黑河流域地下水同位素年龄及可更新能力研究

通过对黑河流域地下水的放射性同位素如氚(T)和¹⁴C的测定, 对该流域浅层和深层地下水的年龄以及其更新速率进行了估算. 结果表明: 整体上看, 从黑河流域的上游、中游至下游, 浅层和深层地下水年龄逐渐增加, 地下水更新速率也逐渐增大. 其中, 黑河上游浅层和深层地下水平均更新速率分别为1.96%·a^-1和1.76%·a^-1, 可更新能力最强; 中游浅层和深层地下水平均更新速率为1.25%·a^-1和0.68%·a^-1, 可更新能力次之; 下游浅层和深层地下水平均更新速率分别为0.74%·a^-1和0.18%·a^-1, 可更新能力最差. 黑河流域不同地带地下水由于循环条件的不同, 浅层和深层地下水年龄存在较大的差异. 其中, 中游山前平原补给条件较好, 浅层和深层地下水年龄较小; 中、下游远离河道地区浅层和深层地下水补给条件差, 显示了更老的年龄. 黑河流域埋深40 m以上的浅层地下水平均更新速率(1.13%·a^-1)高于埋深40~100 m之间的中层地下水(0.65%·a^-1)以及埋深100 m以下深层地下水(0.55%·a^-1). 因此, 在黑河流域地下水开发过程中要合理开发浅层地下水, 适当缩减开发深层地下水.     

运城盆地地下水同位素年龄特征及其演化过程和可持续利用

通过分析运城盆地地下水的碳同位素组成,结合水化学特征,揭示了盆地深层承压地下水的补给期为22～3 ka BP （现代碳百分比(a¹⁴C) 6~38 pmC）。浅层地下水（71~89 pmC）由现代水或现代水和老水混合组成。深层地下水氢氧同位素组成特征（δ¹⁸O~-10‰; δ²H~-70‰）表明地下老水在气候较冷的环境下受到补给,而浅层地下水的氢氧同位素组成（δ¹⁸O~-8‰; δ²H～-51‰）特征与现代西安降水组成相似。浅层地下水NO^-₃平均含量（31mg/L）比深层地下水（1.8 mg/L）高,硝酸盐的δ¹⁵N－δ¹⁸O_NO3 组成 (0‰～5‰）揭示了硝酸盐的主要来源为综合肥料。此外,浅层地下水的TDS由于蒸散发、矿物溶解,可达8.5 g/L（平均2.0 g/L）,深层地下老水TDS可达1.8 g/L（平均1.1g/L）水质相对较好。研究区目前主要开采深层地下水,受断裂带影响,浅层地下水已经侵入中深层地下水并与之发生混合,严重影响了中深层地下水的水质。如果发生大规模的浅层地下水与中深层地下水混合,会造成中深层地下老水的NO^-₃、TDS等含量越来越高。     

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...     

太原盆地地下水系统水化学特征及形成演化机制

在对太原盆地水文地质进行详细调查基础上,集成应用水化学统计、水化学模拟技术,系统研究了盆地地下水水化学类型、空间分布特征,并对其形成演化机制进行了系统分析,取得了一系列新的认识。按水质类型和分布特征,盆地浅层地下水-含水层埋深小于50 m大致分为盆地边缘地带浅层淡水、盆地中心浅层咸水和浅层高矿化硫酸盐水3种类型。高矿化硫酸盐水主要是由于接受了富含硫酸根离子的周边基岩水补给所致。盆地中深层孔隙水可分为盆地边缘中深层水、盆地中心中深层水和中深层混合水3种类型。浅层地下水存在2种形成机制,一种是高矿化Ca·Mg-SO_4^2-型岩溶水的混合补给形成,另一种高矿化水是在径流演化过程中受蒸发浓缩作用影响,使地下水矿化度不断增高而形成。自盆地边缘至中心地带,中深层地下水水化学特征具有明显的水平变化规律,在盆地中心形成2个高值区,水化学类型依次为Ca·MgHCO₃→Na·CaHCO₃·SO₄→Na·MgHCO₃·Cl→NaHCO₃。      

鄂尔多斯白垩系地下水盆地中深层地下水可更新速率

为了缓解鄂尔多斯能源基地的供水压力和为当地水资源评价、地下水合理开发利用提供依据,研究该区主要供水水源地的白垩系盆地地下水可更新能力。地下水中溶解无机碳的动力行为可以近似认为与地下水相同,因此,地下水系统中¹⁴C的输入、输出浓度可以提供地下水系统可更新能力的重要信息。利用鄂尔多斯白垩系地下水盆地中、深层地下水¹⁴C数据,以地下水更新速率为指标,通过同位素数学物理模型定量评价了盆地中、深层地下水的可更新能力。结果表明：研究区地下水可更新能力随埋藏深度的增大而减弱,中层地下水更新速率多为0.1%/a~1%/a,可更新能力较强;深层地下水更新速率绝大多数都小于0.1%/a,可更新能力较弱;盆地北区地下水可更新能力整体高于盆地南区。     

黑河流域地下水氘过量参数特征

利用δ(18O)和δ(D)资料对黑河流域的冰雪融水、地表水、地下水的氘过量参数(d值)特征的研究结果表明:①黑河流域源区祁连山区冰雪融水的d值特别偏正,为16.0‰～24.8‰;②张掖盆地细土平原浅层地下水的d值(9.0‰～12.0‰)与深层地下水的d值(16.6‰～21.8‰)表现出明显的差异性,指示着不同的补给来源,浅层地下水主要由大气补给,深层地下水反映出冰雪融水补给的特点;酒泉盆地浅层和深层地下水的d值接近(介于15.8‰～19.6‰间),主要以山区冰雪融水和基岩裂隙水补给为主;③额济纳盆地大部分浅层地下水的d值介于2.6‰～8.8‰间,受到了一定程度的蒸发作用,这是干旱地区地下水的特殊特征;④古日乃地区地下水的d值特别偏负,达-30‰左右,这种现象在全球极为罕见;⑤东居延海地区附近的深层承压水的d值(-2.4‰～-1.0‰)也表现出了一定的特殊性,表明该区地下水是在较寒冷的气候条件下形成的;⑥东居延海地表水和天鹅湖湖水的δ(18O)和δ(D)均为正,远大于了海水的氧氘值,而且d值异常偏负,达-55.2‰～ -35.8‰,这可能是极度干旱的环境下地表水过度蒸发的结果.研究揭示了流域水循环转化过程中和大气降水、冰雪融水、地表水、地下水之间的相互关系及其作用,为流域水资源管理和生态环境保护提供了有意义的信息.     

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。     

银川平原深层地下水14C年龄校正

地下水¹⁴C年龄的校正精度取决于对地下水溶解无机碳演化过程中影响地下水¹⁴C活度主要因素的准确识别及其影响程度的定量评价。以银川平原为例,在进行银川平原承压水反向地球化学反应路径模拟的基础上,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。研究认为,控制银川平原深层地下水化学演化的主要反应路径为碳酸盐矿物的沉淀和长石、角闪石、石膏等矿物的溶解以及Ca-Na离子交换。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。地下水¹⁴C年龄校正结果表明,除补给区和承压水水位漏斗区外,银川平原承压水年龄均在2 000 a以上,属“古水”,天然条件下径流缓慢、地下水更新速度小。在承压水水位漏斗区外,沿地下水流方向,地下水年龄逐渐增大;而在承压水集中开采区,承压水的年龄明显小于路径上游地下水,潜水与承压水之间的垂向水力联系比较密切。     

第二松花江流域地表水与地下水相互关系

通过野外采样和室内分析,采用稳定氢氧同位素和水化学相结合的方法,研究了第二松花江地表水和地下水的相互关系。地表水和地下水中稳定氢氧同位素（δD,δ18O）空间差异明显,上游水体中同位素最贫化,下游最富集。水化学类型从长白山源区的Na-HCO₃型,演化成Ca-Mg-HCO₃型;而在人类活动的影响下,向Ca（Mg）-Cl（SO₄）演化。运用端元法定量计算了地表水与地下水的相互转换比例,上游山区深层地下水接受江水和浅层地下水的补给,浅层地下水补给比例占50%左右;下游平原区浅层地下水补给江水,补给比例占20%左右。研究结果可为综合利用地表水和地下水、促进水资源的可持续利用提供理论基础。     

阿尔金山两侧盐湖物质来源、成钾作用及其控制因素研究

塔里木盆地东部的罗布泊盐湖和柴达木盆地西部的盐湖分别位于阿尔金山两侧,均产出有大量富钾卤水,在油气藏开采中还伴随产出富钾油田水。为探讨阿尔金山两侧盐类资源富集机制及其控制因素,综合分析了罗布泊盐湖、柴达木盆地西部盐湖以及油田水的水化学和氢氧同位素地球化学特征,发现:富钾卤水的形成除依靠地表汇入水体的蒸发浓缩作用外,罗布泊晶间水、柴达木晶间水和油田水氢氧同位素均可演化至δD=-30‰,δ¹⁸O=7.5‰左右,可能是深部流体上涌补给的结果。同时,根据⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值并结合δ¹¹B、³He/⁴He同位素特征确认了盐湖成矿与深部流体有关,且指示罗布泊盐湖更具深源特征。深部流体对于两侧盆地成盐富钾有关键性作用,罗布泊盐湖可能接受深部流体补给,柴达木盆地西部富钾盐湖卤水多数可接受油田水的补给,而少部分可能接受深部流体补给。     

张掖盆地水文地质特征与稳定同位素研究

论述了张掖盆地地下水赋存分布特征与地下水补给、径流、排泄条件,利用水化学、同位素调查的方法,重点对张掖甘州平原区地下水水化学类型及其演化过程进行了研究。结果表明：张掖盆地由源于南部祁连山和北部龙首山的水系沉积物组成,其冲洪积平原规模、含水层富水性、导水性与地下水水化学特征等方面存在差异;同时地下水稳定同住素特征分析印证了水文地质条件的差异。祁连山前沉积物与龙首山前沉积物中地下水有着不同的补给来源和径流路径。浅层地下水和龙首山前深层承压水主要补给源为大气降水和山区河流入渗补给,祁连山前深层承压地下水系统可能有冰雪融水补给。     

近海核电厂核素地下水释放通量的模型计算方法

为了定量计算陵区近海核电站排水管线泄漏情景下核素通过地下水途径向海洋环境的释放通量，以某近海核电站为例进行研究。首先，应用GOCAD软件建立三维地形地质模型，刻画地层的分布、剥蚀以及倾向等特点；然后，运用地下水数值模拟软件FEFLOW精细刻画丘陵区地下水系统的补给、径流和排泄特征；最后，以不被吸附滞留的核素³H和被吸附滞留的核素⁹⁰Sr、¹³⁷Cs为对象，通过实验测定了⁹⁰Sr、¹³⁷Cs在不同岩土介质中的分配系数，模拟计算了排水管线连续渗漏60 a后³H、⁹⁰Sr、¹³⁷Cs在地下水中的放射性分布及释放。结果表明：³H迁移速度基本与地下水流速一致，地下水中的最大放射性浓度为0.285 0 Bq/L，第20 000天时向收纳水域的释放通量达到最大值，约526 Bq/d；⁹⁰Sr吸附性能相对较弱，最大迁移距离约80 m，地下水中的最大放射性浓度为0.032 1 Bq/L；¹³⁷Cs吸附能力较强，相当长的时间内被滞留在管线附近，地下水中最大放射性浓度分别为6.840×10^-3 Bq/L，释放通量为0 Bq/d。由弥散度的不确定分析可知，弥散度越大，地下水中³H的最大放射性浓度越小，向海洋环境的释放通量越多。     

敦煌盆地地下水水化学特征及水质评价

通过对敦煌盆地38个地下水样品的采集和测试,运用描述性统计法和因子分析法对地下水的化学特征及其成因进行了分析。在此基础上,利用美国农业部(USDA)评价方法和Wilcox图解法对地下水质进行了评价。研究结果表明:敦煌盆地浅层地下水中主要阳离子为Ca~(2+)、Na~+、Mg~(2+),主要阴离子从补给区→径流区→排泄区由HCO_3~-→SO_4~(2-)→Cl~-转换;深层地下水中阳离子以Na~+、Mg~(2+)为主,阴离子主要为Cl~-、SO_4~(2-)、HCO_3~-,且三者含量较为接近;影响盆地内地下水化学特征的主要因素为蒸发浓缩作用和矿物的溶解作用;水质评价结果显示,可作为农作物灌溉用水的水样约占总水样的26.3%,分布在党河洪积扇扇顶补给区、扇中与扇缘径流区和盆地东南部细土平原径流区。     

反向地球化学模拟技术在地下水14C年龄校正中应用的进展与思考

地下水¹⁴C年龄校正一直是地下水年代学研究中的一个热点问题,将反向地球化学路径模型与同位素质量传输模型耦合起来,在综合考虑不同碳源、不同水文地球化学反应对¹⁴C质量传输影响的基础上,提出了一种新的综合性的校正方法,从而使地下水¹⁴C定年技术得到了进一步发展。识别深层地下水演化过程中影响¹⁴C浓度变化的主要因素并定量确定其对地下水¹⁴C浓度的影响程度是地下水¹⁴C校正的精度和可信度的重要考虑因素;在应用水文地球化学路径模拟技术进行地下水¹⁴C年龄校正时,必须要充分考虑地下水补给环境特点以及反向地球化学模拟模型中的非可行解的排除。     

环境同位素在北京平谷盆地山前侧向补给研究中的应用

利用地下水水化学和同位素测试分析成果,结合区域地质、水文地质条件研究了平谷北山山区侧向补给情况和中桥水源地地区第四系松散孔隙水和下伏岩溶水关系。结果表明：研究区第四系松散孔隙水和基岩岩溶地下水均来源于大气降水,地下水化学类型均为HCO₃^-—Ca²⁺·Mg²⁺型;平谷北山山前基岩岩溶水侧向补给平原区第四系松散孔隙水和下伏岩溶地下水;通过D值估算得到中桥水源地第四系浅层地下水的山区岩溶水侧向补给和垂向降水入渗补给比例为57∶43;中桥水源地基岩岩溶水接受山区岩溶水侧向补给和第四系孔隙水垂向越流补给比例为87∶13。研究成果为平谷地区地下水资源量评价和地下水动力场数值模型的建设提供了关键参数,为区域地下水的合理开采和有序回补涵养提供了科学依据。     

新疆焉耆盆地水环境氢氧同位素特征及其指示作用

根据焉耆盆地开都河水及其两岸地下水中的氢氧稳定同位素资料及氘过量参数(d)值,分析了焉耆盆地内不同水体的δ(D)、δ(18O)和d值的分布规律,并得到地下水的主要补给来源及其与开都河水的相互作用关系;地下水的δ(D)在-87.60‰～-61.82‰间,δ(18O)在-10.90‰～-9.73‰间;开都河水的δ(D)在-71.95‰～-58.58‰间,δ(18O)在-9.57‰～-8.64‰间。结果表明:焉耆盆地内地下水和地表水同源于山区的降水和冰雪融水,且经历了较强的蒸发作用;地下水与地表水之间的直接水力联系较弱,深层地下水主要接受开都河水在洪积扇区的入渗补给,浅层地下水主要接受河流引水灌溉入渗;不同深度地下水之间的水力联系较为密切,为统一的地下水系统。     

北京市平原区地下水更新能力变化的动态均衡证据

对北京市地下水更新能力的时空变化进行分析,为地下水资源管理提供依据。用地下水动态均衡法对北京市平原区地下水,尤其是开采层地下水的补给量、更新周期、更新速率和补给速率等参数做了计算,进而对地下水更新能力及其时空变化做评价和分析。研究结果表明：在自然状态下,地下水更新能力总体上自山前至平原区腹地由强变弱,但总体上更新能力较强;含水层接受外来水源补给的边界条件和赋水条件良好,降水量的多寡是影响地下水更新能力的瓶颈因素;2001－2008年的地下水平均补给速率（0.28 m/a）比1981－2000年减少了35.6%,更新能力明显减弱;近些年地下水开采强度连年大于其更新能力,导致与自然状态下相比地下水位埋深平均下降幅度已达19.73 m,含水层中地下水减少量达101×10⁸ m³。以上证据表明,在气候变化和人类活动的双重影响下,北京市未来的地下水资源可持续供水问题十分严峻。     

基于同位素技术的珲春盆地浅层地下水可更新能力研究

利用~3H的示踪作用对珲春盆地浅层地下水更新速率进行计算,为该地区制定地下水开发利用模式和水资源环境承载力研究提供科学依据。结果表明:总体上,珲春盆地大部分地区浅层地下水更新速率大于8%/a,可更新能力较强。珲春盆地东北部平安村、新华村、马新村和东部的红星村、电线村、东兴村等山前地区以及八一村、八二村等地浅层地下水更新速率大于10%/a,可更新能力较强;七户洞村、八棵树村、永丰村、立新村、新农村、柳亭村等地浅层地下水更新速率为8%/a~10%/a,可更新能力减弱;八家子村、西崴子村、孟岭村等珲春河下游地区浅层地下水更新速率小于8%/a,可更新能力最弱。更新速率为大于10%/a、8%/a~10%/a、小于8%/a的地下水分布面积占珲春盆地总面积的比例分别为67%、26%、7%。     

宁南清水河盆地地下水循环特征与苦咸水成因

奉义以宁南清水河断陷盆地为例，研究西北干旱区储水盆地水循环特征与苦咸水成因机制。通过环境同位素特征分析，水化学模拟计算以及水文地质控制因素分析，阐明研究区地下水主要由大气降水补给形成，地表水难以形成持续性补给源；清水河平原地下水从形成上划分为：浅层现代水、深层古水、混合水。现状开采条件下，浅层现代水与深层占水的定量转化关系为山前洪积扇地下水7．6：2．4，平原下游地下水3，2：6．8，平原丰要开采区地下水5．2：4．8～6．6：3．4；山前洪积扇和冲积平原浅层地下水循环时间为7－28年，下游平原深层地下水循环时间为300年以上，上游冲积平原中深层地下水，总体上介于以上二者之间。各主要开采区，可更新能力在人工开采条件下明显增强，时间为60～75年；研究区苦咸水主要是地下水溶解了含水层介质中大昔的膏盐，矿化度增高所致。     

柴北缘大柴旦地区地下热水成因：来自水化学及氢、氧、锶同位素的约束

为探究柴达木盆地北缘的大柴旦地热田的水化学特征及成因模式,本文对研究区14组地下热水进行了水化学组分和同位素(δD,δ¹⁸O,⁸⁷Sr/⁸⁶Sr,³H)分析。结果表明,大柴旦地下热水出露温度为52～74℃,溶解性总固体浓度(TDS)为959.8～1451.3 mg/L。地下热水的水化学类型为Cl-Na型,区内地下热水的水化学成分主要来源于蒸发岩和硅酸盐矿物的溶解;氢、氧稳定同位素特征表明,大气降水及冰雪融水是地下热水主要补给来源,且部分温泉有岩浆水的补给,估算的补给高程为3591～4374 m。³H测年结果表明,区内地下热水主要由1952年之前的古水补给、蒸发作用和水-岩反应增强导致。XSWQ-06和XSWQ-07样品有明显的氧漂移。基于SiO₂地热温标、多矿物平衡法和硅焓模型估算出的地下热水的热储温度为171～227℃,循环深度为4.7～6.9 km。该地区地热资源具有较大的开发利用潜力。