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。     

秦皇岛洋河-戴河冲洪积平原第四系含水层海水入侵机理分析

通过对秦皇岛洋河-戴河冲积平原地区枣园水源地野外调查和不同水样的水文地球化学及多种同位素测试分析发现:1)该区海水入侵过程中的水化学作用主要是海水与粘土含量高的地层中钙质矿物阳离子的交换;2)海水入侵不是沿含水层整体向前推移,而是存在优先入侵通道(如断层和水势差较大水流方向)和局部入侵速度较快的现象;3)深层和浅层地下水水力联系较大,海水入侵已经影响到深层地下水;4)研究区地下水平均氚浓度为9.86 TU,地下水平均年龄介于17.6a～23.7 a之间,地下水流速约为2.11 m/a,整体上地下水循环路径短,径流速度快,地下水交替强烈.这些结果可为以后进一步治理海水入侵和合理利用地下水提供依据.     

唐山曹妃甸浅层地下水水化学特征及咸化成因

为了查明曹妃甸浅层地下水水化学及咸化成因,采集研究区河水、地下淡水、微咸水、咸水、卤水、雨水和海水等不同类型水样,对其水化学组成、离子比、Piper三线图、吉布斯图、氢氧同位素组成及14C测年结果进行了分析。结果表明：(1)曹妃甸浅层地下水包括全新世沉积层潜水和晚更新世沉积层微承压水,且非原始封存在地层中而是形成于全新世中晚期。(2)地下潜水向海方向分布有淡水、微咸水、咸水水质类型,微承压水以咸水和卤水为主要水质类型;近冲洪积扇前缘水化学特征主要受岩石风化作用控制,围填海区及河口处水化学特征受海水混合作用控制,滨海平原区水化学特征主要受蒸发/结晶作用控制。(3)曹妃甸浅层地下水咸化过程主要是晚更新世以来海侵海退时期形成海洋蒸发盐经大气降水和河水多期溶滤所致,其盐分来源于海水蒸发盐,河口及围填海区地下潜水盐分主要来源于现代海水入侵。     

云南会泽铅锌矿区地下水化学和同位素分析

本文通过调查和采样测试,分析云南会泽铅锌矿区地下水的水化学特征,划分其水化学类型;根据不同水文年、不同埋深δ2 H和δ18 O的变化,分析了地表水体与地下水的相互关系,认为矿区中部含水层受到地表水的入渗,地表水与深部岩溶水的混合作用加大,中部岩溶含水层水力活动范围不断扩大,相对长江流域同位素分布规律,矿区降雨中重同位素偏富,深部岩溶水有显著的埋深效应,季节效应不明显。提供了一个矿区地下水水化学和同位素研究实例,对同类研究有借鉴价值。     

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.      

河南省某大型水源地岩溶水水化学及同位素特征

河南省某岩溶水源地是该市大型供水水源地,近年来,在水源地岩溶水周边水井中检出了微量重金属,引起有关部门和水文地质工作者的高度关注。查明水源地岩溶水的补给来源、补给途径及其与上覆第四系含水层的关系,识别重金属污染风险,成为保护该水源地的重要任务。根据水源地开采井水化学及同位素取样分析结果,对水源地地下水化学组分的水文地球化学过程及补给来源进行了初步研究。研究表明,水源地岩溶水中的宏量阳离子组分主要来自碳酸盐岩中文石、方解石、白云石的溶解;水源地岩溶水的主要补给来源是北部山区的大气降水;不同水井之间水化学及同位素存在较大差异,主要是由于水井开采深度和补给过程差异造成的;水源地某些水井中Cl-离子和NO-3离子浓度较高,表明可能受到了上部第四系含水层或地表人类活动的影响,应引起有关部门的重视。     

山东莱州湾南岸典型剖面海(咸)水入侵过程的水文地球化学识别

山东莱州湾地区是我国海水入侵研究的典型地区之一,为了进一步促进对莱州湾海水入侵的认识,本次研究选择莱州湾南岸的典型剖面(昌邑-柳疃)为研究对象,系统采集了不同类型水样(河水、淡水、微咸水、咸水、卤水和海水),分析了不同水体的水化学、δ18O、δ2H、离子比及饱和度等特征。根据不同水体的水化学特征分析,判断出研究区在海(咸)水入侵过程中首先发生了混合作用,在此基础上,发生了阳离子交替吸附作用和不同程度的溶解沉淀作用。特征离子比值分析表明,咸水、微咸水是由地下淡水与卤水混合形成;剖面上咸水体的分布特征、δ18O-Cl-关系显示部分深层地下淡水也受到了卤水下移侵入影响。氢氧同位素的分布特征表明,研究区地下淡水明显来源于大气降水,第四纪古海水成因的卤水受到了蒸发及浓缩作用,"氧漂移"现象比较严重;矿物饱和度显示,研究区所有水体中盐岩均处于未饱和状态,石膏与白云石在部分地下淡水和微咸水中未达到饱和,在卤水与咸水体中处于饱和状态,方解石则在所有水体中都基本呈饱和状态。     

儋州市洋浦开发区新英湾海水入侵初步研究

随着海南国际旅游岛的建设,滨海地区的人口密度不断增高、经济高速发展,对淡水资源的需求量也越来越大。对淡水资源的过度需求导致地下水资源超量开采,使地下水水位持续大幅度下降,造成咸、淡水界面发生变化,海水向淡水含水层侵入,地下水矿化度增高,水质咸化演化为"海水入侵"[1],对当地的人民生活和经济发展造成极大的影响。本文基于模糊数学原理的模糊综合评价法,结合洋浦新英湾地区的地下水水化学特征,对该区的海水入侵程度进行初步研究。     

南通市深层地下水咸化成因探究

针对南通市深层含水层-第III承压含水层地下水咸化问题,在分析水动力场和水化学场变化特征基础上,结合地下水同位素特征分析成果,对其地下水咸化成因进行了研究。结果表明,长期大量开采深层地下水,造成了地下水位大幅下降,已形成了区域性的地下水位降落漏斗。深层含水层和上覆含水层之间出现了较大的水位差,致使上部咸水下移入侵到下部含水层,进而导致深层淡水水质咸化。     

河北省任丘市浅层地下水化学特征及形成机制

浅层地下水是任丘市重要的水资源之一,为研究其水化学特征及其形成机制,本文在实地调查取样分析化验的基础上,以水文地球化学理论为指导,借助多元数理统计的方法,从多个角度揭示了研究区浅层地下水的形成演化过程：① 通过离散分析,认为研究区各主要离子变异系数较大,说明研究区浅层地下水受人为影响明显,水化学特征复杂。 ② 通过相关分析,认为Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、以及SO2-4为研究区原始浅层地下水主要离子,而HCO-3与NO-3为外来离子且异源;③ 通过聚类分析,可将研究区浅层地下水分为A、B、C三类,其中A类处于Gibbs图中岩石风化端元,矿化度较低,为微咸水或淡水,含HCO-3和NO-3,受农业灌溉水影响;B类处于Gibbs图中岩石风化端元向蒸发浓缩端元过渡,矿化度居中,为微咸水,NO-3含量相对较高,受生活污水影响;C类地下水处于Gibbs图中蒸发浓缩端元,矿化度较高,以咸水为主,与地表水体连通性差,接近原始浅层地下水化学类型。④ 通过主成分分析,认为研究区原始地下水化学类型为SO2-4·Cl-—Na+型及SO2-4·Cl-—Na+·Ca2+型,受干旱环境下蒸发和海水入侵双重影响。     

广东硇洲岛地下水化学演化及成因机理

地下水一直是广东硇洲岛唯一的水资源,但近年来许多地区地下水咸化趋势加剧,严峻威胁着岛上居民的用水安全,研究地下水化学演化及成因机理,对预防和减缓水质变咸意义重大。本文结合区域水文地质条件、地形地貌条件及水化学资料分析了整个岛屿地下水水质状况,在此基础上采用Piper三线图研究了水化学特征,并利用PHREEQC软件对水文地球化学演化规律进行模拟研究,结果表明:(1)海水入侵是造成地下水咸化的主要原因,咸化对水质的影响主要表现为Cl-的增加,Ca2+在区分该地区不同水体时反应灵敏,是良好的识别指标之一;(2)海水入侵的过程中,过渡带前缘不存在经受长期古海水演化而成的卤水与地下淡水的混合作用,地下水中Mg2+、Ca2+与Na+之间存在着强烈的离子交换,石膏、白云石及方解石处于不饱和状态;(3)浅层地下水与深层地下水之间无明显的水力联系,属于相对独立的地下水流系统。在全球变暖,海平面上升的总趋势下,海岛地下水开发必须合理规划、严格管理,以防引发大规模海水入侵灾害的发生。     

岩溶裂隙含水层中石油类有机物的自然衰减机制

石油类有机物污染是地下水环境领域亟须解决的关键课题.本次研究耦合数值模拟和水文地球化学技术模拟岩溶裂隙含水层中石油类有机物的自然衰减过程并定量计算其自然衰减机制.基于BIOSCREEN模型的模拟计算可知,近30年对流、弥散、稀释等物理过程和生物降解过程对石油类有机物衰减贡献率的平均值分别为31.53%和68.47%,生物降解作用是岩溶裂隙含水层自然修复能力的主要机制.利用质量守恒定律分析水化学（HCO₃-、NO₃-）和同位素（δ15N_NO3、δ18O_NO3和δ13C_DIC）之间的相关关系可知石油类有机物生物降解贡献地下水HCO₃-的平均值为33.93%;石油类有机物生物降解消耗主要电子受体NO₃-贡献地下水δ13C_DIC的百分率为30.77%且其占总生物降解的90.69%.      

广西北海市海城区西段含水层海水入侵地球化学过程研究

广西北海市海城区西段地下含水层出现过海水入侵.海水入侵过程中可能发生哪些地球化学作用是人们关注的问题.本文运用绘制Piper图、理论混合线(TML)、计算离子delta值和饱和指数SI以及水文地球化学模拟等方法研究了该区含水层在海水入侵后发生的地球化学作用.通常海水入侵后地下水含水层容易发生白云岩化作用,要通过模拟计算...     

滨海岩溶地区海咸水入侵动力学系统研究

我国滨海岩溶地区岩溶系统的形成具有其独特的动力学过程。其中，既有自然环境条件下形成的岩溶特征，又有人类活动的地质效应——海咸水入侵的影响和改造。目前，海咸水入侵对滨海岩溶系统的影响和改造正在加剧，并将逐渐成为主导因素。防治滨海岩溶区海咸水入侵的根本，就是要查明咸-淡水过渡带中碳酸盐岩溶解、沉淀的动力机制。其中，混合溶蚀作用是关键。开展咸-淡水过渡带碳酸盐岩溶解、沉淀动力学的野外现场定位观测和室内动态模拟实验研究，并在查明咸-淡水过渡带碳酸盐岩溶解、沉淀动力机理的基础上，建立滨海岩溶地区碳酸盐岩溶解、沉淀系统动力学模型是十分必要和迫切的。研究各种因素综合影响下，滨海碳酸盐岩的混合溶蚀作用，将有利于查明滨海岩溶形成机理，进而为解决滨海岩溶地区海咸水入侵问题开辟一条新的途径。     

纳林河矿区深埋型煤田综合水文地球化学特征研究

为查明纳林河矿区深埋型煤田的矿井水文地球化学特征,开展了各含水层的无机水化学、环境同位素和有机水化学综合研究,结果表明:地表水体和第四系中矿化度均较低,以HCO_3和Ca离子为主,白垩系洛河组水中SO_4和Na离子浓度略有升高,侏罗系含水层中矿化度则显著增加,属于S_O4-Na型水,表明随着地下水埋深的逐渐加大,矿化度逐渐变大,主要离子成分也逐渐增加,水化学类型表现出HCO_3-Ca·Mg→HCO_3-Na→SO_4-Na的变化规律。地表水体中δ~(18)O普遍高于-8.5‰,较富集重同位素,反映地表水受到较强烈的蒸发作用影响;井下水样中δ~(18)O普遍低于-8.5‰,多表现贫重同位素,δD、δ~(18)O值均较低,为深部弱循环特征,在采矿以前为封闭条件较好的滞留型地下水。各含水层中DOM荧光光谱特征差异也非常大,地表水中以类富里酸(Ⅲ区)为主,第四系水中Ⅳ区的荧光峰强度最高,直罗组含水层中则出现了Ⅱ区和Ⅳ区荧光峰的较高值;延安组含水层中荧光强度已不明显。综上所述,开展综合水文地球化学研究,可以更好的区分矿井各含水层水化学特征,为煤矿突水水源判别提供科学依据。     

滨海岩溶地区海咸水入动力学系统研究

我国滨海岩溶地区岩溶系统的形成具有其独特的动力学过程。其中，既在自然环境条件下形成的岩溶特征，又有人类活动的地质效应－海咸水入侵的影响和改造。目前，海咸水入侵对滨海岩溶系统的影响和改造正 在加剧，并将逐渐成为主导因素。防治滨海岩溶区海咸水入侵的根本，就是要查明咸－淡水过渡带中碳酸盐岩溶解、沉淀的动力机制。其中，混合溶蚀作用是关键。开展咸－淡水过渡带碳酸盐岩溶解。沉淀动力学的野外现场定位观测和室内动态模拟实验研究，并在查明咸－淡水过渡带碳酸盐岩溶解、沉淀动力机理的基础上，建立滨海岩溶地区碳酸盐溶解、沉淀系统动力学模型是十分必要和迫切的。研究各种因素综合影响下，滨海碳酸盐岩的混合溶蚀作用，将有利于查明滨海岩溶形成机理，进而为解决滨海岩溶地区海咸水入侵问题开辟一条新的途径。     

矿区深部含水层水-岩作用的同位素与水化学示踪分析

为了有效揭示华北隐伏型煤矿区煤炭开采进程中深部含水层水-岩作用机制,本文以淮北煤田宿县-临涣矿区为研究示范,收集与采集1985～2011年期间矿区松散层第四含水层、煤系砂岩裂隙含水层、石炭系太原组岩溶含水层与奥陶系岩溶含水层深部地下水样166个,分析与测试87Sr/86Sr、34S、13C同位素以及Na++K+、Ca2+、Mg2+、HCO-3、Cl-、SO2-4、CO2-3等常规组分,并开展基于同位素与水化学的水-岩作用示踪与分析。研究成果表明:在矿区主要充水含水层中,煤系砂岩裂隙含水层脱硫酸与阳离子交替吸附作用最为显著,而松散层第四含水层、石炭系太原组岩溶含水层与奥陶系岩溶含水层黄铁矿氧化或地下水硬化最为显著;受煤炭开采影响,煤系砂岩裂隙含水层、奥陶系岩溶含水层主要水-岩作用逐渐减弱,松散层第四含水层、石炭系太原组岩溶含水层主要水-岩作用或增强、或减弱,增强或减弱的程度取决于井田基岩面标高、主要断层的展布形态与隔水性能以及煤层开采扰动范围等。     

甘肃省民勤盆地深层淡水及表层咸水成因

本文运用环境同位素及水文地球化学分析方法,探讨民勤盆地深层淡水及表层咸水的形成机理,解释地下水上成下淡的盐份分布格局,总结出深层淡水及表层咸水的水文地球化学作用。指出深层淡水仍处于不断矿化之中,但其矿化速度非常缓慢;表层成水中的盐分主要来源于地质历史时期大陆盐化作用累积于地层中的次生可溶盐成份,相对而言含水层本身的矿物蚀变溶解作用可略而不计。     

石林风景名胜区植被对土壤CO2分布的影响

混合溶蚀作用最早是由前苏联学者布涅耶夫于1912年发现。岩溶水的混合溶蚀作用包括饱和溶液的混合溶蚀、外来物质的混合溶蚀、以及温度混合溶蚀等三个方面。一般地,两种方解石浓度不等的水混合后,会降低方解石的饱和度或重新对方解石具有侵蚀性。 滨海岩溶区过渡带的水化学特征,主要是NaCl型的海水同淡水的混合,从岩溶角度来看,也可以说是方解石过饱和的海水同方解石呈平衡状态的淡水的混合——微咸水,随着发生混合溶蚀作用,在滨海岩溶区发育各种岩溶现象。滨海岩溶具有与内陆一般岩溶区所不同的发育机理,其过渡带混合溶蚀作用是控制滨海岩溶发育的最主要影响因素之一,这从实践中已经得到了证明。但对我国滨海古老碳酸盐岩岩溶区过渡带混合溶蚀作用的研究还相对较少;而且,由于混     

莱州湾沿岸寿光、莱州和龙口地下水的稳定同位素与地球化学

依据地下水咸化机理:蒸发、溶解和混合,海水入侵是地下淡水与较之更咸的海水的混合,海水和淡水的混合包括水分子的混合和溶解盐分的混合。只有溶剂水分子和溶质溶解盐分都发生了相同比例的混合,才能确定二种水体发生了混合。地下淡水变咸并不能都归因于海水入侵,也有可能源于蒸发或溶解。鉴定是否存在海水入侵可运用惰性示踪剂和反应示踪剂来共同识别。惰性示踪剂包括δD、δ~(18)O、Cl~-和Br~-,反应示踪剂包括主要化学成分和微量元素。本研究对莱州湾沿岸寿光、莱州和龙口的地下水进行了化学成分形成过程的对比研究。莱州采集样品6件,龙口10件,寿光9件。莱州和龙口的碎屑沉积物以硅酸盐矿物为主,而寿光的沉积物来源于南部鲁中南山地的碳酸盐岩。根据莱州采样点地理条件和样品的稳定同位素δD-δ~(18)O分布域确定了当地降雨入渗的多年平均值,进而明确龙口样品也源于就地降雨入渗补给,根据高程效应和当地水文情况确定寿光样品补给来自南部山区的降水,经河道排入洼地后入渗地下。Cl~--δ~(18)O关系表明盐分都来源于淡水溶解的蒸发盐,而非与海水混合。Br~-/Cl~-比值证实了蒸发盐溶解,还存在人为污染物和海侵沉积物中有机质分解的影响。从三线图可看出龙口样品经历了离子交换反应。主要成分和微量元素(HCO_3~-,H_2SiO_3,F~-,Li~+,Sr~(2+)和Ba~(2+))的含量与样品所处含水层的矿物组成有关,反映出水岩作用。所有样品都没有淡水和海水混合的现象。惰性示踪剂分析提供了区域地下水补给的框架,明确了大气水源因溶解蒸发盐而咸化,排除了淡水和海水混合的可能性。用反应示踪剂中主要化学成分和微量元素来分析水中化学成分的形成过程,在和海洋盐分输入对比基础上,二者偏差值主要源自水-岩相互作用结果,包括溶解、沉淀、离子交换等,以及局部样品的污染物输入。所以沿海地带研究地下水咸化,先要解决溶剂的混合问题,在此基础上辅以水文地球化学分析,利用水化学的多种示踪剂,主要解决溶质混合以及盐分来源问题。