吐鲁番盆地典型剖面的地下水径流特征

为研究吐鲁番盆地南北断面方向上地下水的流动规律,沿吐鲁番盆地中部南北剖面建立了二维地下水流动模型,采用二维地下水流数值模拟方法对剖面模型进行识别,在此基础上分析了吐鲁番盆地第四系地下水流动系统在剖面上的循环特征、流速分布特征、剖面上地下水的平均滞留时间和径流强度。模拟结果表明,吐鲁番盆地地下水流动系统存在局部流动系统、中间流动系统和区域流动系统,局部流动系统循环深度北盆地为600 m,南盆地为300 m,中间流动系统循环深度达1 000 m,区域流动系统循环深度达1 200 m。     

银川平原承压水氢氧同位素组成与~(14)C年龄分布特征

利用地下水氢氧同位素(2H、3H和18O)和碳同位素(14C)方法,分析银川平原承压水的补给更新能力。在平原区采集承压水氢、氧、碳同位素样品45组,测试其氢氧同位素含量和14C年龄。据测试结果分析,地下水氢、氧、碳环境同位素分布特征存在较好的一致性,揭示了该区承压水的补给、流动的区域规律和局部变化特征。地下水14C测年结果显示,承压水年龄大多介于3000~22290 a之间,同时采用Tamers和Gonfiantinie模型对14C年龄校正进行了对比分析。沿同位素水文地质剖面计算得出:银川以北贺兰山前向平原中部地下水的流动速率为2.22~0.63 m/a,呈现由南向北递减的特征;从青铜峡冲洪积区向平原中部地下水由每年流动十余米减少至2 m。综合分析认为,银川平原承压水流动缓慢,水交替循环时间长,局部与潜水水力联系较密切,在承压水开采区,潜水越流补给量可达45%,适量开采存在一定程度的可更新性。     

利用环境同位素识别酒泉-张掖盆地地下水补给和水流系统

详细了解干旱区地下水的补给机制对地下水资源管理来说是非常重要的,天然环境同位素在过去的40年里广泛应用于解决有关地下水补给、流动等问题。笔者通过分析酒泉-张掖盆地水的环境同位素变化特征,识别地下水的补给和流动.研究结果表明,酒泉-张掖盆地地下水的补给源主要来自山区出山河流,补给发生在祁连山前戈壁带,在山前冲积扇带地下水主要为1963年以来的快速补给,而部分深部地下水为1952年以前补给。同时,环境同位素指示盆地存在深部区域流系统和浅部局域流系统,酒泉盆地和张掖盆地之间不存在明显的水力联系。该研究不仅对黑河流域地下水的开发管理有着重要意义,对我国西北类似的内陆盆地地下水的开发管理有着借鉴意义。     

江汉平原地下水化学特征及水流系统分析

江汉平原水质性缺水问题日益突出,识别江汉平原地下水流系统分布模式,对地下水资源的合理利用与保护具有重要意义。选取江汉平原典型区域,综合水文地质条件、水动力场及水化学同位素指标深入分析地下水补给过程、水岩作用及滞留时间。得出由于碳酸盐岩的溶解,研究区的地下水化学类型属于HCO_3-Ca·(Mg)型。地下水中典型离子随深度增加逐渐降低,同位素随深度增加逐渐偏负,表现出地下水流系统呈局部与区域水流系统的特点,系统深度界限在10～20 m。独立而复杂的局部水流系统在平枯水期地下水向河渠地表水排泄。根据~3H的含量,局部水流为现代水,水循环交替迅速。受地形控制,中深层地下水总体由西和西北向东和东南径流,汇入汉江和长江,为区域水流系统。由于补给源的高程效应,区域水流的~(18)O值存在明显分区,指示不同的补给来源与水流路径。山前丘陵区基本为现代水,向平原腹地纵深至汉江和长江排泄区,地下水年龄在几百年至6 000 a不等,水循环交替缓慢。研究发现江汉平原低洼排泄区存在区域水流的顶托补给,可为原生劣质水的分布与聚集研究提供依据。     

鄂尔多斯白垩系地下水盆地天然水体环境同位素组成及其水循环意义

鄂尔多斯白垩系地下水盆地天然水体的环境同位素组成表明,区内各种地表水体（河流和湖淖）在δ18O和δD图上主要分布在雨水线右侧,其关系线的斜率明显小于雨水线的蒸发线,集中反映蒸发作用对地表水体的影响。盆地内地下水大致集中沿雨水线分布,反映了白垩系盆地内地下水为大气降水成因。盆地南北两区地下水的环境同位素具有明显差异性特点,集中体现了盆地南北两区水循环条件的差异。盆地北区各含水岩组间地下水垂向水力联系比较密切,垂向运动特点比较明显,现代水积极循环带的深度为200 m;南区地下水分层性明显,以水平径流为主,现代水积极循环带的深度为160 m。区内浅层地下水以富氚和高¹⁴C含量为特征,反映为现代水补给;而中、深层地下水则以贫氚和低¹⁴C含量为特征,反映为地质历史时期补给。     

盐城市浅层地下水矿化度分布特征分析

首先介绍了盐城市区域特性、浅层地下水特点以及历史上矿化度研究基本背景;以盐城市不同时期不同深度浅层地下水监测资料为依据,重点介绍了地下水矿化度历史平面与垂向分布特征以及现状10 m以浅、10～20 m深度、20 m以深浅层地下水矿化度空间分布特征,并分析研究了其演变规律与趋势、影响因素等;最后指出了浅层地下水矿化度的分析研究中目前存在的不足、下阶段有待深入研究的问题,为盐城地区浅层地下水的开发利用、保护、管理以及研究提供参考。     

鄂尔多斯白垩系盆地地下水流动系统驻点的理论与实际意义

地下水系统理论、达西定律和泰斯公式是水文地质学的三大支柱理论,地下水流动系统理论较好地刻画了盆地尺度地下水的循环特征,是指导区域地下水勘查与合理开发利用的重要工具。迄今为止,对地下水流动系统中驻点的形成机理和特征的认识一直停留在定性分析阶段,在实际的大型盆地地下水流动系统中发现并证实驻点存在的实例也不多见。以鄂尔多斯白垩系盆地北部的二号剖面为例,利用双Packer系统获取的不同深度地下水位、水化学和同位素的分层数据,采用水动力学、水化学和放射性碳同位素等综合方法,以实际资料证实并发现在大型盆地深层地下水流动系统中驻点的存在,但这个驻点并不是一个点,而是占据了一定的区域;理论研究认为驻点附近地下水的溶解性总固体较高,实际情况不一定如此,也可以是较低矿化的水,它取决于含水介质中可溶盐量的多少。该项成果进一步完善了地下水流动系统的理论,具有重要的理论与实际意义。     

潮上带盐沼地层盐分分布及形成机制

为了探究潮上带盐沼系统地层盐分分布规律及其形成机制,本研究以江苏盐城近岸盐沼湿地为例,采用电阻率测量和土壤样品分析的方法,得出土壤孔隙水盐度空间分布,并分析其与生态地貌类型的关系。结果表明,盐沼平台10 m深度以下地下水盐分较高且空间分布均匀,5 m深度以上浅层孔隙水存在显著淡化,其程度与条带状生态地貌特征相关;近潮沟区域浅层土壤孔隙水盐度接近海水,而螃蟹孔洞和互花米草区域下方地层均存在低盐区,且前者规模更大;短期潮汐过程仅影响近潮沟区域的局部地层盐分,螃蟹孔洞明显促进了降水的下渗和脱盐作用,并有助于地表蒸发和盐分集结,增大了浅层土壤水盐度的垂向差异,而植被生长引起的根系优势流和蒸发抑制作用,有效降低了表层土壤的盐度水平。     

辽河盆地西部凹陷稠油分布区地层水化学特征

地层水特征是研究盆地演化及稠油分布的重要因素.稠油在辽河盆地已探明的石油储量中占有重要比例, 地层水化学场研究是预测稠油分布的基础,利用地层水地球化学特征和同位素资料研究地层水来源,分析水介质条件对原油降解稠化的影响.研究表明:西部凹陷地层水的矿化度和离子构成受深度控制,具有“垂向流”特征;其化学组成及变化规律的差异反映了不同地区地表水注入强度及局部地下水运动特征的变化,地表水注入强度及运动特征的差异是原油生物降解程度不同的主要原因,地下水的循环特征决定了其化学条件和原油生物降解程度,地表水淋滤作用是降解型稠油发育的必要条件.      

基于环境同位素技术的张掖盆地地下水流动系统分析

研究张掖盆地的地下水流动系统,对于合理开发当地地下水资源,提高水文地质研究程度,具有重要意义。环境同位素技术已广泛应用于水文地质研究中,对于研究地下水补给来源、地下水循环等有重要帮助。2014年在张掖盆地开展了水文地质调查和研究,采取了大量不同位置、不同深度的环境同位素样品,结合前人在该地区的研究成果,进行了氘氧同位素分析,研究结果表明:(1)祁连山区水体和龙首山区水体的氘氧同位素值有明显差异,并导致下游地下水的氘氧同位素值表现出明显差异;(2)从张掖盆地地下水上游至下游,存在深部循环带,并根据同位素的分布划分了张掖盆地不同区域的地下水流动系统,得出了张掖盆地的地下水流动系统概念模型。     

氢氧同位素在地下水流系统的重分布：从高程效应到深度效应

大气降水的氢氧同位素含量具有高程效应,降水入渗后参与地下水循环,其高程效应如何受地下水流系统的影响转化为地下水氢氧同位素的深度效应？现有研究对于这个问题缺少定量认识。文章构建单向倾斜盆地和双峰波状盆地的稳态地下水循环理论模型,采用MODFLOW模拟剖面二维地下水流场、采用MT3DMS模拟重同位素分子的对流-弥散过程,得到地下水D和¹⁸O含量的空间分布,探讨了氢氧同位素高程效应在地下水流系统转化为深度效应的机理。结果表明：在单斜盆地,补给区大气降水D和¹⁸O含量的高程效应转化为排泄区地下水δD和δ¹⁸O值随埋深增大而指数型衰减的深度效应;在双峰波状盆地,当含水层渗透性相对入渗强度较大时(K₀/w=1 000),仅发育一个区域地下水流系统,在区域地下水的排泄区δD和δ¹⁸O随埋深增大呈现S形曲线分布;当含水层渗透性相对入渗强度较小时(K0/w=250),双峰波状盆地发育多个局部地下水流系统,区域地下水的排泄区δD和δ¹⁸O随埋深增大呈现S形曲线,而局部地下水排...     

衡水地区咸水层沉积物粒度及氘氧同位素的古气候指示

衡水地区的咸水层特征一直备受关注.为了探讨咸水层分布区的沉积环境与咸水形成期的古气候特征,利用钻孔(深度130 m)采集了衡水地区咸水层沉积物,进行了沉积物粒度和粘性土孔隙水氘氧同位素测试.沉积物粒度标准偏差显示,剖面上由深至浅,沉积时期水动力呈由弱到强再到弱的变化趋势,其中水动力强段为90~65 m,为厚层砂砾层.孔隙水TDS和δ18O特征显示在6 m以上受到大气降水和人类活动的影响,并且主要是以淡水灌溉影响为主.剖面上粘性土孔隙水的δ18O在130~90 m平均值为-11.5‰,65~29 m平均值为-12.1‰,23~0 m为-10.6‰,而下部淡水含水层地下水δ18O为-9.8‰,上部咸水含水层地下水δ18O为-8.2‰,粘性土孔隙水δ18O明显偏负于含水层的地下水,反映保存记录了古气候信息.130~90 m,δ18O先增大后减小反映温度先升高后降低;65~29 m,δ18O反映温度偏低的气候特征;23~0 m,δ18O相对比较稳定,总体偏正,反映了全新世为一个相对较为稳定但较高的温度.      

新疆焉耆盆地水环境氢氧同位素特征及其指示作用

根据焉耆盆地开都河水及其两岸地下水中的氢氧稳定同位素资料及氘过量参数(d)值,分析了焉耆盆地内不同水体的δ(D)、δ(18O)和d值的分布规律,并得到地下水的主要补给来源及其与开都河水的相互作用关系;地下水的δ(D)在-87.60‰～-61.82‰间,δ(18O)在-10.90‰～-9.73‰间;开都河水的δ(D)在-71.95‰～-58.58‰间,δ(18O)在-9.57‰～-8.64‰间。结果表明:焉耆盆地内地下水和地表水同源于山区的降水和冰雪融水,且经历了较强的蒸发作用;地下水与地表水之间的直接水力联系较弱,深层地下水主要接受开都河水在洪积扇区的入渗补给,浅层地下水主要接受河流引水灌溉入渗;不同深度地下水之间的水力联系较为密切,为统一的地下水系统。     

同位素技术解析安阳河与地下水相互作用

河流与地下水相互作用研究是水文学研究的难点和热点。安阳河与地下水相互作用研究,对于安阳市水资源科学开发与管理具有重要意义。安阳河冲洪积扇地表水与地下水转化率为17%～27%。潜水位标高为80 m,向下游逐渐变成多层含水层（水位40 m）。当地降水环境同位素监测数据表明,当地大气降水线与全球大气降水线接近平行,表明该线代表本地区大气降水的氢氧同位素特征。地表水同位素值较集中,2016年8月δ18O值变化范围为-9‰~-8.7‰,δD值变化范围为-65‰~-63‰,2017年1月δ18O值变化范围为-8.5‰~-8.2‰,δD值变化范围为-63‰~-61‰,河水水化学类型为HCO3·SO4—Ca型,表明流域内地表水的同位素值受距离的影响较小。地下水稳定同位素值变化较大,2016年8月δ18O值范围为-10.4‰~-5.5‰,δD值范围为-75‰~-46‰,2017年1月δ18O值范围为-10.2‰~-5.4‰,δD值范围为-75‰~-45‰,即从接近降水值到最大值形成一条“蒸发”线。河流出山口一带地下水同位素值呈现最大蒸发值,表明地表水补给地下水,地下水化学类型为HCO3·SO4·Cl—Ca,存在明显人为污染成分。下游为大气降水补给浅层地下水,中深层地下水主要来源于中游侧向径流,水化学类型主要为HCO3—Ca·Mg型,综合分析表明,安阳河中下游（冲洪积扇）地带“三水”转换积极,并影响其水质、水量。     

Calcite fracture fillings as indicators of paleohydrology at Laxemar at the Äspö Hard Rock Laboratory,southern Sweden

Isotopic compositions of C (δ¹³C), O (δ¹⁸O) and Sr (δ⁸⁷Sr) were determined for calcite fracture fillings in the crystalline rock penetrated by a 1.6 km drill hole at Laxemar, near the Äspö Hard Rock Laboratory (ÄHRL) in southern Sweden. These calcites precipitated from groundwater some time in the past, and their δ¹³C, δ¹⁸O and δ⁸⁷Sr values reflect those of the source waters. The present-day groundwater system is hydrochemically stratified with highly saline water underlying more shallow brackish and fresh water. The origin of this stratified system is probably related to past glaciations although the ultimate origin of the deep, highly saline water is still problematical. None of the calcite fracture fillings sampled below 900 m could have precipitated from any of the present-day ground waters which in view of the glacial history of the region is not surprising. However, several shallow calcite fracture fillings are formed by precipitation from the present-day groundwater. Coupled variations in δ¹³C, δ¹⁸O and δ⁸⁷Sr isotopes at depths in excess of 900 m suggest that these isotope systems in calcite are recording a time-dependent evolution of groundwater composition.     

沁水盆地南部山西组煤储层产出水氢氧同位素特征

水化学成分及特征对煤层气开发有重要指导意义。为研究沁水盆地南部柿庄南煤层气开发区块3号主采煤层的地下水径流与水化学特征,从该区采集了煤层气井排出水样,进行主要离子浓度及氢氧同位素测定,分析离子浓度与氢氧同位素的展布特征。同位素组成研究结果显示,3号煤层产出水均来自大气降水补给,表现出18O与D漂移的特点。研究区由东向西δD和δ18O值呈增大趋势,和Na+、K+、Cl-等离子浓度呈现出一定的正相关性,并与研究区由东向西水文径流区（氧化环境）到滞流区（还原环境）的过渡特征相符合,说明δD和δ18O值也可以作为判断煤层水径流条件与煤层气开发有利区的参考指标。      

塔里木盆地区域地下水环境同位素特征及其意义

以大量水环境同位素样品测试结果为依据,对塔里木盆地的区域水环境同位素特征进行了分析,得出了一些有意义的认识:(1)塔里木盆地不同14C年龄的地下水的δD、δ18O值差异不明显,反映了水资源形成区在最后冰期和冰后期气温相差不大,推测是由于新构造运动使山体隆升,同一位置因高程变化产生的气温变化弥合了气候的变化,这一特征使我们难以运用δD-δ18O关系区别古水(冰期)与现代水(冰后期)。(2)在δD-δ18O关系图上,沿大气降水线可把盆地内主要河流及其补给形成的地下水大致圈定在3个域内,这3个域的区别不是大气环流作用的结果,而是河流源区山脉高程效应的反映。(3)与西北内陆盆地其他大型河流比较,阿克苏河流域下游承压自流水的14C年龄小得多,这是由阿克苏河径流量大、下游为河槽洼地、不完全具备山前倾斜平原水文地质特征等决定的。阿克苏河下游承压水水循环交替迅速,开发潜力较大,在西北内流盆地中是一个特例。(4)塔克拉玛干沙漠第四系松散层地下水主要是从盆地南缘侧向补给的,在沙漠腹地由深部向浅部顶托排泄。盆地内深层油田水处于高度封闭的滞留状态,与上部松散沉积层地下水之间基本没有联系。     

Oxygen and Hydrogen Isotopes of Waters in the Ordos Basin,China: Implications for Recharge of Groundwater in the North of Cretaceous Groundwater Basin

Hundreds of precipitation samples collected from meteorological stations in the Ordos Basin from January 1988 to December 2005 were used to set up a local meteoric water line and to calculate weighted average isotopic compositions of modern precipitation. Oxygen and hydrogen isotopes, with averages of ?7.8‰ and ?53.0‰ for δ18O and δD, respectively, are depleted in winter and rich in spring, and gradually decrease in summer and fall, illustrating that the seasonal effect is considerable. They also show that the isotopic difference between south portion and north portion of the Ordos Basin are not obvious, and the isotope in the middle portion is normally depleted. The isotope compositions of 32 samples collected from shallow groundwater (less than a depth of 150 m) in desert plateau range from ?10.6‰ to ?6.0‰ with an average of ?8.4‰ for δ18O and from ?85‰ to ?46‰ with an average of ?63‰ for δD. Most of them are identical with modern precipitation. The isotope compositions of 22 middle and deep groundwaters (greater than a depth of 275 m) fall in ranges from ?11.6‰ to ?8.8‰ with an average of ?10.2‰ for δ18O and from ?89‰ to ?63‰ with an average of ?76‰ for δD. The average values are significantly less than those of modern precipitation, illustrating that the middle and deep groundwaters were recharged at comparatively lower air temperatures. Primary analysis of 14C shows that the recharge of the middle and deep groundwaters started at late Pleistocene. The isotopes of 13 lake water samples collected from eight lakes define a local evaporation trend, with a relatively flat slope of 3.77, and show that the lake waters were mainly fed by modern precipitation and shallow groundwater.     

Mixing of magmatic CO2 into volcano groundwater flow at Aso volcano assessed combining carbon and water stable isotopes

To understand deep groundwater flow systems and their interaction with CO₂ emanated from magma at depth in a volcanic edifice, deep groundwater samples were collected from hot spring wells in the Aso volcanic area for hydrogen, oxygen and carbon isotope analyses and measurements of the stable carbon isotope ratios and concentrations of dissolved inorganic carbon (DIC). Relations between the stable carbon isotope ratio (δ¹³C_DIC) and DIC concentrations of the sampled waters show that magma-derived CO₂ mixed into the deep groundwater. Furthermore, groundwaters of deeper areas, except samples from fumarolic areas, show higher δ¹³C_DIC values. The waters' stable hydrogen and oxygen isotope ratios (δD and δ¹⁸O) reflect the meteoric-water origin of that region's deep groundwater. A negative correlation was found between the altitude of the well bottom and the altitude of groundwater recharge as calculated using the equation of the recharge-water line and δD value. This applies especially in the Aso-dani area, where deeper groundwater correlates with higher recharge. Groundwater recharged at high altitude has higher δ¹³C_DIC of than groundwater recharged at low altitude, strongly suggesting that magmatic CO₂ is present to a much greater degree in deeper groundwater. These results indicate that magmatic CO₂ mixes into deeper groundwater flowing nearer the magma conduit or chamber.     

断陷盆地高原面典型岩溶洼地旱季土壤水氢氧同位素时空差异特征

以云南省蒙自断陷盆地东山山区典型岩溶洼地为研究区,通过野外采集土壤样品与实验室测试分析相结合的方法,运用稳定同位素技术研究旱季不同深度土壤水氢氧同位素组成,揭示区内土壤水氢氧同位素时空变化特征,为进一步研究云南断陷盆地山区土壤水分运移机制和当地农业合理利用和管理水资源提供科学依据。结果表明:(1)土壤水δD、δ18O同位素值的变化范围分别为-128.3‰~-27.6‰和-17.5‰~2.5‰,平均值分别为-96.1‰±20.7‰和-12.3‰±3.7‰,降雨转化为土壤水和水分在土壤中重新分布时发生一定程度的氢氧同位素分馏。(2)旱季两个月份土壤水氢氧同位素组成发生变化,4月份土壤水δD、δ18O同位素平均值分别为-86.3‰±23.83‰和-10.6‰±4.3‰,显著高于2月份(δD:-106.1‰±9.5‰;δ18O:-14.1‰±1.6‰)(p<0.05),主要和4月份土壤水的蒸发作用强烈有关。(3)在空间上,坡地与洼地之间土壤水氢氧同位素组成存在差异,2月份坡地与洼地之间土壤水δD、δ18O值差异显著(p<0.05),洼地土壤水δD、δ18O比坡地偏轻;4月份坡地与洼地之间土壤水δD、δ18O值差异不显著(p>0.05)。(4)土壤垂直剖面方向上土壤水δD、δ18O值随着土壤深度的增加而减小,浅层土壤水δ18O和深层土壤水δ18O存在显著差异,2月份浅层土壤水δ18O比深层土壤水δ18O偏正2.8‰,4月份浅层土壤水δ18O比深层土壤水δ18O偏正10.5‰。