鄂尔多斯白垩系盆地地下水水-岩反应的锶同位素证据

利用鄂尔多斯白垩系盆地地下水锶同位素和水化学资料,对该区水-岩作用机制进行了分析,并采用反向水文地球化学模拟的方法对锶同位素示踪水-岩反应的分析结论进行了验证。结果表明:研究区主要发生了石膏、少量碳酸盐矿物及铝硅酸盐矿物的溶解反应,且北区地下水对石膏等硫酸盐矿物的溶滤作用强于南区,而南区地下水对铝硅酸盐矿物的溶滤作用强于北区;同时,南区碳酸盐矿物发生了溶解/沉淀的不一致性,即白云石发生溶解反应而方解石发生沉淀反应。采用锶同位素方法得出的水-岩作用结论与反向水文地球化学模拟结果相一致。     

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。     

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.     

天津市宁河北奥陶系灰岩水源地的水文地球化学模拟

天津市宁河北水源地属埋藏型地下水源地,其开采层奥陶系灰岩含水层呈北东向的向斜展布,隐伏于石炭系-二叠系砂页岩之下,并被新近系覆盖,仅在东北部与第四系含水层有水力联系,地下水的补给主要来自浅层第四系含水层的越流补给。应用水文地球化学模拟方法,研究从第四系含水层到奥陶系含水层地下水经历的水-岩作用,包括方解石、白云石、萤石和硬石膏的溶解或沉淀、二氧化碳气体的溶解或逸出等,地下水硬度、矿化度总体上有下降趋势,这是由于含Ca²⁺、Mg²⁺和HCO^-₃的矿物相发生溶解,迁入溶液的比率要小于发生沉淀迁出溶液的比率,具体表现在从第四系含水层到奥陶系含水层Ca²⁺、和HCO^-₃浓度的降低幅度较大。通过模拟计算,可以定量确定从补给区到研究区沿水流路径上的水-岩相互作用及质量交换,有助于揭示该区地下水化学环境的演化机制。     

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。      

大连大魏家水源地海水入侵过程中水文地球化学作用分析及定量模拟

大连大魏家水源地位于中国北方典型滨海岩溶地区。近年来,地下淡水不合理开采造成的地下水位降落漏斗引发了严重的海水入侵。本文以大魏家水源地海水入侵为研究对象,通过大量的水文地质调查和水化学样品测试分析,探讨了海水入侵形成的水动力条件,通过绘制Piper图、以Cl^-为天然示踪剂计算了海水和地下淡水的混合比例、实际浓度和理论浓度的对比、水化学组成特征分析等方法,探讨了该区岩溶含水层在海水入侵过程中所发生的主要水文地球化学作用,并对其进行了定量模拟,进而阐明了岩溶含水层中的海水入侵机理。研究结果表明,研究区微成水和成水并不是地下水淡水和海水简单混合而成。利用反向水文地球化学模拟揭示了控制滨海岩溶含水层中水化学演化的主要水文地球化学反应有方解石、蒙脱石和石膏的溶解作用,伊利石的沉淀作用以及Ca—Na离子交换作用,伴随着CO2的释放,石膏的溶解并没引起白云石化作用。     

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).     

人工补给对含水层水质的影响

为了研究人工补给对含水层水质的影响问题,通过反向地球化学模拟方法对大庆西部地下水水质演化规律进行了分析。结果表明,地下水化学成分主要受含水层矿物相的溶解-沉淀作用、阳离子交换吸附作用以及氧化还原作用的影响,并确定方解石、白云石、盐岩、萤石、石膏、赤铁矿、菱铁矿、软锰矿、二氧化碳、阳离子交换剂等为影响地下水化学成分的控制性（矿）物相。在此基础上,采用正向地球化学模拟方法,以大庆市西水源地下水人工补给为例,模拟了地表水进入到地下后与含水层中原有的地下水以及含水层介质发生的水-岩相互作用。模拟结果表明,注入水与含水层中的水混合后,使地下水的矿化度有所降低,且混合水中地表水所占比例越大,地下水的矿化度越低;注入水与含水层中的地下水混合后,不会导致地下水水质的突变和水质级别的降低,还可在一定程度上改善含水层水质。     

人工回灌过程中的水-岩相互作用模拟

人工回灌过程中所发生的水-岩相互作用是影响回灌层位地下水环境质量的重要因素。采用室内实验和水文地球化学模拟等技术对人工回灌过程中的水-岩相互作用机理进行了分析。研究结果表明：受混合作用影响,随着回灌水比例的增加,混合水中TDS质量浓度降低,水化学类型由Cl·HCO₃-Na型水逐渐转变为HCO₃·Cl-Na·Ca型水;受水-岩作用影响,在同一混合比例条件下,随着水-岩作用的进行,混合水中TDS质量浓度升高,各主要离子质量浓度呈现升高的趋势,但只有回灌水比例占10%时,混合水TDS质量浓度才大于原始地下水（涨幅约5%）。实验介质溶解于水的离子中,Ca²⁺、Mg²⁺和HCO^-₃主要来源于碳酸盐矿物的溶解, Na⁺主要来自岩盐的溶解。在人工回灌过程中,发生的水-岩相互作用主要包括方解石、白云石、钾长石、岩盐、CO₂的溶解和伊利石的沉淀。其中:钾长石溶解量与伊利石沉淀量、碳酸盐矿物溶解量与CO₂溶解量的相关性较强,其相关系数分别为1.00和0.78（显著性水平为0.05）;硅酸盐矿物反应量和回灌水比例之间的相关系数为0.97（显著性水平为0.01）,相关性极强;而碳酸盐矿物反应量和回灌水比例之间的相关系数为0.52（显著性水平为0.01）,相关性较弱。上述相关性分析为确定人工回灌过程中的水-岩相互作用机理、地下水中主要离子组分的来源途径以及定量分析人工回灌对含水层介质的影响提供了依据。     

广东雷州半岛玄武岩地下水水文地球化学特征及演化模拟

应用水化学分析软件和水-岩作用模拟软件对雷州半岛的水文地球化学进行了分析和路径模拟。沿东、西2个地下水径流方向从一级台地补给区至二级台地、三级台地排泄区的模拟计算结果表明,地下水可能经历了一系列复杂的水-岩作用,包括石膏、高岭石、钙蒙脱石、伊利石、绿泥石、斜辉石(或透辉石)、针铁矿、赤铁矿的溶解或沉淀及CO2气体的溶解或逸出等地球化学反应。针铁矿、赤铁矿和透辉石的溶解或沉淀量在沿东面地下水径流方向上远小于沿西面方向;针铁矿和赤铁矿只在少量水点发生溶解进入地下水,在大多数水点处于饱和状态而从地下水中析出;CO2气体在大多数取样点发生溶解进入地下水中,其溶解量较大,且随着CO2在水中浓度的变大,其饱和指数也增大,达到饱和后从水中逸出。可见水-岩作用模拟结果有助于揭示研究区地下水化学环境的演化机制。     

保德煤矿奥陶纪灰岩水水化学特征及形成机理

奥陶纪灰岩（简称奥灰）水是保德煤矿煤层开采的主要威胁水源,且为主要供水水源之一。为研究保德煤矿奥灰水水化学特征,并分析其形成机理,对保德煤矿区奥灰水进行系统取样,综合运用相关性分析、离子比例系数、饱和指数反演、氯碱指数等方法进行分析。研究结果表明:奥灰水的水质类型从径流区到滞流区呈HCO₃-Na（Na·Ca）→HCO₃·Cl-Na·Ca（Ca·Mg）→Cl-Na（Na·Ca）的变化趋势,各离子质量浓度与TDS值呈线性关系,除HCO₃-外,其余离子质量浓度均与TDS值呈正相关;阳离子交替吸附、BSR反应、溶滤沉析作用是控制矿区地下水化学环境的主要作用。根据饱和指数（SI）计算及路径模拟结果证实,径流区方解石、白云石和石膏大量溶解,滞流区出现白云石沉淀,石膏始终处于不饱和状态,趋于发生溶解。该结论可为保德煤矿深部煤炭开采水害防治与矿井水利用提供依据。      

煤矿酸性“老窑水”低Ca/Mg成因机制

山西省阳泉市山底河煤矿“老窑水”循环系统多年水质监测数据计算结果显示,煤矿酸性“老窑水”的Ca/Mg值普遍偏低,且存在Ca/Mg值随酸化程度的增强（SO₄2?含量增加或pH减小）而减小的规律。针对这一问题,结合研究区的地球化学物源条件,通过室内试验以及野外监测水样的石膏、方解石、白云石矿物饱和指数与pH变化关系,分析煤矿酸性“老窑水”低Ca/Mg值的成因机制。研究表明:区内石炭系－二叠系的煤系地层中碳酸盐岩夹层、分散状态分布的菱镁矿、黄铁矿是“老窑水”中Ca2+、Mg2+、SO₄2?的物质来源;在黄铁矿氧化水解形成的以硫酸根为主导的酸性溶液中（pH为2.0~4.5）,代表硫酸对石膏、方解石、白云石可溶解性的饱和指数排序为石膏>方解石>白云石,受石膏在高浓度硫酸活性降低并发生沉淀、方解石溶解受Ca2+同离子效应抑制和饱和状态的平衡调节的综合影响,使Ca2+相对含量减少,由于MgSO₄溶度积大于CaSO₄,故Mg2+含量未受上述约束（或较低）,脱白云岩化反应可因Ca2+含量随石膏沉淀而继续进行,加之区内有菱镁矿的溶解,使得Mg2+相对含量增加,最终出现了镁矿酸性“老窑水” Ca/Mg值低的结果。Ca/Mg值可作为煤矿酸性“老窑水”的污染特征指标,应用于环境影响评价。      

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。     

川滇高原斜坡地带峡谷区岩溶水化学特征及演化规律

岩溶地下水不仅作为重要的生活和生产用水水源,而且作为一种重要的地质营力,对于岩溶演化史具有重要影响,对其进行水化学特征分析及演化规律研究,能够为岩溶水资源及岩溶生态环境保护提供科学依据。以川滇高原斜坡地带峡谷区岩溶地下水为研究对象,结合研究区水文地质条件,对比分析了龙爪坝河岩溶水系统和洛泽河岩溶水系统内地下水化学特征。通过常规地下水化学组分、氢氧同位素分析和水文地球化学反向模拟,识别了地下水化学类型,确定了岩溶水的主要离子来源和补给特征,判别了发生的水岩相互作用过程。研究表明：岩溶地下水以大气降水为补给来源,离子源于岩石风化作用,物质来源为灰岩、白云岩夹灰岩,水岩相互作用均受方解石、白云石和石膏沉淀及溶解作用控制,且龙爪坝河岩溶水系统内矿物饱和指数趋近饱和,岩溶发育趋于停滞,而洛泽河岩溶水系统内矿物饱和指数处于不饱和或饱和的波动态,岩溶仍然发育。     

兖州煤田奥陶系灰岩地下水水化学特征及其形成机理

鲁西南兖州煤田的奥陶系灰岩地下水对煤田深部煤炭开采具有潜在的水害威胁,且为研究区的主要供水水源之一,其水化学特征及形成机理分析,可为该区深部煤炭开采水害防治和地下水资源利用提供依据。经过目的层水样的采集与测试可知,地下水水化学类型以SO_4-Ca-Mg型为主,SO_4~(2-)含量为537~2 296 mg/L,Ca~(2+)和Mg~(2+)的平均含量分别为455.7 mg/L和116.6 mg/L,TDS的范围为961~3 555 mg/L,pH值为6.9~8.0。Ca~(2+)和SO_4~(2-)随TDS的增加而增加,呈良好线性关系,推断TDS的增加主要来自Ca~(2+)和SO_4~(2-)的贡献。由饱和指数(SI)可知,地下水中的白云石和方解石均处于过饱和状态,而绝大部分的水样的石膏饱和指数均小于0,处于不饱和状态。石膏的饱和指数与地下水中TDS呈正相关关系。这些结果表明,在该含水层中地下水运移过程中不断发生水岩相互作用,主要包括石膏溶解、白云石和方解石沉淀或溶解、离子交换等反应。     

贵阳市三桥地区岩溶地下水水化学特征及其演化规律

贵阳市三桥地区岩溶地下水是贵阳市重要的生活及工农业用水水源,而贵州省岩溶系统发育异常复杂,对于岩溶水水化学及其演化特征尤其是水-岩相互作用方面的研究尚未见报道,为了保障该地区供水水质安全,以贵阳市三桥地区岩溶地下水为研究对象,通过系统的样品采集与氢氧同位素分析和水文地球化学模拟,针对岩溶地下水水化学组分的空间分布、演化特征及水-岩作用过程进行了系统的研究.研究表明:岩溶地下水水化学类型主要为HCO₃·SO₄-Ca·Mg型、HCO₃·SO₄-Ca型、HCO₃-Ca型和HCO₃-Ca·Mg型;研究区岩溶水主要来源于大气降水补给;研究区水化学特征主要受方解石、白云石、岩盐和石膏的溶解作用以及阳离子交替吸附作用控制.      

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.     

山东新巨龙煤矿区场地高TDS地下水水化学特征及成因机制

针对山东巨野新巨龙煤矿区地下水高TDS的现状,基于历史水质资料和取样测试结果,运用Piper三线图、相关性分析、氢氧同位素、Gibbs图解、离子比值与饱和指数等方法,探究其高TDS地下水水化学特征及成因。结果表明:随着建井和煤矿开采,研究区水化学环境发生改变,水化学类型不再是单一的SO₄-Na型,深层灰岩水的类型中出现SO₄·HCO₃-Na和SO₄-Ca·Mg型;研究区高TDS地下水的形成主要是因为含水层水动力条件差,高温水岩作用强,溶滤、蒸发浓缩作用明显,同时存在一定程度的反向阳离子交换作用;地下水体中白云岩和方解石表现为沉淀状态,石膏和盐岩处于溶解状态,是地下水主要成分Na+和SO₄2-的主要来源。研究成果不但为研究矿井水的构成、揭示煤矿区地下水污染及多场耦合的地下水演化过程和成因机制提供依据,还可为煤炭开采水害防治和矿井水处理利用奠定基础。