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山西太原盆地孔隙地下水系统演化与相关环境问题成因分析

郭清海  
【摘要】:山西太原盆地是我国北方典型的大型新生代断陷盆地。自晚新生代以来,在盆地地质演化过程的控制下,区内形成了结构复杂的孔隙地下水系统。在盆地中,孔隙地下水是地质历史时期内多种地质要素综合作用的产物,也是区域地质演化过程中最活跃的因子之一,它不仅可视为地质环境变化的受体和信息载体,而且,作为区域水循环的重要环节,盆地地下水对区域气候变化及区内相关人类活动的规模、强度也有重要的指示意义。而在太原盆地,地下水开发利用与不断加剧的其他人类活动,如采矿、土地利用、水利工程的兴建、城市化进程等,已经深刻地改变了地下水的天然赋存环境和区域水循环条件,引发了一系列相关的水资源-环境问题,如区域地下水位下降、城市地面沉降、地下水污染等。这些环境问题的成因分析均有赖于对盆地孔隙地下水的流动、赋存及水质演化规律的研究。这样,对盆地孔隙地下水系统在构造运动、气候变化及人类活动影响下的演化过程进行探讨,并对孔隙水系统的介质空间结构加以分析,以科学认识区内孔隙地下水的流动途径、赋存方式及地球化学演化格局,不但具有深刻的理论意义,也具有重要的实际价值。 地下水演化过程与地下水系统结构的认识是分析地下水环境问题成因的基础。本文开展了盆地地质演化过程的研究与孔隙介质结构的三维可视化分析,以期在时间和空间上把握研究对象——太原盆地孔隙地下水系统——的整体格局。首先,我们利用物探资料、钻孔资料编制了盆地基底、第四系底板及现代地貌面的形态特征图,通过对上述图件的分析,发现盆地现代地貌面的基本特征为北高南低,整体来看,全区内现代地貌面的高程相差不大;而盆地第三系与第四系底板的形态则总体上表现出西深东浅的特征,在区内东西两侧高程相差极大。这说明在晚新生代以来,盆地新构造运动的特点为西侧快速断陷、沉降幅度大、沉积物厚度大;而东侧断裂活动相对较弱、沉降幅度较小、沉积物厚度也远小于西部。太原盆地在晚新生代以来的这种构造运动特点控制了区内的沉积过程与古水文演化过程,换言之,晚新生代以来盆地的地质演化过程在大时间尺度内控制着盆地孔隙地下水系统的形成及孔隙地下水的演化。然后,我们利用盆地内的大量钻孔资料,将盆地孔隙介质概化为砾石、砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂、粉土、粉质粘土、粘土等9种岩性,并辅以适当的虚拟钻孔,通过在研究区开展岩相、沉积韵律与沉积旋回研究,以GMS为工具建立了盆地孔隙介质结构的三维可视化模型。该模型可直观、真实地显示盆地松散地层(约200m之内)的分布规律。如果说盆地地质演化过程的研究控制了区内地下水演化的时间


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