鄂尔多斯盆地南部马莲河流域地下水中锶富集特征及成因分析

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2020.037

摘要/Abstract

摘要：

马莲河流域地处鄂尔多斯盆地南部黄土高原区,按储水介质和埋藏条件可将地下水分为黄土潜水、基岩潜水和基岩承压水三类,利用2015—2018年流域的295组地下水水化学数据,分析了地下水中锶(Sr²⁺)的质量浓度水平、垂向分布及沿流向分布的特征,并采用因子相关性研究地下水中Sr²⁺的来源和富集成因。结果表明:马莲河流域地下水富锶现象显著,黄土潜水、基岩潜水和基岩承压水中锶的平均质量浓度分别为1.14 mg/l、1.39 mg/l和5.24 mg/l;地下水中锶富集成因主要是含锶矿物天然状态下的水-岩作用,黄土潜水、基岩潜水和基岩承压水三类地下水中Sr²⁺的主要来源分别为碳酸盐岩与铝硅酸盐岩、碳酸盐岩与硫酸盐和碳酸盐矿物的溶滤作用;地下水中Sr²⁺的质量浓度沿流向呈逐渐增大的趋势,在不同区域中随深度变化的趋势不一致。

关键词: 马莲河, 锶, 地下水, 富集, 水-岩作用, 鄂尔多斯盆地

Abstract:

The Malian River drainage basin is located at the loess plateau in the southern Ordos Basin, in which the groundwater can be divided into the loess phreatic water, bedrock phreatic water and bedrock confined water based on the storage medium and burial conditions. Using 295 sets of groundwater hydrochemical data collected from 2015 to 2018, we analyze the Sr²⁺ concentration level, vertical and downstream distribution characteristics in the groundwater, and study the source and enrichment cause of Sr²⁺ in groundwater through factor correlation analysis. The results indicate that the groundwater Sr enrichment in the Malian River drainage basin is distinct, with the average Sr concentrations in the loess phreatic water, bedrock phreatic water, and bedrock confined water being 1.14 mg/l, 1.39 mg/l, and 5.24 mg/l, respectively. The Sr enrichment is mainly led by the water-rock interaction of Sr-bearing minerals. Major sources of Sr²⁺ in the loess phreatic water, bedrock phreatic water, and bedrock confined water are leaching from the carbonates and aluminosilicates, carbonates and sulfates, and carbonate minerals, respectively. The Sr²⁺ concentration in groundwater gradually increases along the flow direction, but varies with depth in different areas.

Key words: Malian river, strontium, groundwater, enrichment, water-rock interaction, Erdos Basin

中图分类号:

P641.1

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图/表 14

图1 研究区水文地质剖面图

Fig.1 Hydrogeological profile of the study area

图2 地下水采样点分布图

Fig.2 Map showing the distribution of groundwater sampling sites

表1 马莲河流域地下水中锶的质量浓度

Table 1 Sr2+ concentration in groundwater of the Malian river drainage basin

水类型	浓度范围/(mg/l)	平均值/(mg/l)
黄土潜水(n=43)	0.26~4.51	1.14
基岩潜水(n=237)	0.09~10.36	1.39
基岩承压水(n=15)	0.72~11.92	5.24

图3 马莲河流域地下水中锶的质量浓度分布

Fig.3 Histogram of Sr concentrations in groundwater of the Malian river drainage basin

图4 马莲河流域3个钻孔揭示的地下水中锶质量浓度随深度变化

Fig.4 Vertical groundwater Sr concentration profiles in three drilling holes at the Malian river drainage basin

图5 马莲河流域地下水中锶的质量浓度随河流流向变化

Fig.5 Downstream groundwater Sr concentration profile at the Malian river drainage basin

图6 马莲河流域白垩系地下水中锶的质量浓度沿流向变化

Fig.6 Downstream groundwater Sr concentration profile at the Malian river drainage basin

图7 马莲河流域地下水中锶的质量浓度沿流向变化

Fig.7 Downstream variation of Sr concentration in groundwater of the Malian river drainage basin

图8 马莲河流域地下水中锶的质量浓度沿流向位置变化

Fig.8 Downstream variation of groundwater Sr concentration of the Malian river drainage basin

表2 马莲河流域地下水化学特征和锶含量

Table 2 Statistics of chemical parameters and Sr2+ concentration of groundwater in the Malian river drainage basin

地下水类型	水化学类型	阳离子平均毫克当量百分数/%			TDS/(mg/l)			Sr²⁺平均质量浓度/(mg/l)
地下水类型	水化学类型	Na⁺+K⁺	Ca²⁺	Mg²⁺	最小值	最大值	平均值	Sr²⁺平均质量浓度/(mg/l)
黄土潜水	HCO₃	21.75	39.50	38.70	284.6	674.8	463.2	0.68
黄土潜水	HCO₃·SO₄	35.00	27.40	37.57	485.9	899.9	701.1	1.35
基岩潜水	HCO₃	34.20	30.70	35.10	367.4	1 026.4	565.0	0.78
	HCO₃·SO₄	44.56	21.09	34.35	639.7	2 193.6	1 241.9	1.23
	HCO₃·SO₄·Cl	42.62	20.27	37.11	762.7	1 346.0	954.4	1.73
	HCO₃·Cl	40.49	19.79	39.72	808.6	937.6	839.4	1.27
	SO₄	50.39	16.24	25.37	1 167.0	3 798.0	2 043.0	3.58
	SO₄·Cl	54.85	15.71	29.42	1 068.9	5 756.0	2 445.8	4.28
基岩承压水	HCO₃	66.75	13.13	20.12	365.2	1 822.0	929.2	0.85
	HCO₃·SO₄	70.79	12.37	16.84	520.5	883.2	708.6	2.04
	SO₄·Cl	68.71	12.80	18.48	1 699.0	5 995.0	4 871.9	9.32

图9 马莲河流域地下水中锶含量与pH关系

Fig.9 Sr content vs. pH in groundwater of the Malian river drainage basin

表3 马莲河流域地下水Sr2+的浓度与主要离子及TDS、pH的相关性

Table 3 Correlation between Sr2+and main ion content, TDS, pH of groundwater in the Malian river watershed

地下水类型	Na⁺+K⁺	Ca²⁺	Mg²⁺	$C O 3 2 -$	$HCO 3 -$	Cl^-	$SO 4 2 -$	TDS	pH
黄土潜水	0.630	0.671	0.818	-0.329	-0.309	0.672	0.654	0.740	-0.275
基岩潜水	0.857	0.880	0.713	-0.217	-0.111	0.743	0.904	0.871	-0.259
基岩承压水	0.977	0.989	0.960	-0.305	-0.634	0.345	0.981	0.986	-0.395

表3 马莲河流域地下水Sr2+的浓度与主要离子及TDS、pH的相关性

Table 3 Correlation between Sr2+and main ion content, TDS, pH of groundwater in the Malian river watershed

地下水类型	Na⁺+K⁺	Ca²⁺	Mg²⁺	$C O 3 2 -$	$HCO 3 -$	Cl^-	$SO 4 2 -$	TDS	pH
黄土潜水	0.630	0.671	0.818	-0.329	-0.309	0.672	0.654	0.740	-0.275
基岩潜水	0.857	0.880	0.713	-0.217	-0.111	0.743	0.904	0.871	-0.259
基岩承压水	0.977	0.989	0.960	-0.305	-0.634	0.345	0.981	0.986	-0.395

图10 马莲河流域地下水中Sr2+与阴、阳离子含量的关系

Fig.10 Content variations of Sr2+ in groundwater of the Malian river watershed with ion concentration

图11 马莲河流域地下水中c(Sr2+)/c(Ca2+)-c(Mg2+)/c(Ca2+)和c(Sr2+)/c(Ca2+)-c(Sr2+)/c(Mg2+)关系图

Fig.11 Variations of c(Sr2+)/c(Ca2+) with c(Mg2+)/c(Ca2+) and c(Sr2+)/c(Ca2+) with c(Sr2+)/c(Mg2+) in ground-water of the Malian river watershed

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