第七章 地下水的水文地球化学分带.doc

第七章 地下水的水文地球化学分带 地下水的水文地球化学分带，指地下水化学成分在空间（平面与剖面）上有规律的变化它包括潜水的纬度分带，承压水盆地水文地质动力分带，水文地球化学分带及结晶岩山区基岩裂隙水的高程分带等第一节 潜水的纬度分带潜水主要受气候、地形等因素的控制，在我国主要表现为以下规律：(1) 区域上：由东南向西北，地下水的矿化度逐渐增高，即由溶滤成因为主的、低矿化度的HCO3型淡水，逐渐向成分复杂的硫酸盐或氯化物型咸水过渡，直至最后变为由浓缩作用形成的氯化型盐水和卤水2) 局部：每个盆地呈现由山前到盆地中心或至滨海的水化学成分水平分带的规律，即由HCO3型——SO4型——Cl型具体表现如下：一、秦岭——淮河一线以南及东南广大地区丘陵广布、气候湿润，年降水量大于1500mm，水文网切割强烈，可溶盐分布被大量冲刷和淋滤带走因此，该地区广泛分布着溶滤作用形成的低矿化度的重碳酸盐型淡水其阳离子成分主要受含水围岩成分的影响：灰岩、白云岩地区：HCO3－Ca,或HCO3－Ca－Mg型水花岗岩地区：HCO3－Na型水变质岩、火山岩地区：HCO3－Ca－Na或HCO3－Na－Ca型水。

矿化度<0.5g/L二、秦岭－淮河一线以北地区 年蒸发量大于降水量，年降水量400－700mm从山前至盆地中心或滨海地带，由低矿化度(<1g/L)的HCO3型水，逐渐过渡到矿化度1－3g/L的HCO3－Cl、SO4－Cl或Cl－SO4型的微咸水，最后发展为矿化度5－10g/L或大于10g/L的Cl型水 这里需要指明的是，有些盆地(如华北平原)的四周山地，年降水量较大，矿化度<0.5g/L，为HCO3型水三、东北地区东北北部大兴岭山地冻土区，广泛分布着M<0.2g/L的HCO3－Ca型溶滤水，而东北平原则为M=0.5－1g/L的 HCO3－Na－Ca型淡水在盆地低洼地带，由于潜水水位较高，排泄不畅，有M=1－3g/L的HCO3－Cl－Na－Ca型咸水分布四、西北干旱区 以沙漠景观为特征，降水稀少，蒸发强烈，多数河流靠冰雪融水补给，主要为中高矿化度的HCO3－Cl－Na或Cl－Na型咸水(M>1g/L). 在河西走廊、准噶尔、塔里木、吐鲁番以及柴达木盆地中，则分布有M=3－10g/L以上的Cl－Na型咸水、卤水(有的M达300g/L)五、滨海地区的狭长地带 长江以北渤海、黄海湾区滨海地带，地下水受海水的混入作用，地下水的矿化度多大于10g/L，高达50 g/L，多为Cl－Na型水及Cl－SO4－Na型水。

长江以南沿海区，气候潮湿，年降水量大于2000mm，地下水受冲淡，多为Cl－Na或HCO3－Cl－Na型水，M多为1－5g/L，很少大于10 g/L 可见，我国潜水的纬度分布现象，充分显示了气候，地形对期水化学成分及矿化度的影响 承压水盆地的水文地质动力分带水文地质动力分带是水交替速度不同的若干带沿深度的更替根据地下水的埋藏深度和运动速度，承压水盆地可分出三个水文地质动力分带：上部带、中部带和下部带一、水强烈交替带(上部带) 这个带具有以下一些特点：（1）位于地方侵蚀基准面以上2）地下水运动速度快，水资源更新周期短，几十～几百年3）氧化作用强烈，可溶盐被冲刷、溶滤，为N2－O2气带4）形成低矿化度的HCO3型淡水二、水缓慢交替带(中部带)这个带具有以下一些特点：（1）位于地方侵蚀基准面与海平面之间2）地下水运动速度缓慢，水资源更新周期长，几万～几十万年3）多为氧化－还原环境，为CO2－H2S带或CH4－N2气带4）形成矿化度较高的硫酸盐型水三、水消极交替带(下部带)这个带具有以下一些特点：（1）分布在海平面以下2）地下水运动速度极其缓慢，资源更新周期一地质年代计3）多为还原环境，N2－CH4或CH4气体带。

4）以盐分浓缩为主，出现高矿化度的卤水和海相封存水，其矿化度是由岩石的弱化学淋滤作用，高温、高压、水――岩长期作用而造成的复习思考题1． 我国潜水纬度分带的主要规律2． 各水文地质动力交替分带的特点 承压水盆地的水文地球化学分带承压水盆地随深度的变化，发生矿化度和水化学成分的分带一、 按矿化度分带毕涅克尔将地下水的矿化度作为划分水文地球化学分带的指标，按矿化度克分为三个带：1、淡水带矿化度小于1g/L，一般位于承压水盆地边缘或垂直剖面的上部水化学成分为HCO3型水(HCO3－Ca－Na)极淡水：<0.1g/L；正常淡水<0.5g/L；硬淡水：<1g/L2、盐水带矿化度1－36g/L一般位于盆地内部或盆地垂直剖面的中部，水化学成分为SO4型水（SO4－Ca－Na）微盐水：<3g/L；弱盐水：<10g/L；强盐水：<36g/L3、卤水带矿化度>36g/L，一般位于盆地中心部位或垂直剖面的深部水化学成分为Cl化物型水(Cl－Na－Ca).特别弱的卤水：<75g/L；弱卤水：<150g/L；浓卤水：<320g/L；特浓卤水：<500g/L；极限过饱和卤水：>500g/L二、 按水化学成分分带水平分带：同一含水层中水化学成分分布规律。

垂直分带：垂向上不同含水层水化学成分分布规律1、影响分带的因素① 构造开启程度封闭构造→承压水无地表排泄源，承压水运动主要通过隔水顶板作越流排泄的垂向运动开启、半开启构造→承压水运动主要通过含水层作水平运动，又地表排泄源② 岩石成分通过水岩作用，影响明显③ 盆地的大小：它决定含水层中水的交替强度④ 补给区高程：补给区与承压区、排泄区之间的高差，直接影响水循环的速度和水交替强度⑤含水层补给条件：由大气降水、弱矿化的河水、冲积层潜水和矿化潜水补给2、水平分带类型（1）水文地质封闭构造的全水平分带这个分带类型具有所有的基本和过渡的水化学类型由弱矿化的HCO3－Ca型水到高矿化度的Cl－Na－Ca型①有还原硫酸盐条件的正常海相沉积岩中的分带HCO3－Ca型水带(弱矿化度重碳酸盐水的主要类型)：包括HCO3－SO4－Ca, HCO3－SO4－Ca－Na, HCO3－SO4－Na－Ca等过渡型水SO4－Na型水带(硫酸盐型的基本和最终类型)：包括SO4－HCO3－Na－Ca，SO4－HCO3－Ca等过渡型水HCO3－Na型水带(碱性水带，最终类型)：包括 SO4－HCO3－Na，HCO3－SO4－Na等过渡型。

Cl－Na型水带(溶滤成因盐水的基本类型)：包括 HCO3－Cl－Na， Cl－HCO3－Na型水过渡类型Cl－Na－Ca型水带(原生封存海水类型)上述各种基本类型之间，包括中间过渡类型② 在含石膏层和缺少还原硫酸盐条件的正常海相沉积岩中的分带HCO3－Ca型水带：包括 HCO3－SO4－Ca型水带，M=0.5－1g/L；SO4－Na型水带：包括 SO4－HCO3－Ca，SO4－Ca，SO4－Ca－Na型，M=1.5－2.5g/L；Cl－Na型水带：包括 SO4－Cl－Na, Cl－SO4－Na型，M=5－20g/L；Cl－Ca型水带2）水文地质半开启构造中的水平分带类型这个类型的特点是相对发育，但是不完全的水平分带，即缺少一个和几个后面的分带，首先是缺少原生的Cl－Na－Ca型水带，他已全部被排挤出去这种分带类型的各带水的矿化度，与上述封闭构造类型的相应带中水的矿化度相似3）水文地质开启构造的水平分带类型这一类型同样表现为不完全分带性，但与以上类型的区别是分带很不发育，一般只保留前几个分带，而后面的分带已全部被排挤出去这种分带类型存在与褶皱山区水交替强烈的小承压水盆地和在大型承压水盆地水积极循环的含水层中。

4）有断裂位移的复杂构造中的水平分带类型在承压水盆地的范围内，远离补给区的含水层被构造断裂破坏(正断层、逆掩断层)，沿着这些构造断裂可以排泄承压水，这往往破坏了含水层中水文地球化学分带的连续性在构造断裂上、下盘是两种不同类型的分带5） 矿化水的水平分带类型这个类型的水平分带类型也是不完全的，它往往缺少开始的弱矿化水(淡水)带这个类型的分带见于干旱草原、半沙漠和沙漠地区，含水层受矿化潜水补给的情况下这种情况下，由矿化的SO4－Cl型或Cl型开始6）总结水平分带宽度的影响因素上面介绍了水平分带的基本类型实际上水化学成分水平分带类型很复杂水化学类型各个带的宽度(沿流水方向)变化很大，其宽度主要取决于下列因素：① 决定水交替强度的盆地构造同一水化学类型水的带宽在封闭构造中比在半开启和开启构造中宽② 决定含水层沉没深度的倾角在相同条件下，陡倾角含水层的分带转变的快，带狭窄，而缓倾角的转变的慢，带宽③ 决定水循环积极程度强渗透性能岩石中的各种水化学带比弱渗透性岩石中相应的宽④ 决定岩石成分在相同条件下，含石膏岩层的硫酸盐水带的宽度，比不含石膏岩石中的大些3、垂直分带类型在承压水盆地中埋藏着几个含水层时，沿垂直深度可见到不同的分带。

1）按变化特点分类　正垂直分带，水的矿化度随深度的增加而增加，同时水化学成分从上到下依顺序而改变从HCO3型水―SO4型水－Cl型水　反垂直分带，上部为高矿化度水，下部为埋藏着低矿化度水，并且在它们的下面，水的矿化度随深度的增加而又重深增加例：SO4型水－HCO3型水―SO4型水－Cl型水 复杂的垂直分带，水的矿化度随深度的增加不只一次的增加或减少　第一种类型，一般分布在气候潮湿的盆地内部第二、第三种类型，一般分布在干旱地区2）按影响因素分类根据盆地构造，岩石成分，补给条件，补给区的高程和各含水层的水交替强度不同等分类：水文地质封闭构造的垂直分带A、在盆地的所有部分为正垂直分带这种类型分带的形成条件：a、 所有含水层都是由大气降水或弱矿化的潜水补给（补给条件一致）b、 各含水层补给区标高无明显的差别c、 岩石成分、渗透性等相同在这些条件下，所有或大多数含水层形成全水平分带B、在盆地的边缘为反垂直分带，在盆地的中心部分仍为正垂直分带下面介绍四种情况：下部含水层受河流冲积层的潜水补给，而上部受矿化的潜水补给下部含水层受山前洪积扇和河流冲积锥淡潜水补给，而上部受矿化的潜水补给下部含水层受大气降水直接补给，上部受矿化的潜水补给。

下部含水层渗透性能比上部含水层渗透性能好　这一亚类与上一亚类比较，不同的是，钻孔在盆地边缘上层遇到矿化水，在更深处可以遇到淡水水文地质半开启和开启构造的垂直分带A、 盆地的正垂直分带 盆地的这种分带类型可以在补给条件相同的含水层之间形成：a、 含水层由具有同样透水性能，同样岩石成分组成b、 含水层由渗透性能不同的岩石组成，而且下部含水层的透水性能小于上部含水层B、盆地的反垂直分带a、在含水层补给条件不同时，上部为矿化潜水补给，下部为大气降水补给或淡潜水补给。