、中层含水层作为主要的开采层位,其中,萨拉乌苏组规划了8个水源地,浅、中层含水层规划了28个水源地,深层含水层作为备用的开采层位,规划了4个备用水源地,为能源基地将来的发展提供有力的科学依据。