鄂尔多斯盆地位于黄河中上游，涉及陕、甘、宁、蒙、晋5省（区）的20个地区（市），总面积约28万平方千米。是一个由多个含水层系统构成的大型地下水盆地。按照含水层的介质特征，可划分为4种地下水类型：盆地周边地区岩溶地下水，中西部地区白垩系裂隙孔隙水，北部地区第四系孔隙水，以及石炭系～侏罗系裂隙水（图2）。
1．盆地周边岩溶地下水
主要分布在山西吕梁山西麓、陕西渭北、甘肃六盘山东麓和内蒙古桌子山一带，呈“U”字形条带状展布，面积7.35万平方千米。
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（1）盆地东缘岩溶水 分布于吕梁山西麓寒武系-奥陶系碳酸盐岩地区，含水层多为层状或似层状,透水性较均匀。地下水主要接受大气降水补给，由东向西顺层径流，在黄河谷地一带富集，并以大泉的形式集中排泄。单井出水量最大可达50000立方米/天，多数钻孔可自流（照片1），是晋陕蒙接壤地区最有供水意义的含水层。 |
照片1 陕西府谷县岩溶水自流钻孔 |
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（2）盆地南缘岩溶水
分布在陕西渭北北山一带，含水层主要由奥陶系碳酸盐岩构成，地下水主要受地表水和大气降水补给，由北向南径流，在河谷附近和山前断裂带富集，往往以大泉的形式排泄（照片2）。单井出水量一般1000～5000立方米/天，最大可达10000立方米/天，多数水质良好，是当地城镇和工业用水的重要供水水源。
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（3）盆地西缘岩溶水
分布于甘肃六盘山、宁夏太阳山和内蒙古桌子山一带，含水层主要由中上元古界、寒武系和奥陶系碳酸盐岩构成，含水层为脉状，透水性极不均匀。地下水在背斜倾伏端或与南北向逆冲断裂相交的张性断裂带富集，在内蒙古桌子山、宁夏彭阳和甘肃平凉等地，单井出水量1000～5000立方米/天（照片3），水质良好，是中小型企业和城乡居民供水的主要水源。
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照片3 内蒙古桌子山岩溶水 |
2．白垩系碎屑岩裂隙孔隙水
主要分布于鄂尔多斯盆地的中西部地区，面积约13.2万平方千米。以盆地中部的白于山地表分水岭（长城沿线）为界，盆地南北两侧水文地质条件存在着明显的不同。
（1）盆地北部（白于山以北）地区
绝大部分地区位于内蒙古境内，地貌上为沙漠高原，地形起伏较小。含水层主要由白垩系河流相砂岩和砾岩构成，岩性单一，结构疏松，孔隙发育。根据含水层的埋藏深度可划分为: 200米以上的浅层地下水，200～500米之间的中层地下水和500米以下的深层地下水。由于在区域上没有连续稳定的隔水层，浅层地下水、中层地下水和深层地下水之间具有密切的水力联系，构成厚度达1000米复合含水层系统。
地下水主要接受大气降水补给，以蒸发蒸腾、流入河流和湖泊的形式排泄（照片4）。含水层富水性较好，单井出水量1000～4000立方米/天，大部分地区矿化度小于1g/L 水质一般较好，该含水层埋藏较浅，易于开发，是内蒙古能源化工基地的主要供水层。
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（2）盆地南部（白于山以南）地区
主要分布于甘肃和陕西境内，地貌上为黄土高原，地形切割强烈，沟壑纵横。含水层由湖泊相和沙漠相的砂岩与泥岩构成，含水介质颗粒较细，泥质含量高，沉积韵律清楚，分层明显。依据地层时代自上而下依次划分为罗汉洞、环河和洛河3个含水岩组。罗汉洞与洛河组含水岩组由中细砂岩组成，结构疏松，地下水赋存条件相对较好，是南部两个主要的区域性含水层。单井出水量1000～3000立方米/天（照片5），地下水水质相对较好。环河组含水岩组主要由湖相泥岩和少量砂岩构成，地下水赋存条件较差，单井出水量一般小于500立方米/天，水质也相对较差。罗汉洞与洛河组含水岩组水量相对丰富，水质较好，是陇东能源化工基地的主要供水层。
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3．第四系松散层孔隙水
在盆地内分布不连续，盆地北部为萨拉乌苏组含水层，南部为黄土层地下水。
(1）萨拉乌苏组孔隙水
主要分布于盆地北部（长城以北）陕西和内蒙古交界处的毛乌素沙漠地区，含水层为上更新统萨拉乌素组河湖相的中细砂，厚度一般40～80米。地下水主要接受大气降水的补给，在河流侵蚀切割的地形低洼处溢流成泉（照片6），并排泄于河流谷中。该含水层总体上水量较丰富，水质优良，单井出水量1000～3000立方米/天，矿化度小于1g/L。
此外，在黄河及其支流的宽谷地段赋存有较丰富的河谷潜水，尤其是在傍河地段，单井涌水量大，水质好，具有较好的开发利用前景。
（2）黄土层地下水
主要分布在盆地南部及东部的黄土塬区，如西峰塬、洛川塬等。一般塬面积愈大，含水层厚度也愈大，富水性愈好 ，单井出水量一般在400～1400立方米/天。地下水由塬区中部向塬周边径流，以泉的形式排泄于沟谷之中。水质普遍较好，矿化度一般小于1g/L，是黄土高原区人畜饮水的重要含水层。
4．石炭系—侏罗系碎屑岩类裂隙水
分布在盆地中东部地区，面积为7.64万平方千米。主要为一套砂岩和泥岩互层的碎屑岩沉积，由于砂岩胶结致密，孔隙、裂隙不发育，地下水赋存条件差，受石油、煤炭和沉积环境的影响，水质较差，一般无开采价值。但在浅部50～100米的风化带内，地下水可以接受大气降水和地表水的补给，尤其在河谷地带常与上覆第四系冲积层地下水构成一体，水量相对较丰，水质较好，是严重缺水的黄土丘陵区城镇和当地人畜饮水重要的供水水源。
