矿区流域不同水体同位素时空特征及水循环指示意义

为了探究平朔矿区所在流域不同水体同位素的时空变化规律, 揭示采煤活动下区域水循环规律, 于2020年8月和12月对流域内地表水、地下水和矿井水进行采样, 测试样品的D和18O同位素组成, 并利用贝叶斯混合模型MixSIAR计算了矿井水不同来源的贡献率。结果表明: ①地表水和矿井水δD和δ18O夏季较冬季高; 地下水δD和δ18O季节差异不明显。地表水氢氧同位素值沿程呈增加趋势, 但局部受到矿井水的补给, 出现贫化; 地下水氢氧同位素值沿径流方向呈逐渐增加趋势。②采煤区氢氧同位素值较非采煤区明显增加。受季节效应影响, 在空间分布上8月浅层地下水氢氧同位素高值区域较12月明显增多。③ δ18O与δD关系图表明, 地表水在接受大气降水的补给之后受到了蒸发分馏作用的影响; 浅层地下水的补给源较复杂, 深层地下水由于采煤形成的导水裂隙带受到了浅层地下水和地表水的补给; 矿井水受地表水、浅层地下水和深层地下水的补给。④ MixSIAR模型揭示出深层地下水是矿井水的主要补给来源, 占61.60%~67.20%, 且补给比例冬季大于夏季; 浅层地下水对矿井水的补给存在明显季节差异。     

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。     

北京市平原区地下水循环特征的同位素研究

同位素技术是研究区域地下水循环规律的主要手段之一。本文对平原区地下水进行了取样分析,运用同位素技术并结合水文地质条件,研究了北京市平原区地下水循环演化规律。运用^3H和^14C的测年技术确定了地下水年龄;利用D和18^O关系曲线探讨了地下水的起源;按照是否积极参加了现代水循环的原则将第四系地下水划分为浅层水和深层水;对浅层水和深层水的更新状况进行了研究。研究表明,浅层水广泛分布于北京平原区,径流条件好,更新快;深层水主要分布于永定河、潮白河冲洪积扇下部及冲洪积平原的深部地区,补给条件相对差,与现代大气降水联系弱,径流条件差,更新慢。     

河套平原中东部地下水的环境同位素特征分析

河套平原由大厚度第四系冲湖积地层组成,地下水水平径流滞缓,以垂向水交替为主。地下水D1、8O3、H同位素特征的分析表明,地下水开发利用和引黄河水灌溉对河套平原中东部地下水循环交替的影响主要是:在没有开采井的地域,灌溉水入渗补给对地下水的影响范围和深度十分有限;在开采井周围,灌溉入渗补给的影响深度、范围和强度明显增加,影响深度取决于主要开采层位,影响范围和强度取决于开采规模。     

格尔木河流域平原区地下水同位素及水化学特征

通过对格尔木河流域天然水中H、O同位素的系统分析,根据地球水化学组分循环演化规律所对应流域不同类型水体的同位素组成的研究,结果表明流域地下水化学组分随流程增加溶滤作用增强,地下水中HCO3-逐渐减少,Cl-则增加。运用δD、δ18O和3H值建立了流域大气降水线方程,确定了山区河水非当年降水补给,河水以地下水补给为主、其次是冰雪融水和大气降水补给。山区降水δD、δ18O均值低于平原区,表明平原区降水受蒸发作用影响水中富重同位素。平原区地下水中的δD、δ18O值与河水基本一致,说明平原区地下水主要受河水出山后入渗补给。承压自流水δD和δ18O值与潜水基本一致,根据地下水的3H值确定早于潜水年龄,且随埋深增加δD、δ18O值减少的趋势,其年龄亦由新变老。     

九江地震台地下水氢氧稳定同位素变化特征及意义

在地震地下流体研究中,地下水补给及循环过程是重要的研究内容之一,氢氧同位素示踪技术是目前研究该过程的常用手段。通过对九江地震台2井地下水、大气降水及周边天花井水库水、马尾水高山泉水的样品进行氢氧同位素测定分析,结果表明,与降水相比地下水氢氧同位素变化更为稳定。夏半年,大气降水氢氧同位素与降水量呈显著的负相关关系,具有明显的降水量效应;冬半年,与温度成显著的正相关关系,具有明显的温度效应,地下水氢氧同位素并未表现出明显的降水效应和温度效应。氢氧同位素及过量氘揭示地下水在下渗补给前经历了明显的蒸发分馏作用,并与围岩进行~(18)O交换,δ~(18)O与δD计算的补给高程分别约为647m、440m。九江台地下水总体属于大气成因型,循环过程为较稳定的裂隙水补给形成承压自流井。     

北京市城近郊区地下水的环境同位素研究

应用环境同位素方法,研究北京城近郊区地下水演化规律。沿北京市永定河冲洪积扇地下水流动方向取样15组(D、18O、T、14C及全分析),对所取水样进行D、18O、T、14C分析,并确定地下水同位素年龄。运用地下水14C和T含量在垂向和水平方向变化的结果,验证了地下水的流向并计算了地下水的流速变化范围为5·02~62·63m/a,从山前至平原浅层地下水径流速度逐渐变小,反映了地下水水平径流强度逐渐减弱,地下水交替逐渐变差;浅层孔隙水以垂向交替为主,深层孔隙水以水平径流为主。对地下水D、18O之间的关系进行分析,从而判断地下水的补给来源等。     

宿南矿区地下水同位素地球化学特征及地质意义

煤矿区地下水既是重要的地下水资源,又影响煤矿安全生产。为了解宿南矿区地下水同位素化学特征,采集了宿南矿区松散层水、砂岩水和灰岩水样品进行T、D、18O、87Sr/86Sr和溶解碳酸盐岩中13C、18O等同位素测试分析,并利用传统图示等方法探讨了地下水演化年龄、同位素特征及影响因素。结果表明：矿区3个含水层地下水中T含量较低,整体反映了矿区地下水多位时间久远的亚现代水补给;地下水中D、18O受到明显围岩的影响,其组成为-68.5‰~-44.3‰和-8.78‰~-6.29‰,平均值分别为-61.15‰和-8.16‰;围岩中碳酸盐岩含量决定了13CDIC与 18ODIC的变化关系;87Sr/86Sr值为0.710 6～0.712 3,平均为0.711 2,87Sr/86Sr比值主要受到了水岩作用的影响,可以有效地识别3个不同含水层水源。     

淮北煤田太原组灰岩水年龄及同位素地球化学特征

为了解淮北煤田太原组灰岩水年龄、水化学特征及演化,采集了淮北煤田29个矿井地下水样品进行水常规、氢氧同位素及~(14)C测试。利用传统图示及统计方法探讨了地下水化学特征及演化,约束了地下水年龄及径流特征。结果表明:淮北煤田太原组灰岩水年龄在2900～21910 a之间变化,不同矿区之间灰岩水化学特征有明显差异。闸河矿区以较低的TDS浓度、最小的地下水年龄和最高的δD和δ~(18)O值为特征,为淮北煤田太原组灰岩水主要的补给区;临涣矿区孙疃矿、宿县矿区桃园矿具有较大的地下水年龄、较高的TDS浓度和低的δD和δ~(18)O值,为主要排泄区。TDS浓度等值线图和地下水年龄等值线图呈现一致的演化规律,淮北煤田东北部闸河矿区为主要补给区。太原组灰岩水径流特征主要受构造背景的控制,地下水补给条件及水岩相互作用程度决定了水体中TDS浓度和氢氧同位素富集特征。     

华北东部平原地下水垂向循环的水化学与同位素标示

在华北平原东部,选择典型地区(地调局衡水水文地质科学试验场),开展不同层位的抽水试验工作,在充分分析研究区水文地质条件的基础上,揭示在抽水试验过程中不同层位、不同时间的地下水的水化学和同位素组成,探索地下水垂向循环特征。研究表明:研究区地下水划分为三种地下水类型,随地下水埋藏深度的增加,水质逐渐变好,地下水溶解性总固体减小,硬度降低,具有垂向分带性。第Ⅰ含水组为现代水,由大气降水补给,第Ⅱ、Ⅲ含水组为现代水与古水的混合水,水力联系密切,有浅层地下水的越流补给;第Ⅳ、Ⅴ含水组为古水,水力联系不如前者密切,没有上部含水层发生越流补给;第Ⅲ、Ⅳ含水层没有水力联系。     

涞源北盆地地下水氢氧同位素特征及北海泉形成模式

拒马源泉群作为拒马河的源头,受到了较多专家和学者的关注。但这些研究多集中在地下水的水化学、水位动态、泉流量等特征上,对地下水氢氧同位素特征的分析几乎没有,且对北海泉的成因解释多为粗略的定性概述。为了说明涞源北盆地地下水的氢氧同位素特征,详细揭示北海泉的形成模式,首次系统地采集了不同含水岩组的地下水样品,测定了水样的氢氧同位素组分。结果表明:样品点δD和δ18O值均落在区域大气降水线上或附近,大气降水是研究区地下水的主要补给来源;白云岩、灰岩含水岩组高程效应较明显,径流途径长,松散含水层径流途径短,受蒸发作用较强;白云岩、灰岩含水岩组和松散含水层氘盈余d值分别为6.0‰～11.6‰、4.2‰～11.2‰、3.8‰～8.0‰,较大气降水大部分偏小,表明岩溶水和松散孔隙水经历了不同的流动过程;白云岩、灰岩含水岩组从补给区向排泄区各自流动过程中,在小西庄、香炉屯村附近断裂带发生沟通混合,然后在向盆地中心径流过程中受断层阻水上升,上升过程中又接受了松散孔隙水的补给,最后在松散岩层中出露成泉,形成北海泉。在孔隙水混入前,两者的平均补给比例大约为48.4%～57.6%和42.4%～51.6%。     

喀什平原区地下水氢氧稳定同位素分布特征及意义

为系统研究喀什平原区第四系孔隙水补、径、排条件,搞清地下水资源量和供水潜力,在充分了解水文地质条件基础上,采用对比分析方法,分析喀什平原区地下水稳定同位素(D、~(18)O)特征。研究表明,区内地下水补给主要来自大气降水,部分较低的D、~(18)O同位素组成来自山区贫重同位素冰雪融水及基岩裂隙水的补给。山前冲洪积平原潜水和冲积细土平原承压水分属不同地下水流系统。南部盖孜河地下水多来源于西昆仑高山区,细土平原区部分地下水来源于南部中低山丘陵区。研究区北部克孜勒河地下水来源于西南天山。     

山东半岛日照地区环境同位素特征研究

分析2013年3月枯水期和10月丰水期分别在荻水村、东南河村、付疃河下游所取地表水与地下水样的D、~(18)O、~(14)C同位素分析数据,揭示地表水及地下水与大气降水的补给关系。D、~(18)O分析结果显示:大气降水是地表水和地下水的最初来源,枯水期还接受冰雪融水补给;水源混合作用是水体同位素组成发生改变的主要因素。~(14)C分析结果显示:地下水和地表水仅在付疃河南岸年龄较大,且和地表水的年龄差别较大,说明傅疃河南岸地下水主要为来自上游的径流补给,补给路径较长。其它地区地表水和地下水年龄均小于200 a,表明多为现代降水补给,且循环快速。     

伊犁河支流大西沟河水与地下水转化关系研究

开展河流和地下水转换关系研究对于区域水资源合理开发利用具有重要意义。文章以大西沟河水与地下水转换关系为目标,在分析地下水动力场的基础上,通过水化学类型、溶解性总固体(TDS)、氯离子（Cl-）等水化学以及环境同位素18O、D、T等指标作为示踪剂,分析大西沟河和地下水的转换关系和转化强度。结果表明:研究区河流和地下水化学类型主要为HCO3—Ca,水化学类型空间分布特征相似;TDS和Cl-浓度表现为先增加后下降,但地下水的变化幅度大于河水。通过对大西沟河水和地下水中的水化学和环境同位素指标对比分析,发现研究区河流与地下水之间补给排泄关系具有明显的分段性;从河流出山口到下游地区,河水和地下水之间发生了三次转化关系:在山前倾斜砾质平原区以河水入渗补给地下水为主,补给量占该段潜水径流量的56%;到了细土平原区出现地下水补给河水地段,补给源为承压水越流补给潜水后的混合水体,潜水和承压水补给比例占该段河水径流量的20.4%与58.4%;风成沙漠区河水沿途渗漏补给地下水直至河流断流。本次研究结果为建立研究区水循环演化模式和水资源合理开发利用提供了理论和技术支持。     

鄂尔多斯地下水同位素组成与气候变化关系

鄂尔多斯盆地地下水中18O同位素组成与区域古气候变化关系研究有利于认识区域水循环规律,在对鄂尔多斯盆地地下水18O、14C同位素资料分析基础上,结合相关古气候变化研究成果,对比研究鄂尔多斯盆地地下水的同位素组成与古气候变化的关系,认为:①鄂尔多斯盆地地下水中稳定同位素(δ18O)含量的变化与该区古气候的变化具有良好的对应关系,特别在10 kaB.P.前后,鄂尔多斯盆地南部的古气候变化与其地下水中的δ18O含量变化十分明显;②鄂尔多斯盆地南部,10.2～11.9 kaB.P.、13.1～14.4 kaB.P.及16.2～18.9 kaB.P.三个时间段,可能由于当时古气温较低,导致地下水相对补给偏少;③古地下水的补给过程受古气候的变化影响呈现非等速补给特征.     

滇西某铁路隧道选址区地下水同位素信息及循环模式

借助于不同水源的氘、氚、氧同位素,分析隧道选址区地下水同位素和水化学特征.利用同位素混合模型,判别研究区地表水和地下水的交替关系.定性、定量分析水体补给源及补给方式.最后结合地质背景初步推论本区地下水循环模式.为指导工程提供依据.     

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。     

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...     

金华地区地下水同位素特征及更新能力研究

金华地区位于金衢盆地东段,对其地下水同位素特征及更新能力研究对于整个盆地地下水资源研究具有重要意义,通过分析研究区内稳定同位素氘(D)和氧(~(18)O)以及放射性同位素氚(~3H)和碳(~(14)C)的空间分布特征,建立了金华地区降水线方程为:δD=8.29δ~(18)O+15.9,讨论了地表水、潜水、红层地下水的环境同位素的组成特征,对潜水及红层地下水的更新能力进行了评价。结果表明,金华地区降水线方程斜率及截距均大于全球大气降水;潜水、红层地下水及地表水三者联系密切;潜水、红层地下水在接受降水的补给后经历了不同程度的蒸发作用;红层地下水D和~(18)O同位素明显向下游富集;潜水~3H值介于6.6～19.0TU,~(14)C年龄显示为现代水,因此其可更新能力较强,红层地下水放射性~(14)C年龄为3020～5360BP,可更新能力较弱,红层地下水3H值介于4.4～12.3TU,表明红层地下水中有现代水的混入,δ~(18)O随着地下水的年龄的增加而偏负。     

海河流域平原地下水同位素年龄及其水化学区域分布特征

本文从海河流域平原区第四系地下淡水同位素年龄和水化学的区域分布特征的相似性入手 ,初步探讨了地下水形成年龄与其化学组分通过水循环演化过程而建立的关联机制 ,得出地下水1 4 C校正年龄或其水化学组分的区域分布特征中蕴涵着量化描述一个地区地下水循环演化进程和水动学条件信息的新认识。