鄂爾多斯盆地水文地質(zhì)特征及地下水系統分析

  1 前言

 

  鄂爾多斯盆地位于我國西北地區東部, 地跨陜、甘、寧、晉和內蒙古五省區, 面積約27.5 ×104 km2 。

 

  該盆地新生代以來(lái)持續上升運動(dòng), 形成今日高原地貌景觀(guān)。目前北部為沙漠高原, 地形波狀起伏, 切割較弱;南部為黃土高原, 地形破碎, 切割強烈。該區屬溫帶干旱-半干旱大陸性氣候, 降水稀少, 蒸發(fā)強烈, 大部分地區植被稀疏, 荒漠化和土壤侵蝕嚴重,生態(tài)環(huán)境十分脆弱。長(cháng)期以來(lái), 水資源短缺嚴重阻礙著(zhù)這一地區的經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展。

 

  鄂爾多斯盆地在大地構造上屬華北地臺西南

 

  部, 是一個(gè)中、古生代大型構造沉積盆地, 蘊藏著(zhù)豐富的煤炭、石油、天然氣、煤層氣、鈾、巖鹽、鋁土礦、玻璃石英砂等礦產(chǎn)資源。同時(shí), 鄂爾多斯盆地也是一個(gè)巨型半開(kāi)啟的地下水盆地。據初步勘查結果,盆地內的地下水資源比較豐富, 尤其是盆地周邊碳酸鹽巖巖溶地下水和盆地中西部白堊系自流盆地地下水的資源潛力較大。通過(guò)對盆地地質(zhì)結構特征的分析, 揭示盆地的水文地質(zhì)結構和各含水層系統的基本特征, 結合對盆地內不同類(lèi)型和不同埋藏深度地下水循環(huán)條件的分析, 科學(xué)認識和合理劃分盆地地下水系統, 對于正確評價(jià)鄂爾多斯盆地地下水資源及其合理開(kāi)發(fā)利用都具有十分重要的意義。

 

  2 鄂爾多斯盆地水文地質(zhì)結構特征

 

  2.1 鄂爾多斯盆地地質(zhì)結構特征

 

  在地質(zhì)構造上, 鄂爾多斯盆地是一個(gè)由中、古生界組成軸向近南北的大型向斜式沉積盆地, 南北長(cháng)約640km, 東西寬約400km。向斜軸部偏西, 東西兩翼極不對稱(chēng):東翼為一向西緩傾的單斜, 寬度超過(guò)300km;西翼則由數條近南北向延伸向東逆沖的斷褶帶組成, 寬度不足100km。盆地南緣為渭北隆起,該隆起的南部則以斷塊向汾渭斷陷盆地呈階梯狀降落;盆地北緣為伊盟隆起, 缺失下古生界, 并以邊緣斷裂和河套斷陷盆地相接。鄂爾多斯盆地的基底為前寒武系結晶變質(zhì)巖, 盆地內依次沉積了總厚度超過(guò)6 000m的下古生界碳酸鹽巖、上古生界-中生界碎屑巖和各種成因的新生界。

 

  鄂爾多斯盆地前寒武系結晶變質(zhì)巖基底形態(tài)呈

 

  不對稱(chēng)箕型, 盆地內的碳酸鹽巖主要為寒武系和奧陶系, 僅出露在盆地的東、南部, 在盆地西緣因逆沖斷裂翹起局部出露, 在盆地北部因斷裂下陷深埋。

 

  奧陶系灰巖頂面經(jīng)過(guò)長(cháng)期剝蝕, 起伏較大, 在盆地中央埋深可達4 000m以上。區內碳酸鹽巖以石灰巖為主, 夾有白云巖, 沉積總厚度在2 000m以上, 蘊藏有豐富的天然氣和巖鹽等礦產(chǎn)資源。

 

  石炭系-侏羅系碎屑巖底面(下古生界碳酸鹽

 

  巖頂面)是一個(gè)不整合的剝蝕面, 盆地形狀不對稱(chēng),該層主要在盆地東、南部緩傾出露, 在西部多呈條帶狀陡傾出露, 在盆地北部因斷裂下陷深埋。在盆地中部底面埋深最大超過(guò)4 000m, 以砂巖和泥巖互層為主, 總厚度在3 000m 以上, 含有豐富的煤炭、石油、天然氣、煤層氣、鈾、鋁土礦等礦產(chǎn)資源。

 

  白堊系碎屑巖主要指位于鄂爾多斯盆地中西部

 

  的保安群(過(guò)去又名“志丹群”)形成一個(gè)南北長(cháng)600km, 東西寬300km, 面積達13.42 ×104 km2的長(cháng)方形分布區。白堊系盆地東部為寬緩的臺向斜一翼, 西部為被一系列逆沖斷層破壞的陡傾翼, 盆地南部翹起, 北部被斷裂切斷下陷。保安群底在盆地中西部最大埋深可達1 200 ～ 1 500m, 巖性主要為巨厚層砂巖(含礫巖)及砂、泥巖互層, 礦產(chǎn)資源貧乏。

 

  鄂爾多斯盆地新生界不連續的沉積在起伏不大

 

  的中、古生界頂面之上, 以第四系為主, 局部發(fā)育第三系。第四系以風(fēng)成砂(主要分布在北部)和黃土(主要分布在南部)為主。大致以長(cháng)城一線(xiàn)為界, 西北部地表多被厚度不一的風(fēng)積砂層和厚40 ～ 120m的沖湖積層覆蓋;東南部地表多覆蓋厚數十米至200多米的黃土, 黃土層下常發(fā)育厚數到數十米的上第三系上新統泥巖。

 

  2.2 鄂爾多斯盆地水文地質(zhì)結構特征

 

  鄂爾多斯盆地的地質(zhì)結構和現代自然地理條件

 

  決定了它是一個(gè)由多個(gè)具不同特性的含水層系統在空間上不同程度的上下疊置或側向鏈接、切割并又相互聯(lián)系在一起的巨型地下水盆地。這些含水層系統由多種不同類(lèi)型的巖石組成, 由下而上分別為:寒武系-奧陶系碳酸鹽巖類(lèi)巖溶含水層系統、石炭系-侏羅系碎屑巖類(lèi)裂隙含水層系統、白堊系碎屑巖類(lèi)孔隙-裂隙含水層系統和新生界松散巖類(lèi)孔隙含水層系統。

 

  (1)寒武系-奧陶系碳酸鹽巖類(lèi)巖溶含水層系統

 

  鄂爾多斯盆地碳酸鹽巖地層中賦存的地下水屬

 

  巖溶-裂隙水類(lèi)型(以下簡(jiǎn)稱(chēng)巖溶水), 下伏前寒武系結晶巖和上覆石炭系鋁土質(zhì)頁(yè)巖是其區域性隔水層。區內碳酸鹽巖的含水空間以構造和溶蝕作用形成的溶隙、溶孔及小溶洞為主, 大溶洞較少;而巖石的構造斷裂及裂隙、層面裂隙在地下水運移方面起重要作用。由于盆地中部碳酸鹽巖埋藏深度超過(guò)4 000m, 盆地內又無(wú)大的區域性構造斷裂貫通, 無(wú)論從區域水動(dòng)力場(chǎng)、水化學(xué)場(chǎng)和溫度場(chǎng)等資料分析,碳酸鹽巖中賦存的巖溶水不可能從盆地西部通過(guò)深部循環(huán)向盆地的東部運移。因此, 盡管鄂爾多斯盆地是一個(gè)比較完整的構造沉積盆地, 碳酸鹽巖在盆地內部連續分布, 但由于盆地中部巨厚的地下水滯流封存帶的存在, 碳酸鹽巖盆地不可能形成一個(gè)具有統一水力聯(lián)系的巖溶地下水盆地, 現代巖溶水的循環(huán)交替僅發(fā)生在盆地周邊一定深度(一般埋深800 ～ 1 800m以?xún)?的巖溶體內。主要受氣候、地形、巖性巖相、構造、埋藏深度和巖溶發(fā)育等因素的控制,盆地東緣、南緣和西緣的巖溶水賦存特征有明顯差別, 形成各自獨立的巖溶水系統, 地下水富集規律也各不相同。鄂爾多斯盆地周邊碳酸鹽巖一定埋藏深度內的巖溶水往往在有利部位富集, 尤其在東緣和南緣, 水量大、水質(zhì)好,可建成大型和特大型水源地。

 

  (2)石炭系-侏羅系碎屑巖類(lèi)裂隙含水層系統

 

  石炭系-侏羅系碎屑巖類(lèi)裂隙含水層系統空間

 

  上位于下伏碳酸鹽巖類(lèi)巖溶含水層系統和上覆白堊系碎屑巖類(lèi)孔隙-裂隙含水層系統之間, 分別以石炭系底部鋁土質(zhì)頁(yè)巖和侏羅系頂部泥巖為其區域性隔水層。巖性以砂、泥巖互層為主。砂巖一般成巖膠結較好, 原生孔隙少, 其儲水導水作用有限, 通常以各種裂隙(包括構造、層面、風(fēng)化等裂隙)及次生孔隙儲水導水為主。隨地層從新到老, 埋藏從淺到深, 孔隙的儲水導水作用漸弱, 裂隙的儲水導水作用更加突出, 造成地下水賦存極不均勻。石炭系-侏羅系在鄂爾多斯盆地內部分布連續, 但由于受地層巖性和埋藏深度等條件的制約, 該含水層系統總體上構成非徑流型盆地。在盆地的中西部地區, 石炭系-侏羅系碎屑巖被白堊系(保安群)覆蓋, 地層埋藏深(盆地中央頂面埋深最深超過(guò)1 200m), 無(wú)現代大氣降水和地表水補給的可能, 加上受石油、煤炭沉積環(huán)境的影響, 水量不大, 水質(zhì)差, 一般無(wú)開(kāi)采價(jià)值。

 

  在盆地東部該碎屑巖層出露及淺埋區, 含水層多被地表水系切穿, 地下水可以接受大氣降水和地表水的補給, 但一般僅在淺部風(fēng)化帶(埋深50 ～ 100m 以?xún)?, 尤其在河谷地帶常與上覆第四系沖積層地下水構成一體, 水量相對較豐, 水質(zhì)較好, 這對于水資源十分短缺的東部黃土丘陵區城鎮供水具有重要意義。此外, 在陜北局部地區由于侏羅系煤層自燃形成燒變巖帶, 孔洞和裂隙發(fā)育, 在地下水補給和儲存有利部位, 水量較豐, 水質(zhì)較好。

 

  (3)白堊系碎屑巖類(lèi)孔隙-裂隙含水層系統

 

  白堊系(指保安群, 下同)為未完全膠結的礫

 

  巖、砂巖夾粉砂巖、泥巖, 其中砂巖(含礫巖)為主要含水層, 下伏侏羅系頂部泥巖為其區域性隔水底板。

 

  白堊系可劃分為洛河組(K1

 

  1 )、環(huán)河組(Kh

 

  1 )和羅漢洞

 

  組(K lh

 

  1 )共3個(gè)含水巖組, 不同地區各含水巖組中砂

 

  巖和泥巖的比例不同, 其間相對隔水的泥巖厚度及隔水性也不相同, 但各含水巖組間多存在不同程度的水力聯(lián)系。受白堊系沉積環(huán)境和巖相控制, 未完全膠結的砂巖原始孔隙保存完好, 成為主要儲水和導水空間, 富水性相對均一。白堊系中的巖石裂隙不很發(fā)育, 但在厚層砂巖中, 尤其在南部地區, 部分裂隙的貫通性較好, 在導水方面起一定作用。

 

  白堊系碎屑巖類(lèi)孔隙-裂隙含水層系統構成一

 

  個(gè)東西不對稱(chēng)、南北不統一的半開(kāi)啟型自流盆地。

 

  大致以中部白于山以北近東西向的基底構造隆起為界, 分為南北兩部分。盆地北部現今為沙漠高原, 地形起伏較小, 白堊系主體并沒(méi)有被地表水系切穿, 上覆以風(fēng)成砂為主, 有利于大氣降水補給, 局部還能得到凝結水的補給。盆地北部的白堊系由于沉積環(huán)境以沙漠相和河流相為主, 砂巖比例較高, 泥巖并不發(fā)育, 加上補給條件較好, 故北部白堊系實(shí)際上構成巨厚的垂向不均一的統一含水體, 自流盆地的特征并不顯著(zhù)。北部白堊系地下水總體水量較豐富、水質(zhì)較好, 各含水巖組間的水位、水量和水質(zhì)的差異并不很大。一般在補給區上層水位稍高于下層, 水質(zhì)略好于下層;在排泄區則相反。

 

  盆地南部現今為黃土高原, 地形十分破碎, 上覆厚層黃土及上新統泥巖, 地表水系切割強烈, 白堊系僅在深切溝谷中出露。除在白堊系出露的周邊基巖及黃土淺覆蓋的山地可以接受大氣降水補給外, 其余地區補給條件較差。盆地南部的白堊系除部分沙漠相外, 以河湖相為主, 各層位砂巖比例不一, 泥巖比較發(fā)育, 在垂向上由多個(gè)相對獨立的含水巖組構成, 各含水巖組間的水力聯(lián)系較小。由于補給來(lái)源和地層巖性的差異, 盆地南部白堊系各含水巖組地下水的水位、水量和水質(zhì)差別較大, 主要以洛河組的水量較大、水質(zhì)較好。

 

  (4)新生界松散巖類(lèi)孔隙含水層系統

 

  新生界松散巖類(lèi)主要含水層包括第四系風(fēng)積和

 

  沖湖積砂層、沖(洪)積砂礫石層, 還包括部分黃土。

 

  這些巖層的孔隙(包括黃土中的孔洞-裂隙)在儲水和導水方面均起主導作用, 含水介質(zhì)比較均勻, 地下水賦存相對均一, 在盆地淺部總體構成一個(gè)南北差異明顯的不完全連續的高原型孔隙含水層系統。

 

  大致以中部長(cháng)城一線(xiàn)為界, 盆地西北部新生界松散巖類(lèi)孔隙水(包括風(fēng)積砂層水、沖積層水和沖湖積層水)除局部地區構成單獨含水層(如薩拉烏蘇組沖湖積層)外, 多與下伏中、古生界碎屑巖風(fēng)化裂隙帶地下水融為一體, 水量較大, 水質(zhì)較好。盆地東南部為黃土覆蓋區, 由于地形切割強烈, 多形成各自相對獨立的水文地質(zhì)單元, 除黃土塬區(如董志塬、洛川塬)構成比較連續的含水層, 具有一定開(kāi)采價(jià)值外, 廣大黃土梁峁區黃土層地下水多較貧乏。另在區內的一些寬谷河段, 分布有厚度不一的沖積砂礫石層, 地下水相對豐富, 常成為嚴重缺水地區的重要供水水源。

 

  3 鄂爾多斯盆地地下水循環(huán)特征

 

  3.1 鄂爾多斯盆地地下水循環(huán)總體特征

 

  鄂爾多斯盆地現代為高原地貌, 地面標高多在

 

  1 000 ～ 1 700m, 盆地東、南和西緣三邊多被以碳酸鹽巖為主的標高1 000 ～ 2 800m 的中山環(huán)繞, 黃河呈“幾”字型沿盆地周邊的西、北、東三面環(huán)繞流過(guò)。

 

  黃河從青銅峽進(jìn)入本區的河水面的標高1 120m 左右, 在關(guān)中盆地東部的潼關(guān)流出本區的河水面標高320m左右, 水位總落差達800m。大氣降水是盆地內地下水的主要補給來(lái)源, 各含水層系統之間存在一定水力聯(lián)系, 地下水和地表水之間在局部地段發(fā)生相互轉化, 除北部沙漠高原的中部?jì)攘鲄^淺層地下水以蒸發(fā)排泄為主外, 區內地下水總體向盆地周邊方向流動(dòng), 黃河及其主要支流在盆地周邊及盆地內切穿各含水層, 成為盆地地下水的區域性直接或間接的排泄渠道。

 

  鄂爾多斯盆地總體上是一個(gè)半開(kāi)啟型的地下水

 

  盆地, 盆地內地下水的主要補給來(lái)源是大氣降水入滲, 其次是地表水的滲漏, 還有灌溉回歸水和凝結水的補給等。補給方式從地域講包括面狀補給(大氣降水、凝結水和灌溉回歸水入滲)和帶狀或點(diǎn)狀補給(河流、湖泊和水庫的滲漏等);從層位講包括直接入滲和間接(通過(guò)第四系或其他上覆含水層)入滲等。大氣降水補給量大小除與降水量及降水方式有關(guān)外, 主要受地貌形態(tài)、地表介質(zhì)特征和植被發(fā)育狀況等的影響, 以盆地周邊及盆地內基巖裸露或淺覆蓋、植被發(fā)育較好的山區補給量較大, 其次為盆地北部的沙漠高原區, 盆地南部的黃土高原區補給量較小。凝結水的補給局限在北部沙漠區。灌溉回歸水在農牧業(yè)灌溉區有一定意義。地表水的滲漏主要發(fā)生在流經(jīng)周邊巖溶區的黃河及其支流涇河、洛河部分河段和流經(jīng)白堊系的涇河及洛河的支流上游河段, 也包括當地的一些水庫和湖泊, 地表水滲漏在部分巖溶水區(如陜西渭北)可以成為主要補給來(lái)源。

 

  盆地內地下水總體從各自的補給區向當地排泄

 

  基準面方向徑流。盆地內地下水除東部呂梁山區和西南部六盤(pán)山區的巖溶水從山區向盆地方向運移外, 其余總體上均從盆地(高原)中部向周邊方向運動(dòng), 除局部向盆地外圍的新生界斷陷盆地排泄外, 多在盆地周邊及盆地內的黃河及其支流切穿含水層部位以泉、滲水及谷坡蒸發(fā)等方式排泄。盆地內不同含水巖類(lèi)地下水的徑流通道并不相同, 松散巖類(lèi)多以孔隙為主, 含水層似層狀;碎屑巖類(lèi)有以裂隙為主和以孔隙為主之分, 前者呈脈網(wǎng)狀, 后者似層狀;碳酸巖鹽類(lèi)多以巖溶和裂隙為主, 視巖溶和裂隙的發(fā)育程度可分為似層狀、網(wǎng)狀和脈狀幾種。盆地地下水通常以順層(水平)徑流為主, 在運動(dòng)過(guò)程中可在同一含水層系統內發(fā)生地下水與地表水的轉換, 也可在不同含水層系統之間發(fā)生水的交換。但是, 在白堊系自流盆地內, 尤其在其北部沙漠地區, 地下水的越層(垂向)徑流比較突出, 形成補給區(或補給期)部分淺層地下水可以向下越流補給深層地下水, 排泄區(或排泄期)部分深層地下水可以向上越流通過(guò)淺層地下水蒸發(fā)排泄。此外, 隨著(zhù)盆地內地下水開(kāi)發(fā)利用程度的提高, 人工開(kāi)采已經(jīng)成為盆地地下水的重要排泄方式。

 

  3.2 鄂爾多斯盆地內各含水層系統地下水循環(huán)特征新生界松散巖類(lèi)孔隙含水層系統在盆地內分布

 

  廣、埋藏淺, 直接接受大氣降水補給, 與地表水的水力聯(lián)系密切, 地下水徑流條件良好, 除內流區外, 幾乎整個(gè)含水層系統均被葉脈狀的黃河及其支流水系聯(lián)在一起。該層具供水意義的含水巖組主要有薩拉烏蘇組砂層孔隙水、河谷區沖積層水及黃土塬區的黃土層水。薩拉烏蘇組主要分布在毛烏素沙地與黃土高原接壤帶, 除能接受降水和凝結水的補給外, 還可能有白堊系碎屑巖類(lèi)孔隙-裂隙水的補給, 向當地河谷或低地徑流排泄或在地下水淺埋區蒸發(fā)排泄。河谷區沖積層常與其下的基巖風(fēng)化裂隙帶構成統一的含水體, 在接受河水補給的有利地段, 地下水積極交替帶厚數十米。黃土塬區黃土層水主要接受塬面大氣降水的入滲補給, 徑流途徑較短, 多在塬邊溝壑坡壁滲水或蒸發(fā)排出。新生界松散巖類(lèi)孔隙含水層系統與下伏各含水層系統也存在著(zhù)不同程度的水力聯(lián)系, 常成為下伏含水層接受大氣降水、地表水間接補給的中介體。

 

  白堊系孔隙-裂隙水主要在含水巖層露裸區和

 

  淺埋區直接或間接地接受大氣降水入滲補給, 一般沒(méi)有一個(gè)集中的補給區。盆地北部含水巖組多以粗粒砂巖為主, 泥巖較少, 地下水接受降水和凝結水補給, 以垂向交替為主, 地下水在低凹灘地或河谷區向上越流排出地表或于淺埋區蒸發(fā)排泄。盆地南部砂巖和泥巖的分層明顯, 地下水以順層徑流為主, 在就近深切河谷由下向上越層排泄。盆地內白堊系碎屑巖類(lèi)孔隙-裂隙含水層系統按不同埋藏深度、水動(dòng)力條件和水循環(huán)特點(diǎn)大致可劃分出地下水的強徑流積極交替帶Ⅰ (小于300m )、緩徑流開(kāi)啟帶Ⅱ

 

  (300 ～ 800m)和弱徑流半開(kāi)啟帶Ⅲ (800 ～ 1 200m )共3個(gè)帶, 而滯流封閉帶Ⅳ實(shí)際已進(jìn)入侏羅系。上述分帶情況和各帶的發(fā)育深度及厚度在盆地不同部位并不相同, 各帶的下界一般北部大于南部, 東部(或東南部)大于西部(或中西部)。

 

  石炭系-侏羅系碎屑巖類(lèi)裂隙含水層系統受地

 

  層構造、巖性及出露區地形地貌等因素控制, 地下水賦存和補給條件總體較差。地下水積極交替帶僅分布在盆地東部黃土覆蓋的河谷基巖裸露區或淺埋區的強風(fēng)化帶, 并多與上覆沖積砂礫石孔隙水組成統一含水體。強徑流積極交替帶深度多小于50 ～100m;通常深度100 ～ 300m 為緩-弱徑流開(kāi)啟-半開(kāi)啟帶;深度300m以下為滯流封閉帶。

 

  寒武系-奧陶系碳酸鹽巖類(lèi)出露的鄂爾多斯盆

 

  地周邊山地, 也是巖溶水接受大氣降水和地表水入滲的主要補給區。受盆地地質(zhì)結構的制約, 該含水層系統構成一個(gè)非徑流型盆地, 從盆地邊緣到中心存在明顯的水文地質(zhì)分帶:強徑流積極交替帶深度多小于800m, 深度800 ～ 1 800m 為緩-弱徑流開(kāi)啟-半開(kāi)啟帶, 深度大于1 800m屬滯流封閉帶。該含水層系統的東緣、南緣和西緣, 由于自然地理和地質(zhì)-水文地質(zhì)條件的差異, 上述各帶的埋藏深度有一定差別, 總體東、南部大于西部。

 

  綜上, 鄂爾多斯盆地作為一個(gè)巨型地下水盆地,按照現代地下水循環(huán)理論和實(shí)際狀況, 總體可以劃分成淺部地下水循環(huán)系統和深部地下水封閉系統。

 

  淺部地下水循環(huán)系統包括地下水強徑流積極交替帶和緩-弱徑流開(kāi)啟-半開(kāi)啟帶, 其中新生界松散巖類(lèi)孔隙含水層系統全部和石炭系-侏羅系碎屑巖類(lèi)裂隙含水層系統淺部的循環(huán)深度在300m 以上;寒武系-奧陶系碳酸鹽巖類(lèi)巖溶含水系統循環(huán)深度最大可達1 800m;白堊系碎屑巖類(lèi)孔隙-裂隙含水層系統循環(huán)深度最大可達1 200m。深部地下水封閉系統主要指地下水滯流封閉帶, 包括寒武系-奧陶系碳酸鹽巖類(lèi)巖溶含水層系統和石炭系-侏羅系碎屑巖類(lèi)含水層系統的深部。鄂爾多斯盆地內的淺部地下水循環(huán)系統和深部地下水封閉系統的界限基本上也是地下淡水(含微咸水)和咸水的界限, 淺部地下水循環(huán)系統內的地下水與現代大氣降水或多或少地存在一定的聯(lián)系, 其也是目前勘查研究和開(kāi)發(fā)利用的主要對象。當然, 其間的界限也不是完全固定的,可以隨著(zhù)氣候演變、構造活動(dòng)、地形改變及人為活動(dòng)(包括開(kāi)采)等因素的影響而發(fā)生變化。本文地下水系統分析的主要對象是盆地淺部地下水循環(huán)系統(圖2)。

 

  4 鄂爾多斯盆地地下水系統初步分析

 

  目前, 國內外學(xué)者對“地下水系統”的概念還缺乏一個(gè)明確的定義和統一的認識。

 

  中國科學(xué)院資深院士陳夢(mèng)熊先生全面總結和概

 

  括了對地下水系統的認識[ 1] , 認為地下水系統是水文系統的一個(gè)組成部分, 它是一個(gè)錯綜復雜, 包括各種天然因素、人為因素所控制的, 具有不同等級的互相關(guān)聯(lián)以及互相影響的統一體。每個(gè)地下水系統都具有各自的特征與演變規律, 包括各自的含水層系統、水循環(huán)系統、水動(dòng)力系統、水化學(xué)系統。

 

  應該說(shuō), 陳夢(mèng)熊等的上述認識是比較全面和客

 

  觀(guān)的, 它既考慮了地下水系統的空間特征, 也考慮了其時(shí)間變化;既考慮了其受自然條件的控制, 也考慮了人類(lèi)活動(dòng)的影響。我們認為, 地下水系統是指受自然和人為因素控制的, 時(shí)空分布上由具有共同的補給、徑流、排泄特征與演變規律的若干個(gè)相對獨立的水文地質(zhì)單元所組成的統一體。當然, 由于水文地質(zhì)條件千差萬(wàn)別, 在對某個(gè)特定的地下含水體進(jìn)行地下水系統分析時(shí), 其劃分原則可以允許根據具體情況, 根據不同研究對象、不同系統級別和不同目的而有所側重, 力求做到因地制宜, 有的放矢, 既要保持系統劃分的科學(xué)性, 又要適當考慮實(shí)用性。

 

  4.1 鄂爾多斯盆地地下水系統劃分

 

  如前所述, 鄂爾多斯盆地是一個(gè)巨大而復雜的

 

  地下水盆地。自下而上它由4個(gè)不同特性的含水層系統上下疊置或平面鏈結組成。不同區塊內含水層系統的空間組合又各不相同, 往往形成不同的地下水循環(huán)特征及各自的水動(dòng)力場(chǎng)和水化學(xué)場(chǎng), 它們控制了地下水水量和水質(zhì)的分布。因此, 對鄂爾多斯盆地地下水系統的劃分必須結合盆地自然地理-地質(zhì)-水文地質(zhì)的實(shí)際情況, 充分考慮上述各種因素的各自特點(diǎn)及組合特征, 才能比較客觀(guān)地反映盆地地下水賦存和運移的真實(shí)面貌?？梢哉J為, 鄂爾多斯盆地實(shí)際上包含了周邊巖溶地下水、白堊系自流盆地地下水和東部黃土區地下水3 個(gè)基本獨立、各有特色、存在局部聯(lián)系的地下水大系統。因此, 可以將整個(gè)鄂爾多斯盆地視為一個(gè)有3個(gè)地下水大系統組成的地下水巨系統。在各地下水大系統內, 又可根據地質(zhì)-水文地質(zhì)結構特征、地下水循環(huán)條件以及和地表水系的關(guān)系等, 再進(jìn)一步劃分成7個(gè)地下水系統及16個(gè)地下水亞系統(圖3和表1)。此外,在部分地下水亞系統(如巖溶水亞系統)內還可進(jìn)一步劃分出若干地下水子系統。

 

  4.2 鄂爾多斯盆地各地下水系統之間的關(guān)系分析對于鄂爾多斯盆地而言, 周邊巖溶地下水大系

 

  統-東部黃土區地下水(主要指碎屑巖類(lèi)裂隙水)大系統-白堊系自流盆地地下水大系統在平面上是從外圍向中心的鏈接關(guān)系, 在空間上則總體構成自下而上的疊置關(guān)系。除局部地段由于構造、巖性形成的“天窗”或人為的原因(如礦井或鉆孔), 其間可能發(fā)生少量水力聯(lián)系外, 各地下水系統之間主要通過(guò)上覆新生界及地表水系相互關(guān)聯(lián)。因此, 各地下水系統的獨立性是基本的、普遍的, 而它們之間的水力聯(lián)系是相對的、局部的。如六盤(pán)山東麓的巖溶水可能部分向白堊系自流盆地排泄, 是造成盆地西南部白堊系地下水水量和水質(zhì)都較好的主要原因。此外, 通過(guò)各地下水系統上覆第四系含水層向本系統周邊以外地下水系統排泄的區段更多, 如白堊系自流盆地東部北段地下水可能通過(guò)上覆第四系含水層向盆地東部黃土區排泄。

 

  此外, 通過(guò)地表水系幾乎將盆地內各地下水系

 

  統都相互聯(lián)系在一起, 特別是盆地的東部和南部的地表水系幾乎全都切穿了白堊系自流盆地、黃土區和巖溶區, 地表水和地下水在不同地段發(fā)生不同性質(zhì)的水力聯(lián)系, 通過(guò)地表水系將盆地內各地下水系統聯(lián)系起來(lái), 構成統一的排泄渠道, 最終向黃河和汾渭盆地排泄。

 

  鄂爾多斯盆地地下水系統和其相鄰的地下水系

 

  統之間多為斷層接觸, 其間的水力聯(lián)系總體較小, 但在不同地區也存在一定差異。如渭北和韓城-河津地區的巖溶地下水在部分地段可以向汾渭盆地方向排泄, 成為盆地新生界地下熱水的重要補給來(lái)源;東勝隆起西北部的白堊系地下水和東北部的黃土區地下水都有可能向河套盆地新生界排泄。

 

  5 結論

 

  (1)鄂爾多斯盆地特殊的地質(zhì)結構決定了其獨

 

  特的水文地質(zhì)結構特征。鄂爾多斯盆地是由多種不同巖石類(lèi)型上下疊置構成的構造沉積盆地, 決定了它是一個(gè)由不同含水巖類(lèi)的多個(gè)含水層系統上下疊置構成的巨型地下水盆地。這些不同含水層系統由下而上分別為:寒武系-奧陶系碳酸鹽巖類(lèi)巖溶含水層系統、石炭系-侏羅系碎屑巖類(lèi)裂隙含水層系統、白堊系碎屑巖類(lèi)孔隙-裂隙含水層系統和新生界松散巖類(lèi)孔隙含水層系統。

 

  (2)鄂爾多斯盆地的自然地理-地質(zhì)和水文地

 

  質(zhì)條件決定了盆地地下水的總體循環(huán)交替特征。鄂爾多斯盆地總體上構成一個(gè)半開(kāi)啟型的地下水盆地, 盆地內地下水的主要補給來(lái)源是大氣降水, 地下水總體從各自的補給區向當地排泄基準面方向徑流, 黃河及其主要支流是盆地地下水的最終排泄渠道。盆地內不同含水層系統地下水交替循環(huán)的方式和深度不同, 以寒武系-奧陶系碳酸鹽巖類(lèi)巖溶含水層系統和白堊系碎屑巖類(lèi)孔隙-裂隙含水層系統的交替循環(huán)深度較大(可達1 200 ～ 1 800m );新生界松散巖類(lèi)孔隙含水層系統和石炭系-侏羅系碎屑巖類(lèi)裂隙含水層系統的交替循環(huán)深度較小(一般小于300m)。這對于鄂爾多斯盆地地下水資源的形成分析和勘查評價(jià)有一定指導意義。

 

  (3)雖然目前國內外對于地下水系統概念的認

 

  識還不完全一致, 但對于像鄂爾多斯盆地這樣復雜的大型構造沉積盆地的地下水系統分析一定要從實(shí)際出發(fā), 不完全拘泥于概念, 既掌握原則性, 又有一定的靈活性, 在具體劃分和命名時(shí)既要有科學(xué)性, 又要有實(shí)用性, 這樣才有利于指導鄂爾多斯盆地地下水的進(jìn)一步勘查研究和合理開(kāi)發(fā)利用。

 

  (4)鑒于目前鄂爾多斯盆地地下水勘查第二階

 

  段的工作仍在繼續進(jìn)行, 許多認識有待進(jìn)一步深化和修正, 本文提出的鄂爾多斯盆地水文地質(zhì)特征和地下水系統分析只是初步的, 肯定存在不妥之處, 有待進(jìn)一步探討和研究。