工程地球化学：——研究的主要问题及其应用

本文对工程地球化学形式进行了分类，它们反映了由人类技术活动对地球化学环境所造成的不同类型的影响。基于已有的知识，对工程地球化学体系和过程的代表类型进行了分析。研究表明，工程地球化学的理论研究和实际应用可能集中于两大方向：（１）研究工程地球化学体系形成和发展的规律。这些体系起源于各种工农业活动与地球化学环境之间的相互作用，通常又是这些互相作用的结果；（２）发展地球化学优化方法来改善地质建造的工程性质     

焦作矿区地下水水化学特征及其地球化学模拟

为了研究焦作矿区地下水水化学演化机制,查明岩溶水的主要补给来源,为矿井突水防范提供科学依据,对研究区域地下水系统取样分析。综合应用Piper三角图示法、岩性影响分析、相关性分析、总溶解固体分析和水文地球化学过程的定量模拟技术,系统地研究地下水水化学的空间分布规律和演化趋势;建立了地下水质量平衡模型,以提供岩溶地下水化学成分演化机理的定量信息;揭示了Ca2+-Na+、Mg2+-Na+阳离子交换作用、风化溶滤作用、蒸发浓缩作用、白云石的非全等溶解是地下水质演化的主要水文化学过程,为推断矿区地下水的补给来源提供了理论依据。     

大型新生代断陷盆地的浅层地下水的脆弱性评价——以山西太原盆地为例

为开展山西太原盆地的地下水环境保护工作,在GIS平台上利用DRASTIC模型采用地下水位埋深、含水层净补给量、含水层介质、土壤介质、地形、包气带、水力传导系数7个指标评价了盆地浅层孔隙地下水的脆弱性.结果表明:太原市与介休市是盆地内地下水脆弱性最高的地区,同时也是山西省工农业最发达的地区.为解决工农业发展带来的高污染风险性与地下水环境脆弱性这一对明显的矛盾,应加强以上地区的地下水污染防治工作,在开展工作时应坚持"以预防为主,防、治结合"的原则.     

地球化学模拟及其在水文地质中的应用

从正向地球化学模拟、反向地球化学模拟和水文地球化学模拟三方面系统概述了地球化学模拟的研究进展；结合笔者近年来的科研实践，对其在水文地质中的应用作了介绍，并着重讨论了地下水化学组分存在形式、矿物饱和指数的计算、水化学组分测量及地下水地球化学演化等方面的应用；最后，指出了这一领域中当前存在的问题和今后的研究方向。     

陇东盆地泾河剖面水化学特征及其水文地球化学过程

运用piper三线图、Gibbs图、离子比例系数等方法,对水样的水化学特征及水文地球化学过程进行分析,在陇东盆地岩土风化—溶滤作用控制了水体水化学特征;阳离子交替吸附、溶滤、沉淀作用在水化学演化中占主导地位。     

江汉平原西部浅层孔隙水水文地球化学特征

为了揭示地下水由江汉平原周缘向中心径流过程中的水质演化和复杂的水文地球化学作用,以江汉平原西部地区为例,通过数理统计、水化学、同位素地球化学、离子比值关系等方法,开展了江汉平原西部边缘地带浅层孔隙地下水的水文地球化学特征研究.结果表明:平原区孔隙水以HCO3-Ca·Mg型为主,丘岗区(丘陵和岗地)主要是HCO3-Ca·Mg型,少量为HCO3·SO4-Ca·Mg型,还出现了HCO3·NO3-Ca·Mg型水,总溶解固体(total dis-solved solids,TDS)升高主要是由于碳酸盐岩的溶解;浅层孔隙水均来源于大气降水,蒸发作用对该地区孔隙水的影响较小;方解石、白云石和石膏的溶解主导研究区的水文地球化学过程,也是孔隙水中Ca2+、Mg2+的主要来源,Na+和K+的主要来源是阳离子交换吸附.     

江汉平原西部浅层孔隙水水文地球化学特征

为了揭示地下水由江汉平原周缘向中心径流过程中的水质演化和复杂的水文地球化学作用,以江汉平原西部地区为例,通过数理统计、水化学、同位素地球化学、离子比值关系等方法,开展了江汉平原西部边缘地带浅层孔隙地下水的水文地球化学特征研究。结果表明: 平原区孔隙水以HCO₃-Ca·Mg型为主,丘岗区(丘陵和岗地)主要是HCO₃-Ca·Mg型,少量为HCO₃·SO₄-Ca·Mg型,还出现了HCO₃·NO₃-Ca·Mg型水,总溶解固体(total dissolved solids,TDS)升高主要是由于碳酸盐岩的溶解; 浅层孔隙水均来源于大气降水,蒸发作用对该地区孔隙水的影响较小; 方解石、白云石和石膏的溶解主导研究区的水文地球化学过程,也是孔隙水中Ca²⁺、Mg²⁺的主要来源,Na⁺和K⁺的主要来源是阳离子交换吸附。     

三江平原富锦地区浅层地下水水化学特征及其形成作用

三江平原富锦地区是我国重要的产粮基地,农业灌溉对当地地下水水质造成了一定程度的影响,而地下水水质的变化制约着当地农业的发展及居民的饮水安全,因此对三江平原富锦地区地下水水化学特征及其形成作用进行研究具有十分重要的意义。本次研究对浅层地下水及地表水进行采样,运用Gibbs图、离子比例系数、δD和δ~(18)O同位素、克里金插值及反向地球化学模拟等方法,对三江平原富锦地区浅层地下水的水化学形成机制进行了分析。研究结果表明:地下水中TDS、NO_3-N质量浓度沿地下水流向呈递增趋势,地下水水化学类型以HCO_3-Ca和SO_4-Ca为主;硅铝酸盐以及岩盐的风化溶解是研究区地下水中离子的主要来源;溶滤作用、阳离子交替吸附作用和农业施肥、地下水开采等人类活动影响是控制地下水化学特征形成的主要作用。     

基于典型钻孔的江汉平原地下水成因分析

江汉平原地下水需求量日益增加、水质持续恶化,深入探究地下水的成因,对于地下水的合理利用与评价具有重要意义.选取江汉平原腹地YLW01钻孔和汉江附近HJ007钻孔为研究对象,钻探采集原状土柱,提取孔隙水,分析其水化学和氘氧同位素特征.研究表明:YLW01孔中深层砂性土孔隙水为咸水,TDS为1 131~4 013 mg/L,粘性土孔隙水为淡水;HJ007孔孔隙水均为淡水.YLW01孔中深层砂性土孔隙水的高SO₄2-含量（459~2 124 mg/L）,由石膏溶解形成;HJ007孔中深层孔隙水的高NO₃-含量（22~315 mg/L）,由土壤中硝化作用形成.孔隙水化学成分主要受矿物溶解和阳离子交替吸附作用影响,在长江和汉江带作用程度不同.氘氧同位素特征表明孔隙水来源于大气降水,且汉江带浅层地下水受到明显的地表水混合.江汉平原两个钻孔水化学与同位素的差异受长江和汉江影响带河湖相沉积环境、沉积物粒度及矿物组成所控制.      

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。     

渭河沉积物浸出的水文地球化学效应研究

基于渭河咸阳段（中游）和渭南段（下游）沉积物在水更新条件下的浸出实验及水文地球化学模拟,分析了浸出液中3个特征值和8个水化学组分的变化规律及5种矿物质饱和指数的变化特征.结果表明：浸出液中电导率、Eh值和pH值均随着换水量的增加呈现出波动式上升的变化趋势,电导率增加趋势中咸阳段高于渭南段,Eh值增加趋势中渭南段高于咸阳段,说明渭河下游沉积物的颗粒更细,物质还原性更强,浸出液由弱酸性逐步向弱碱性转变;浸出液的HCO₃^-、Cl^-、SO₄^2-含量均表现出随着换水量的增加呈现出先迅速增加,而后逐步减少直至趋于稳定的变化过程,且咸阳段的变化幅度明显高于渭南段,而CO₃^2-含量则呈现不断减少的趋势;Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、K⁺含量均表现出随着换水量的增加呈现出先迅速增加,而后趋于稳定的变化过程,且咸阳段的起始含量和增加幅度均高于渭南段;浸出液中无水石膏、石膏的饱和指数随换水量的增加呈现相同的变化规律,且饱和指数都小于0,咸阳段饱和指数在换水量小于22.5%时溶解能力强,换水量大于22.5%后趋于饱和并开始沉淀的特征,渭南段换水量为12.5%时饱和指数最小,换水量大于或小于12.5%后饱和指数均呈缓慢增加的趋势;方解石、白云石的饱和指数随换水量的增加也呈现相同的变化规律,且饱和指数都大于0,咸阳段在换水量小于12.5%时溶解能力较强,换水量大于12.5%后处于饱和状态并开始沉淀,渭南段在换水量小于5%时溶解能力较强,换水量大于5%后处于饱和状态并开始沉淀;NaCl饱和指数在换水量小于10%时溶解能力较强,换水量大于15%后开始沉淀.咸阳段沉积物中五种矿物质的饱和指数均要大于渭南段,说明渭河中游咸阳段沉积物在水不断更新条件下矿物质溶解能力低于下游渭南段,且沉淀能力较强、沉淀量较大.     

高砷地下水的反向地球化学模拟:以中国吉林砷中毒病区为例

饮水型砷中毒分布在中国台湾、新疆、内蒙、山西、吉林等地。笔者采用GIS的空间数据叠加技术、化验测试与环境模拟技术,进行了地下水砷的反向地球化学模拟研究。研究表明,受构造运动控制,低洼地带堆积了巨厚的粉砂淤泥质沉积物和富含有机质的湖积物,为砷的赋存提供了空间。地下水砷的富集受水中Fe、Mn、pH、Cl-、PO34-、HCO3-、SO24-、Se的影响,其中,重碳酸钙型水中砷含量最低,氯化物重碳酸钠型水砷含量最高。臭葱石(FeAsO4:2H2O)等含铁、含锰矿物在进入地下水的溶解过程中,形成铁(锰)氧化物和砷化合物(砷酸盐或亚砷酸盐)。随着Eh降低,氧化物被还原形成更为活泼的离子组分,吸附在氧化物表面的砷化合物随之解吸,还原环境有利于砷从沉积物中向水中溶解、迁移。研究结果为实施安全供水提供了重要依据。     

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。     

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。     

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。     

用水化学方法计算岩溶地下水夜里留地间：以山西延河泉域为例

本文采用水文地球化学方法，利用时间－浓度的关系，计算了山西延河泉域岩溶地下水的储留时间。通过氚同位素计算验证，其结果基本一致，并与水文地质条件相符。     

新疆吐-哈盆地地下水水文地球化学特征及形成作用

新疆吐-哈盆地水资源严重缺乏,地下水是当地主要的水资源,探讨该地区地下水水文地球化学特征对区域地下水资源开发利用与保护具有重要意义。通过运用阴阳离子Piper三线图、氢氧稳定同位素、Gibbs图以及离子相关关系分析的方法,探讨了该地区地下水化学特征及其形成作用。结果表明:吐-哈盆地地下水的补给来源主要以大气降水为主,排泄以蒸发为主;溶滤作用、蒸发浓缩作用对地下水化学组分的形成具有主导作用;沿地下水流动方向水化学类型由Cl·SO_4-Na型逐渐演变为Cl-Na型,水化学组分变化规律具有较好的一致性并且浓缩现象比较明显。     

水文地球化学模拟在地下水化学成分形成过程研究中的应用

为进一步探究和田河流域绿洲区地下水化学演化规律,采用水文地球化学模拟法定量分析该区地下水化学成分形成过程。以绿洲区1980、2014和2017年地下水化学检测数据为基础,运用PHERRQC软件建立反向水文地球化学模型对水-岩相互作用进行模拟。结果表明：浓缩作用、溶滤作用及阳离子交替吸附作用是控制绿洲区地下水化学成分形成与变化的主要作用,气候条件、地下水动力条件和地层岩性为主要影响因素。由强径流区到弱径流区,水动力条件逐渐变差,岩土溶滤作用逐渐变弱,蒸发浓缩作用不断加强,致使地下水的TDS、TH和主要离子含量逐渐升高,水化学类型以Cl·SO₄·HCO₃-Na·Ca型为主转变为以Cl-Na型、Cl·SO₄-Na型为主。弱径流区内阳离子交替吸附作用显著,改变着地下水中Na⁺和Ca²⁺含量。     

太原市深层孔隙水的水化学分带性及其地球化学模拟

太原市深层孔隙水具有明显的水化学分带性,具体表现为由山前到盆地依次分布硫酸一重碳酸型水、重碳酸一硫酸型水、重碳酸型水,且各类地下水均大体在南北向上呈条带状展布,这与补给水的水化学状况密切相关．利用地球化学模拟软件PHREEQC建立一系列地下水混合模型对深层孔隙水的水化学形成过程进行模拟,结果显示：盆地北部的深层孔隙水受到北部边山岩溶水、盆地北部浅层孔隙水、汾河水的补给,其中北部边山岩溶水是最主要的补给源;盆地西部的深层孔隙水由西部边山岩溶水与盆地西部浅层孔隙水混合而成;盆地南部的深层孔隙水则由盆地北部与西部的深层水混合而成．混合作用是控制区域水化学状况的最重要的因素．