高建平，吳桂武，黃 震，王 鵬

(1.貴州省地礦局一〇三地質(zhì)大隊(duì)，貴州 銅仁554300;2.中國冶金地質(zhì)總局山東正元地質(zhì)勘察院，山東 煙臺(tái)264002)

巖溶地下水系統(tǒng)是一個(gè)成分十分復(fù)雜的天然溶液系統(tǒng)，它既溶有多種無機(jī)化學(xué)元素組分、氣體和放射性物質(zhì)，還含有有機(jī)物、微生物和懸浮物等。隨著地下水賦存巖石的差異，所處地質(zhì)和地理環(huán)境的不同，不同地域地下水在化學(xué)組分上表現(xiàn)出了一定的特征和規(guī)律。運(yùn)用水文地球化學(xué)的理論和方法來研究研究區(qū)的巖溶地下水化學(xué)成分，有助于研究本區(qū)地下水的水－巖作用，揭示地下水化學(xué)成分在組成、分布和元素在其中存在、遷移轉(zhuǎn)化的規(guī)律，從而揭示巖溶地下水的運(yùn)移規(guī)律。

1 地下水的物理性質(zhì)

1.1 水溫

根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)(表1)，研究區(qū)地下水的水溫在10℃～17℃之間，受季節(jié)性氣溫變化的影響。天然泉點(diǎn)水溫年變化幅度較小，一般不超過4℃。相鄰區(qū)鉆孔揭露水溫比較穩(wěn)定，年變化幅度1℃ ～2℃。地下河出口的水溫年變化幅度較大。天然泉點(diǎn)之間的水溫相差不大，冬季枯水季節(jié)時(shí)最低13.8℃，最高15℃，相差1.2℃。地下河出口之間水溫變化較大，冬季枯水季節(jié)時(shí)最低10℃，最高16.8℃，相差6.8℃。因天然泉點(diǎn)的地下水處于相對(duì)封閉的含水層中，遇斷裂或節(jié)理在地勢(shì)低洼處出露，受周邊環(huán)境的影響較小。地下河中水溫受地下河入口、降水落水洞灌入及流動(dòng)環(huán)境的控制，變化較大。從總體上看，巖溶地下水的水溫變化比氣溫稍有滯后，巖溶泉及鉆孔中水溫滯后時(shí)間較長。

1.2 顏色、透明度

巖溶泉無色透明，因地下水徑流途徑較長，泥沙等雜物逐漸沉淀，雨季時(shí)也清澈透明，沒有渾濁。地下河一般情況處于無色透明狀態(tài)，但由于落水洞、豎井等發(fā)育，在強(qiáng)降水期間，雨水沖刷泥沙進(jìn)入地下水系，或由于雨水的進(jìn)入，造成地下河的流速及流量的大幅度變化，從而沖刷河床中的沉積物，造成短暫的渾濁現(xiàn)象。這種狀況一般在雨后1～5 d即可恢復(fù)原狀。

2 水化學(xué)特征

2.1 酸堿度、硬度和礦化度

地下水的酸堿度主要受土層的酸堿度和含水巖石的控制。研究區(qū)的地下水呈弱堿性，這主要是因?yàn)樘妓猁}巖可溶濾性好，水－巖反應(yīng)速度較快，加上溶隙、裂隙發(fā)育，滲透性良好，水－巖作用充分;從土壤帶下滲的地下水與其作用消耗H+的結(jié)果。計(jì)算表明，與大氣中 PCO2=10－3.5bar平衡的水(pH5.7)作用于方解石并達(dá)到平衡的pH為8.4。由于土壤包氣帶下滲的地下水的pH值較低和水巖作用的時(shí)間的限制，本區(qū)巖溶地下水的pH值多為8以下的弱堿性水。

地下水的總硬度包括永久硬度和暫時(shí)硬度。它主要是水中鈣、鎂離子含量的反映。研究區(qū)的巖溶地下水主要屬微硬水，其中清虛洞組含水層中的地下水硬度較高臺(tái)組含水層中的地下水硬度稍高。

地下水的礦化度主要取決于含水介質(zhì)的巖性特征，它還與地下水的循環(huán)條件有關(guān)。礦化度的高低與硬度的高低一致。在研究區(qū)，大氣降水有時(shí)不經(jīng)過土壤帶直接通過溶蝕裂隙、落水洞、豎井等迅速補(bǔ)給泉水或地下河。這類淺循環(huán)交替的地下水徑流迅速，不但與圍巖的作用時(shí)間短，溶濾出的礦物質(zhì)也不易匯集變濃，因而形成低礦化度的淡水。

表1 研究區(qū)地下水點(diǎn)物理特征表

表2 研究區(qū)泉點(diǎn)常量元素含量表

2.2 主要陽離子

Ca2+、Mg2+、K+、Na+是巖溶地下水中的主要陽離子，這些組分的基本物質(zhì)來源是地下水的儲(chǔ)存運(yùn)移介質(zhì)－巖石或土層中。Ca2+、Mg2+來源于地下水運(yùn)移儲(chǔ)集過程中，對(duì)碳酸鹽巖的溶濾作用。由于進(jìn)入地下水的二氧化碳溶解后形成了碳酸，碳酸和賦存介質(zhì)中的碳酸鹽類礦物質(zhì)相互作用后，含鈣鎂的鹽類被分解，鈣鎂離子隨即遷移到水溶液中形成離子狀態(tài)。K+、Na+來源于含水介質(zhì)中鉀鈉鹽類的溶解遷移。

研究區(qū)的巖溶地下水中，Ca2+占化學(xué)組分中陽離子的主導(dǎo)地位，其含量在61～75 mg/L之間(表2、表3)，平均值為69.42 mg/L。Mg2+含量大多在 28～40 mg/L之間，平均為32.6 mg/L。表明在巖溶地下水中 Mg2+含量較 Ca2+低。K+、Na+含量都比較低微，K+含量在 0.8 ～ 2.4 mg/L，平均1.24 mg/L，Na+含量在 1.4 ～3.5 mg/L 之間，平均值 2.89 mg/L。

2.3 主要陰離子

HCO3－、SO42－、Cl－為巖溶地下水中的主要陰離子。它們具有不同的含量及形成機(jī)理。

表3 研究區(qū)地下河常量元素含量表

HCO3－是陰離子的控制性組分，它的形成是含二氧化碳的水與碳酸鹽類介質(zhì)互相作用的結(jié)果。地下中的二氧化碳的來源主要是空氣中的被地表水吸收滲入地下水。研究區(qū)的HCO3－含量在200～300 mg/L之間，平均含量252.3 mg/L。

研究區(qū)SO42－的形成主要是原生地質(zhì)環(huán)境的石膏沉積，其次是硫化物被水中的氧氧化而形成。調(diào)查中，SO42－含量較低，為 9.4 ～20 mg/L，平均為 14.9 mg/L。

Cl－來源于含水介質(zhì)中巖鹽成分和其他含Cl礦物的風(fēng)化產(chǎn)物。在研究區(qū)出露的泉點(diǎn)和地下河出口中，Cl－含量較低，一般為 2.1 ～4.7 mg/L，平均含量 3.19 mg/L。

圖1 礦化度與硬度相關(guān)曲線圖

圖2 礦化度與Ca2++Mg2+相關(guān)曲線圖

3 化學(xué)組分的相關(guān)性

從研究區(qū)巖溶地下水的化學(xué)組分的物質(zhì)來源看，其主要礦物質(zhì)成分為 Ca2+、Mg2+和 HCO3－。因礦化度是可溶性無機(jī)成分的總含量，硬度主要反映的Ca2+、Mg2+含量，因而礦化度、硬度、鈣鎂離子濃度之間有明顯的正相關(guān)關(guān)系。由于地下水中的主要陽離子為Ca2+，主要陰離子為HCO3－，所以Ca2+、HCO3－含量、硬度、礦化度之間也呈正相關(guān)關(guān)系(圖1、圖2和圖3)。

圖3 礦化度與HCO3－相關(guān)曲線圖

4 結(jié)語

1)通過分析巖溶地下水水化學(xué)特征認(rèn)為，在豐水期，地下水中的主要組分Ca2+、Mg2+、HCO3－、SO42－和礦化度呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，pH值呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)，地下水動(dòng)態(tài)過程曲線多呈尖齒狀。在枯水期，主要離子呈現(xiàn)上升、pH值降低的趨勢(shì)，其平面形態(tài)呈波狀。

2)巖溶地下水中的Ca2+、HCO3－含量、硬度、礦化度之間呈正相關(guān)關(guān)系。

［1］李光泉，趙蓓，楊海燕.巖溶管道的遷移－彌散輸運(yùn)模式［J］.云南地理環(huán)境研究.2012，22(6):8 －14.

［2］鄧英爾，賈疏源，黃潤秋，等.巖溶縫洞系統(tǒng)地下水系研究［J］.地球科學(xué)進(jìn)展.2008，23(5):489 －493.

［3］王臘春，許有鵬.貴州普定后寨地下河流域巖溶水特征研究［J］.地理科學(xué).2000，20(6):558 －562.

［4］王宇.西南巖溶地區(qū)巖溶水系統(tǒng)分類特征及勘查評(píng)價(jià)要點(diǎn)［J］.中國巖溶.2002，21(2):114 －119.

［5］吳浩東.貴州喀斯特地區(qū)地下水水動(dòng)力彌散研究－以大壩堆場(chǎng)、青菜沖堆場(chǎng)為例［D］.貴州:貴州大學(xué).2005.