江汉平原浅层含砷地下水稀土元素特征及其指示意义

江汉平原被确认为我国南方新的饮水型砷中毒病区,目前对于江汉平原高砷地下水的成因机理研究还有待完善.综合运用水文地球化学分析与PHREEQC地球化学模拟计算,分析了地下水和沉积物中REE分异特征及其沿地下水流向形态变化规律.江汉平原地下水REE含量为0.032~0.843 μg/L,富集LREE,具显著Eu正异常,且地下水中Eu异常与As含量呈正相关关系.地下水中REE形态主要以LnCO₃+及Ln(CO₃)₂-为主,沿地下水流向LnCO₃+降低、Ln(CO₃)₂2-升高.地下水REE浓度分布受到HCO₃-的络合作用及Fe氧化物矿物的还原性解吸附过程控制,径流途径中继承沉积物矿物的REE配分模式及Fe氧化物矿物对LREE的优先解吸附可能是地下水富集LREE的原因,并且沿流向上REE形态分布受到pH控制.研究区中Eu含量及Eu正异常对地下水As富集程度具有一定的指示意义.      

碳酸盐岩热储中稀土元素的地球化学行为及其指示意义：以施甸地热系统为例

施甸中-低温地热系统是滇-藏-川地热带的重要组成部分,强烈的构造运动使该地热系统热储结构复杂,当前对其地热水地球化学过程研究程度很低.通过分析施甸地热水中稀土元素(REEs)的地球化学行为,本文旨在揭示碳酸盐岩热储内的主导性水文地球化学过程.结果表明,施甸地热水大部分富集LREEs,显示其对围岩REEs特征的继承.地热水也表现出Ce、Eu和Y异常,其中Ce负异常因继承碳酸盐岩Ce负异常或保留地热水古氧化环境特征而形成,Eu正异常源于地热水对长石类矿物的溶解,Y正异常则是地热水运移过程中其中的Ho受碳酸盐矿物优先吸附造成.PHREEQC计算表明施甸地热水中REEs的主要形态为LnCO₃⁺和Ln(CO₃)₂^-,在同一水样中,LnCO₃⁺含量随原子系数增加依次递减,而Ln(CO₃)₂^-则依次递增.此外,地热水中还存在少量Ln³⁺、LnF²⁺     

系统聚类逐步判别法对皖北矿区突水水源的分析

以Ca2+、Mg2+、K++Na+、Cl-、SO₄2-、CO₃2-、HCO₃-、pH值与TDS的测试结果为指标,对皖北矿区四含、煤系、太灰、奥灰4个主要突水含水层系统分别进行聚类分析。在此基础上,筛选出能代表各含水层水化学特征的水样进行逐步判别分析,并从中选出了SO₄2-与TDS两种标型组分,建立了皖北矿区突水水源的判别模型,该模型具有较好的判别效果。      

华北隐伏型煤矿地下水水化学演化多元统计分析

为了阐明采动影响下华北隐伏型煤矿地下水化学演化规律,选取淮北煤田任楼煤矿为研究示范,运用系统聚类与主成分分析法对任楼煤矿不同时期的四含、煤系、太灰与奥灰含水层地下水水样的常规水化学指标（K++Na+、Mg2+、Ca2+、Cl-、SO₄2-、HCO₃-与CO₃2-）开展多元统计分析,从而划分不同水化学类型,进而揭示地下水化学形成条件。研究结果表明:地下水"脱硫酸"程度揭示系统逐渐封闭,受采动影响逐渐减弱;"硬化"程度揭示系统逐渐开放,受采动影响逐渐增强;"咸化"作用贯穿于"脱硫酸"与"硬化"作用过程中。而且,地下水因受采动与"咸化"作用影响,"脱硫酸"与"硬化"作用程度表现几乎相反的变化趋势。      

喀斯特区域的水化学不稳定性——以黔中地区为例

黔中地区是岩溶作用发育的喀斯特区域.1993年秋和1994年春末采自该地区不同类型水样的水化学分析表明:碳酸盐岩裂隙泉水呈中偏碱性,为[C]Ca-Ⅱ型;秋季离子总量、HCO₃-及Ca2+浓度大于春季.裂隙泉水流经地表一定距离后,HCO₃-降低,pH及SO₄2-、Cl-、K+、Na+明显增高.黄果树的天星桥、水帘洞及落水潭三个部位河水的SO₄2-、Na+以及Fe3+、NO₃-等浓度的季节性变化也更加明显.春季因瀑布暴气,CO₂的逸出,钙华生成更强烈一些.红枫湖作为喀斯特区域地表水的汇集地,HCO₃-与SO₄2-的当量比值仅2.1～2.4;Ca2+与Mg2+比值上升为2.4～4.2,Cl-浓度较碳酸盐岩裂隙泉水增高1倍;Na+浓度增高一个数量级.说明流域内地表土层溶蚀及人为污染影响的增强.土层孔隙水属强矿化水,而湖水呈现过渡特征.碳酸盐沉淀作用、硫酸盐矿化作用及固氮氨化作用,导致水质组成的显着差异.     

酸雨对桂林枯水期岩溶地下水δ13CDIC及碳汇效应的影响

定量评价硫酸对岩溶碳汇效应的影响有助于提高岩石风化碳汇通量估算精度, 对当前全球气候变化研究意义重大.选取受酸雨影响的桂林岩溶区为研究对象, 在枯水期对研究区14个岩溶大泉和15条地下河水化学成分和碳同位素进行了测试分析, 结果表明: 岩溶大泉和地下河中阳离子以Mg2+和Ca2+为主, 阴离子以HCO₃-为主, 分别占阳离子和阴离子组成的90%以上, SO₄2-含量较低, 其含量范围为0.004~0.213mmol/L; 所占阴离子组成比例为0.12%~6.11%;δ13C_DIC、[Ca2++Mg2+]/[HCO₃-]更偏向于碳酸溶解端元, 离硫酸溶解端元距离远, 证实硫酸参与碳酸盐岩的溶解对地下水无机碳(dissolved inorganic carbon, 简称DIC)及δ13C_DIC的影响有限; 与Sr2+/Ca2+值一样, δ13C_DIC主要受径流条件控制, 其大小可以反映地下水径流条件的强弱.利用化学计量关系计算出由硫酸溶蚀碳酸盐岩的平均比例为22.64%, 产生的DIC(HCO₃-_H2SO4)占总DIC的平均比例为13.04%, 碳酸产生的DIC(HCO₃-_H2CO3)占地下水总DIC的比例为86.96%, 其中来源于土壤大气中的HCO₃-比例为43.48%.因此, 扣除硫酸对地下水中DIC的贡献后, 岩溶碳汇效应将减少13.04%.      

无机水化学离子在实验流域降雨径流过程中的响应及其示踪意义

为研究无机水化学离子在降雨径流示踪中的可能性,在实验流域实测降雨、地面径流、壤中流、地下水径流过程和流域内17个测孔的地下水过程中,施测了Na+,K+,Ca2+,Mg2+,Cl-,SO₄2-,HCO₃-+CO₃2-,NO₃-,F-,NH₄-,PO₄2-,SiO₂和pH,EC,18O的同步过程,还施测了少数土壤水水样。结果是:①在Ca2+与Cl-/SO₄2-和EC与Na+/(Na++Ca2+)的关系中以及除NO₃-,NH₄-,PO₄2-外的所有离子,都可识别出上述各种径流组分;②径流离子过程均与降雨离子过程相仿,随径流组分从地面到地下而渐趋坦化;③除个例外,离子浓度过程均以降雨为最小并从地面径流到地下水径流渐次增大;④降雨和地下水离子过程表现为径流离子过程的两端元;⑤在降雨和各径流组分中,18O过程与大部分离子过程有一定的同步性。从以上结果认为,降雨并不是流域径流离子输出的主要来源,然而却是形成它的主要控制因素。此外,有关试验结果还对应用Cl-进行地下水补给的估算方法提出了问题。     

新疆博阿断裂附近地表水和地下水的水化学和同位素特征及水质评价

新疆地区属于西北干旱地区,水资源紧缺,为了研究其地下水的水文地球化学特征及水质情况,在博阿断裂附近采集与收集温泉水、地表水和冷泉水共15个样品,进行了水化学和氢氧同位素特征分析,并进行了水质评价。结果表明,研究区地表水的水化学类型主要为SO₄-Na、Cl·SO₄-Na和HCO₃·SO₄-Ca·Na型。温泉水的水化学类型为SO₄·HCO₃-Na/HCO₃·SO₄-Na和HCO₃·Cl-Na型。冷泉水的水化学类型为SO₄·HCO₃-Mg·Ca、HCO₃-Ca、HCO₃-Mg·Ca和SO₄·HCO₃-Ca型。研究区冷泉水中Mg²⁺、Ca²⁺、HCO₃^-的主要来源是白云石、方解石和石...     

河南省永城市浅层地下水化学特征及形成机制

地下水是河南省永城市重要的供水水源,浅层地下水水质污染严重制约了该市经济发展和居民生活质量的提高.在实地调查采样分析的基础上,运用水化学图解法、数理统计法、地球化学模拟法等方法综合分析了永城市浅层地下水的水化学特征和形成机制,探讨了该市浅层地下水污染来源和主要影响因素.结果表明:随含水介质和人类活动影响强度的变化,浅层地下水中K+、Ca2+、NO₃-、Cl-、SO₄2-的浓度和COD（chemical oxygen demand）随深度增加而减少,而Na+、F-、Mg2+、HCO₃-的浓度和TDS（total dissolved solids）随深度增加而上升.在煤矿区及煤化工区浅层地下水中SO₄2-浓度大于250 mg/L,远远高于其他区域的SO₄2-浓度,而在农业区浅层地下水中NO₃-浓度大于30 mg/L,远远高于其他区域的NO₃-浓度.综合分析表明:煤矿及其化工业废水和生活污水排放、过量使用化肥农药是永城市浅层地下水污染的主要因素.      

鲜水河断裂带富硼地热水中稀土元素分布特征及其对硼来源的指示意义

高温地热系统地热水中普遍富含高浓度的硼,其来源的研究一直是地热地质学者关注的热点问题。尽管众多的学者对地热水中硼形成机理开展了广泛的研究,但富硼地热水中稀土元素的分布特征及其迁移规律能否指示热水中硼的来源尚不清楚。本研究以鲜水河断裂带富硼地热水为研究对象,通过野外调查取样、室内测试分析、水文地球化学模拟和综合研究等技术手段和方法,探究断裂带地热水中硼和稀土元素的分布特征和迁移规律。研究结果显示：鲜水河断裂带地热水中硼含量90%超过我国饮用水标准规定值0.5 mg/L(地热水中硼含量最大值为10.50 mg/L);地热水中稀土元素含量为0.08～3.49μg/L,且主要以LnCO₃⁺和Ln(CO₃)₂^-的络合物形态存在。地热水稀土元素PAAS归一化模式表现为重稀土元素相对于轻稀土元素富集((Nd/Yb)SN均值为0.41),且具有较显著的Eu(均值为0.34)和Ce(均值为0.07)正异常特征。地热水中硼和稀土元素的迁移均受到赋热含水层长英质和碳酸盐岩类矿物溶解过程的影响,且地热...     

沁水盆地南部潘庄区块废弃矿井煤层气地球化学特征及成因

为了研究废弃矿井中煤层气成因,以沁水盆地南部潘庄区块废弃矿井为例,抽采废弃矿井中煤层气并进行化学组分和同位素测试,并采集部分废弃矿井水样品测试水中离子浓度、pH值等进行研究。结果表明:潘庄区块废弃矿井中煤层气CH₄体积分数平均值为91.99%,CO₂为1.26%,N₂为6.73%;甲烷碳同位素（δ13C₁）值为-31.36‰~-33.53‰,平均-32.25‰,氢同位素（δD）值为-182.76‰~-193.20‰,平均-187.538‰。废弃矿井排采水中阴阳离子主要为Mg2+、K+、HCO₃-、Cl-、Na+、SO₄2-和NO₃-等,产出水型为Mg-（HCO₃）₂型,表明矿井水受到地表水的强烈影响。废弃矿井中煤层气主要以热成因气为主,少量次生生物气。与附近未开采煤储层相比,研究区废弃矿井中的环境更有利于次生生物气的生成。      

贵州岩溶区浅层地下水氯化物及硫酸盐环境背景值

以贵州抗旱打井找水项目2007-2015年采集的3 699件浅层地下水化学样品分析数据为依据,在分析区域地质背景和水文地质条件的基础上,对研究区地下水化学数据进行聚类分析及水文地质单元划分,运用箱型图和迭代标准差法剔除异常值,并判断各水文地质区水化学数据的分布类型,最后取剔除异常值后数据的95百分位数作为环境背景值上限阀值.研究结果表明:贵州岩溶区浅层地下水属中偏碱性,水中阳离子以Ca2+、Mg2+为主,阴离子以HCO₃-和SO₄2-为主,地下水类型主要为HCO₃-Ca·Mg和HCO₃-Ca型,区内地下水中离子的主要来源为岩石矿物的风化水解;地下水SO₄2-和Cl-分布类型以正态分布为主,对数正态分布次之,偏态分布最少,三叠系中统关岭组膏岩层及二叠系含煤地层中地下水的SO₄2-环境背景值阀值为68.71~164.32 mg/L,其他区域背景值阀值为19.42~39.05 mg/L;Cl-背景值阀值为3.45~6.65 mg/L,区域变化较小.      

新疆罗布泊富钾卤水矿床异常富集机理

罗布泊是世界上最大的单体硫酸盐型液体钾盐矿床,对于其矿床成因一直存在争议.基于大量盐泉、地下潜水及地表水的化学实测数据,从水文化学的角度探讨罗布泊富钾卤水矿床成因.结果表明,矿区富钾卤水钠氯系数为0.76～1.24,钾氯系数为38.58～60.49,主体表现为溶滤型卤水特征,指示有其他来源卤水混合参与成矿;首次在罗布泊...     

淮南煤田地下水水化学空间分布及其形成作用

为探究淮南煤田地下水的空间分布情况及各项水化学作用的强度,将淮南煤田划分为松散层较厚的北部区域与松散层较薄的南部区域,收集了两区域16个矿井主要突水含水层的水化学测试数据,综合采用离子组合法、Gibbs图、氯碱指数等方法研究了各含水层的地下水水化学特征。研究结果表明:地下水总溶解固体与松散层埋藏厚度呈正相关,其均值范围在951.92~2 667.79 mg/L。随着松散层厚度的增大,脱硫酸、浓缩结晶及阳离子交替吸附等水化学成分形成作用得到增强,使SO₄2-不断消耗形成HCO₃-,导致溶解度小的HCO₃-结合Ca2+、Mg2+析出,并最终形成以NaCl主导的高矿化度水体。该结论将为深部煤矿区水害防治、水资源利用等提供一定借鉴作用。      

六盘水矿区关键带岩溶水水化学演化特征及驱动因子

贵州六盘水矿区地表水－地下水交换频繁,是重要的生活和工、农业用水水源,为保障该地区用水安全和可持续性,以六盘水典型矿业集中开发区为研究对象,于2015年9月共采集水样33件.运用水化学、相关性分析和离子比值法等进行了综合研究,结果表明:地下水化学类型大多为Ca-HCO₃型,部分为Ca-SO₄型;地表水大多为Ca-HCO₃、Ca-SO₄型;矿井水为NaHCO₃,而酸性矿山排水为Ca-SO₄型.水体中Ca2+、Mg2+和HCO₃-呈显著正相关性,主要由碳酸盐岩溶解控制,Na+和K+主要为硅酸盐岩溶解,Cl-主要来源于城镇生活污水,NO₃-主要受农业生产影响,SO₄2-来源多样.矿业活动、城镇化和农业生产影响了水体离子组成,矿业活动还会加速碳酸盐岩的溶解,三者使水体水化学类型发生明显变化.喀斯特岩溶关键带人类活动复合影响下,矿业活动是岩溶水系统中水化学特征变化的关键驱动因子.      

典型岩溶小流域水体中硝酸盐分布特征及成因:以普定后寨河流域为例

岩溶流域水环境极易受到人为活动的影响,而硝酸盐污染是岩溶流域面临的最突出最普遍的问题之一,把握岩溶流域中硝酸盐的来源及其在不同水体中的分布特征与成因,可为岩溶流域硝酸盐污染的防治提供依据.以贵州普定后寨河流域为研究对象,于2017年5月采集地下水和地表水样品共53件,测定主要水化学参数,分析NO₃-来源,并结合区域土地利用类型,沿流动路径阐明其影响.结果表明,研究区主要阴、阳离子浓度从大到小依次为HCO₃- > SO₄2- > NO₃- > Cl-、Ca2+ > Mg2+ > Na+ > K+,水化学类型以HCO₃-Ca型为主.水体NO₃-的主要来源为化肥,有6个采样点水体明显受到硝酸盐污染,NO₃-浓度变化主要受混合过程控制,硝化作用和反硝化作用影响不明显.流域水体NO₃-浓度受土地利用方式影响明显,流经以农田或村寨为主的区域时NO₃-浓度升高,流经以林地灌木等自然植被繁茂的区域时NO₃-浓度降低.      

岩溶洞穴系统SO42-、NO3-来源及其对水岩作用的影响

为揭示洞穴系统中SO₄2-和NO₃-离子来源及其对洞穴碳酸盐溶解的影响,通过对麻黄洞6个水点自2018年8月至2019年7月进行为期一个完整水文年的系统监测,对于监测结果进行综合分析.结果表明:（1）麻黄洞洞穴水水化学类型为HCO₃-Ca·Mg以及HCO₃·SO₄-Ca·Mg型;（2）通过实地调查与元素比值法综合分析可知,麻黄洞NO₃-与SO₄2-各水点来源存在一定差异,其中麻黄洞NO₃-主要源于农业活动和大气N沉降,而SO₄2-主要以农业活动、石膏溶解为主要来源,SO₄2-和NO₃-均参与了岩溶作用,加速了基岩的溶蚀,这一过程主要受离子浓度、径流大小以及补给模式影响;（3）基于水化学计量法和稳定同位素技术估算可知,SO₄2-和NO₃-洞穴水DIC的贡献为0.05~0.61,释放DIC的同时改变了水中离子浓度,对于岩溶作用形成扰动,总体呈现出旱季>雨季、滴水>裂隙水的特征.同样,由于岩溶区的复杂和不可知,在对其进行系统研究时应当注重多种方法的结合与比较,提高研究精度与可信度.