內(nèi)蒙古河套平原塔爾湖地區(qū)湖泊成因

張皓月，張緒教，李成路，何澤新，葉培盛，葉夢旎

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)水資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100083；2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083；3.中國地質(zhì)科學(xué)院 地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081)

內(nèi)蒙古河套平原塔爾湖地區(qū)湖泊成因

張皓月1，張緒教2，李成路2，何澤新2，葉培盛3，葉夢旎2

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)水資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100083；2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083；3.中國地質(zhì)科學(xué)院 地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081)

內(nèi)蒙古五原縣塔爾湖地區(qū)發(fā)育一系列湖泊，與當(dāng)?shù)馗珊禋夂蛐纬甚r明的對比，湖泊成因機(jī)制對河套地區(qū)第四紀(jì)水文地質(zhì)、氣候環(huán)境研究具有重要意義。對色爾騰山山前—塔爾湖湖泊—黃河沿線不同水體樣品進(jìn)行水化學(xué)測試后，利用Gibbs模型投影顯示湖泊采樣點(diǎn)主要落在蒸發(fā)-濃縮端元和巖石風(fēng)化端元的過渡帶，而遠(yuǎn)離大氣降水作用帶，地下水更靠近巖石風(fēng)化端元，說明湖泊接受地下水補(bǔ)給，蒸發(fā)強(qiáng)烈；Piper三線圖顯示山前泉水以HCO3—Ca型為主，河套平原地下水以HCO3—Na、Cl—Na型為主，黃河水為HCO3—Na型，湖泊以Cl—Na型為主，說明塔爾湖地區(qū)地下水與湖泊存在水力聯(lián)系，HCO3—Na型地下水經(jīng)過蒸發(fā)濃縮作用轉(zhuǎn)變成了鹽度更高的Cl—Na型湖泊，導(dǎo)致鹽分的聚集；地下水可溶性固體總量(TDS)自北向南由262 mg/l快速增加至2 296 mg/l，而湖泊TDS先升后降，最后小于地下水TDS，最大值在塔爾湖地區(qū)北部，為1 213 mg/l，說明湖泊還受現(xiàn)代黃河補(bǔ)給，地下水TDS變化滿足山前—盆地的水文地質(zhì)模型。塔爾湖地區(qū)的湖泊既可以發(fā)育于古河床亞相也可以發(fā)育于堤壩亞相，且湖泊呈零星分布，與古河道形成的牛軛湖特征不吻合，從而基本排除湖泊為古黃河殘留的可能；潛水面之上的河流相沉積物由于風(fēng)蝕作用被切穿，導(dǎo)致地下水出露，補(bǔ)給湖泊，從而推斷塔爾湖地區(qū)湖泊主要為風(fēng)蝕湖。

第四紀(jì)；河套平原；塔爾湖；湖泊成因；水化學(xué)；補(bǔ)給來源

0 引 言

河套平原五原縣塔爾湖地區(qū)大面積的風(fēng)成沙丘之中, 發(fā)育有近60個大小不一、形態(tài)各異的湖泊，這與當(dāng)?shù)馗珊蛋敫珊档臍夂蛐纬闪缩r明的對比，地理位置和地貌特征的特殊性造成了該地區(qū)湖泊成因的復(fù)雜性。西北干旱區(qū)域降水稀少且分布不均勻，蒸發(fā)強(qiáng)烈，氣候干燥，荒漠分布，生態(tài)環(huán)境非常脆弱。水資源為制約北方地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和影響其生態(tài)安全的重要因素，而湖泊作為干旱區(qū)水資源的重要組成部分，是干旱地區(qū)生態(tài)與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的關(guān)鍵[1-3]。因此，研究湖泊成因機(jī)制對河套地區(qū)第四紀(jì)水文地質(zhì)及氣候環(huán)境研究、指導(dǎo)當(dāng)?shù)厮Y源的可持續(xù)開發(fā)利用和綜合管理具有重要意義。

目前，有關(guān)內(nèi)蒙古河套平原水資源環(huán)境方面的研究主要集中在地下水高砷、高氟機(jī)理、水質(zhì)和水文地球化學(xué)、不同水體氫、氧同位素與水化學(xué)特征以及其相關(guān)性上[4-10]，另外新構(gòu)造運(yùn)動的研究也較多[11-14]，但對塔爾湖地區(qū)湖泊成因的詳細(xì)研究未見報(bào)道。前人利用氫、氧同位素示蹤法研究認(rèn)為河套灌區(qū)排水渠中水的主要來源是深循環(huán)地下水，狼山—日喀則隱伏斷裂帶中可能存在滲漏通道，西藏內(nèi)流區(qū)的滲漏水通過該通道補(bǔ)給到了內(nèi)蒙古高原[15]。前人對干旱地區(qū)的湖泊研究較多，對巴丹吉林沙漠進(jìn)行了永久性湖泊的討論[16]，還利用包氣帶C1-和穩(wěn)定同位素的垂向分布特征，對近1 000年以來巴丹吉林沙漠地區(qū)降雨量的變化過程及其所反映的氣候特征進(jìn)行了高分辨率的研究，認(rèn)為我國干旱區(qū)降雨對地下水的補(bǔ)給非常微弱[17-18]。

水化學(xué)特征可以反映地表水與地下水的相互補(bǔ)給關(guān)系及湖泊水體的來源，湖泊水體中的化學(xué)離子被視為天然的“示蹤劑”，能夠反映湖泊水循環(huán)過程、流域水-巖作用以及湖泊演化歷史[19]。因此用水化學(xué)法示蹤湖泊水的補(bǔ)給來源，進(jìn)而分析湖盆底部與潛水面的關(guān)系；沉積相特征可以追溯湖盆形成動力的來源，反映湖盆形成所處的沉積環(huán)境及其與古黃河河道的關(guān)系，從而推斷湖泊的成因。

本文從湖泊的補(bǔ)給來源和湖盆的形成兩方面綜合研究了湖泊的成因。首先，基于水化學(xué)測試數(shù)據(jù)，根據(jù)水化學(xué)常量元素特征和不同水體的TDS對比，用Gibbs、Piper模型投影，分析了湖泊、地下水、黃河之間的補(bǔ)給關(guān)系，進(jìn)而研究湖泊的水體來源；其次，利用河流沉積相分析并結(jié)合沙丘地貌分布特征，探討了湖盆的成因。本文對河套地區(qū)水文地質(zhì)、第四紀(jì)地質(zhì)及地貌發(fā)展的研究，尤其是對干旱平原區(qū)湖泊的成因研究具有一定的參考價(jià)值。

1 研究區(qū)概況

圖1 河套平原地理位置圖Fig.1 Location map of Hetao Plain

河套平原位于內(nèi)蒙古西南部，屬黃河沖積平原。塔爾湖鎮(zhèn)在河套平原中北部，北部為色爾騰山，南部為黃河(圖1)，隸屬于內(nèi)蒙古巴彥淖爾市五原縣。位于研究區(qū)北部的色爾騰山屬于陰山山系西段，地勢較高，海拔最高達(dá)1 500 m；河套平原地勢較低且高差很小，海拔在1 030 m左右，現(xiàn)代黃河海拔1 036 m左右，略高于河泛平原。研究區(qū)屬于中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，是典型的干旱、半干旱地區(qū)。據(jù)五原縣氣象站觀測資料，1995至2012年平均年降水量為182.77 mm，多年蒸發(fā)量為2 300 mm左右，高達(dá)多年平均降水量的12倍。與河套平原其他地區(qū)不同的是，塔爾湖鎮(zhèn)分布著60處左右大大小小的永久性的湖泊，水域面積約1 067 hm2，湖泊周圍發(fā)育小型風(fēng)成沙丘地貌，沙丘有10處左右。

研究區(qū)地層特征主要為：北部的色爾騰山主要出露渣爾泰群(Pt2zh)的變質(zhì)雜巖，以陸源碎屑巖為主，下部以成熟度高的石英砂巖為主，往上以砂泥質(zhì)巖石和碳酸鹽巖不等厚交替出現(xiàn)為特征；河套平原地表出露第四系全新統(tǒng)(Qh)沖積物，沉積相主要包括河床亞相、河漫灘亞相、堤壩亞相、泛濫平原亞相等，主要巖性為黏土、粉砂質(zhì)黏土、粉砂、細(xì)砂，局部地帶還發(fā)育風(fēng)成沙堆積；南部的庫布齊沙漠為現(xiàn)代風(fēng)成沙丘大面積覆蓋，內(nèi)部發(fā)育有干旱湖泊，組成沙漠的巖性主要為細(xì)砂、粉砂，沙丘以活動型沙丘為主，在沙漠北部與黃河過渡地帶還發(fā)育有半固定沙丘及固定沙丘。

河套平原的大地構(gòu)造位置位于華北地臺和興蒙造山帶的接合部位，地處我國南北活動構(gòu)造帶北段。河套斷陷盆地形成于中生代，位于陰山與鄂爾多斯臺地之間，四周由近東西向、北東向、北西向三組斷裂所控制，西界和北界為狼山山前斷裂，東界為烏梁素海斷裂，南界為鄂爾多斯北緣斷裂。在構(gòu)造形態(tài)上，呈現(xiàn)北深南淺、西深東淺的不對稱箕狀斷陷[20]。盆地內(nèi)沉積巨厚的第四系(Q)、新近系(N)、古近系(E)、白堊系(K)，厚達(dá)數(shù)千米。第四紀(jì)以來，河套盆地北側(cè)斷裂活動非常強(qiáng)烈，由于長期的沉降，研究區(qū)第四紀(jì)沉積物厚度巨大且連續(xù)。

河套平原的水文地質(zhì)特征受沉積、構(gòu)造條件及后期黃河變遷改道的影響，形成了以沖積相、湖積相為主體的含水層系統(tǒng)，不同含水層的分布范圍、發(fā)育程度以及水文地質(zhì)特征在水平方向和不同深度均呈現(xiàn)出較明顯的差異。地下水含水層巖性粒度較細(xì)，水平滲透性弱，使得徑流條件差，加之地形平緩，水力坡度小，地下水徑流極其緩慢，總的地下水流向自西向東，匯入東部的烏梁素海。但由于南部黃河的影響和古河道的不斷變遷，河套平原沉積物的粒度特征具有旋回性和復(fù)雜性，造成了河套平原地下水運(yùn)動特征的復(fù)雜性。河套盆地地下水資源豐富，每年引入黃河水達(dá)到50億～60億m3，除了通過蒸發(fā)、作物吸收等方式消耗外，這些引黃水進(jìn)入盆地后，部分通過入滲進(jìn)入地下，部分流入烏梁素海后進(jìn)入黃河，大部分的淺層地下水依靠區(qū)內(nèi)數(shù)條自南而北的排水干渠匯入北部的總排干渠，然后又從總排干渠流入東部的烏梁素海。河套平原湖泊濕地總面積為3.57萬hm2，主要成因類型為古河床洼地和風(fēng)蝕坑洼地，是由區(qū)內(nèi)排水注入、洪水排泄及潛水出露形成[21]。灌渠、湖泊、山前溪流等地表水分布廣泛，受蒸發(fā)濃縮作用、淺地表地下水補(bǔ)給等影響，湖泊水鹽分含量較高，達(dá)到近2 000 mg/L，局部地區(qū)土地鹽堿化嚴(yán)重。

2 樣品采集與測試方法

2.1 樣品采集

研究區(qū)橫跨色爾騰山、黃河河套平原、庫布齊沙漠三大地貌單元，采集的水化學(xué)樣品需控制這三個不同地貌單元，因此，在黃河河套平原的塔爾湖地區(qū)分別采取了湖泊水樣及其對應(yīng)的地下水水樣，以保證湖泊成因研究測試水樣的代表性。2014年8月沿色爾騰山山前—塔爾湖—黃河—庫布齊沙漠北緣共采集了16個水樣，其中包括5個機(jī)井水樣、4個泉水水樣、6個湖泊水樣、1個黃河水樣。2個機(jī)井和4個泉水水樣分布在北部山前東西向斷裂一帶，3個機(jī)井及其附近的4個湖泊水樣分布在塔爾湖地區(qū)，2個湖泊水樣在庫布齊沙漠北緣，所有水樣的編號及地點(diǎn)見圖2。所有樣品的采集過程中，都用原水沖洗聚乙烯采樣瓶2～3次，然后使其裝滿水樣，用膠帶纏繞瓶口，密封保存，送回實(shí)驗(yàn)室檢測。

圖2 不同水體采樣點(diǎn)位圖Fig.2 Location of different water samples

2.2 測試方法

水樣陽離子和陰離子含量用離子色譜儀進(jìn)行檢測，用酚酞和甲基橙指示劑滴定分析堿度。測量之前，先用電導(dǎo)水參儀測得可溶性固體總量TDS(以下都用TDS表示)大小，由于水樣的TDS值較小，基本屬于淡水、微咸水，且鹽度不大，所以未將各水樣按比例用超純水稀釋成不同的倍數(shù)，而是都選擇稀釋倍數(shù)為1進(jìn)行水化學(xué)測試。分析的項(xiàng)目主要有：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、CO32-、HCO3-、F-、pH、TDS、堿度等14項(xiàng)。水化學(xué)測試由中國地質(zhì)大學(xué)(北京)水資源與環(huán)境工程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

3 水化學(xué)測試結(jié)果與分析

3.1 各類水體水化學(xué)測試結(jié)果

測試常量元素有助于對不同水體水化學(xué)組分特征進(jìn)行對比，并依據(jù)舒卡列夫分類法將其歸類，進(jìn)而分析不同水體的相關(guān)性；TDS是水化學(xué)成分的重要綜合指標(biāo)，可以通過分析地表水與地下水在一定范圍內(nèi)TDS的變化規(guī)律，從而間接推斷湖泊的補(bǔ)給來源。研究區(qū)不同水體水化學(xué)成分測試結(jié)果見表1。

表1 研究區(qū)不同水體水化學(xué)成分測試結(jié)果(mg/L)

注：J，機(jī)井水樣；Q，泉水水樣；H，湖泊水樣；R，黃河水樣。測試由中國地質(zhì)大學(xué)(北京)水資源與環(huán)境工程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉菲教授完成。

通過離子平衡檢查公式計(jì)算得出實(shí)驗(yàn)水樣中總陰陽離子的相對誤差均小于±10%，說明此次水分析結(jié)果是可靠的。

從表1中可以看出：北部色爾騰山山前斷裂一帶自西向東的地下水化學(xué)特征相似，各離子濃度值接近，總硬度在150～350 mg/L范圍內(nèi)，總堿度在100～300 mg/L范圍內(nèi)，pH值在7.7～7.8上下波動，TDS為200～500 mg/L，均屬淡水。河套平原從北向南的地下水水樣TDS依次為：567 mg/L、957 mg/L、2 296 mg/L，該TDS有從小變大的趨勢，陰離子也基本符合HCO3-—SO42-—Cl-的離子變化特征，均符合山前—盆地地下水化學(xué)變化的模式。干旱內(nèi)陸盆地，地下水的最終歸宿是區(qū)域性地下水流系統(tǒng)的終點(diǎn)——鹽湖。在庫布齊沙漠采集的湖泊水樣TDS高達(dá)7 360 mg/L，符合這一地下水流系統(tǒng)的模型。

3.2 湖泊補(bǔ)給來源分析

根據(jù)不同水體水化學(xué)組分中常量元素及TDS特征對比，對塔爾湖湖泊的補(bǔ)給來源進(jìn)行綜合研究。

運(yùn)用Gibbs模型與Piper三線圖投影法分析湖泊、地下水及黃河的相關(guān)關(guān)系，推斷塔爾湖地區(qū)湖泊的補(bǔ)給來源。Gibbs模型可以直觀反映水體主要組分類型：降水控制類型、巖石風(fēng)化類型和蒸發(fā)-濃縮類型[22-23]。該圖將湖泊化學(xué)組分劃分為 3 個控制端元：巖石風(fēng)化主控端元，大氣降水主控端元和蒸發(fā)-結(jié)晶主控端元。

圖3 塔爾湖地區(qū)湖泊與地下水Gibbs模型圖Fig.3 Gibbs models of lakes and groundwater in Taerhu area

從圖3可以看出，塔爾湖地區(qū)湖泊落在蒸發(fā)-濃縮端元和巖石風(fēng)化端元的過渡帶，遠(yuǎn)離大氣降水作用帶，地下水更靠近巖石風(fēng)化端元。TDS 在1 000 mg/L左右，ρ(Na+)/[ρ(Na+)+ρ(Ca2+)]比值接近于1，ρ(Cl-)/[ρ(Cl-)+ρ(HCO3-)]比值在0.4～0.6之間，說明湖泊水體分布在蒸發(fā)作用很強(qiáng)的干旱區(qū)域，符合內(nèi)蒙古高原湖泊的特征，受干旱與半干旱氣候的影響[24]。部分湖泊點(diǎn)落在了 Gibbs 模型外，說明湖泊部分區(qū)域還受到不同程度人為活動的干擾。因此推斷，塔爾湖地區(qū)的湖泊湖盆切穿了潛水面，受地下水補(bǔ)給。塔爾湖地區(qū)湖泊及其相對應(yīng)的地下水化學(xué)特征、北部色爾騰山山前地帶的地下水化學(xué)特征以及南部黃河水化學(xué)特征用Piper三線圖表示(圖4)。

圖4 河套平原塔爾湖鎮(zhèn)及周邊地區(qū)湖泊與地下水水樣Piper三線圖Fig.4 Piper trilinear diagram of lakes and groundwater in Hetao Plain

Piper三線圖可以反映水化學(xué)類型：山前泉水以HCO3—Ca型為主，斷陷盆地地下水主要以HCO3—Na、Cl—Na型為主，黃河水為HCO3—Na型，湖泊類型存在差異，但陽離子以Na+、陰離子以Cl-占優(yōu)勢權(quán)重，即以Cl—Na型為主。這與前人[10]對河套全區(qū)分析的83組水樣結(jié)果吻合。由水化學(xué)分類結(jié)果顯示，斷陷盆地地下水與湖泊存在水力聯(lián)系，HCO3—Na型地下水經(jīng)過蒸發(fā)濃縮作用轉(zhuǎn)變成了鹽度更高的Cl—Na型湖泊水，地下水在流向湖泊的同時(shí)攜帶鹽分進(jìn)入湖泊水體中，湖水蒸發(fā)帶走水分，留下鹽分導(dǎo)致鹽分的聚集[25]。再一次證明了地下水是湖泊的補(bǔ)給來源之一。

塔爾湖地區(qū)采集的3組湖泊水樣及與其對應(yīng)的地下水水樣的測試結(jié)果顯示，地下水TDS自北向南由262 mg/l快速增加至2 296 mg/l，而湖泊TDS先升后降，最后小于地下水TDS，最大值在塔爾湖地區(qū)北部，為1 213 mg/l。一方面說明湖泊不僅受地下水補(bǔ)給，還受黃河水補(bǔ)給，黃河的存在，遏止了塔爾湖地區(qū)湖泊向南部繼續(xù)咸化的趨勢，形成了干旱盆地的微咸水湖泊群，使得山前到黃河北岸一帶的平原地區(qū)農(nóng)牧業(yè)較為發(fā)達(dá)；另一方面地下水TDS不斷升高的趨勢說明其符合山前—盆地的理想水文模型。

另外，從單一的F-指標(biāo)來看，在塔爾湖地區(qū)采集的1組樣品中，地下水(J10)F-含量甚少，小于0.1 mg/L，而對應(yīng)的湖泊(H09)中的F-達(dá)到了0.9 mg/L。因?yàn)镃a2+含量低不利于CaF2的形成，使F-在地下水中得不到自然的沉淀，從而形成了高氟地下水[26]。湖泊樣品中Ca2+較小，從而導(dǎo)致F-較大，但這些F-從哪兒來呢？地下水在補(bǔ)給湖泊的蒸發(fā)過程之前，應(yīng)該以CaF2形式存在，CaF2很穩(wěn)定，并不能分解而溶于水，說明湖泊中的F-并不完全是地下水補(bǔ)給的。又因?yàn)辄S河水樣中檢測出的F-較高，因此推斷黃河水也是塔爾湖地區(qū)湖泊的補(bǔ)給來源。

塔爾湖地區(qū)全年降水在150～200 mm之間(圖5)，而平均蒸發(fā)量為1 300 mm左右，所以大氣降水對湖泊的補(bǔ)給影響甚微，由于利用Gibbs模型投影顯示的湖泊采樣點(diǎn)遠(yuǎn)離大氣降水帶，所以降水對湖泊的補(bǔ)給影響可以忽略。

4 討 論

本文通過對湖泊與地下水的采樣及水化學(xué)測試，結(jié)合第四紀(jì)地貌和河流沉積相特征，綜合研究了內(nèi)蒙古河套平原塔爾湖地區(qū)的湖泊成因機(jī)制。

4.1 湖泊補(bǔ)給來源

圖5 近20年塔爾湖地區(qū)降水量與平均蒸發(fā)量對比圖(降水量數(shù)據(jù)來源：巴彥淖爾市氣象局)Fig.5 Comparison of precipitation and average evaporation in Taerhu area in recent 20 years

圖6 色爾騰山—庫布齊沙漠第四紀(jì)地貌及水文地質(zhì)剖面圖Fig.6 The section of Quaternary landform and hydrogeology from Serteng Mountain to Hobq Desert

利用Gibbs模型投影顯示湖泊落在蒸發(fā)-濃縮端元和巖石風(fēng)化端元的過渡帶，遠(yuǎn)離大氣降水作用帶，地下水更靠近巖石風(fēng)化端元，說明湖泊在接收到地下水補(bǔ)給的過程中受到了蒸發(fā)作用。由于部分湖泊點(diǎn)落在了 Gibbs 模型外，說明部分區(qū)域還受到不同程度的人為活動的干擾。結(jié)合當(dāng)?shù)馗珊禋夂蚝偷孛蔡卣?，湖泊均存在于一些孤立的洼地，屬于封閉型湖泊，無地表徑流補(bǔ)排，只能接受地下水的補(bǔ)充以支撐蒸發(fā)損耗。Piper三線圖的水化學(xué)分類結(jié)果(圖4)顯示，斷陷盆地地下水與湖泊存在水力聯(lián)系，HCO3—Na型地下水經(jīng)過蒸發(fā)濃縮作用轉(zhuǎn)變成了鹽度更高的Cl—Na型湖泊水，地下水在流向湖泊的同時(shí)攜帶鹽分進(jìn)入湖泊水體中，湖水蒸發(fā)帶走水分，留下鹽分導(dǎo)致鹽分的聚集。因此推斷地下水是塔爾湖地區(qū)湖泊的重要補(bǔ)給來源。

該區(qū)屬于典型的干旱半干旱地區(qū)，北部山前地帶發(fā)育有典型的干旱半干旱條件下形成的洪積扇，通過對山前到盆地地下水水化學(xué)常量元素以及TDS的分析和對比，其特征基本符合HCO3-—SO42-—Cl-這一分帶性的趨勢，且TDS不斷升高，在南部庫布齊沙漠地帶達(dá)到了最大值，形成了鹽湖，說明地下水水化學(xué)和流動特性基本符合山前—盆地的水文地質(zhì)模型。然而，依據(jù)前人研究成果，地下水的流動方向?yàn)閺哪喜奎S河向北部山前流動，與理想的水文地質(zhì)模型相矛盾，那么河套平原的地下水流向以及塔爾湖地區(qū)湖泊的地下水補(bǔ)給來源到底是什么呢？由于塔爾湖地區(qū)湖泊并沒有隨地下水TDS升高而相應(yīng)升高，而是先升后降直至小于地下水TDS值，說明湖泊受南部黃河的影響。依據(jù)F-在水中的存在形式及其在不同水體中的濃度高低，也說明黃河水也是塔爾湖地區(qū)湖泊的補(bǔ)給來源?？紤]到北部山前斷裂和較高水位黃河的影響，認(rèn)為北部山前斷裂為大氣降水提供了良好的導(dǎo)水通道，地表徑流通過斷裂運(yùn)移到地下含水層，進(jìn)而自北向南補(bǔ)給到塔爾湖地區(qū)湖泊；黃河水位因高于河套盆地地下水水位，自南向北補(bǔ)給湖泊，從而導(dǎo)致湖泊TDS的降低，遏止了湖泊向南繼續(xù)咸化的趨勢，形成干旱盆地的微咸水湖泊群。因此推斷塔爾湖地區(qū)湖泊受北部山前斷裂帶運(yùn)移的地表水的補(bǔ)給和南部黃河水的補(bǔ)給，并繪制出研究區(qū)第四紀(jì)地貌及水文地質(zhì)剖面圖(圖6)。

除了以上用水化學(xué)方法分析的塔爾湖地區(qū)湖泊的補(bǔ)給來源外，還存在其他補(bǔ)給來源的可能，如潛水溢出，周圍沙丘地下水對湖泊的補(bǔ)給，該區(qū)深部隱伏導(dǎo)水?dāng)鄬訉吹难a(bǔ)給。下面對這三種可能進(jìn)行分析和推測。首先，遙感解譯顯示塔爾湖地區(qū)不在山前洪積扇范圍內(nèi)，根據(jù)山前—盆地理想的水文地質(zhì)模型，即從洪積扇扇頂?shù)缴刃卧俚缴染?，地下水位從扇頂?shù)臐撍盥駧У缴染壍臐撍绯鰩г俚缴染壱韵聺撍鲁翈?，塔爾湖地區(qū)處于扇緣以下的潛水下沉帶。由此推斷該地區(qū)分布的大量湖泊不是潛水溢出帶形成的。其次，前人提出過該理論：沙丘越高大，所儲存的地下水資源越多，所支撐的湖泊越大[27]。塔爾湖地區(qū)均為小型沙丘，沙丘所形成的補(bǔ)給量不足以支撐高蒸發(fā)量的湖泊，所以排除沙丘地下水的補(bǔ)給。最后，由平原區(qū)地質(zhì)雷達(dá)探測顯示，塔爾湖地區(qū)存在隱伏斷裂，盡管淺層地下水化學(xué)組分存在水平分異現(xiàn)象，但不能完全排除深部隱伏斷裂對此區(qū)湖泊補(bǔ)給的影響，需要進(jìn)一步做微量元素的測試與分析。

4.2 湖盆成因

圖7 呼勒斯太—復(fù)興鎮(zhèn)黃河遷移示意圖Fig.7 Transition of Yellow River from Hulesitai to Fuxing Town

從沉積相和湖泊形態(tài)的角度來看，一方面，由于第二期黃河古河道穿過此處(圖7)，如果湖泊為古黃河殘留的話，應(yīng)該都為河床亞相，而塔爾湖地區(qū)主要分布河流沉積相的兩種沉積亞相，即河床亞相、堤壩亞相，說明塔爾湖地區(qū)的湖泊不完全發(fā)育于古河床亞相，也可以發(fā)育于堤壩亞相，進(jìn)而推斷湖盆不是古黃河河道，湖泊不是古黃河殘留；另一方面，塔爾湖地區(qū)湖泊呈零星分布(圖8)，與古河道的蛇曲分布特征不吻合，從而可以基本排除湖泊屬于古黃河殘留的可能。由前人對河套平原全區(qū)的地下水分區(qū)圖中得出：塔爾湖地區(qū)處于徑流-聚集區(qū)，再加上古黃河的遷移提供了富水的砂巖含水層，導(dǎo)致該地區(qū)地下水富集。潛水面之上的河流相沉積物由于風(fēng)蝕作用被切穿，導(dǎo)致地下水出露，補(bǔ)給湖泊，從而推斷塔爾湖地區(qū)湖泊主要為風(fēng)蝕成因，風(fēng)蝕作用形成的負(fù)地形洼地成了湖盆，從而為湖泊的形成提供了先決條件；風(fēng)積物堆積在湖泊周圍，于是形成了正地形沙丘地貌。本文認(rèn)為該地區(qū)湖泊屬風(fēng)蝕湖，湖泊周圍廣泛發(fā)育的沙丘地貌也證實(shí)風(fēng)蝕作用的存在。

圖8 塔爾湖地區(qū)沙丘湖泊分布圖Fig.8 Distribution of dunes and lakes in Taerhu area

5 結(jié) 論

(1)Gibbs和Piper三線圖模型投影表明：塔爾湖地區(qū)HCO3—Na型的地下水經(jīng)過蒸發(fā)濃縮作用轉(zhuǎn)變成了鹽度更高的Cl—Na型湖泊水，導(dǎo)致湖泊鹽分的聚集，說明湖泊主要接受地下水補(bǔ)給。河套平原地下水從北向南水化學(xué)特征基本符合HCO3-—SO42-—Cl-分帶性的趨勢，TDS不斷增大，其水化學(xué)和流動特性基本符合山前—盆地的水文地質(zhì)模型；塔爾湖地區(qū)湖泊并沒有隨地下水TDS升高而相應(yīng)升高，而是先升后降直至小于地下水TDS值，說明湖泊受南部黃河的影響，單一的F-指標(biāo)特征也佐證了黃河水補(bǔ)給湖泊的觀點(diǎn)。由于研究區(qū)北部山前發(fā)育斷裂，南部黃河水位高于盆地，因此認(rèn)為塔爾湖地區(qū)湖泊既受北部山前斷裂帶運(yùn)移的地表水的補(bǔ)給，又受南部黃河水的補(bǔ)給。

(2)塔爾湖地區(qū)主要分布河床亞相、堤壩亞相兩種河流沉積相，湖泊不完全發(fā)育于古河床亞相，也可以發(fā)育于堤壩亞相，加上湖泊形態(tài)與古河道形成的牛軛湖地貌特征不吻合，從而可以基本排除塔爾湖地區(qū)湖泊屬于古黃河殘留的觀點(diǎn)。

(3)根據(jù)塔爾湖大面積發(fā)育的沙丘及其與湖泊的關(guān)系，認(rèn)為研究區(qū)湖泊主要為風(fēng)蝕成因。研究區(qū)全新世(Qh)風(fēng)力作用較強(qiáng)，形成了較多的風(fēng)蝕洼地；潛水面之上的河流相沉積物由于風(fēng)蝕作用被切穿，導(dǎo)致地下水出露，進(jìn)而源源不斷地補(bǔ)給洼地，使得風(fēng)力作用形成的風(fēng)蝕洼地進(jìn)而成為湖泊；與此同時(shí)，風(fēng)積物則堆積于湖泊周邊，形成了環(huán)繞湖泊的沙丘。

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Causes of Lakes in Taerhu in the Hetao Plain, Inner Mongolia

ZHANG Haoyue1, ZHANG Xujiao2, LI Chenglu2,HE Zexin2, YE Peisheng3,YE Mengni2

(1.School of Water Resources and Environment, China University of Geosciences, Beijing 100083, China;2.SchoolofEarthSciencesandResources,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China;3.InstituteofGeologicalMechanics,ChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing100081,China)

There are a series of lakes in Taerhu, Wuyuan of Inner Mongolia in the Hetao Plain, which is an obvious comparison to the local arid climate. Researching on the mechanism of lakes is important to hydrogeology and climate changes in Quaternary period. By carrying out chemical tests on the samples along the way from Serteng Mountain to Taerhu lakes and to Yellow River, the results show that Gibbs model projection indicates lake-water samples lie in the transition of evaporation and rock weathering effects, which is far away from the effect of precipitation while groundwater is mainly controlled by rock weathering effects, showing groundwater recharges lake water that suffers extremely evaporation; Piper trilinear diagram reveals hydrochemical types are mainly HCO3—Ca for springs in front of mountains, HCO3—Na and Cl—Na for groundwater, HCO3—Na for Yellow River water and Cl—Na for lake water, which also shows there exists hydraulic relationship between groundwater and lake water that contains great concentration of the salt during the process of being recharged; TDS of the groundwater rapidly increases from the north to the south, varying from 262 mg/l to 2,296 mg/l. The lakes’ TDS, however, after reaching the maximum value of 1,213 mg/l in the north of Taerhu, decreases and is finally lower than that of groundwater, which shows lake water is recharged by present Yellow River and the change of groundwater conforms to hydrogeology model. The results of Quaternary geological survey show lakes can not only develop upon the riverbed subfacies, but also upon the dam facies in Taerhu. In addition, the distribution features of scattered lakes are not similar to those of oxbow lakes. The two arguments above basically eliminate the possibility that lakes are left by the ancient Yellow River. Alluvial deposit was ever eroded by the wind, which led in occurrence of underlain groundwater. In conclusion, the basins of lakes were formed by wind erosion.

Quaternary; Hetao Plain; Taerhu; mechanism of lakes; hydrochemistry; recharge

2016-01-24；改回日期：2016-09-12；責(zé)任編輯：潘令枝。

國土資源部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)“我國不同季風(fēng)區(qū)古氣候演化差異及成因機(jī)制研究”( 201211077-3) ；中國地質(zhì)調(diào)查局 “內(nèi)蒙古1∶5萬呼勒斯太蘇木、塔爾湖鎮(zhèn)等四幅填圖試點(diǎn)”項(xiàng)目(12120114042101);內(nèi)蒙古國土資源廳“狼山晚更新世(Qp3)以來新構(gòu)造運(yùn)動及其環(huán)境效應(yīng)研究”項(xiàng)目(BSZFCG2015-HW-00403)。

張皓月，女，碩士研究生，1993年出生，水文地質(zhì)學(xué)專業(yè)，主要從事地下水模型與信息技術(shù)研究。Email：1065386155@qq.com。

張緒教，男，博士，副教授，1964年出生，第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)專業(yè)，主要從事地貌與第四紀(jì)地質(zhì)、新構(gòu)造運(yùn)動的教學(xué)及科研工作。Email：zhangxj@cugb.edu.cn。

P534.63;X141

A

1000-8527(2016)05-1170-09