1 前言

 

  鄂爾多斯盆地位于我國西北地區(qū)東部, 地跨陜、甘、寧、晉和內(nèi)蒙古五省區(qū), 面積約27.5 ×104 km2 。

 

  該盆地新生代以來持續(xù)上升運動, 形成今日高原地貌景觀。目前北部為沙漠高原, 地形波狀起伏, 切割較弱;南部為黃土高原, 地形破碎, 切割強烈。該區(qū)屬溫帶干旱-半干旱大陸性氣候, 降水稀少, 蒸發(fā)強烈, 大部分地區(qū)植被稀疏, 荒漠化和土壤侵蝕嚴重,生態(tài)環(huán)境十分脆弱。長期以來, 水資源短缺嚴重阻礙著這一地區(qū)的經(jīng)濟和社會發(fā)展。

 

  鄂爾多斯盆地在大地構(gòu)造上屬華北地臺西南

 

  部, 是一個中、古生代大型構(gòu)造沉積盆地, 蘊藏著豐富的煤炭、石油、天然氣、煤層氣、鈾、巖鹽、鋁土礦、玻璃石英砂等礦產(chǎn)資源。同時, 鄂爾多斯盆地也是一個巨型半開啟的地下水盆地。據(jù)初步勘查結(jié)果,盆地內(nèi)的地下水資源比較豐富, 尤其是盆地周邊碳酸鹽巖巖溶地下水和盆地中西部白堊系自流盆地地下水的資源潛力較大。通過對盆地地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征的分析, 揭示盆地的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)和各含水層系統(tǒng)的基本特征, 結(jié)合對盆地內(nèi)不同類型和不同埋藏深度地下水循環(huán)條件的分析, 科學(xué)認識和合理劃分盆地地下水系統(tǒng), 對于正確評價鄂爾多斯盆地地下水資源及其合理開發(fā)利用都具有十分重要的意義。

 

  2 鄂爾多斯盆地水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征

 

  2.1 鄂爾多斯盆地地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征

 

  在地質(zhì)構(gòu)造上, 鄂爾多斯盆地是一個由中、古生界組成軸向近南北的大型向斜式沉積盆地, 南北長約640km, 東西寬約400km。向斜軸部偏西, 東西兩翼極不對稱:東翼為一向西緩傾的單斜, 寬度超過300km;西翼則由數(shù)條近南北向延伸向東逆沖的斷褶帶組成, 寬度不足100km。盆地南緣為渭北隆起,該隆起的南部則以斷塊向汾渭斷陷盆地呈階梯狀降落;盆地北緣為伊盟隆起, 缺失下古生界, 并以邊緣斷裂和河套斷陷盆地相接。鄂爾多斯盆地的基底為前寒武系結(jié)晶變質(zhì)巖, 盆地內(nèi)依次沉積了總厚度超過6 000m的下古生界碳酸鹽巖、上古生界-中生界碎屑巖和各種成因的新生界。

 

  鄂爾多斯盆地前寒武系結(jié)晶變質(zhì)巖基底形態(tài)呈

 

  不對稱箕型, 盆地內(nèi)的碳酸鹽巖主要為寒武系和奧陶系, 僅出露在盆地的東、南部, 在盆地西緣因逆沖斷裂翹起局部出露, 在盆地北部因斷裂下陷深埋。

 

  奧陶系灰?guī)r頂面經(jīng)過長期剝蝕, 起伏較大, 在盆地中央埋深可達4 000m以上。區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖以石灰?guī)r為主, 夾有白云巖, 沉積總厚度在2 000m以上, 蘊藏有豐富的天然氣和巖鹽等礦產(chǎn)資源。

 

  石炭系-侏羅系碎屑巖底面(下古生界碳酸鹽

 

  巖頂面)是一個不整合的剝蝕面, 盆地形狀不對稱,該層主要在盆地東、南部緩傾出露, 在西部多呈條帶狀陡傾出露, 在盆地北部因斷裂下陷深埋。在盆地中部底面埋深最大超過4 000m, 以砂巖和泥巖互層為主, 總厚度在3 000m 以上, 含有豐富的煤炭、石油、天然氣、煤層氣、鈾、鋁土礦等礦產(chǎn)資源。

 

  白堊系碎屑巖主要指位于鄂爾多斯盆地中西部

 

  的保安群(過去又名“志丹群”)形成一個南北長600km, 東西寬300km, 面積達13.42 ×104 km2的長方形分布區(qū)。白堊系盆地東部為寬緩的臺向斜一翼, 西部為被一系列逆沖斷層破壞的陡傾翼, 盆地南部翹起, 北部被斷裂切斷下陷。保安群底在盆地中西部最大埋深可達1 200 ～ 1 500m, 巖性主要為巨厚層砂巖(含礫巖)及砂、泥巖互層, 礦產(chǎn)資源貧乏。

 

  鄂爾多斯盆地新生界不連續(xù)的沉積在起伏不大

 

  的中、古生界頂面之上, 以第四系為主, 局部發(fā)育第三系。第四系以風(fēng)成砂(主要分布在北部)和黃土(主要分布在南部)為主。大致以長城一線為界, 西北部地表多被厚度不一的風(fēng)積砂層和厚40 ～ 120m的沖湖積層覆蓋;東南部地表多覆蓋厚數(shù)十米至200多米的黃土, 黃土層下常發(fā)育厚數(shù)到數(shù)十米的上第三系上新統(tǒng)泥巖。

 

  2.2 鄂爾多斯盆地水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征

 

  鄂爾多斯盆地的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和現(xiàn)代自然地理條件

 

  決定了它是一個由多個具不同特性的含水層系統(tǒng)在空間上不同程度的上下疊置或側(cè)向鏈接、切割并又相互聯(lián)系在一起的巨型地下水盆地。這些含水層系統(tǒng)由多種不同類型的巖石組成, 由下而上分別為:寒武系-奧陶系碳酸鹽巖類巖溶含水層系統(tǒng)、石炭系-侏羅系碎屑巖類裂隙含水層系統(tǒng)、白堊系碎屑巖類孔隙-裂隙含水層系統(tǒng)和新生界松散巖類孔隙含水層系統(tǒng)。

 

  (1)寒武系-奧陶系碳酸鹽巖類巖溶含水層系統(tǒng)

 

  鄂爾多斯盆地碳酸鹽巖地層中賦存的地下水屬

 

  巖溶-裂隙水類型(以下簡稱巖溶水), 下伏前寒武系結(jié)晶巖和上覆石炭系鋁土質(zhì)頁巖是其區(qū)域性隔水層。區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖的含水空間以構(gòu)造和溶蝕作用形成的溶隙、溶孔及小溶洞為主, 大溶洞較少;而巖石的構(gòu)造斷裂及裂隙、層面裂隙在地下水運移方面起重要作用。由于盆地中部碳酸鹽巖埋藏深度超過4 000m, 盆地內(nèi)又無大的區(qū)域性構(gòu)造斷裂貫通, 無論從區(qū)域水動力場、水化學(xué)場和溫度場等資料分析,碳酸鹽巖中賦存的巖溶水不可能從盆地西部通過深部循環(huán)向盆地的東部運移。因此, 盡管鄂爾多斯盆地是一個比較完整的構(gòu)造沉積盆地, 碳酸鹽巖在盆地內(nèi)部連續(xù)分布, 但由于盆地中部巨厚的地下水滯流封存帶的存在, 碳酸鹽巖盆地不可能形成一個具有統(tǒng)一水力聯(lián)系的巖溶地下水盆地, 現(xiàn)代巖溶水的循環(huán)交替僅發(fā)生在盆地周邊一定深度(一般埋深800 ～ 1 800m以內(nèi))的巖溶體內(nèi)。主要受氣候、地形、巖性巖相、構(gòu)造、埋藏深度和巖溶發(fā)育等因素的控制,盆地東緣、南緣和西緣的巖溶水賦存特征有明顯差別, 形成各自獨立的巖溶水系統(tǒng), 地下水富集規(guī)律也各不相同。鄂爾多斯盆地周邊碳酸鹽巖一定埋藏深度內(nèi)的巖溶水往往在有利部位富集, 尤其在東緣和南緣, 水量大、水質(zhì)好,可建成大型和特大型水源地。

 

  (2)石炭系-侏羅系碎屑巖類裂隙含水層系統(tǒng)

 

  石炭系-侏羅系碎屑巖類裂隙含水層系統(tǒng)空間

 

  上位于下伏碳酸鹽巖類巖溶含水層系統(tǒng)和上覆白堊系碎屑巖類孔隙-裂隙含水層系統(tǒng)之間, 分別以石炭系底部鋁土質(zhì)頁巖和侏羅系頂部泥巖為其區(qū)域性隔水層。巖性以砂、泥巖互層為主。砂巖一般成巖膠結(jié)較好, 原生孔隙少, 其儲水導(dǎo)水作用有限, 通常以各種裂隙(包括構(gòu)造、層面、風(fēng)化等裂隙)及次生孔隙儲水導(dǎo)水為主。隨地層從新到老, 埋藏從淺到深, 孔隙的儲水導(dǎo)水作用漸弱, 裂隙的儲水導(dǎo)水作用更加突出, 造成地下水賦存極不均勻。石炭系-侏羅系在鄂爾多斯盆地內(nèi)部分布連續(xù), 但由于受地層巖性和埋藏深度等條件的制約, 該含水層系統(tǒng)總體上構(gòu)成非徑流型盆地。在盆地的中西部地區(qū), 石炭系-侏羅系碎屑巖被白堊系(保安群)覆蓋, 地層埋藏深(盆地中央頂面埋深最深超過1 200m), 無現(xiàn)代大氣降水和地表水補給的可能, 加上受石油、煤炭沉積環(huán)境的影響, 水量不大, 水質(zhì)差, 一般無開采價值。

 

  在盆地東部該碎屑巖層出露及淺埋區(qū), 含水層多被地表水系切穿, 地下水可以接受大氣降水和地表水的補給, 但一般僅在淺部風(fēng)化帶(埋深50 ～ 100m 以內(nèi)), 尤其在河谷地帶常與上覆第四系沖積層地下水構(gòu)成一體, 水量相對較豐, 水質(zhì)較好, 這對于水資源十分短缺的東部黃土丘陵區(qū)城鎮(zhèn)供水具有重要意義。此外, 在陜北局部地區(qū)由于侏羅系煤層自燃形成燒變巖帶, 孔洞和裂隙發(fā)育, 在地下水補給和儲存有利部位, 水量較豐, 水質(zhì)較好。

 

  (3)白堊系碎屑巖類孔隙-裂隙含水層系統(tǒng)

 

  白堊系(指保安群, 下同)為未完全膠結(jié)的礫

 

  巖、砂巖夾粉砂巖、泥巖, 其中砂巖(含礫巖)為主要含水層, 下伏侏羅系頂部泥巖為其區(qū)域性隔水底板。

 

  白堊系可劃分為洛河組(K1

 

  1 )、環(huán)河組(Kh

 

  1 )和羅漢洞

 

  組(K lh

 

  1 )共3個含水巖組, 不同地區(qū)各含水巖組中砂

 

  巖和泥巖的比例不同, 其間相對隔水的泥巖厚度及隔水性也不相同, 但各含水巖組間多存在不同程度的水力聯(lián)系。受白堊系沉積環(huán)境和巖相控制, 未完全膠結(jié)的砂巖原始孔隙保存完好, 成為主要儲水和導(dǎo)水空間, 富水性相對均一。白堊系中的巖石裂隙不很發(fā)育, 但在厚層砂巖中, 尤其在南部地區(qū), 部分裂隙的貫通性較好, 在導(dǎo)水方面起一定作用。

 

  白堊系碎屑巖類孔隙-裂隙含水層系統(tǒng)構(gòu)成一

 

  個東西不對稱、南北不統(tǒng)一的半開啟型自流盆地。

 

  大致以中部白于山以北近東西向的基底構(gòu)造隆起為界, 分為南北兩部分。盆地北部現(xiàn)今為沙漠高原, 地形起伏較小, 白堊系主體并沒有被地表水系切穿, 上覆以風(fēng)成砂為主, 有利于大氣降水補給, 局部還能得到凝結(jié)水的補給。盆地北部的白堊系由于沉積環(huán)境以沙漠相和河流相為主, 砂巖比例較高, 泥巖并不發(fā)育, 加上補給條件較好, 故北部白堊系實際上構(gòu)成巨厚的垂向不均一的統(tǒng)一含水體, 自流盆地的特征并不顯著。北部白堊系地下水總體水量較豐富、水質(zhì)較好, 各含水巖組間的水位、水量和水質(zhì)的差異并不很大。一般在補給區(qū)上層水位稍高于下層, 水質(zhì)略好于下層;在排泄區(qū)則相反。

 

  盆地南部現(xiàn)今為黃土高原, 地形十分破碎, 上覆厚層黃土及上新統(tǒng)泥巖, 地表水系切割強烈, 白堊系僅在深切溝谷中出露。除在白堊系出露的周邊基巖及黃土淺覆蓋的山地可以接受大氣降水補給外, 其余地區(qū)補給條件較差。盆地南部的白堊系除部分沙漠相外, 以河湖相為主, 各層位砂巖比例不一, 泥巖比較發(fā)育, 在垂向上由多個相對獨立的含水巖組構(gòu)成, 各含水巖組間的水力聯(lián)系較小。由于補給來源和地層巖性的差異, 盆地南部白堊系各含水巖組地下水的水位、水量和水質(zhì)差別較大, 主要以洛河組的水量較大、水質(zhì)較好。

 

  (4)新生界松散巖類孔隙含水層系統(tǒng)

 

  新生界松散巖類主要含水層包括第四系風(fēng)積和

 

  沖湖積砂層、沖(洪)積砂礫石層, 還包括部分黃土。

 

  這些巖層的孔隙(包括黃土中的孔洞-裂隙)在儲水和導(dǎo)水方面均起主導(dǎo)作用, 含水介質(zhì)比較均勻, 地下水賦存相對均一, 在盆地淺部總體構(gòu)成一個南北差異明顯的不完全連續(xù)的高原型孔隙含水層系統(tǒng)。

 

  大致以中部長城一線為界, 盆地西北部新生界松散巖類孔隙水(包括風(fēng)積砂層水、沖積層水和沖湖積層水)除局部地區(qū)構(gòu)成單獨含水層(如薩拉烏蘇組沖湖積層)外, 多與下伏中、古生界碎屑巖風(fēng)化裂隙帶地下水融為一體, 水量較大, 水質(zhì)較好。盆地東南部為黃土覆蓋區(qū), 由于地形切割強烈, 多形成各自相對獨立的水文地質(zhì)單元, 除黃土塬區(qū)(如董志塬、洛川塬)構(gòu)成比較連續(xù)的含水層, 具有一定開采價值外, 廣大黃土梁峁區(qū)黃土層地下水多較貧乏。另在區(qū)內(nèi)的一些寬谷河段, 分布有厚度不一的沖積砂礫石層, 地下水相對豐富, 常成為嚴重缺水地區(qū)的重要供水水源。

 

  3 鄂爾多斯盆地地下水循環(huán)特征

 

  3.1 鄂爾多斯盆地地下水循環(huán)總體特征

 

  鄂爾多斯盆地現(xiàn)代為高原地貌, 地面標(biāo)高多在

 

  1 000 ～ 1 700m, 盆地東、南和西緣三邊多被以碳酸鹽巖為主的標(biāo)高1 000 ～ 2 800m 的中山環(huán)繞, 黃河呈“幾”字型沿盆地周邊的西、北、東三面環(huán)繞流過。

 

  黃河從青銅峽進入本區(qū)的河水面的標(biāo)高1 120m 左右, 在關(guān)中盆地東部的潼關(guān)流出本區(qū)的河水面標(biāo)高320m左右, 水位總落差達800m。大氣降水是盆地內(nèi)地下水的主要補給來源, 各含水層系統(tǒng)之間存在一定水力聯(lián)系, 地下水和地表水之間在局部地段發(fā)生相互轉(zhuǎn)化, 除北部沙漠高原的中部內(nèi)流區(qū)淺層地下水以蒸發(fā)排泄為主外, 區(qū)內(nèi)地下水總體向盆地周邊方向流動, 黃河及其主要支流在盆地周邊及盆地內(nèi)切穿各含水層, 成為盆地地下水的區(qū)域性直接或間接的排泄渠道。

 

  鄂爾多斯盆地總體上是一個半開啟型的地下水

 

  盆地, 盆地內(nèi)地下水的主要補給來源是大氣降水入滲, 其次是地表水的滲漏, 還有灌溉回歸水和凝結(jié)水的補給等。補給方式從地域講包括面狀補給(大氣降水、凝結(jié)水和灌溉回歸水入滲)和帶狀或點狀補給(河流、湖泊和水庫的滲漏等);從層位講包括直接入滲和間接(通過第四系或其他上覆含水層)入滲等。大氣降水補給量大小除與降水量及降水方式有關(guān)外, 主要受地貌形態(tài)、地表介質(zhì)特征和植被發(fā)育狀況等的影響, 以盆地周邊及盆地內(nèi)基巖裸露或淺覆蓋、植被發(fā)育較好的山區(qū)補給量較大, 其次為盆地北部的沙漠高原區(qū), 盆地南部的黃土高原區(qū)補給量較小。凝結(jié)水的補給局限在北部沙漠區(qū)。灌溉回歸水在農(nóng)牧業(yè)灌溉區(qū)有一定意義。地表水的滲漏主要發(fā)生在流經(jīng)周邊巖溶區(qū)的黃河及其支流涇河、洛河部分河段和流經(jīng)白堊系的涇河及洛河的支流上游河段, 也包括當(dāng)?shù)氐囊恍┧畮旌秃? 地表水滲漏在部分巖溶水區(qū)(如陜西渭北)可以成為主要補給來源。

 

  盆地內(nèi)地下水總體從各自的補給區(qū)向當(dāng)?shù)嘏判?/div>