四川省盐源县盐泉的特征与形成

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2020.01.16

现代地质 ›› 2020, Vol. 34 ›› Issue (01): 177-188.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2020.01.16

四川省盐源县盐泉的特征与形成

李娜¹(), 周训¹^,²(), 郭娟¹, 拓明明¹, 徐艳秋¹

1.中国地质大学(北京) 水资源与环境学院,北京 100083
2.中国地质大学(北京) 地下水循环与环境演化教育部重点实验室,北京 100083

收稿日期:2019-05-16 修回日期:2019-09-02 出版日期:2020-03-05 发布日期:2020-03-07
通讯作者: 周训
作者简介:周训,男,教授,博士生导师,1963年出生,水文地质学专业,主要从事海岸带地下水、地下热水(温泉)、地下卤水(盐泉)、矿泉水、地下水循环及其模拟等的研究。Email: zhouxun@cugb.edu.cn。
李娜,女,硕士研究生,1996年出生,水文地质学专业,主要从事地下水科学的研究。Email: 980318085@qq.com。
基金资助:
国家自然科学基金项目(41572223)

Characteristics and Formation of Salty Springs in Yanyuan County of Sichuan

LI Na¹(), ZHOU Xun¹^,²(), GUO Juan¹, TA Mingming¹, XU Yanqiu¹

1. School of Water Resources and Environment, China University of Geosciences, Beijing 100083, China
2. MOE Key Laboratory of Groundwater Circulation and Environmental Evolution, China University of Geosciences, Beijing 100083, China

Received:2019-05-16 Revised:2019-09-02 Online:2020-03-05 Published:2020-03-07
Contact: ZHOU Xun

摘要/Abstract

摘要：

研究天然盐泉的形成有助于揭示陆地水文循环过程中的物质迁移。采用水文地球化学的方法,分析四川省盐源县的9个泉水和卤水水样的水化学特征和同位素特征,探讨盐泉的溶质来源,总结盐泉的成因模式。水样可以分为TDS为311.69 g/L的Cl-Na型卤水、TDS为55.77~89.43 g/L的Cl-Na型盐泉、TDS为1.17 g/L的Cl-Na型微咸泉和TDS为0.26~0.56 g/L的以HCO₃-Ca、HCO₃·SO₄-Ca·Mg型为主的淡水泉。泉水和卤水的氢氧同位素显示其来源于大气降水;水样的特征系数显示盐泉和卤水都属于溶滤型,且指示研究区基本不具有找钾前景。泉水的盐分主要来源于石盐、方解石、石膏和白云石等矿物的溶滤。盐泉的形成模式可以概括为:在山区获得大气降水入渗补给后,地下水经历较浅和较深的地下径流并且溶滤含盐地层或者盐矿,使其矿化度升高,在地形较低处汇集出露地表成泉。

关键词: 盐泉, 卤水, 水化学, 成因, 四川

Abstract:

Studies of the formation of natural salty springs are helpful in revealing the migration of substance during hydrological circulations in the land. In this paper, hydrogeochemical methods are used to analyze the hydrochemical and isotopic characteristics of nine samples of the springs and brine in Yanyuan County of Sichuan Pro-vince, explore the source of the solutes in the water samples, and summarize the genetic model of the salty springs. The samples include the brine sample with TDS of 311.69 g/L and Cl-Na type, salty springs with TDS of 55.77-89.43 g/L and Cl-Na type,brackish spring with TDS of 1.17 g/L and Cl-Na type and fresh springs with TDS of 0.26-0.56 g/L and mainly HCO₃-Ca and HCO₃·SO₄-Ca·Mg types. The stable hydrogen and oxygen isotopes of the water samples indicate that the springs are of meteoric origin. The characteristic ion ratios show that they are of lixiviation type and have no indications of potash prospecting. The salinity of the springs is mainly derived from the incongruent dissolution of minerals such as halite, gypsum, calcite and dolomite. The formation mechanisms of salty springs are summarized as follows: after receiving infiltration of precipitation in the mountain areas, groundwater undergoes shallow and deep circulations, obtains increasing TDS as a result of the incongruent dissolution of salt-bearing strata or salt mines, and gather in lower topography to emerge to the land surface in the form of springs.

Key words: salty spring, brine, hydrochemistry, genesis, Sichuan

中图分类号:

P641

李娜, 周训, 郭娟, 拓明明, 徐艳秋. 四川省盐源县盐泉的特征与形成[J]. 现代地质, 2020, 34(01): 177-188.

LI Na, ZHOU Xun, GUO Juan, TA Mingming, XU Yanqiu. Characteristics and Formation of Salty Springs in Yanyuan County of Sichuan[J]. Geoscience, 2020, 34(01): 177-188.

图/表 12

图1 研究区泉水分布图(a)(据参考文献[22],有改动)和盐井镇地质简图(b)(据参考文献[20],有改动)以及盐塘镇地质简图(c)(据全国地质资料馆1:20万地质图G4718幅,数据有改动) 1.第四系;2.古近系红崖子组(紫色巨砾岩);3.新近系昔格达组(黏土岩);4.三叠系上统中博大组(白云岩、灰岩);5.三叠系上统下博大组(白云岩、灰岩);6.三叠系中统盐塘组(紫色、紫灰色粉砂岩及泥质灰岩);7.三叠系中统白山组(灰岩、白云岩及盐溶角砾岩);8.三叠系下统青天堡组(红色碎屑岩);9.二叠系上统乐平组(砂岩、灰岩);10.煌斑岩脉;11.地层界线;12.断层;13.地层倾向;14.县界;15.公路;16.河流;17. 县;18.乡镇;19.钻孔;20.泉。

Fig.1 Location map of springs in the study area(a), geological map near the Yanjing town (b) and geological map in the Yantang town (c)

表1 研究区水样野外实测数据

Table 1 Field measured data of the water samples in the study area

泉名	编号	泉水高程/m	日期	天气	气温/℃	流量/(L/s)	味道
小盐井泉	S1	2 406	2017—08—03	晴	26.1	很小	微咸
盐水湾泉	S2	2 384	2017—08—03	晴	24.1	很小	微咸
中河村泉	S3	2 430	2017—08—03	晴	26.6	<0.01	微咸
盐井镇卤水	S4	2 539	2017—08—03	晴	39.6	―	很咸
白乌镇泉	S5	2 445	2017—08—04	小雨转多云	19.9	很小	微咸
黑盐塘盐泉	S6	2 290	2017—08—04	小雨转多云	26.2	约0.5	咸
黑盐塘小泉	S7	2 180	2017—08—04	小雨转多云	26.6	约0.05	微咸

图2 黑盐塘盐泉(S6)的野外形态

Fig.2 The field form of Heiyantang salty spring (S6)

表2 研究区水样水化学测试结果(ρB/(mg/L) )

Table 2 Hydrochemical analyses of the spring samples in the study area (ρB/(mg/L) )

水样编号	采样年份	高程/m	水温/℃	K⁺	Na⁺	Ca²⁺	Mg²⁺	Cl^-	S $O 4 2 -$	HC $O 3 -$	Br^-	F^-
S1	2017	2 406	18.9	4.05	374	35.5	12.3	650	10.10	76.9	0.30	0.11
S2	2017	2 384	20.4	0.59	62	17.3	4.94	97	7.01	59.6	0.23	<0.02
S3	2017	2 430	21.8	1.28	28.50	41.2	12.3	11.4	27.90	206	0.18	0.22
S4	2017	2 539	21.8	476	119 006	2 145	477	184 158	5 405	24.5	0.44	<0.02
S5	2017	2 445	20.5	0.42	8.68	55.2	6.36	8.67	4.34	201	0.24	0.05
S6	2017	2 290	14.1	88.60	20 026	757	157	32 584	1 838	324	2.12	<0.02
S7	2017	2 180	17.3	1.17	6.43	94.7	28.6	2.97	91.00	328	0.38	0.55
W02	1971	―	―	―	21 940	800	260	34 120	2 310	300	―	―
BJ	1960	―	11	―	21 470	1 550	80	33 420	2 840	250	―	―
水样编号	H₂SiO₃	N $O 3 -$	Li⁺	Sr²⁺	Ba²⁺	Fe	B	游离CO₂	TDS	总硬度	总碱度
S1	55.1	6.77	0.04	1.00	0.12	0.07	0.20	17.56	1 169	140	63.03
S2	43.9	11.30	0	0.14	0.01	<0.002	0.05	1.01	260	63.83	48.85
S3	28.6	3.36	<0.000 002	0.30	0.05	0.04	0.10	―	332	154.25	168.85
S4	22.2	<0.08	1.06	12.24	0.12	0.46	1.77	―	311 690	7 350	20.08
S5	19.0	0.43	0.01	0.08	0.01	0.13	0.07	―	286	164.5	164.75
S6	59.9	<0.08	0.10	10.36	0.04	0.53	0.07	16.98	55 774	2 546.67	265.57
S7	56.7	4.89	0.01	0.66	0.06	0.18	0.04	11.57	558	355.92	268.85
W02	―	―	―	―	―	―	―	―	89 430	4 675	262.3
BJ	―	―	―	―	―	―	―	―	58 020	3 083.33	245.9
水样编号	pH	Eh/ mV	δ¹⁸O/ ‰	δ²H/ ‰	c(Na)/ c(Cl)	K×10³/ Cl	Br×10³/ Cl	c(Cl)/ c(Br)	c(Mg)/ c(Cl)	K×10³/ ΣM	水化学类型
S1	6.7	225	-13.1	-99.9	0.888	6.231	0.462	4 876.53	0.056	3.464	Cl-Na
S2	7.8	312	-13.4	-110.2	0.987	6.103	2.371	949.21	0.151	2.277	Cl·HCO₃-Na
S3	8.2	222	-13.5	-107.2	3.859	112.281	15.789	142.54	3.192	3.855	HCO₃-Ca·Na
S4	7.2	-33	-10.1	-90.2	0.997	2.585	0.002	942 011.79	0.008	1.527	Cl-Na
S5	8.0	276	-12.3	-93.8	1.545	48.328	27.682	81.31	2.170	1.465	HCO₃-Ca
S6	7.0	-32	-13.7	-108.3	0.949	2.719	0.065	34 592.90	0.014	1.589	Cl-Na
S7	7.7	182	-12.2	-98.6	3.342	393.939	127.946	17.59	28.488	2.097	HCO₃·SO₄-Ca·Mg
W02	5.2	―	―	―	0.913	―	―	―	0.023	―	Cl-Na
BJ	7.8	―	―	―	0.912	―	―	―	0.007	―	Cl-Na

表2 研究区水样水化学测试结果(ρB/(mg/L) )

Table 2 Hydrochemical analyses of the spring samples in the study area (ρB/(mg/L) )

水样编号	采样年份	高程/m	水温/℃	K⁺	Na⁺	Ca²⁺	Mg²⁺	Cl^-	S $O 4 2 -$	HC $O 3 -$	Br^-	F^-
S1	2017	2 406	18.9	4.05	374	35.5	12.3	650	10.10	76.9	0.30	0.11
S2	2017	2 384	20.4	0.59	62	17.3	4.94	97	7.01	59.6	0.23	<0.02
S3	2017	2 430	21.8	1.28	28.50	41.2	12.3	11.4	27.90	206	0.18	0.22
S4	2017	2 539	21.8	476	119 006	2 145	477	184 158	5 405	24.5	0.44	<0.02
S5	2017	2 445	20.5	0.42	8.68	55.2	6.36	8.67	4.34	201	0.24	0.05
S6	2017	2 290	14.1	88.60	20 026	757	157	32 584	1 838	324	2.12	<0.02
S7	2017	2 180	17.3	1.17	6.43	94.7	28.6	2.97	91.00	328	0.38	0.55
W02	1971	―	―	―	21 940	800	260	34 120	2 310	300	―	―
BJ	1960	―	11	―	21 470	1 550	80	33 420	2 840	250	―	―
水样编号	H₂SiO₃	N $O 3 -$	Li⁺	Sr²⁺	Ba²⁺	Fe	B	游离CO₂	TDS	总硬度	总碱度
S1	55.1	6.77	0.04	1.00	0.12	0.07	0.20	17.56	1 169	140	63.03
S2	43.9	11.30	0	0.14	0.01	<0.002	0.05	1.01	260	63.83	48.85
S3	28.6	3.36	<0.000 002	0.30	0.05	0.04	0.10	―	332	154.25	168.85
S4	22.2	<0.08	1.06	12.24	0.12	0.46	1.77	―	311 690	7 350	20.08
S5	19.0	0.43	0.01	0.08	0.01	0.13	0.07	―	286	164.5	164.75
S6	59.9	<0.08	0.10	10.36	0.04	0.53	0.07	16.98	55 774	2 546.67	265.57
S7	56.7	4.89	0.01	0.66	0.06	0.18	0.04	11.57	558	355.92	268.85
W02	―	―	―	―	―	―	―	―	89 430	4 675	262.3
BJ	―	―	―	―	―	―	―	―	58 020	3 083.33	245.9
水样编号	pH	Eh/ mV	δ¹⁸O/ ‰	δ²H/ ‰	c(Na)/ c(Cl)	K×10³/ Cl	Br×10³/ Cl	c(Cl)/ c(Br)	c(Mg)/ c(Cl)	K×10³/ ΣM	水化学类型
S1	6.7	225	-13.1	-99.9	0.888	6.231	0.462	4 876.53	0.056	3.464	Cl-Na
S2	7.8	312	-13.4	-110.2	0.987	6.103	2.371	949.21	0.151	2.277	Cl·HCO₃-Na
S3	8.2	222	-13.5	-107.2	3.859	112.281	15.789	142.54	3.192	3.855	HCO₃-Ca·Na
S4	7.2	-33	-10.1	-90.2	0.997	2.585	0.002	942 011.79	0.008	1.527	Cl-Na
S5	8.0	276	-12.3	-93.8	1.545	48.328	27.682	81.31	2.170	1.465	HCO₃-Ca
S6	7.0	-32	-13.7	-108.3	0.949	2.719	0.065	34 592.90	0.014	1.589	Cl-Na
S7	7.7	182	-12.2	-98.6	3.342	393.939	127.946	17.59	28.488	2.097	HCO₃·SO₄-Ca·Mg
W02	5.2	―	―	―	0.913	―	―	―	0.023	―	Cl-Na
BJ	7.8	―	―	―	0.912	―	―	―	0.007	―	Cl-Na

图3 研究区水样的阴、阳离子毫克当量百分比含量图

Fig.3 Percentage of the milligram equivalent of the major ions in the water samples in the study area

图4 研究区水样Piper图

Fig.4 Piper diagram showing the water samples in the study area

图5 研究区水样改进的Schoeller图

Fig.5 Modified Schoeller diagram of the water samples in the study area

图6 泉水中主要离子关系图 (a) TDS vs. Cl-; (b) (Na++K+) vs. Cl-; (c) (Ca2++Mg2+) vs. ($HCO_3^-+SO_4^{2-}$); (d) Ca2+ vs. $HCO_3^-$; (e) (Ca2++Mg2+) vs. $HCO_3^-$; (f) Ca2+ vs. $SO_4^{2-}$

Fig.6 Relationships between the major ions in the springs

表3 研究区水样矿物SI的计算值

Table 3 Calculated saturation indexs (SI) for the main minerals in the spring samples

水样	硬石膏	文石	重晶石	方解石	天青石	白云石	石膏	石盐	菱铁矿	菱锶矿
S1	-3.348 1	-1.643 1	-0.510 0	-1.494 9	-2.822 4	-3.178 6	-2.978 8	-5.211 4	-2.002 3	-2.561 2
S2	-3.561 6	-0.808 3	-1.814 7	-0.661 2	-3.583 7	-1.577 2	-3.208 3	-6.761 7	-3.731 6	-2.275 5
S3	-2.649 0	0.474 6	-0.346 1	0.620 7	-2.724 0	1.027 2	-2.311 0	-8.038 1	-2.753 3	-1.046 1
S4	0.076 9	0.122 5	0.786 8	0.268 6	-0.403 2	0.519 4	0.155 2	0.325 5	-2.337 2	-1.803 3
S5	-3.319 2	0.397 2	-1.786 1	0.544 2	-4.071 0	0.443 4	-2.967 0	-8.667 9	-1.781 2	-1.799 7
S6	-0.934 6	-0.029 5	0.124 0	0.122 4	-0.720 4	-0.174 3	-0.540 5	-1.956 7	-0.965 3	-1.251 5
S7	-1.950 9	0.410 6	0.172 2	0.560 0	-2.023 7	0.843 3	-1.563 6	-9.287 3	-0.736 2	-1.104 0

图7 研究区水样的主要矿物饱和指数

Fig.7 Saturation indexs of the main minerals in the water samples in the study area

图8 研究区水样δ2H-δ18O关系图

Fig.8 Plot of δ2H-δ18O of the water samples in the study area

图9 泉水S2、S4和S6、S7成因剖面示意图 1.第四系;2. 三叠系中统盐塘组;3. 新近系昔格达组;4. 三叠系中统白山组;5. 三叠系;6. 砂卵砾石层;7. 盐体;8. 断层;9. 大气降水;10. 地下水流向;11. 泉;12. 卤水井。

Fig.9 Schematic profiles showing the formation of springs of S2, S4, S6 and S7.

参考文献 29

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四川省盐源县盐泉的特征与形成

Characteristics and Formation of Salty Springs in Yanyuan County of Sichuan

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