越南红河三角洲全新世海水对深切河谷地下水盐度的影响

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1、引言

如果将海岸带定义为包括大陆架(水深小于200m)以及从海岸线向陆地延伸的100km 范围,那么这里就聚集了全球20%~40%的人口。全世界33 个巨型城市中有20 个位于这个区域。人口稠密的海岸带对水资源的需求非常高,而且水需求在未来有可能被海平面上升产生的影响所加剧;尽管海平面上升对地下水资源的影响至今仍在争论之中。在海岸带区域,地下水是水资源的重要部分,但经常是咸水或者半咸水,这是因为它混入了现代或者古代的海水。因此,更好地从水文地质学角度理解海岸带对淡水、半咸水和咸水分布的影响过程,可以保障三角洲区域水资源的有效开发利用。

海岸带区域居住着全球20%~40%的人口。全世界33 个巨型城市中就有20 个位于海岸带地区。在海岸带区域,地下水是水资源的重要部分。越南红河三角洲平原海水入侵主要发生于全新世的深切河谷。地下咸水至今仍存在于全新世低渗透率沉积物中,影响到邻近含水层的盐度。

2、行文思路

首先介绍了第四纪三角洲地质与红河三角洲平原地质,第四纪三角洲地质情况总体而言是由粗粒的更新世河流相沉积和较细粒的全新世沉积组成;本文所研究的红河三角洲平原与这个模式是相符的。其次介绍了红河三角洲平原和第四纪三角洲的咸水,最后是弱透水的沉积物中咸水的淋溶作用的模拟。文献记录过保存在10ka 以前的厚度较大未被风化的湖相和海相粘土沉积物层位中的原生孔隙水的情况;这种保存的控制因素被认为是厚度、粘土层的水力学属性、整个弱透水层的水力梯度起关键作用。为了测试这一假说,我们完成了数字地下水模拟实验,用以在一个地质学的时间尺度评估来自弱透水层的海相孔隙水的冲洗作用。我们使用最基本的SEAWAT 代码从假定的一维概念性模拟了弱透水的粘土层厚度和水力渗透变化的效果,还模拟了沉积物沉积下来以后的时间影响。

3、讨论

大陆边缘的三角洲系统可以被分为浅水三角洲(大陆架-陆缘系统)和深水三角洲(大陆架-三角洲系统);前者形成于相对较小的(<~150m)海平面变化,后者是在海平面多次较大变化情况下积累起来的。全新世三角洲都是典型的浅水三角洲,高海平面与低海平面时期的渗透性沉积物交汇在一起,并因此在粗粒的大陆架沉积物与陆相沉积物之间创建了一个良好的连接媒介。模拟实验的结果证明,在海岸带含水层中,地下水中的氯化物浓度对于厚度较大低渗透率的弱透水层沉积物中的快速海平面变化的调整,可能最多需要40~50ka的时间;因此在全新世三角洲的淡水-咸水总体界面可能处于一种不稳定状态,这取决于粘土层的厚度。研究海岸带地下水系统对第四纪全球海平面的变化所产生的扩张与收缩,迄今为止还只是主要聚焦于海水入侵到现存的具有不同渗透率的地质层系的方式。在海泛期形成的高渗透率层系,会发生相对快速的水平方向和垂直向下的盐化作用;而在低渗透率的泥质物和粘土质物质中的盐化作用就会比较慢而且是以扩散作用为主。可以推论,三角洲系统中的另一个重要盐化来源是在海相弱透水层物质中被圈闭的咸水发生了再分配。当各层系的水力传导率低于10-8m/s 时,溶质从粘土层系中缓慢地运移出来但受到扩散作用的制约,这对于邻近含水层的地下水水质的影响将长达数千年,导致这些含水层变成了半咸水或者咸水。在第四纪三角洲平原上的浅部含水层中的水头,受到河流的交互作用的制约,因而接近海平面。接近海平面的水头还出现在近海的深部含水层中,地下水以海底地下水流出的方式运移到海里。因而,在低洼的三角洲地区穿过弱透水层的水力梯度通常比较小,减弱了流经沉积物的对流。在海岸带涉及水和溶解性固体物的地下运移模式的更为复杂,存在于古河道沉积物系统。这些古河道可以作为含水层与海水之间运移的优选通道。当然,正如本次研究所展示的那样,这些古河道也有可能被低渗透率、含有海水的沉积物所充填。如果第四纪全球海平面变化的量级足够大,内陆古河道沉积物的厚度可能高达100m。潜在的意思就是,即使在地质学的时间尺度上,在100m厚度内发生淋溶作用也将是一个长期的过程。在过去的120ka 中,足足超过90%以上的时间内,全球海平面被认为低于现今海平面的高程。在没有受到沉积速率和沉积物供给速率发生过重大变化影响的那些海岸带地区,主要的海侵事件就是全新世早期的这次海侵。基于本次研究的观察和模拟结果,可以认为,在第四纪三角洲系统中,出现了全新世时期低渗透率的海相沉积,圈闭住的孔隙水为古咸水,将被封闭在粘土质层系中;而更新世粘土中的咸水现在已经被淋溶出去了。

 

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