鄂爾多斯盆地開啟型自流水盆地的形成機(jī)理

鄂爾多斯盆地開啟型自流水盆地的形成機(jī)理

1自然河流水岸帶鄂爾多斯盆地位于西北高原東部，周圍被秦嶺、陰山、賀蘭山和呂梁山等山脈包圍。橫跨北部鄂爾多斯高原和南部黃土高原兩大自然地理單元。北部沙漠廣布,南部溝壑縱橫,屬干旱氣候,干旱、風(fēng)沙和洪水等自然災(zāi)害頻繁,黃土區(qū)水土流失嚴(yán)重,水資源十分貧乏,生態(tài)失衡,嚴(yán)重阻礙區(qū)內(nèi)工、農(nóng)、林、牧業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。鄂爾多斯盆地是一個(gè)完整的巨大的開啟型自流水盆地。主要含水層有第四系松散層、白堊系碎屑巖孔隙裂隙含水層、奧陶系灰?guī)r空隙裂隙含水層。白堊系含水層、奧陶系含水層是含水豐富的巖體,其中以白堊系下部宜君洛河含水巖組為主要載體,供水條件也最優(yōu)越。2按沉積旋回和沉積組合分類鄂爾多斯盆地內(nèi)的白堊系按巖性差異和傳統(tǒng)習(xí)慣分為六個(gè)層組,由下而上為宜君組(K11)、洛河組(K12)、華池組(K13)、環(huán)河組(K14)、羅漢洞組(K15)和涇川組(K16)。這六個(gè)層組,按沉積旋回和巖性組合特征,可以歸并成三套含水巖組,即下部的宜君洛河組(K11+2),中部的華池環(huán)河組(K13+4)和上部的羅漢洞涇川組(K15+6)。宜君洛河含水巖組由于分布廣、厚度大、巖性疏松、含水性能和賦存條件好,而成為最主要的含水層。其次是華池組。羅漢洞組是一個(gè)比較局部的含水層。在盆地南部,環(huán)河組涇川組是兩個(gè)以泥質(zhì)巖為主的致密巖層,實(shí)際上成為主要起隔水作用的巖層。環(huán)河組把整個(gè)白堊系分隔成兩個(gè)基本無水力聯(lián)系的含水組合體。2.1含礦地層結(jié)構(gòu)宜君洛河含水巖組分布面積最大,在不對稱臺向斜的控制下,由東向西埋藏加深。這套含水巖組為一套巨厚的、發(fā)育大型斜層理的塊狀棕紅色中細(xì)粒砂體,含泥巖極少,因而結(jié)構(gòu)疏松,儲(chǔ)水性和透水性俱佳?？紫抖纫话銥?0~30%,平均滲透系數(shù)0.45~1.30m/d,單位產(chǎn)水量在100m3/d.m以上。2.2第二套貿(mào)易組廣泛分布于盆地腹部的宜君洛河含水巖組內(nèi)側(cè),分布范圍和富水性僅次于下伏的宜君洛河含水巖組,是白堊系第二套重要含水巖組。這套含水巖組主要巖性為棕紅色厚層至塊狀中細(xì)粒和粉細(xì)粒砂巖夾泥巖和頁巖。在盆地北部為一套大面積近物源的河流相沉積,巖性偏粗,夾泥巖很少。在盆地南部巖性普遍變細(xì),構(gòu)成下部砂巖為主上部泥巖增多的旋回性組合,明顯不同于盆地北部。2.3覆蓋古巖的地區(qū)羅漢洞涇川含水巖組是白堊系上部的殘存部分,只分布在盆地西部天環(huán)向斜的軸部附近。主要分布在三個(gè)地區(qū):一是桌子山東麓——東勝梁及其以北,呈北傾單斜覆蓋在古老巖層之上。二是鄂托克旗——鹽池一線以西的鐵蓋蘇廟——天池——紅井子一帶,上覆第三系含膏鹽地層。三是隴東環(huán)江以西的環(huán)縣——涇川一帶。涇川組作為羅漢洞組的隔水頂板,大部分含水貧乏,水質(zhì)也往往較差。3地下水補(bǔ)充、徑流和排水3.1承壓水的補(bǔ)給作用盆地內(nèi)白堊系含水巖組的地下水主要依賴盆地內(nèi)部大氣降水的補(bǔ)給,北部沙漠區(qū)的凝結(jié)水也是一種不可忽視的補(bǔ)給來源。在盆地主體部分地勢高于四周的地形特征控制下,基本上沒有來自盆地以外的側(cè)向補(bǔ)給來源。白堊系潛水的補(bǔ)給條件,主要取決于地形地貌、含水層巖性和風(fēng)化裂隙帶的發(fā)育程度。在含水層裸露或上覆層很少的情況下,可以直接接受大氣降水或沙漠凝結(jié)水的補(bǔ)給。這種補(bǔ)給作用,在盆地北部沙漠灘地區(qū)明顯優(yōu)于盆地南部的黃土丘陵區(qū)。從河流基流量資料推算,北部沙漠灘地區(qū)的降水入滲系數(shù)高達(dá)0.26,南部黃土丘陵區(qū)僅有0.04。白堊系承壓水的補(bǔ)給來源,主要是大氣降水通過上覆潛水層的越流補(bǔ)給,相鄰區(qū)的側(cè)向徑流補(bǔ)給作用也非常顯著。在盆地北部,含水巖體內(nèi)部無明顯而穩(wěn)定的隔水層,自上而下的越流補(bǔ)給作用尤為突出,形成白堊系縱橫向巖性過渡、水力活動(dòng)相連通的含水綜合體。盆地南部的降水越流補(bǔ)給作用僅局限在含水巖組裸露或淺埋區(qū)。需要指出,全盆地白堊系承壓水水位的平面變化的趨勢與地形的起伏形態(tài)非常近似,即地形上的分水嶺也是地下水位的分水高地,地形上的低矮區(qū)同時(shí)是地下水徑流的指向區(qū)。這種現(xiàn)象表明,地形上的分水嶺就是地下水位高勢能帶。分布在盆地內(nèi)部的四條分水嶺,既制約著地表徑流的主向,也制約著地下水的徑流方向。它們將盆地內(nèi)部分割成五個(gè)天然的、相對獨(dú)立、自成地下循環(huán)體系的水動(dòng)力單元。3.2地下水的主要排放系統(tǒng)地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄條件互為因果,從而構(gòu)成地下循環(huán)體系。盆地內(nèi)白堊系地下水位和地形地貌特征表明,地下水的主要排泄“窗口”是五大地表水系,即東部的無定河水系和洛河水系,南部的涇河水系,西北部的都思兔河水系和北部的摩林河水系等。它們與地下水分水嶺之間為徑流區(qū),徑流區(qū)與排泄區(qū)無明顯分界線。4地質(zhì)單元和覆蓋層對礦化度的影響白堊系含水巖體在諸多因素的制約影響下,地下水的區(qū)域性化學(xué)成分的變化比較復(fù)雜。就主要含水巖組而言,大致有以下幾個(gè)基本規(guī)律。1)以白于山分水嶺為界,分成南北差異明顯的兩大水化學(xué)特征區(qū)。北部鄂爾多斯高原大部分地區(qū)礦化度小于1g/l,以重碳酸鹽型為主。南部黃土高原區(qū),除子午嶺以東水質(zhì)較淡以外,大部地區(qū)礦化度在1~5g/l之間,多屬氯化物或硫酸鹽為主的多元型水。2)同一自成水循環(huán)體系的水文地質(zhì)單元內(nèi)部,仍可遵循水化學(xué)成分水平分帶的總規(guī)律,從補(bǔ)給區(qū)到排泄區(qū)礦化度由小于1g/l逐漸增大到1g/l以上,水型也由重碳酸鹽型過渡成硫酸鹽、氯化物型。這種現(xiàn)象只有降水補(bǔ)給量很微少的白于山區(qū)例外。不同水文地質(zhì)單元之間則沒有發(fā)現(xiàn)明顯的水化學(xué)成分水平分帶現(xiàn)象。同一水文地質(zhì)單元之內(nèi),存在水化學(xué)成分水平分帶的同時(shí),也有隨著含水層埋藏深度加大礦化度略有升高的垂直分帶現(xiàn)象。3)白堊系之上的覆蓋層巖性是改造水化學(xué)成分的突出因素之一。盆地北部廣布沙漠,有利于大氣降水和沙漠凝結(jié)水的滲入,又大大降低了干旱氣候條件下的蒸發(fā)消耗,有利于形成大面積礦化度很低的淡水。而在盆地西部含膏鹽高的第三系覆蓋之下,幾乎沒有例外,白堊系地下水礦化度都有不同程度的增高。5計(jì)算和分布地下水資源的特點(diǎn)5.1地下水水資源量計(jì)算方法計(jì)算是把很復(fù)雜的白堊系水文地質(zhì)條件經(jīng)過概化納入一定的水文地質(zhì)模型進(jìn)行的。歸納概化是以天然所形成的自成水循環(huán)體系的水文地質(zhì)單元為基礎(chǔ),橫向劃分成四個(gè)區(qū)域,其中北部為鄂西、鄂東兩個(gè)區(qū),南部為隴東、陜北兩個(gè)區(qū),分區(qū)進(jìn)行白堊系天然地下水資源量計(jì)算。在進(jìn)行地下水天然資源量計(jì)算時(shí),按盆地南北自然地理?xiàng)l件迥然不同,采取了相適應(yīng)的計(jì)算方法。在盆地北部,大氣降水滲入法能夠比較全面地反映出總天然資源特征,并考慮不容忽視的沙漠凝結(jié)水的補(bǔ)給作用。在盆地南部,河流基流量分割法最能有效地反映出各個(gè)地區(qū)地下水總天然資源的實(shí)際情況。白堊系各巖組地下水天然資源量是用徑流斷面法獲得的,計(jì)算結(jié)果見表1。5.2地下水的源源量鄂爾多斯盆地白堊系地下水天然資源量有7.57億m3/a。其中鄂爾多斯西區(qū)有4.67億m3/a,占61.7%,占絕對優(yōu)勢;鄂爾多斯東區(qū)和隴東各有1.18億m3/a,占15.6%,處在次要地位;陜北最少,只有0.54億m3/a,占7.10%。在7.57億m3/a天然資源量中,宜君洛河含水巖組有4.10億m3/a,占54.2%,含水最豐富;華池環(huán)河含水巖組有3.20億m3/a,占42.3%,不及宜君洛河含水巖組;羅漢洞含水巖組僅有0.27億m3/a,占3.50%,比較貧瘠。以水的礦化度這一綜合標(biāo)志來區(qū)分白堊系地下水7.57億m3/a天然資源量,小于1g/l的淡水有4.61億m3/a,占60.9%,是資源量的主體;1~3g/l的微咸水有1.83億m3/a,占24.1%;大于3g/l的半咸水有1.13億m3/a,占15.0%。4.61億m3/a的淡水資源,鄂爾多斯高原區(qū)約占3.91億m3/a,主要分布在除靈鹽定和盆地西部邊緣以外的廣大地區(qū);剩余的0.70億m3/a,分布在盆地南部的隴東西部和陜北部分。這種狀況表明,白堊系淡水資源主要蘊(yùn)藏在盆地北半部,南半部則比較貧乏。盆地內(nèi)白堊系中有114220億m3地下水儲(chǔ)存量,其分布與天然資源量類似,主要蘊(yùn)藏在盆地北半部,并以宜君洛河含水巖組為主體。6白堊系地下水賦存特征1)鄂爾多斯盆地中的白堊系碎屑巖含水綜合巖體,構(gòu)成了一個(gè)東翼寬緩、西翼窄陡的大型蓄水向斜構(gòu)造盆地。盆地周緣的地塹斷陷和環(huán)繞四周的黃河水系隔斷了盆地本部與外圍山系區(qū)的水力聯(lián)系,使盆地本部形成與向斜構(gòu)造反向的、中間高四周低的地貌形態(tài)。這種形態(tài)為白堊系地下水由里向外運(yùn)動(dòng)奠定了基礎(chǔ)條件,從而形成了一個(gè)完整的巨大開啟型自流水盆地。2)白堊系是鄂爾多斯盆地最有供水價(jià)值的含水巖體,地下水主要賦存于巨厚的中細(xì)粒砂巖中。含水巖組累計(jì)厚度600~900m,最大分布面積14.4km2。主體含水砂巖的孔隙度多在20~30%之間,滲透系數(shù)0.37~1.31m/d,有比較好的儲(chǔ)水條件的供水能力。這些因素共同構(gòu)成一個(gè)巨大的儲(chǔ)集空間,為白堊系賦存豐富的地下水資源提供了優(yōu)越的地層條件。3)白堊系主要的區(qū)域性含水巖組有宜君·洛河組、華池組和羅漢洞組。環(huán)河組和涇川組在盆地北部與下伏或上覆層組巖性近似,一起形成縱橫向巖性過渡、水力聯(lián)系密切、互相越流補(bǔ)給、水交替比較活躍的綜合含水巖體。在盆地南部環(huán)河組和涇川組變成以泥質(zhì)巖為主的隔水層或半隔水層,把宜君·洛河、華池含水巖組與羅漢洞含水巖組分隔成兩個(gè)各自水力聯(lián)