人类活动影响下娘子关岩溶水系统地球化学演化

娘子关泉是我国北方最大的岩溶泉之一,也是阳泉市工农业生产和人民生活的重要供水水源。地下水地球化学演化分析表明,在地下水由补给区向排泄区运移过程中,除固有的水岩相互作用外,由于受采矿活动和地表水入渗补给的影响,岩溶水由低离子含量的HCO3-SO4或HCO3型水逐渐成为SO4型、SO4-HCO3型和SO4-HCO3-Cl型水。在泉群集中排泄区,区域流动系统与局部流动系统的地下水发生混合作用,最终形成了水质相对良好的HCO3-SO4型或SO4-HCO3型岩溶泉水。在此过程中,地下水对方解石和白云石也由最初的溶解作用演变为沉淀再结晶。尽管石膏呈持续溶解现象,但在采煤活动严重影响区域,石膏的沉淀也可能出现。地球化学模拟表明,在岩溶含水层中,地下水首先以方解石（白云石）的溶解为主;随着石膏溶解数量的增加,方解石（白云石）的溶解开始受到抑制,进而发生沉淀,石膏的溶解成为控制地下水水化学的主导过程。当矿坑水混入时,地下水相对石膏过饱和,地下水对碳酸盐岩含水介质的溶蚀能力得到增强。随着水岩反应的演进,铁氢氧化物大量沉淀,通过共沉淀和吸附作用去除了地下水中的重金属类污染物。      

西北某放射性废物处置预选区地下水水化学特征及地球化学模拟

在放射性废物处置库的选址过程中,地下水水化学特征是最重要的因素之一。为了查明西北某放射性废物处置预选区地下水水化学特征及其演化机制,对该区地下水水样进行了水质测试,综合运用Piper三线图法、相关性分析、饱和指数模拟和质量平衡反应模拟,全面分析了该预选区地下水水化学类型的空间分布和地下水水演化的主要水文化学过程。结果表明:研究区地下水在北部山区接受补给,并向南运移,地下水类型随径流由SO4.Cl—Na型转变为Cl.SO4—Na型。地下水在径流过程中主要经历了溶滤作用、蒸发浓缩作用和阳离子交换作用等水文化学过程,它们是控制该区地下水水化学组分演化的关键。     

瑞典高放废物处置水化学研究现状及对我国借鉴意义

文章主要阐述了瑞典Forsmark和Laxemar两处高放废物处置库候选场址地下水化学的垂向分布特点、地下水化学形成过程,以及用于场址安全评价的水文地球化学指标。混合作用是Forsmark和Laxemar场址地下水形成演化最主要的作用,主要由深部古盐水、冰川融水、古海水和现代大气降水入渗水混合而成。用于安全评价的部分地下水水文地球化学指标主要包括:TDS值、 Eh值、 pH值、 Ca+Mg、 DOC及胶体等。上述研究为我国高放废物处置水文地球化学的研究提供参考和借鉴作用。     

贵阳市岩溶地下水水化学演化机制:水化学和锶同位素证据

岩溶地下水的水化学特征及其水岩作用过程研究对岩溶地下水合理开发利用和污染防治具有重要意义.综合利用水化学分析、主要离子比值、锶含量和87Sr/86Sr比值分析和反向水文地球化学模拟,深入分析了贵阳市地下水和地表水不同季节的水化学特征变化和水文地球化学演化过程.水化学特征分析表明,贵阳市地下水以HCO₃·SO₄-Ca型和HCO₃-Ca·Mg型为主,水化学组成在季节和空间分布上存在一定的规律性变化,地表水与地下水的直接混合对地下水化学组成有一定的影响.锶同位素比值和水文地球化学反向模拟表明,地下水水化学组分主要受岩石风化作用的控制,以方解石和白云石为主的碳酸盐的溶解－沉淀作用以及硫酸盐和岩盐的溶解是控制研究区地下水水化学特征的重要过程,并受上覆孔隙含水层硅酸盐矿物水解的影响.      

典型新生代断陷盆地内孔隙地下水地球化学过程及其模拟：以山西太原盆地为例

以地处中国北方半干旱地区的典型新生代断陷盆地--太原盆地为例,分析了影响孔隙地下水化学特征的水岩相互作用过程。研究结果显示:孔隙地下水的水化学类型表现出明显分带性,并与盆地水文地质单元分区吻合得很好。地下水地球化学过程的定性研究结论与基于PHREEQC的反向水文地球化学模拟结果一致,均表明对于地下水化学特征的形成和演化而言,硅酸盐和碳酸盐矿物的溶解沉淀作用、排泄区地下水的蒸发浓缩作用及其与含水层介质的阳离子交换作用是控制性的地球化学过程。研究表明：地下水地球化学特征可指示地下水流动场,水化学过程研究是地下水系统结构研究的重要手段之一。     

砀山县浅层地下水盐分反向水文地球化学模拟研究

安徽砀山县地下水水质存在的浅层地下水盐分(TDS)偏高等问题,影响当地人民群众的生产生活用水安全。为掌握砀山县地下水化学成分形成规律,利用Phreeqc软件对砀山县含水层进行水文地球化学反向模拟,研究结果认为:丰水期水岩相互作用相对枯水期较为强烈,且两个时期发生的水岩作用差别较大。丰水期矿物的溶解作用较为强烈,使得Na+、Cl-浓度增加,同时发生了阳离子交替吸附作用,使得Na+含量大于Cl,而Ca2+和Mg2+浓度减少;枯水期多发生沉淀反应,岩盐的沉淀使Na+浓度减小,方解石白云石的沉淀、CO2逸出使得Ca2+、Mg2+和CO2浓度减少。研究结论以期为砀山县浅层地下水盐分(TDS)防控提供理论依据。     

反向地球化学模拟技术在深层地下水14C年龄校正中的应用——以鄂尔多斯白垩系盆地典型水流路径为例

本文以鄂尔多斯白垩系地下水盆地为例,利用反向水文地球化学模拟技术识别出影响区内深层地下水碳酸演化的主要作用并进行深层地下水14C年龄的校正.结果表明:控制鄂尔多斯白垩系地下水盆地南区深层地下水化学演化的主要反应路径为碳酸盐矿物、伊利石或绿泥石的沉淀反应、长石、石膏矿物等的溶解以及Ca-Na的离子交换;北区为方解石溶解、白云石沉淀的非全等溶解反应、伊利石的沉淀反应、长石的溶解反应以及Ca-Na的离子交换.南区地下水流路径上所发生的水文地球化学反应对路径上14C的浓度变化影响较小而北区影响较大.地下水14C年龄校正结果表明,盆地南区深层地下水14C年龄(22969 a)明显老于北区(3 967 a).     

兰州市地下水化学特征及演化模拟

为探究兰州市浅层地下水水质演化过程,通过对兰州市浅层地下水所取的40组水样进行分析测试,运用描述性统计、相关性分析、Piper三线图、Gibbs模型、离子比例系数方法对该区地下水特征进行分析,并运用PHREEQC软件反向模拟地下水演化规律。结果表明：兰州市地下水pH平均值为7.59,地下水呈弱碱性,地下水TDS值相对较高,其平均值为2353.21 mg/L ;SO42-和Na+分别是研究区地下水中优势阴、阳离子;SO4·Cl-Na·Mg和SO4·HCO3-Na·Ca型为主要地下水化学类型。研究区地下水化学组分主要受蒸发-浓缩作用影响;在两路径模拟中,均为方解石发生溶解,Na+将Ca2+发生阳离子交替吸附作用,白云石、岩盐、石膏均发生沉淀。     

咸阳城区地下热水地球化学演化模拟

应用水文地球化学模拟(PHREEQC软件)对咸阳城区地下热水进行了水文地球化学演化和路径模拟.模拟路径分别为西、西北两个补给方向.模拟结果表明,,地下水流向发生了一系列的水-岩反应,,线R5→SP2,SP2水化学类型由Na-HCO2-Cl转化为Na-Cl型,而西北线R6→SP2水化学类型由Na-Ca-HCO3 -el转化为Na-Cl型,在水流路径上SiO2(玉髓)、方解石、白云石和高岭石发生了沉淀,而岩盐、石膏、天青石、钠长石、云母和萤石发生了溶解作用.对研究区地下热水地球化学反应路径模拟,描述了研究区地下热水补给到排泄的演化特征,表明水-岩作用模拟对于揭示研究区地下水化学演化环境具有重要的指示意义.     

秦皇岛牛心山高氟地下水分布特征及成因

柳江盆地北部牛心山地区存在高氟地下水,严重影响居民身体健康。本文选取牛心山地区为研究区,对其浅层地下水运用Piper三线图、Gibbs图、氯碱指数图和离子比例图等方法进行水化学特征及其形成作用分析研究,从矿物溶解与沉淀、离子交换作用角度探讨了地下水中氟的来源和富集机理。结果显示:研究区地下水离子以Ca~(2+)、Na~+和HCO_3~-为主,水体偏碱性,F-浓度超标点位于火成岩侵入边缘地带,水化学类型为Ca-(Na)-HCO_3、Ca-(SO_4)-HCO_3和Ca-(Cl)-SO_4型,高浓度的F-赋存在Ca-(Na)-HCO_3型水中,地下水水化学组分主要受岩石风化作用的影响;水文地球化学过程和地质因素控制地下水化学特征和氟化物的来源、分布;方解石、石膏溶解于地下水作为Ca~(2+)来源影响萤石的溶解与沉淀,阳离子交换作用改变地下水中指定阳离子浓度间接影响F-浓度,同时碱性环境中吸附在黏土矿物上F-被OH-取代,溶解平衡和离子交换是地下水径流中F-浓度变化的主要控制因素。     

Inverse geochemical modeling of groundwater salinization in Azraq Basin,Jordan

The aim is to define the mechanism of chemical reactions that are responsible for the salinization of the Azraq basin along groundwater flow path, using inverse modeling technique by PHREEQC Interactive 2.8 for Windows. The chemical analysis of representative groundwater samples was used to predict the causes of salinization of groundwater. In addition, the saturation indices analysis was used to characterize the geochemical processes that led to the dissolution of mineral constituents within the groundwater aquifer system. According to the modeling results, it was noted that the groundwater at the recharge area was undersaturated with respect to calcite, dolomite, gypsum, anhydrite, and halite. Thus, the water dissolved these minerals during water rock interaction, and therefore, the concentration of Ca, Mg, Na, and SO₄ increased along the groundwater flow path. Furthermore, the groundwater at the discharge area was oversaturated with respect to calcite and dolomite. This meant that the water would precipitate these minerals along the flow path, while the water was undersaturated with respect to gypsum and halite throughout the simulated path; this showed the dissolution processes that take place during water-rock interaction. Therefore, the salinity of the groundwater increased significantly along the groundwater flow paths.     

河北平原深层碱性淡水形成的水文地球化学模拟——以保定、沧州地区为例

以揭示河北平原深层碱性淡水化学形成机制为主要研究目的, 选择河北平原深层碱性淡水发育的保定、沧州地区为典型研究区, 应用水文地球综合分析方法和地下水地球化学模拟技术, 探讨了深层碱性淡水水化学性质、分布规律及形成的自然环境; 依据质量守恒原理建立深层地下水质量平衡反应模型, 研究了从山前至滨海整个水流路径上所发生的水文地球化学作用及水、岩间的质量交换, 从而揭示了深层地下水化学演化规律的内涵及深层碱性淡水水化学形成机制.主要结论是深碱性淡水是由山前补给区HCO₃-Ca·Mg水逐步演化而来, 从山前至中部平原, 在地下水环境由开放转为封闭的过程中, 方解石、白云石溶解和沉淀, 钠长石、石膏、岩盐和菱铁矿的溶解, Ca-Na阳离子交换是控制其形成和演化的主要水文地球化学作用.      

河套灌区西部浅层地下水咸化机制

浅层地下水水位埋深浅、含盐量高,是导致河套灌区土壤次生盐渍化的重要原因.以河套灌区西部地区为研究区,通过对浅层地下水的水化学和氢氧同位素特征分析以及水文地球化学模拟,探讨了灌区浅层地下水的补给来源和主控水-岩作用过程,并定量估算了蒸发作用对浅层地下水含盐量的影响.研究区内浅层地下水为弱碱性咸水,pH为7.23~8.45,总溶解性固体（total dissolved solids,TDS）变化范围为371~7 599 mg/L;随着地下水咸化程度增大,水化学类型由HCO₃-Na·Mg·Ca型向Cl-Na型过渡.引黄灌溉和大气降水是浅层地下水的主要补给来源,径流过程中浅层地下水受蒸发作用和植物蒸腾作用影响,地下水化学组分主要来源于蒸发盐溶解和硅酸盐风化水解,并受强烈的蒸发作用和离子交换作用影响.水文地球化学模拟和主成分分析结果显示,蒸发作用和岩盐溶解作用对区内浅层地下水咸化贡献最大,石膏和白云石等矿物的溶解、硅酸盐的水解、Na-Ca离子交换以及局部地形起伏对地下水咸化过程也有较大贡献.      

广汉市平原区浅层地下水化学演化及其控制因素

为在广汉市城乡规划过程中提供地下水资源开发利用的基础信息,采用矿物风化系统分析、相关性分析、主成分分析和PhreeQC反向水文地球化学模拟等方法对广汉市平原区的浅层地下水的地下水水化学组分进行分析,确定了浅层地下水的水化学演化及控制因素,完成了地下水资源的质量及时空分布特征分析。分析表明：Gibbs图显示岩石风化主导该区地下水水化学特征,风化过程产生离子和次生矿物又经历水解作用,在矿物风化系统稳定场图中显示水样中铝硅酸盐矿物逐渐趋于溶解,碳酸盐矿物处于饱和状态;PhreeQC反向水文地球化学模拟结果显示在水流模拟路径上主要发生了钙蒙脱石、钾长石溶解和高岭石、石英、钠长石的沉淀,以及Ca-Na₂之间的阳离子交换吸附作用;离子相关性和主成分分析进一步的验证了溶滤作用、蒸发浓缩作用和阳离子交换吸附作用是引起浅层地下水水化学过程和矿物组成改变的主要原因。研究区地下水水质总体不会对人体健康造成不良影响。     

地下水矿物饱和度的水文地球化学模拟分析--以娘子关泉域岩溶水为例

通过分析娘子关泉域岩溶水的水文地质条件、岩溶发育规律以及水文地球化学特征，发现在该泉域内不应出现方解石、白云石、石膏等矿物溶解饱和状态。运用地球化学模拟软件PHREEQC模拟该区可能的化学条件（地下水中二氧化碳分压）及相应条件下的矿物溶解状态，同时结合野外溶解实验推断所处条件范围。这一研究推测出地下水与其溶解矿物所处极限状态应为饱和状态，而实际常常应处于非饱和状态，若计算为过饱和状态，则应可能是分析数据错误所致。     

贺兰山以北乌兰布和沙漠地下水水化学特征演化规律研究

乌兰布和沙漠对中国西北部干旱地区气候变化和水文循环过程研究具有指示意义, 以水文地球化学运移为导向, 通过分析33个地下水样, 探讨了该区地下水的补给与演化过程. 结果表明: 巴彦乌拉山浅层地下水水化学类型为Cl^--HCO₃^--SO₄^2--Na⁺; 从吉兰泰盐湖至乌兰布和沙漠, 主要水化学类型变化浅层地下水为Cl^--HCO₃^--Na⁺到Cl^--HCO₃^--SO₄^2--Na⁺, 深层地下水为HCO₃^--Cl^--Na⁺再到HCO₃^--Cl^--Na⁺或HCO₃^--Cl^--Ca²⁺. Gibbs图表明, 研究区地下水的水化学特征主要受蒸发浓缩作用影响和岩石风化作用控制, 大气降雨机制影响甚微. 主要离子相关关系图及饱和指数表明, 岩盐、芒硝、钠长石、方解石、白云石、石膏等矿物的风化溶解是该区地下水主要离子来源. 此外, 氯碱指数和Ca/Na的指示, 说明阳离子交换作用也是形成该地区地下水水化学组分的重要机制.     

Genesis of arsenic/fluoride-enriched soda water: A case study at Datong,northern China

The high As and F⁻ groundwaters from Datong Basin are mostly soda waters with a Na/(Cl+SO₄) (meq) ratio greater than unity, As and F⁻ up to 1550 μg/L and 10.4 mg/L, respectively, and with pH between 7.6 and 9.1. Geochemical modeling indicates that the waters are oversaturated with respect to calcite and clay minerals such as kaolinite, and undersaturated with respect to primary rock-forming minerals such as anorthite and albite. The water chemistry also is affected by evapotranspiration. The degree of evaporative enrichment is up to 85 in terms of Cl⁻. Results of the hydrogeochemical studies indicate that the occurrence of soda water at Datong is the result of incongruent dissolution of aluminosilicates at one stage of their interaction with groundwater when the water is oversaturated with respect to calcite and evapotranspiration-related salt accumulation is not too strong. Studying the genesis of soda waters provides new insights into mechanism of As and F⁻ enrichment in the aquifer system. Due to CaF₂ solubility control and OH⁻–F⁻ exchange reactions, F⁻ can be enriched in soda water. And the high pH condition of soda water favors As desorption from oxyhydroxide surfaces, thereby increasing the concentration of As in the aqueous phase.     

基于反向地球化学模拟的地下水形成作用: 以安徽省泗县为例

在了解安徽省泗县水文地质条件基础上,分析了区域水文地球化学特征及类型,探讨了其空间分布特征。根据开采条件下的地下水动力场条件,选择了3条模拟路径,采用PHREEQC软件进行了水文地球化学模拟研究,定量分析了地下水的形成机理及演化。结果表明,路径Ⅰ发生了岩盐、石膏以及伊利石的溶解,高岭土、石英、白云石、萤石发生了沉淀;钙蒙脱石、方解石不参与反应,NaX解吸,CaX_2被吸附;路径Ⅱ发生了岩盐、石膏、伊利石、石英等的溶解以及钙蒙脱石、方解石的沉淀,NaX解吸,CaX_2被吸附;路径Ⅲ发生的反应基本与路径Ⅰ相同,不同之处在该路径上的白云石发生了溶解,其原因可能是地下水在径流过程中溶解CO_2,使其继续溶解白云石以及受沉淀滞后的影响。研究结果表明地下水开采条件下,泗县地下水化学组分主要受到了岩盐和石膏等矿物的溶解作用、钙钠离子交换作用以及钙蒙脱石、方解石沉淀作用的控制。     

甘肃敦煌地区疏勒河尾闾区地下水化学特征及成因分析

疏勒河尾闾区是护卫敦煌绿洲及文化的生态安全屏障,但是对地下水化学的研究相对较少。本次研究在野外调查及采样测试的基础上,综合运用数理统计、Piper三线图、离子相关性分析、Gibbs图及离子比例系数等方法明确了疏勒河尾闾区的地下水化学特征,并对其成因进行了分析。结果表明：疏勒河尾闾区地下水水质总体呈弱碱性,具有高溶解性总固体及高硬度的特征,水化学类型主要为Cl-·SO2-4-Na+型。地下水水化学演化是由蒸发浓缩作用主导,同时风化溶解和阳离子交换共同作用的结果。地下水中的Ca2+及Mg2+主要来自于蒸发岩及硅酸盐的溶解,Na+主要来源于岩盐溶解。高氟水的形成与片麻岩中普遍存在的黑云母矿物、蒸发浓缩主导的水文地球化学作用以及地势低洼的地形条件有关。成果不仅丰富了疏勒河流域内的地下水化学研究,亦可为敦煌绿洲生态安全屏障区的保护与建设提供科学依据。     

甘肃敦煌地区疏勒河尾闾区地下水化学特征及成因分析

疏勒河尾闾区是护卫敦煌绿洲及文化的生态安全屏障,但是对地下水化学的研究相对较少.本次研究在野外调查及采样测试的基础上,综合运用数理统计、Piper三线图、离子相关性分析、Gibbs图及离子比例系数等方法明确了疏勒河尾闾区的地下水化学特征,并对其成因进行了分析.结果表明:疏勒河尾闾区地下水水质总体呈弱碱性,具有高溶解性总...