莱州湾南岸地下卤水水化学特征及成因探讨（可编辑）

莱州湾南岸地下卤水水化学特征及成因探讨（可编辑） 国家海洋局第一海洋研究所 硕士学位论文 莱州湾南岸地下卤水水化学特征及成因探讨 姓名:苏乔 申请学位级别:硕士 专业:海洋地质 指导教师:于洪军 20090601摘要 莱州湾南岸蕴藏着丰富的地下卤水,它属于第四纪滨海相地下卤水。第四纪 卤水存在的地质历史短,变化程度低,其水化学特征及成因与现代盐湖卤水和第 四纪以前的古地下卤水都不相同。 本文在对莱州湾南岸地区的地质、地貌以及水文地质条件进行概括和总结的 基础上, 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 了它们与研究区第四纪卤水之间的内在关系。综合前人关于渤海地 区晚第四纪环境演变的研究,尤其是莱州湾孔资料,分析了本区晚第四纪以 来的环境演变历史。 本文对莱州湾南岸地下卤水的化学组成进行了特征分析,并将其 与莱州湾现 代海水以及莱州湾南岸地下淡水的化学组成进行了对比,认为莱州湾南岸滨海相 第四纪地下卤水来源于海水,但又不是海水的简单浓缩。通过对莱州湾南岸地下 卤水的水化学分布以及变化特征的分析可以看出,莱州湾南岸地下水水化 学特征分布主要受地形影响显著:受外界环境背景影响较小的离子比 值同海水浓缩比值基本一致,说明地下卤水来源于海水。 本文还对莱州湾南岸地下卤水的成因进行了探讨,通过对该区不同监测井地 下卤水的化学组成成分变化特征同海水在蒸发作用及冰冻作用过程中化学组成 变化曲线的对比,认为莱州湾南岸地下卤水主要来源于蒸发成卤。由于水化学方 法存在局限,很难解释本地区是否存在冰冻成卤,因此,本文分析了利用测定卤 水年龄来探讨其成因的可行性。 关键词:莱州湾南岸,第四纪卤水,水化学,卤水成因 : :.. , . , . . .. , . , . . ,. ., 一., : ,.原创性声明 本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下, 独立进行研究工作取得的成果。除文中已经注明引用的内容外, 本论 文不含任何其他个人或集体已经发 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 或撰写过的作品或成果。对 本文 的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标 明。本 声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名:芬,前日期:砷年占月/彦日 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岸地卜卤水成因,并分析了水化学方法的局限性。 第六章,主要认识及存在的问题。莱州湾南岸地下卤水水化学特征及成因探讨 第一章研究区自然地理概况 .莱州湾南岸地理地貌概况 研究区位于潍坊北部滨海地带,地理坐标为’~’、/, ’’~。’”图,西起小清河,东至胶莱河,分别隶属寿光、 寒亭、昌邑三市区管辖,东西长,南北宽,总面积约为。 图卜研究区范围图 第四纪以来,莱州湾南岸的构造环境主要受郯庐断裂带的控制,断裂带北段 在本区宽度变化在,,由四条主干断裂组成。控制研究区发育的为昌邑 一大店断裂,呈北北东一南南西向穿过研究区东部。西部的都邵一葛沟断裂构成 了研究区的西界,两断裂之间形成“地堑,下降幅度大于两侧地区。受大断裂 的控制,区内次级断裂构造较发育,中新世以来相继发育了北西西一南东东向的 潍县断裂和北部的高庄辛置断裂,这两条断裂均为正断层,将基底在南北方向上 “断裂”成阶梯状,向北降低,沿断裂带自南而北形成阶梯式倾斜断陷图 嗍 ? 第四纪以来的构造运动导致了研究区地貌的分异,控制了研究区第四系地层 的发育及现代自然地理面貌的形成。以高序一辛置断裂为界,南部松散沉积厚度 最大为,北部厚达。断裂带内部第四系沉积厚度在北部东利渔一下营 一带超过,柳瞳一带第四系地层厚度为,远东庄一带第四系地层厚 ,到冲洪积扇顶以南第四系地层厚度仅为。新构造活动在一定程度上控 制了海、陆岸线的变化和海陆环境的演化】 第一.章研究区自然地理概况 图莱州湾南岸地区构造简图嗍 莱州湾南岸是由鲁中山地北麓诸河流如小清河、弥河、白浪河、潍河、胶 莱河等冲积而形成广阔的平原,是我国典型的粉沙淤泥质海岸。该区平原地貌 类型变化层次清楚,由南部山前洪积冲积平原向北过渡为冲积平原,地势缓缓倾 斜,直至莱州湾沿岸过渡为狭窄带状冲积海积平原、海积平原图。自南 向北,海拔由降至。 图卜莱州湾地貌分区简图据文献修改莱州湾南岸地下卤水水化学特征及成园探讨 .气候 莱州湾南岸地区属北温带大陆性季风气候区,在半湿润气候区具有偏干旱的 气候特征。多年平均降水量为.,最多达.年,最少降 水量仅为.年。降雨多集中在~月份,由于气温较高多年 平均气温.左右,研究区地下水蒸发量较大,多年平均蒸发量为., 年最大蒸发量达到年。初霜期最早出现于寒亭区,终霜期最早 出现于寿光市和昌邑市,多年最大冻土厚度。 莱州湾南岸地区年日照时间一般不少于小时,风向季节性变化较为明 显,夏季偏南风较多,春季风速最大,台风较为少见。近年来从西北地区蔓延过 来的沙尘暴对本区开始产生一定影响。 莱州湾南岸潮汐作用明显,涨潮时流向西南,退潮时流向东北,最大流速 ./。最近十年来,最高潮位.,最低潮位.。 综上所述,莱州湾南岸地区为半干旱干燥气候,气温较高,年日照时间较长, 蒸发量大于降水量,灾害性气候少见,十分有利于地下卤水的形成和盐业生产的 发展。 .莱州湾南岸卤水开发现状 莱州湾南岸地处我国东部沿海环渤海湾经济区中心地带,区位条件十分优 越。随着经济全球化进程加快,该地区作为沿渤海经济开发区占据了承接东西的 有利地位,经济发展空间将不断扩大。区内经济整体发展速度较快,综合竞争力 较强,工业以海洋化工为主,辅以轻工制造、机械制造等产业。自世纪年 代中期以来,区内海洋盐化工的迅速崛起,逐步成为重要的支柱产业。 莱州湾南岸具有得天独厚的地下卤水资源,是全国最大的盐及盐化工生产基 地,原盐生产能力万吨/年,占全国总产量的四分之一;盐化工生产能力 万吨/年,其中溴素生产能力万吨/年,占全国总产量的四分之三:其它相 关化工产品生产能力、产品质量均居全国领先地位。 根据山东省第四地质矿产勘察院《山东省潍坊市北部沿海矿区大然卤水矿详 查报告》,区内地下卤水’波美度预可采资源量为.万立方米, 资源储量如表;地下卤水’经济资源量为.万立方米,资 源储最如表。第一章研究区自然地理概况 表卜潍坊市北部沿海,天然卤水资源储量估算结果表 什算内容 单位 陆地 合计 潮问带 估算面积 。 天然卤水 . . 石盐 . . . 溴 . . . 基础储量 矿 . . 氯化镁 . 硫酸镁 . . . 硫酸钙 . . . 氯化钾 矿 . . . 人然卤水 . . . . . . 石盐 溴 . . . 预可采储量 . . 氯化镁 . . 硫酸镁 . . 硫酸钙 . . . 氯化钾 . . . 表潍坊市北部沿海一,天然卤水资源储量估算结果表 估算内容 单位 陆地估葬而 . 人然阿水 石盐 . 溴 . 资源量 . 氯化镁 硫酸镁 引。 . 硫酸钙 . 氯化钾莱州湾南岸地下卤水水化学特征及成因探讨 第二章莱州湾南岸水文地质条件 .莱州湾南岸水文地质分区 莱州湾南岸地下水的形成、赋存、水质、运动和分布等水文地质特征,主要 受构造、地层、地貌、古地理、气候、水文等因素控制。受上述因素影响,研究 区内地下水水文地质特征在水平方向和垂直方向上均具有复杂而明显的变化。根 据含水层的成因和分布、地下水类型和赋存条件、地下水水质、地貌条件等因素, 从海水入侵角度将研究区内水文地质体划分为』个水文地质又和七个水文地质 ?区【?图。 图 莱州湾南岸水文地质分区图据文献修改 .莱州湾南岸第四纪滨海相地下卤水的赋存特征 莱州湾南岸地下卤水的分布存在明显的规律,在垂直海岸线方向,地下卤水 浓度分布具有明显的分带性【。研究区地下潜水卤水层由海向陆方向可分为近岸 低浓度带、中间高浓度带和远岸低浓度带图?:?近岸低浓度带,又称现 代卤水生成带淡化卤水带,是潮汐作用频繁地带,宽 ,地面高程. 以下,浓度一般低于’。?中间高浓度带,属高潮能波及到的地区。中心连 第二章莱州湾南岸水文地质条件 线距海岸 ,宽~,地面高程..,浓度一般在’以 上,为主要卤水开采区。?远岸低浓度带:又称地下卤水淡化带,其范围在, 等值线以内,宽~。另外,在’等值线向陆一侧还存在一条地下卤水 成化带,矿化度低/,再向陆侧便是淡水区。由于各卤水分布区的自然地 理环境条件降水、径流量、蒸发量不同,其潜水卤水层和承压卤水层的层数、 厚度、埋藏和浓度都有一定差异。在垂直层面方向,莱州湾南岸有个潜水卤水 层和一个承压卤水层【.。 图莱州湾南岸地下卤水分布【】 第四系滨海相地下卤水矿床含卤岩系均由一套海陆交互相沉积岩层组成【】。 地下卤水的含水层性质从沉积物岩性分析,包括了各类砂质沉积物,有粉砂、细 砂、粗砂、砾石及其混合物;以沉积层类型划分为滨岸浅海相、滨岸海陆过渡相、 滨海冲积及洪积相、湖相、风化残积层和海岸风沙沉积。地下卤水含卤岩系各含 水层组,各含水层之间:均有弱透水和不透水的隔水层存在。隔水层的岩性一般 为砂质粘土及粘土层,有时粘土含量多的泥质粉砂透水性较弱,也可以作为隔水 ‘ ,;’ 地下卤水分布区为厚层第四系含卤岩系与厚层第四系非含卤岩系叠置结构。 含卤岩系包括一个潜水含卤层组和?个承压卤水层组及其它们之间的隔水层 求州湾南岸地下卤水水化学特征及成椿讨 组成。每一个含水层组和它底部的隔水层共同形成一个地下卤水沉积旋回【】。 关于地下卤水的形成年代,主要根据生卤海相地层测年数据及其地层对比 确定。莱州湾沿岸有.个卤水层组,根据埋藏最深的下部海相卤水层沉积层底 板古地磁测量,发现布莱克极性事件,该事件发生在距今. ..间, ..【 该地层的沉积物热释光测年结果为. 】。最上部含卤水的海相层, 根据获得的大量测年数据分析,为全新世形成】。说明本区地下卤水,形成 年代为晚更新世至全新世,最早形成的卤水已有. ..历史【】。因此 可以认为莱州湾南岸滨海相地下卤水的形成年代为晚更新世至全新世。 .莱州湾南岸水文地质条件与海咸水入侵关系 ..水文地质体中海成水入侵机理分析 莱州湾南岸地区地下咸卤水分布于:水文地质亚区和水文地质区。在?。 和。亚区,咸水体之上不存在浅层淡水体,咸水体底界埋深自南部的, 向北渐增至。咸水体呈楔形向南侵入淡水区,在,和。亚区,咸水体之上 覆有浅层淡水体。咸水体厚度自北向南逐渐变薄而尖灭。咸水体在南北水平方向 上和垂直方向上都具有明显的分带和分层特点。成水体的形成是研究区第四纪古 地理环境演变的结果,晚更新世以来形成的三个海相层是咸水体形成的先决条 件。此外,潜水含水层还通过潮滩与近岸海水发生水力联系,在卤水开发漏斗区 海水继续补给卤水体【?。 由于南部淡水区地卜.径流向北排泄,加之大气降水入渗补给,因此咸水体各 含水层在形成以后,直至世纪年代末人类大量开采地下水之前的漫长地质 时期里,已经逐渐淡化并向北退缩,咸、淡水界面已形成了一种动态平衡。所以, 可以把世纪年代末的咸、淡水界线位置作为咸水入侵灾害发生前的背景位 置。 世纪年代末以来,由于连续干旱及需水量的增加,地下淡水的开采量 越来越人,在全淡水区北缘形成了一系列的地下水降落漏斗。这些降落漏斗的形 成、水位升降及其范围的不断变化,制约着咸、淡水接触带的地下水运动,同时 也使其之间的水头差大增,从而吸引北部的海成水向全淡水区运移,海咸 水入侵界线也诈位于这一系列降落漏斗中心线的北部边缘图?。第二章莱州湾南岸水文地质条件 ???曩磊并 图莱州湾海咸水入侵机理示意图 ..海成水入侵方式及咸、淡水界面运移规律与水文地质条件的关系 在莱州湾南岸地区,咸水入侵以浅部前锋向南运移为主,咸水区面积增大, 体积增厚,咸水入侵方式以水平方向自北向南在浅部呈面状入侵为主,同时也产 生垂直方向上的越流。咸水体主要发生在第二、三含水层组内埋深~。 该含水层组的形成与晚更新世“献县海侵和“黄骅海侵”有关,咸水体向南的 水平入侵形成了咸水体浅部的楔状前锋。从近况看,咸水越流侵入深层淡水的危 害尚不太严重,但随着深层淡水资源的大量开发,深层取水井也大量增加,“人 上天窗”为咸水体越流入侵深层淡水提供了通道,因此,咸水体下界面下移已是 必然趋势?。 咸水入侵方式及咸、淡水界面运移规律是由研究区水文地质条件决定的。咸 水入侵最初发生在第一含水层组内,但由于连年干旱和大量超采地下水,第一含 水层组现多已处于地下水位之上。因此,第二、三含水层组已成为咸水入侵的主 要层位。这两个含水层组都存在海相层,由于海相沉积物对氯离子有富集作用, 从而加速了咸水体在这两个含水层组内向南入侵,咸水体楔形前锋的形成即与此 有关。在。和:两水文地质亚区内,淡水资源开发主要以浅井为主,由于打井 工艺等人为因素的影响,咸水体通过井孔向上对浅层淡水的越流入侵较为明显。 因此,在成、淡水界面前锋南侵的同时,还明显发牛咸水体项界面 上移。今后, 随着深层淡水资源的人量开发,咸水体底界面下移也将越来越显著。 莱州湾南岸地下卤水水化学特征及成冈探讨 第三章莱州湾南岸地质演化 第三纪时期,中国东部沿海地区存在一巨型湖泊,被称为古华北湖。最初的 古华北湖面积十分辽阔。有可能包括松辽大平原,华北平原和渤海海域,苏北平 原的一部分,安徽和河南北部部分地区。从第三纪延续到中更新世末期,古华北 湖就一直存在】。 中新世是伞球相对高海面时期,东海陆架的海侵仅限于残留的台湾海槽及台 北拗陷,海侵向北受到渔山一久米断裂带所形成构造高地的阻挡,形成一个北东 方向的狭长海湾。中新世海侵最盛期,海水曾经短时间北上,越过渔山一久米断 裂带进入浙东拗陷。上新世,随着冲绳海槽的迅速扩张,形成半深海盆地,相应 地东海发生了普遍的海侵。上新世末,高斯正极性时末期,海侵曾一度扩展到渤 海地区,这时中国东部陆架环境逐渐接近于现代,黑潮越过对马海峡和朝鲜海峡 进入日本海,东海暖流环流、黄海暖流环流及渤海环流开始形成【。 第四纪以来由于全球变化的影响,海岸线发生过多次剧烈变化。中国东部广 阔的浅海和大陆架是第四纪以来的持续下降区,其接受了巨厚的新生代沉积,成 为独特的环境区域【】。末次冰期海平面下降了约,现在这一水深以上的大 陆架大多出露于海平面以上,使中国大陆向东扩展几百公里【】。 海水进入渤海的时间,从渤海.孔的系统分析,大约在 ..前后【。 自此以后,古渤海变成了世界洋盆的一部分,海水的进退受到全球性的气候变化、 全球性的洋面变动所控制。 .第四纪渤海的演化 对渤海地区的研究,前人已经做了大量且卓有成效的工作,对渤海地区的环 境演化,渤海的形成建立起了清晰的认识,本文根据前人的研究【,将渤海的 形成演化简史介绍如下: 渤海及环渤海平原是在第三纪基底构造的背景下形成和演化的, 平原基底的 第三纪地层与更老地层,与上覆第四纪地层为连续沉积或平行不整合接触,平原 与周边基岩山区多以断裂为界。 在第三纪时期,渤海地区呈整体下降,在湿热气候条件下,形成以湖积、冲 湖积、冲积为主的巨厚细粒堆积物,演化成第三纪末期的准平原地貌景观。 早更新世,第纪末期的湿热气候变为以:冷为主的冷暖交替周期性变化 第三章莱州湾南岸地质演化 的气候。在第三纪古地理的背景基础上,周边山体继续上升,并遭受侵蚀、剥蚀 作用,平原进一步沉降,部分准平原开始解体。当时冀鲁平原与下辽河平原连在 一起,为统一的平原,现今之渤海尚不存在。 中更新世,气候以暖为主,新构造活动仍以垂直升降为主,平原迅速扩大, 沉积物的而积巨大,超覆于早更新统之上,平原中、东、南部地区原来的湖、湖 沼面积大幅度缩小乃至消失。黄河与下辽河等大型水系已明显影响本区,山前 冲、洪积瑚进一步扩大。在此时期内,冀鲁平原的东部及下辽河平原的南部,曾 有~次由洋面升高所造成的海侵发生,此时渤海已显雏形,但并未达到现今 之规模。 晚更新世至晚更新世末期,气候再度寒冷,造成了洋面大幅度下降,这一事 件对我国东海大陆架产生了深刻的影响。我国大陆架大部分裸露水面,致使现今 之渤海海底、辽东半岛、庙岛群岛等地形成了黄土类土堆积,此时渤海又变为远 离海岸的内陆海盆。晚更新世的堆积范围比第四纪其它各时期堆积的范围更大, 山前冲、洪积扇再度扩大,冲积物覆盖了平原的大部分,原来的洼地几乎全部消 亡。 全新世气候由冷变暖,洋面迅速回升扩大,原来的平原腹地重又毗邻海岸, 形成与现今相似的渤海。此时山区继续隆升,河流下切,但全新统的面积较以前 为小,山前冲洪积扇后退,在扇前及扇间形成洼地堆积,平原中部除仍以冲积为 主外,其间发育了一些河湖及湖沼堆积。由于洋面的扩大,冀鲁平原及下辽河平 原才分离为两个互不联接的平原,辽河、滦河、海河等形成单一的水系注入渤海 并形成了最新的河流三角洲。 .莱州湾晚更新世以来的气候演变 张祖陆等【】对潍河下游地区、孔岩芯系统的孢子花粉记录、有孔虫组 合,结合沉积物的岩性、粒度特征,对莱州湾南岸晚更新世以来的气候和环境演 化进行了研究,结论如下:..~ ..,植被类型以耐旱草木植物为主,针叶树种含量由早 到晚逐渐减少,落叶阔叶树种逐渐增加,为暖干的滨岸针阔叶混交林草原类型。 沉积物粒度较粗,变化较大,主要来源于南部的基岩山区,河流比降较大,为 高能沉积环境,粉砂中含有大量的锰铁结核,反映了干旱的氧化环境。莱州湾南岸地下卤水水化学特征及成因探讨.. ..,蕨类植物明显增加,并出现了喜冷湿的草本植物蓼 科。由于湿度增加,山区植被覆盖率增大,沉积物粒度减小,随着海平面的上升, 河流比降减小,潍河下游发育了沼泽或湖泊相沉积, 沉积物为黄 褐色或黄褐一 灰白相间的粘土、粉砂,沉积环境与晚更新世早期相比较温度变化不大,但湿度 明显增加。 .. ..,湿生草本植物减少,中生禾本科增加,针叶树种含 量较高,是以针叶林为主的草原植被类型。沉积物色调为黄褐色,粒度变粗,粉 砂中含有钙质结核,孔粉砂中含有铁质氧化物和高岭土团块。总体显示了冰期 寒冷的陆相贫瘠沉积环境,后期有变湿的趋势。 ..~ ..,木本植物较少,旱生草本植物减少,水生草本植物 占很大比重,以香蒲属为主。喜湿的菊科植物,耐寒、耐湿的莎草科水生植物, 香蒲属植物增加,说明本区为一长时间的水生沉积环境,植被类型为落叶阔叶 林滨岸草原。沉积物色调由灰白色变为黄褐色、蓝灰色,粒度减小,粘土质粉砂 中含有机质。总的显示了受海洋与河流作用的滨岸沉积环境。 ..~ ..,针叶树种及阔叶树种成分都有所增加,针叶树种增 加量为阔叶树种的倍,出现鹅耳栎属、蔷薇科、毛莨属等多种北方植物,显示 出植物种属的多样性及气候转冷的趋势。藜科等耐盐碱植物增加,中生的禾本科 植物逐渐减少,水生草本较少,为干冷的针叶林干旱草原或荒漠草原植被景观。 沉积物为均质黄褐色粉砂,分布广泛,厚~,由北向南逐渐变薄,粒度及 岩性与莱州湾南岸黄土埠相似,这一阶段是本区晚第四纪自然环境最恶劣的时 期,为干冷的黄土沉积环境。平原及附近山地、丘陵生着少数森林一草原植被, 存干草原上生活着喜冷的动物群,在陆架分布有斑块状永冻层。.. ..,水生草本植物占绝对优势,植被组合中喜暖湿成 分明显增加,在晚期达到最盛,为有利于水生草本的生长的沼泽、湖泊相沉积环 境。沉积物色调为青灰一灰白色,偶见文石,沉积物中含有大量的贝壳碎片。、 孔含有大量的海相有孔虫,组合中毕克卷转虫变种属广盐生种,其余各种在 地层中数量较多,而且发育良好,说明当时的沉积环境对他们的 生存发展是很 适宜的。结合 测年数据分析,距今时本区已是海相沉积环境比渤海西 岸及莱州湾东岸海侵开始年代要早约,在. ..左右为气候最暖期,海第三章莱州湾南岸地质演化 海侵范围最大,可达到孙家道照一夏店一庄~带,水生植物较繁茂。约在 .. ..海水北退至孙家道照以北,. ..前后海水退到马渠以北, 海水己完全退出,本区全新世最大海侵结束。.. .为现代环境下沉积,由于人类活动的加强,禾本科植物 含量增大,区域环境演变趋向于干旱。 综合上述,晚更新世以来,莱州湾南岸地区以及渤海地区气候演变趋势基本 相同,都经历了几次气候交替变化趋势。特别是在 ..左右,出现了干冷的 气候,出现了干冷植物群,并有黄土的堆积。 .渤海晚更新世以来的四次大规模海侵 ..~ .. 沧州海侵 距今,海水侵入渤海,并逐渐向渤海湾西岸推进,至距今左右, 海水达海兴县辛集一带,随后距今.左右抵沧州附近,这时渤海湾 西岸为 海水所占图?。在沧州海侵期间,世界气候曾发生了一次明显的变冷,海 水曾一度退出渤海,这时的渤海曾一度变为渤海湖。该渤海湖沉积将最后间冰期 分为上间冰期海侵和下间冰期海侵。整个间冰期海侵始于 ..,结束于 ..,在距今大约间发生过波动,故沧州海侵往往由两层海相地层所 组成。随着最后间冰期的结束,海水退出渤海,进入玉木冰期,沉积了陆相地 层【。 图沧州海侵‘ 菜州湾南岸地下卤水水化学特征及成因探讨 .. .. 渤海海侵 大约在距今左右,世界气候逐渐变冷,里斯一玉木间冰期结束,全球气 候进入冰期时期。世界洋面明显下降,海水退出渤海,渤海转化为渤海湖,渤海 西岸转化为大陆环境。当时的植被类型为稀疏的针叶林一草原环境。已有的分析 资料显示,在玉木冰期内,曾发生过两次亚间冰期海侵,留下了两期海相地层。 早亚间冰期海侵时,其海侵范围,可能未超过现代渤海三个海湾所在的沿海地区, 由于早亚间冰期的结束,全球气候再度变冷,海水退出渤海,形成了玉木冰期 的陆相地层。晚亚间冰期海侵则为献县海侵【】图?。 . 图屹渤海海侵 . . 献县海侵 随着全球气候的再度转暖,于太行山脚下及山前平原一带,属于阔叶林一草 原景观,为温暖湿润的间冰期,海水再度侵入到渤海西岸,形成辽阔的海洋沉积 环境。距今左右,海侵最大范围超过沧州而达献县附近图。 距今左右,全球气候又逐渐变冷,正值玉木冰期最盛时期,海平面大 幅度下降,使海水再次退出本区,植被类型为稀疏的暗色针叶林一草原环境,气 候寒冷而干燥,仍以湖相沉积为主。 距今左右,全球气候又重新变暖,冰川后退,海面上升,预示着玉 木 冰期最盛期的结束【】。 第二三币茉州湾南岸地质演化 。 ” 图 献县海侵‘】 黄骅海侵..~ 据王强等研究,随着气候不断转暖,太行山脚下及山前平原一带为阔 叶林一草原,代表着温暖湿润冰后期气候。距今左右,海水首先进入渤海, 距今.左右达到南排河一带,至距今左右海侵达到了最大范围,可 达天津一黄骅一带图?。自此以后,渤海岸线虽经多次变动,但其基本轮廓 并未发生明显变动。最后,终于导致了现代渤海的形成。 图黄骅海侵阐莱州湾南岸地下卤水水化学特征及成因探讨 .莱州湾南岸的海侵 根据渤海海底?孔的微体和软体生物群等分析,.岩芯可以记录到大的 海侵有沧州海侵、渤海海侵、献县海侵以及黄骅海侵【。莱州湾孔位于渤海南 岸羊口盐场附近’’,。’”,海拔,孔深。莱州湾 ..~ 孔在最后间冰期中只记录剑一次海侵,进入最后冰期后,具体时 间为 ..,渤海。.孔纪录到两期海相地层,莱州湾孔仅记录到’。次海侵, 最后 冰期结束以后,两孔都纪录到全新世海侵形成的海相地层,其海 相地层对比如表 。 表渤海一。孔与莱州湾孔海相地层的对比表口】 沧州海侵 海相层 渤海海侵 献县海侵 黄骅海侵 名称 下沧州 中沧州 上沧州 . . . .. .. .. ? . ... .. .. .. ..一 . ..一 ..一 地层年代 .. . .. . . . 冰期划分 最后间冰期 最后冰期 冰后期 时代 晚更新: 全新世第四章莱州湾南岸地下水水化学特征 第四章莱州湾南岸地下水水化学特征 .地下卤水样品采集 根据国家专项一海洋地质灾害海水入侵调查与研究,在莱州湾沿岸布 设一系列的监测断面和监测点,每个观测点进行地下水水位和水质检测,组成海水 入侵动态监测网。海水入侵动态监测的主要目的是确定海水入侵活动的范围、强度、 危害程度、发展速率等要素,为进一步的研究提供基础。因此,在井位布设上充分 考虑使每条监测断面都能够贯穿各代表不同海水入侵程度的界面,包括淡水/微咸 水‘浓度/、微咸水/咸水‘浓度/等。在莱州湾沿岸共布 设条监测断面,个监测井,其中,在莱州湾南部平原海入侵区共布设条断 面,个监测井图。 图莱州湾南岸地下水观测井位分布图 在具体实施中,地下水位观测周期为/次,值、电导率、‘浓度和矿 化度测试周期为/次。在此基础上,每年在丰水季和枯水季对所 有监测井分别进行一次地下水水质详细分析,分析测试内容除常 规 值、电导率、’浓度和矿化度外,还包括。、.、。、、、 和。监测时间自年月开始,观测周期为年。 受经费条件限制,此次调查监测井广泛采用现有的农用井图 ?。水位测量采用平尺水位计图,地下水样品采集采用 有机玻璃采水器图,采集深度为距水面。 《湾南”?自化学特?&讨 图部分监潞井照片 , 帆目 图水位铡量厦水样采集仪器 .样品测试方法 ’的测定采用硝酸银容量法 在中性或碱性溶液中,与作用生成白色沉淀,过量的 与作用生成砖红色沉淀,使溶液显橙色,即为 滴定终点。 和的测定采用火焰原子吸收分光光度法 原子吸收光谱分析的基本原理是测量基态原子对共振辐射的吸 收。在高温火 焰中,钾和钠很易电离,这样使得参与服子吸收的基态原于减少。 特别是钾在浓 度低时表现更明显,一般在水中比浓度高,这时大量钠对钾产生 增感作用。 为了克服这一现象,加入比钾和钠更易电离的铯作电离缓冲剂,以提供足够的 电子使电离平衡向生成基态原子的方向移动。这时即可在同一份试科中连续测定 钾和钠。第四章莱州湾南岸地下水水化学特征 、的测定采用原子吸收分光光度法 将试液喷入火焰中,使钙、镁原子化,在火焰中形成的基态原子对特征谱线 产生选择性吸收。对测得的样品吸光度和校准溶液的吸光度进行比较,确定样品 中被测元素的浓度。选用.共振线的吸收测定钙,用.共振线的吸收 测定镁。 ’的测定采用分光光度法 在酸性溶液中,与生成沉淀,并释放。。溶液中 和后多余的及生成的仍是沉淀状态,经过滤除去沉淀。在碱性条 件下,呈现黄色,测定其吸光度可知的含量。 滴定法测定。 分别用酚酞和甲基橙作指示剂,用酸标准溶液滴定水样,根据滴定消耗酸标 准溶液的体积,计算’的含量。 .数据选择 为了便于同海水蒸发与冰冻实验做比较,本文主要选择浓度超过 /的水样进行分析。因为国家.专项海水入侵灾害调查对地下水监 测频率高,因此在经费有限的情况下,井位的布设对于整个区域来说相对较少; 同时,由于本次调查更多的是关注于海水入侵临界面的研究,因此,高。浓度 的地下水样品较少。 为了弥补数据量偏少的情况,在国家专项一海水入侵灾害调查现有数据分 析的基础上,本文还选用了山东省第四地质矿产勘察院《山东省潍坊市北部沿海 矿区天然卤水矿详查报告》中的部分地下卤水样品水质测试数据,这样,在整个 研究区范围内共获得了个高浓度地下卤水水质测试数据图。 图监测井位置图 莱州湾南岸地下卤水水化学特征及成因探讨 .莱州湾南岸地下卤水水化学类型及主要特征 根据研究区内个监测点水样测试分析结果,研究区地下卤水与正常海水 化学成分基本一致表?,并且主要离子含量的排列顺序也相同,即. 。 依照舒卡列夫分类法表?,研究区地下卤水与正常海水水化学类 型为均 为型,地下卤水阴阳离子中占绝对优势的。、。、、的毫克当 量百分数.,.,.,.,与正常海水的值.,.,., .非常相近,而与地下淡水的值.,.,.,.相差甚远, 反映出本区地下卤水起源于古海水,为沉积海水,同时又绝非海 水简单浓缩的产 物,其间还包括复杂的水化学变质过程以及后期的演化【。 表?地下淡水、卤水和渤海正常海水的化学特征对比 十 水样/ ‘ 矿 ‘ ‘ 地下淡水 . . . . . 正常海水 . . . . . . 卤水平均值 表 舒卡列夫分类图表 %毫克当 量的离子 叶 时? .地下卤水中主要离子变化特征 地下水的水化学成分要比地表水,特别是海水的化学成分复杂的多。地下水 中分布最广、含量较多的离子共七种,即:。、厶、‘、、、 ?口肆自地水化特征 和。一般情况下,随着总矿化度的变化.地下水中占主要地位的 离子成分也随之发生变化。莱州湾南岸地下卤水中的主要离子也为这七种. 本文主要对这七种离子的变化及分布规律进行分析。 氯离子在地下水中分布十分广泛,在低矿化水中一般含量仅数毫克/升到数 十毫克/升,但在高矿化水中则可达到数克/升乃至百克/升以上;氯离子不为植 物及细菌所摄取,不被土粒表面吸附,氯盐溶解度大,不易沉淀析出,是地下水 中最稳定的离子四。根据国内外的研究,海水入侵导致地下含水层水质恶化,最 明显的变化是水中。浓度的增高,因此氯离子是判别海水入侵严重程度的很重 要的一项指标叫。。分布图上可以看出图?。浓度最高值出现在研究区 内潍河与弥河之间沿海地带,并以此为中心.向东,南、西三个方向浓度逐渐降 低。其中,受昌邑大店断裂与部鄙一葛沟断裂之间形成“地堑”,其氯离子浓度 明显高于两侧。 一???????二???????????』?????????????二?一一强曩~?叫一一?一一一一” 图莱州湾南岸分布图叭。 在低矿化水中的含量般很低.仅数毫克/升到数毫克,川,但在高矿 化水中则是主要的阳离唧,在莱十湾南岸的地卤水中.实测值远远高于地下 淡水。随着地下卤水谁度的升高,浓度出现明显升高的趋势,/曲线 可近似看成条直线,斜率大约为 ,同海水线基本一致图,说明莱 州湾地下卤水来源丁海水。从分布上来看.与 ‘基本一致图?。鞋日南口地‘】化学特?戒目?讨 、啪 哪 啪 , 一 ?。 ? ‘ ???? 图 /变化曲线耻/ ??掣”’?????』 地』? 堂 』 莱 州 淹 ~?‘ 一?一二,?一一? 阳?栗州湾南岸’分布圈, ’ 在地下水中的分布与相近,在低矿化度水中含量很少,在高矿化 水中含量较多。虽然钾盐的溶解度也相当大.但由于大量参与形成不溶于 水的次生矿物,因此其在地下水中的含量较少的多口。随地下卤水中 浓度的升高,总体也有升高的趋势。但波动较大.且其值基本上都低于相 应海水浓缩值图。 在溶液中惰性很强,能参加的反应不多;其在海水中的溶度桓高,生物 活动也难以对其产生根大的影响。对地下卤水中浓度影响较大的 是离子交换 作用,卤水与粘土的离子交换使卤水中的普遍亏损,且亏损幅度 较大蜘。由 此可知.总体髓氯度升高而增大,但海水浓缩之后的离子交换作 用由于受到 当地环境背景的不同而使其值发生较大的变化,普遍出现亏损。 口湾自承水化学特? 肌分布上来看,与总体上一致图? ? ~ 乎一 ‖一 图 肥变优曲线/ 一 上?? ,?????二二??????????』???????一 鬟自 .? 厂 ? 暾 ”一? 图莱州湾南岸分布圈/ 是低矿化水中的主要阳离子,其含量一般小超过数毫克/ 升。一般来说,在高矿化水中,由于主要阴离子为,而:的溶解 度相当大,赦的绝对含量增大,但通常仍远远低于【】。但从莱州 湾南岸地卤水/曲线刈以看出,受氯度引高的影响较小图 ?。这是因为,海水是.的饱和溶液,在海水的浓缩过程中, 首先析出文石和方解石沉积.使浓度降低.卤水形成后.卤水中 的、,”与粘土中的卜发生交换.能使水体中的浓度丹 高‘”。因此,浓度由于受到这两方面的综台作用而使其变化特征 十分复杂。?自??自水?特??&目& ~ 。.?辫. 》 四 两矗: 。 .? ? 一一赫一 图一 /变化曲线几 在分布上,也与。明显不同国”。其显著特点是研究区西部 出现”浓度明显升高的区域,中部高浓度区域面积相对较小。可 能原因是莱州 湾南岸西部区域粘士中含量相对较高,其与卤水中的、、 等离子发生交换.使卤水中的浓度升高‘”。 日 ’一..’??一..‖‘:?? ?? ?四 ? ”? ? 图莱州湾南岸“分布圉。儿 ” 相近,在低矿化水中含量较 ,在地下水中的分布与 少.但在高矿化度的地下卤水中.其含量要比大得多。随着地 卤水中‘浓度的升高,呈现同一样明显升高的趋势.,曲线也 。 图 可近似看成一条直线,斜率大约为 与粘土中的发生交换,能使水体 卤水形成后,卤水中的 中的浓度升高的同时.浓度降低‘”.但与明显不同的是,口《州 湾南地木化?《 的实际含量要大于相应的海水浓缩值。这种现象除了卤水与粘上 发生离子交换有关外,还与地下渊部的去白云岩化作用有关: ” 该反应使白云岩中的析出。 两种作用对计的影响刚好相反。从/曲线来看,去白云化 的作用更强 些.导致卤水中.浓度相对偏高。从分布上来说, 分布同基本一致图一。 ?‘/ ?‘ ‘ ? ? ? 圈? /变化图“, 一一一?一~一。 图?莱州湾南岸一分布图, 。 。在低矿化水中 般含量仅数毫克/到数百毫克/升;在中 矿化水中.常成为含带最多的阴离子;而在高矿化水中,其含量在 阴 离子中仅次 可达数克/升.个别可这数十克/升‘圳。随谁度的州 湾南岸地下卤水水学特征艟成目探讨 增加,。。也是现明显增加的趋势,但其值在相应的海水线上下波 动较大,并且总体上出现亏损的点较多图?。 卤水形成过程中.当海水浓缩到.倍时,有沉淀的形成, 导致卤水。的消耗;卤水形成后由于长期埋藏于地下,处于缺氧 出现亏损 ”。但是另一方面,化石 状态.被还原,也会使 燃料的燃烧产生的与氮氧化合物氧化并吸收水分后构成富含硫 酸 及硝酸的“酸雨”.从而能增加地下水中.‘。目前,我国每年向 大气排放大量的,有可能是造成部分监测点。值高于海水线 的主要原因。 从分布上来说,?。与基本一致图。 ..‘.:’: ~ .喾? :秘一‘ 一 。,. ‘ . ,? ?.??商矿??赢??高??:;二 匿? ?,变化圈扎 ? 々 口 一?一“一:’ 图菜州湾南岸 分布固“,弟日章莱湾自岸地水化特? ,。在地下水中的含量一般不超过数百毫克/升,几乎总是低矿化水的主 要阴离子成分.但在高矿化水中的相对含量却很小【】。从莱州湾南岸? 曲线上来看,其值在诽度低于约 班时大部分监测点值要高于海水线, 浓度超过大约以后基本要低于海水线图。海水是的 饱和溶液.在海水的浓缩过程中,首先析出文石和方解石沉积,在使 浓度降低的同时.的浓度也在降低。但在海相与陆相接触带富舍 地质历史时期从地下水中沉积出的的地层中,当不饱和的地下水进入时, 必然发生方解石等矿物的溶解,而溶解产生的就会相对富集.从而出现 。值高于海水线的现象削嗍。从分布上来看.浓度,研究区西部明显 高于东部圈。可能原因为这些区域沉积物中,含量较高,这也与 的分布相一致。 枣鬻参 . ’圈 ?变化图 ??一?????? 口 “??‘“ 口 图一莱州湾南岸;分布图,莱州湾南岸地下卤水水化学特征及成凶探讨 &/?,口/ /?砌/称为钠吸附比,是美国咸水实验机构 用来表示灌溉用水适宜性的一个参数。在咸水侵染的过程中,在混合带前缘靠 近淡水地带,”和”与海相沉积物中吸附的发生了交换,使地下水中 增高,而和的含量降低。咸水入侵后,地下水发生阳离子交换吸 附过程主要为咸水中的、交换围岩吸附综合体所吸附的和。因 此,钠吸附比能反映出咸水侵染淡水的程度【。从图?中我们可以看出, 值随氯度值基本上呈线性增加,总体上较好的反映了海水入侵的程度。 ? ? ?? 心熬参‖ ‖秽 。 ,. 图 随氯度变化图 .小结 研究区内地下卤水起源于古海水,为沉积海水,但绝非海水简单浓缩的产物。 从以上分析可以看出,莱州湾南岸地下水水化学主要特征与海水非常 近似;受外界环境背景影响较小的化学组分的离子比例同海水浓缩比 值也基本一致,反映了地下卤水来源于海水。 另外,、”及钠吸附比作为评价指标都能很好的反映海水入 侵程度的变化,和能在一定程度上反映海水入侵程度,而 和对高氯度地下水的区分度则很低。第五章莱州湾南岸地下卤水成因探讨 第五章莱州湾南岸地下卤水成因探讨 .第四纪滨海相地下卤水生成模式 ..潮滩生卤模式 蒸发作用形成卤水的条件可以归纳为有利于海水浓缩的气候,有利于生卤的 封闭及半封闭浅海湾和宽广的海岸潮滩地貌以及不断供给的海 水来源。其过程可 以归结为潮滩沉积物中残留海水,在退潮期间通过强烈的水气界面蒸发和毛细管 蒸腾作用,海水浓缩,当超咸海水密度大于正常海水密度时,超咸海水下渗,储 存于更深部的沉积物中,涨潮时新的海水又给予补充,如此周而复始,不断蒸发、 浓缩、下渗,最终便在潮滩沉积物中聚集超咸卤水,卤水生成后的潮滩不断接受 陆源入海泥沙堆积成陆,为超咸海水提供进一步蒸发浓缩的场所,成为高浓度卤 水的生成阶段【】。 潮滩生卤模式可归纳为海水一潮滩一蒸发浓缩一下渗聚集一海退埋藏一继 续浓缩化学作用生物作用一地下卤水【图一。 囊奢早曩 兰 高嵩潮津 ; ;焉奢麓 ‘ ; 地 : :鼻水: : 一海堪方向 图?现代海岸潮滩生卤模式示意图例 ..冰冻生卤假说 “冰冻成卤”过程受地理环境的严格限制,在中国渤海区域,晚第四纪古环 境演变过程中,曾几度提供了这种环境条件。晚更新世气候变化剧烈,由初期的 温暖变为中期的寒冷,至晚期又有偏暖波动。至晚更新世末期,气候再度寒冷, 造成了洋面大幅度下降,这一事件对我国东海大陆架产生了深刻的影响,我国 大陆架大部份裸露水耐。 寒冷的冰期气候,使冬季风的强度增强,频繁的寒潮活动,使出露的陆架平 原,除了形成大面积的沙漠环境以外,由于低温的环境,在陆架的边缘还发育了 厚层的冻土分布区。由于寒潮的频繁活动,使渤海陆架比同纬度的其他地区温度莱州湾南岸地下卤水水化学特征及成因探讨 要低,在加上平坦的地形,使冻土带的分布范围,比同纬度地区更向南推移。在 冰期,海面的降低过程中,北方的永冻层在不断向南推进,甚至海 水尚未推出渤 海时,永冻层已经占据着该陆架区,水深较浅的内陆架区,有可能更早被冻结起 来【】。 冰盛期海退过程中,由于原海底地形差异而形成的残留海湾和咸水湖,成为 低海面时期地下卤水生成的海水来源。海水结冰及冰水流失的是水留下的是盐 分,比重大的卤水有可能被沉降到咸水湖的下部,甚至渗漏到湖底的沉积物中, 或者水平迁移到盆地周边的松散沉积物中富集起来【】 海退后留下来的海相地层,除由于风力吹扬作用而部分发生解体之外,未发 生解体的海相地层,就成为永冻层的分布区。当海相地层结冰时,首先析出的冰 体由淡水组成,蒸发作用和短暂夏季的融冰过程都使淡水被排除,经过多次重复 后,地层中的淡水成分不断消耗,使海相地层中的盐分得以保存,并不断浓缩而 成为地下卤水。 .莱州湾南岸地区卤水成因的理论分析 卤水的形成时期,海水为卤水的形成提供了物质来源。在间冰期 的海侵期间 气候温热,冰期的海退期间气候干冷,这种气候由湿热至干冷变化,使海水在退 去过程中,在潮间带进行的强烈的蒸发作用,使之浓缩成为高浓度海水,浓缩海 水在密度差的作用下向地下深部运移。因此,气候特点为海水浓缩形成提供了条 件。 间冰期的海侵期间,形成海积层;间冰期结束后的海退期间,陆相沉积物将 海积层覆盖,而河流搬运力在海积层地带减弱,沉积物为粉细砂和粘土。随着海 积层被覆盖,含卤层被逐渐埋藏起来,为卤水保存提供了条件。 冰期海退时,海面逐渐降低,当海面降低到一定的程度,受渤海海峡阻隔, 渤海与黄海基本失去交换能力,形成相对封闭的“渤海盐湖”,具备了有利于成 卤的地形地貌。海退时气候干冷,海水在强烈的蒸发及海水冰冻析出淡水两方面 的作用下,使之浓缩成为高浓度海水,浓缩海水在密度差的作用下向地下深部运 移,埋藏形成地下卤水。 在冰期海退时期的结冰时间和结冰厚度都要高于现代,这是形成冰冻成卤 的理论基础。在大幅度的海退过程中,海面是以数千年为单位的非等速度下降过 第五章莱州湾南岸地下卤水成因探讨 程。所以在短期内来不及后退的海区,当海面降低到一定深度以后,异常的降温可 以把整个海区冻结起来。由此看来,在冰期海退时期,在陆架平原残留咸水湖中 的海水结冰是自然的。大面积海退后的湿盐沼滩地和残留咸水湖,极有可能成为 冰冻生卤的有利场所,而且在咸水湖中形成的卤水层,会比潮滩生成的卤水层具 有更大的分布面积和厚度。海岸潮滩随海退不断推进,逐步覆盖整个滨海平原。 当冰期来临之际,海退后留下来的海相地层,除由于风力吹扬作用而部份发 生解体之外,未发生解体的海相地层,特别是含有水份的地层容易成为永冻层分 布区。自然条件下的淡水冰点是,海水含有较高的盐分,冰点降低到..。 池塘或者说小湖泊结冰后,又挡住了冬季降雪对水体的补充。当 海相地层结冰时, 首先析出的冰体是由淡水所组成,蒸发作用和短暂夏季的融冰过程都使淡水被排 出,这一简单的过程经多次重复后,地层中的淡水成分不断消耗,使海相地层的盐 分得以保存,并得到不断地浓缩而成为地下卤水。所以中国沿海地区,大面积永 冻层的存在,一方面保护了海相地层免遭破坏,另一方面还富集了地下卤水。 综上所述,莱州湾南岸地区,从理论上来讲,潮滩蒸发生卤和冰冻成卤都是 可能存在的。 .莱州湾南岸地下卤水与冰冻、蒸发实验结果对比 本节将主要根据前人关于海水蒸发和冰冻试验的数据,探讨主要离子成分在 海水蒸发和冰冻过程中的变化,通过分析得出蒸发和冰冻不同成因的主要离子变 化特征,进而分析我国莱州湾南岸地区卤水的成因。将前人关于海水冰冻实验表 ?和海水蒸发实验数据表收集如下: 表海水结冰所得卤水化学组成表单位:%浓缩倍数. . . . . . . . . . . 。 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .莱州湾南岸地下卤水水化学特征及成因探讨 . . .