唐山乐亭沿海地区浅层地下卤水水化学特征

蔡晓琳

(河北省煤田地质局第二地质队，河北 邢台市 054000)

0 引言

乐亭沿海地区属于冀东滨海平原南端的沿海地带，区内基本被第四系沉积物所覆盖，主要由冲积形成，湖泊、海积也占有一定范围，是交互沉积的一套松散层[1]，受渤海湾北部地区献县海侵和黄骅海侵事件[2]的影响，工作区内分布有大面积的咸水体，第一、二含水组的咸水体中并有卤水层分布，一般厚度为5～40 m。地下卤水水化学特征分析对于揭示卤水的成因、演化及物源信息有重要的意义，也为进一步开发利用卤水资源，尤其是评价其资源开发潜力有一定指导意义。苏乔等[3]运用离子比例系数和相关性分析对莱州湾南岸滨海平原地下卤水进行了水化学特征分析，结果表明地下卤水来源于沉积古海水，且浓缩程度较高，变质作用较弱。目前，对于渤海湾东南岸地下卤水的研究缺少水化学特征分析，对于地下卤水成因的研究也较少。

地下卤水特征与地质地貌、古气候、古环境的演化历史密切相关，并受地下和地表水混合作用的影响[4]。本文以乐亭沿海地带地下卤水为研究对象，综合分析其水化学组成并揭示地下卤水的成因。

1 区域概况

乐亭地区属滨海平原区，为河流和渤海湾共同作用沉积形成的冲海积低平原区，地势平坦，地面高程1.4～3.4 m，地面坡度为0.1‰～0.15‰。工作区自更新世以来经历多次海侵事件，致使滦河冲积平原沉积巨厚的第四系松散沉积物，总的沉积规律：由西向东、由北向南沉积厚度由薄到厚，从北部山前的数十米逐渐增至曹妃甸一带厚约500 m[5]。全新世沉积1个海相层，含水组底板埋深15～27 m，矿化度50～141 g/L。晚更新世沉积上、中、下3个海相层，含水组底板埋深70～80 m，上部矿化度10～70 g/L，下部为淡水。全新世海相层和晚更新世上部海相层是本次研究的对象。

工作区属于暖风带半干旱季风气候区，平均降水量492.7 mm，平均蒸发量1672.2 mm，平均气温11.1℃，平均风速4.9 m/s，主要河流为溯河、大青河等季节性河流。区内含水层岩性以细砂、粉砂为主，含水层厚度差异性较大，由北向南颗粒逐渐变细，矿化度逐步提高，受第四纪海侵影响，部分地段沿海岸线方向分布卤水，按含水组划分原则，自上而下将水体划分为4个含水组，第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ含水组分别相当于全新统、上更新统、中更新统及下更新统，第Ⅰ、Ⅱ含水组为主要卤水分布层位，是本次工作的目的层位。

2 样品采集

图1 采样位置分布图(修改自文献[5])

表1 各离子组分测试方法

3 地下卤水化学基本特征及水化学类型

3.1 水化学基本特征

表2 地下卤水化学总体特征

3.2 水化学类型

图2 地下卤水Piper图

4 地下水化学特征分析

4.1 相关性分析

表3 水化学参数相关矩阵

4.2 水化学Gibbs图分析

图3 地下卤水Gibbs图分布模式

4.3 离子比例系数分析

4.3.1 Na-Cl和Mg-Cl关系

根据离子比例系数分析，海水中 Na/Cl 比值最有意义，可依此判断地下水的成因和变质作用强度。由图4可知，Na+随Cl-浓度的增大而增大，表现出极强的相关性。在Na-Cl关系上基本靠近海水比值线呈正比例关系分布。这说明唐山沿海东南部地区浅层卤水来源于海水，且变质作用不强。海水入侵或海进都可能使海洋盐分停留累积在沉积地层中[11]。

图4 Na-Cl离子比例系数关系图

在Mg-Cl关系图上(图5)，Mg2+随着Cl-浓度的增大呈正比例分布。大部分样品都高于海水比值线分布，和海水比值线的差距说明镁盐存在非海洋盐源的融入，可能是通过研究区周边的晒盐场的沙尘搬运过来的。

图5 Mg-Cl离子比例系数关系图

4.3.2 Br/Cl-Cl关系

通常在海水蒸发、浓缩过程中，溴不会形成固相矿物，因此遗留在溶液中的溴会比固相矿物的中溴含量高，且溶液中的溴会越浓缩越多，因此沉积卤水的溴氯系数一般大于3.4[12]。Br/Cl-Cl关系图显示(图6)，卤水样品Br/Cl比值大部分高于海水比值线，但比值较分散，介于3.2～7.3之间。卤水样点可分为两组，一组比值稍高于海水比值线，介于3.2～4.8之间，另一组只有2个样品，比值分别为5.6和7.3。

图6 Br-Cl离子比例系数关系图

本次研究的卤水样品取自渤海湾西北岸地带，历史上曾发生过海侵事件。笔者从海水蒸发实验来分析Br/Cl比值的演变，假定卤水样品是海水蒸发余留卤水，当处于石盐析出之前时，Br/Cl比值应与海水保持一致，维持固定值3.4。根据本次卤水样品中的Cl-浓度(14 266～49 281 mg/L)远低于石盐析出时的Cl-含量，可推断卤水处于石盐析出之前的阶段，Br/Cl比值变化范围又较宽(3.2～7.3)，平均值为4.5，故研究区浅层卤水为沉积卤水，某些采样点Br/Cl比值较高，可能是来自非海洋盐分的融入，另外采集的卤水样品地理位置不同，蒸发盐所处析盐阶段不同等因素，也可以引起Br/Cl比值的波动[11]。

5 结论

2)由Gibbs图可以看出，地下水样点均位于右上方的蒸发-结晶沉淀区，远离大气降水作用区，研究区浅层地下水化学特征受风化溶滤作用影响较小，受蒸发作用影响显著。

3)由离子比例系数可知，研究区浅层卤水为沉积卤水，海水入侵或海进都可能使海洋盐分停留累积在沉积地层中，但变质作用不强。Mg-Cl和Br-Cl系数证明有来自非海洋盐分的融入。