唐山沿海地区地下水化学特征及演化趋势分析

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1、唐山沿海地区地下水化学特征及演化趋势分析　摘要：在广泛收集唐山沿海地区地表水、浅层地下水和深层地下水水化学分析资料的基础上，研究了区内地下水化学类型分布规律、水化学形成的主要作用和演化趋势。结果表明：唐山沿海地区地下水化学类型具有一定的水平分带规律性。由于区内地下水持续大量开采，造成区内浅层地下水咸化和深层地下水硬度增大。同时，对区内深层地下水进行反向水文地球化学反应路径模拟，模拟结果表明:在模拟水流路径上，深层地下水主要发生方解石、白云石、岩盐、萤石溶解反应和石膏沉淀反应，同时伴随着阳离子交换作用，使得Na+和C

2、l-含量明显增加，Ca2+和SO42-含量减少，水化学类型将由HCO3-Na型向HCO3Cl-Na型转变。　　关键词：水化学；主离子；地球化学模拟　　　　中图分类号：P641.3　2.3浅层地下水水质动态特征　　根据多年地下水化学资料分析，唐山沿海地区浅层地下水矿化度、总硬度和主要离子成分变化十分剧烈，升降互现，其中总体趋势为浅层地下水的咸化。以区内柏15孔为代表，见图2。其矿化度由1981年的3105mg/L增长到1997年的7634.8mg/L，但矿化度并不是单一的直线上升，而是在起伏中呈现上升的趋势。阴离子

3、以氯离子上升为主，阳离子则以钾、钠离子上升为主［3］。　　2.4浅层地下水水质动态特征　　唐山沿海地区分布有大面积的浅层咸水，浅层淡水资源较匮乏，多年来一直以开采深层地下水为主。据20世纪70年代的水化学资料，区内大部分地区地下水阴离子以重碳酸根离子和氯离子为主，局部存在硫酸根离子和氯离子为主的地下水,阳离子以钠离子为主［2］。以区内柏14孔为代表，见　　总体来看，区内深层地下水矿化度、总硬度和主要离子含量有一定波动变化，变化幅度较小，基本保持稳定状态。但近年来，由于对深层地下水的不合理开采，导致矿化度和硬度呈上升

4、趋势。　　3地下水化学特征的成因分析　　3.1主要离子成分　　表2为唐山沿海地区不同代表性水样主要离子含量统计情况。从表2可以发现，区内地表水、浅层地下水和深层地下水存在迥异的水化学组成和离子比值特征，表明三者具有不同的地下水化学成因，且相互之间的水力联系较差。　　3.2水化学吉布斯分布模式　　对于离子起源的自然影响因素，吉布斯（Gibbs,1970）根据世界河流、湖泊及主要海洋水TDS与Na+/(Na++Ca2+)、TDS与Cl-/(Cl-+HCO3-)关系图能够确定天然水化学成分的3个主要来源：大

5、气降水作用、风化作用、蒸发-结晶作用［4］。将唐山沿海地区地表水（河水）、浅层地下水和深层地下水的水化学数据投到Gibbs图上，见图4。　　从图4可以看出，地表水和浅层地下水点在图中的分布较为一致，均位于右上方的蒸发-结晶沉淀作用区，远离大气降水作用区，显示地表水和浅层地下水的化学组分主要受蒸发控制。深层地下水在图中的分布具有较大差异，在TDS与Cl-/(Cl-+HCO3-)关系图中，深层地下水位于岩石风化作用区，显示深层地下水化学组分主要受含水层盐分控制；而在TDS[HJ1.6mm]与Na+/(Na++C

6、a2+)关系图中，深层地下水则主要位于大气降水作用区和蒸发-结晶沉降作用区之间，表示其受到两种因素的综合作用。　　3.3离子组合比　　从唐山沿海地区水样的γCa2+/γNa+与γMg2+/γNa+、γCa2+/γNa+与γHCO3-/γNa+的关系及其与硅酸盐岩和蒸发盐岩的γCa2+/γNa+与γMg2+/γNa+、γCa2+/γNa

7、+与γHCO3-/γNa+的关系可以看出［5］，该区地表水、浅层和深层地下水中化学组分主要来源于γCa2+/γNa+、γMg2+/γNa+、γHCO3-/γNa+比值均较低的蒸发盐岩和硅酸盐岩的风化，见图5。根据2009年12月份曹妃甸地区含水层易溶盐的分析报告，含水层易溶盐γCa2+/γNa+介于0.017～031、γMg2+/γNa+介于0.01～0.2

8、1、γHCO3-/γNa+介于0.01～0.88［6］。[JP+2]与全球蒸发盐岩平均特征比值相比，本地区含水层易溶盐的特征比值明显偏小，这也从侧面证明该区水化学组分主要来源于含水层易溶盐和硅酸盐岩的溶解。　　3.4水化学特征的成因分析　　从图6γ(SO42-+Cl-)与γHCO3-的关