河北平原地下水化学环境演化的地球化学模拟

应用水文地球化学模拟方法,研究了河北平原地下水化学环境在人类活动影响下的演化问题,即山前地区地下水硬度、总溶解固体升高及中、东部地区咸淡水混合问题,定量确定了不同时期沿水流路径上及咸淡水混合过程中的水-岩相互作用及质量交换,从而揭示了地下水化学环境的演化机制.     

典型草原露天煤矿区地下水-湖泊系统演化

由于气候干旱、大量疏排地下水导致草原露天煤矿区普遍存在着水文循环失调、土壤沙化、草地退化等环境地质问题.本研究以呼伦贝尔草原伊敏露天煤矿为研究对象,在对矿区地下水湖泊系统调查分析的基础上,结合水文、气象及遥感影像等数据,应用水均衡原理构建矿区地下水位湖泊面积响应机制的数学模型,并利用此模型预测分析矿区开发对伊敏盆地内湖泊面积的影响.结果表明:煤矿开采35年来,伊敏盆地湖群数量由开采前(1982年)的5个变为如今(2017年)的2个,湖泊总面积由原来的6.94 km 2萎缩到1.12 km 2;矿区地下水湖泊关系由自然状态下的地下水补给湖泊型向湖泊补给地下水型演化;本文建立的地下水湖泊耦合数学模型可较好地对湖泊面积进行预测,在气候因素波动不大、矿山开发稳定的状况下,该矿闭矿时(2045年)研究区湖泊面积将萎缩至0.56 km^2.     

查清“家底”保护地下水资源——访中国地质环境监测院副院长田廷山

正地下水是"看不见的水源地"。我国600多个城市中有400多个都是以地下水为饮用水源。中国地质调查局专家曾提到,全国90%的地下水遭受了不同程度的污染,其中60%污染严重。我国的地下水污染形势不容乐观,但是每个地方的具体污染情况如何,却很难说清。因此需要开展地下水监测工作,摸清"家底",才能对地下水污染的形成、演化、发展趋势作出较为全面、客观、准确的评判。9月30日国土资源部发布通知公告对其     

古水文地球化学形迹与地浸砂岩铀成矿的关系

本文以水成铀矿床、地质构造学、沉积学、古水文地质学、铀水文地球化学、同位素地质学等学科理论,从分析伊犁盆地南缘铀成矿大地构造背景人手,初步进行了盆地地质构造、地质演化、含矿岩系沉积特征、地下水中同位素（D、^18O、^3H、^234U／^238U、^230Th／^232Th等）和水文地球化学的研究,基本查明了伊犁盆地南缘区域地下水动力条件,研究了区域水文地球化学条件与铀成矿的关系,探讨古地下水演化与铀成矿作用的关系,为全盲型地浸砂岩铀成矿的水文地球化学及古水文地质预测研究提供理论基础。     

基于环境同位素技术的怀沙河流域地表水和地下水转化关系研究

地表水和地下水是流域水循环的重要组成部分, 流域内地表水和地下水之间的相互作用历来是流域水循环研究的关键环节. 环境同位素和水化学作为水循环研究中的示踪剂, 可以有效地揭示流域内地表水和地下水之间的转化关系. 在对位于北京市怀柔区的怀沙河流域进行现场调查并对泉水、河水和井水采样进行氢氧稳定同位素和水化学组成测定的基础上, 分析了流域内沿河道不同部位的泉水、河水和井水的氢氧稳定同位素和水化学组成的空间分布规律和演化趋势. 依据泉水出露的高程和氧同位素含量之间的关系, 揭示出泉水的氧同位素高程效应, 为推断泉水的补给来源提供了理论依据; 运用氯离子质量平衡方法, 估计了流域内年平均地下水补给率. 根据地下水补给来源, 联系流域内水文地质状况和现场调查结果, 以及对比怀沙河流域和密云水库以上的潮白河流域20世纪60~90年代同期降雨径流系数, 初步推断出流域内相当一部分地下水来源于流域之外高程较高的区域, 流域为非封闭流域. 在综合分析的基础上, 结合氢氧稳定同位素和水化学组成及流域内地形地质和水系特征, 分析了流域内不同部位地表径流和地下径流对河川径流的相对贡献, 并揭示了地表水和地下水之间的补给-排泄相互转化关系.     

乌伦古湖水体矿化度和氟化物浓度的年际变化及模拟

为研究乌伦古湖矿化度和氟化物浓度与各水量因子间的定量关系,本研究以水量平衡和物质平衡为基础,把影响湖水水质的原因分为降雨、蒸发、河流补给、地下水补给以及地下水流出5个水量因子,定量分析湖水矿化度和氟化物浓度与各水量因子之间的关系,并且预测了湖水矿化度和氟化物浓度的动态变化.结果表明,地下水输出流量决定了湖水中矿化度和氟化物浓度,地下水输出流量越大,湖水中的矿化度和氟化物浓度越小.2010年至今乌伦古湖水位的升高导致了地下水输出流量增大,乌伦古湖内的矿化度和氟化物浓度均呈缓慢下降趋势,模型预测新的稳态下湖水中矿化度为1.68 g/L,氟化物浓度为1.70 mg/L,在地下水输出流量不变的情况下达到新的稳态所需时间大约为50 a.     

鄱阳湖洪泛区碟形湖湿地系统地表—地下水交互作用

洪泛系统具有复杂动态的水文环境,在季节性洪水脉冲影响下,地表-地下水交互转化对洪泛区水循环和生态环境保护等方面具有重要意义.本文采用野外试验、统计分析和达西定律等研究方法,开展了鄱阳湖洪泛区碟形湖湿地系统(河流-洲滩湿地-碟形湖)地表-地下水文学特征、相互作用和交换通量研究.数据资料显示,在地形地貌影响下,研究区洲滩地下水位明显低于碟形湖水位,但总体上略高于周边河流水位,统计结果进一步表明,在控制洪泛湿地的地下水动态方面,河流水文情势变化对地下水的影响作用要强于碟形湖水文变化.就河流-地下水转化关系而言,研究区湿地系统的地下水与周边河流水体之间存在动态转化关系,地下水对河流的补给通量以及河流对地下水的补给通量分别约为0.4和0.2 m/d.就湖泊-地下水转化关系而言,碟形湖一般来说补给周边滩地的地下水系统,但两者之间的交换通量基本小于0.1 m/d.在年尺度上,研究区地表-地下水之间的累积交换通量变化约介于7.5~48.2 m/a,其中河流-地下水的累积交换通量约是碟形湖-地下水的4~7倍,且秋、冬季的累积交换通量要明显大于春、夏季.本文研究结果可为洪泛区河湖系统的水资源联合管理、水环境整治和生态环境保护等方面提供科学支撑.     

鄱阳湖典型洪泛区地下水数值模拟研究

受地表河湖系统水情变化干扰,高度动态和异质性的洪泛区地下水文对河湖水资源、水污染以及生态环境功能等方面具有重要影响和贡献。鄱阳湖洪泛区湿地在长江中下游具有重要区位优势和研究特色,但变化环境下其水动力特征和水量交换情况等仍存在许多不确定性。本文以鄱阳湖典型洪泛区为研究区,采用地下水流二维数值模型,开展了洪泛区地表地下水转化作用与水量变化的模拟研究。结果表明,鄱阳湖季节性水位变化很大程度上决定了主湖区与周边地下水之间的动态补排模式,即洪泛区地下水补给湖泊主要发生在枯水和退水时期,而湖泊补给地下水主要发生在涨水和高洪水位时期。一般情况下,整个洪泛区地下水位与湖水位的年内变化态势基本一致,主湖区附近的地下水位年内变幅较大,而大部分洪泛区的地下水位变幅相对较小。北部地下水流速明显大于南部,主湖区附近地下水流速明显大于洪泛区,地下水流速基本小于1～2 m/d。水均衡分析发现,洪泛区地下水系统以接受降雨输入（52%）和主湖区补给（39%）为主,以地下水蒸发输出（72%）和向湖排泄（24%）为主,但补给主要发生在春、夏季,而排泄则发生在秋、冬季。地形地貌对洪泛区地下水位分布以及流速场演化具有主控作用,...     

巴丹吉林沙漠沙山表层径流的发现及其指示意义

在全球高差最大的巴丹吉林沙漠发现了沙山斜坡上的表层径流物理沉积及化学沉积、沙山洼地罕见的地表超渗径流和沙山底部泉水溪流.根据电镜观察、能谱分析、入渗实验、含水量测定和粒度分析等资料,研究了表层径流化学沉积物的矿物和化学组成、物理沉积物的粒度组成、沙山区水分平衡、大气降水对地下水与湖水的补给条件和补给机制.超渗径流与表层径流的存在表明,该区存在能够为地下水提供补给来源的较强有效降雨过程.各种表层径流物理沉积与化学沉积、泉水溪流、超渗径流与含量为3~6%的重力水等8项科学证据十分可靠地从深层次上证明,该区降水通过入渗达到了沙山的底部,已经对地下水构成了补给.新生方解石和石膏等径流化学沉积物和灰黑色物理沉积物以及径流沉积扇形地演化的阶段性均指示该区大气降水对地下水的补给不是偶然的降水事件造成的,具有长期补给性.细粒层的隔水性是该区地下径流出露于地表的原因.沙山区具有一定有效降水能够提供水分补给源、沙层的高入渗率能够将大气降水快速转化沙层水、植被稀少蒸腾量少、沙层受蒸发影响深度小降低了蒸发对水分的消耗、沙层含有运移较快的重力水是该区水分出现正平衡和大气降水能够补给地下水的5个因素,这5个因素的共同作用构成了该区大气降水向地下水的补给机制,为地下水和湖泊提供了水分补给来源.本文对国内外沙漠区水循环、地下水补给条件、补给动力和补给机制的研究具有重要参考意义.     

平顶山矿区岩溶水水文地球化学模拟及其应用

根据寒武系灰岩岩溶水氚值的分布特征 ,分析了该岩溶水的运动特征 ,并据以将该区主要断层———锅底山断层划分为透水段 (南段、北段 )和不透水段 (中段 ) .确定了岩溶水水流方向和水文地球化学模拟路径 .对岩溶水进行了组分分布模拟和质量平衡模拟 ,并根据模拟结果讨论了不同温标在本区的适用性、岩溶发育状况和地下水化学成分的形成和演化 .     

四川盆地震旦系-下古生界烃源岩热演化模式及主控因素

烃源岩热演化是含油气盆地烃源岩评价的基本内容之一,也是油气动态成藏研究的基础.通过系统分析地层沉积样式,结合盆地热史恢复结果,应用Easy%Ro化学动力学模型,模拟了四川盆地86口代表性钻井和200余口人工井点震旦系-下古生界烃源岩热演化史.结果表明,在盆地不同构造单元,下寒武统和下志留统烃源岩热演化特征存在明显差异,并据此建立了四种热演化模式:①加里东期成熟,早晚二叠世期间快速演化定型,以川南地区下寒武统烃源岩为代表;②加里东期未熟,早晚二叠世期间一次快速演化定型,以川西南下寒武统和川南下志留统烃源岩为代表;③加里东期成熟,晚海西-燕山期再次增熟,以川东、川北地区下寒武统烃源岩为代表;④加里东期未熟,晚海西-燕山期持续增熟,以川中地区下寒武统和川东、川北下志留统烃源岩为代表.通过对比研究沉积速率、热流和增温速率之间的耦合关系,剖析了四川盆地震旦系-下古生界烃源岩热演化的控制因素,即川西南和川南局部地区主要受控于早晚二叠世期间峨眉山地幔柱和玄武岩的异常热效应,而盆地其它地区则受沉积地层埋深增热和盆地热流演化的共同作用,其中沉积地层埋深增热对烃源岩增温效应更加显著.     

准噶尔盆地热流及地温场特征

利用准噶尔盆地 1 96口井的温度资料及 90块岩石样品热导率的测定 ,计算了 35个大地热流数据 ,编制了盆地不同深度现今地温等值线图 .研究结果表明 ,准噶尔盆地现今为低地温、低大地热流的冷盆 ,盆地的现今地温梯度平均为 2 1 2℃ /km ,大地热流密度平均为42 3mW/m2 .热流的分布表现为隆起高、坳陷低的特征 .影响地温场的主要因素包括盆地的深部结构、盆地演化、盆地基底构造形态、地下水活动和沉积层的放射性生热等 .     

地下水遥感模糊评估指数的构建与研究

为提高地下水定量遥感的评估精度,完善评估内容,扩大评估模型的适用范围,本文从水文地质的角度出发对地下水赋存空间、补给条件和地表指示进行研究,确定以地层岩性、断裂密度、地形坡度、地貌类型、汇流累积量、地表温度、土壤湿度作为地下水富集性评估的7个指标.选择具有代表性和典型性的丹东为研究区,利用ALOS、SPOT、TM和DEM数据对7个指标进行提取和解译,通过分析各指标对地下水富集性的影响特性,首次建立模糊隶属度函数对各指标进行模糊评判.利用层次分析法分别计算孔隙型地下水和裂隙型地下水各指标的权重,采用加权合成算法首次建立了地下水遥感模糊评估指数GRSFAI.研究区实地调查的钻井和泉眼数据表明:GRSFAI与孔隙水出水量的决定系数为0.82,与裂隙水出水量的决定系数为0.57.依据研究区GRSFAI的分布特点对地下水富集性进行评估分级,分级结果与实际情况一致,与地下水分布规律相符.分析认为:GRSFAI能准确反映地下水富集程度,评估结果可靠,具有良好的适用性和推广应用能力.     

基于GRACE的空间约束方法监测华北平原地下水储量变化

华北平原作为我国重要的工农业基地和政治经济中心,面临着严重的水资源危机.因此,开展对华北平原地下水储量变化的监测工作具有重要现实意义与科学价值.本文基于GRACE重力卫星的空间约束方法,研究了华北平原地下水储量变化的时空分布规律,并与地面水井实测与地下水模型结果进行了综合比较和分析.结果表明:2002-2014年,华北平原地下水存在明显的长期亏损,GRACE估计的亏损速率为-7.4±0.9 km~3·a~(-1),而地面水井资料估计的浅层地下水亏损速率为-1.2 km~3·a~1,对比两者之间的差异可以发现,华北平原的地下水亏损以深层地下水为主.2002-2008年,GRACE估计的华北平原地下水亏损速率为-5.3±2.2 km~3·a~(-1),这与华北平原两个地下水模型得到的平均亏损速率-5.4 km~3·a~(-1)十分吻合.通过华北平原区域地下水模型的独立验证,说明GRACE可以有效评估华北平原的地下水储量变化趋势.除了长期亏损的趋势项之外,华北平原地下水还存在明显的年际变化特征,并与该地区年降雨量变化特征一致.在降雨偏少的2002年、2005-2009年和2014年,华北平原地下水储量显著减少.在空间分布上,GRACE结果表明,华北平原的地下水储量减少主要发生在山前平原和中部平原区,这也与水井实测资料和区域地下水模型结果较为吻合.与GRACE和区域地下水模型相比,目前的全球水文模型仍无法准确估计华北平原地下水变化的空间分布和亏损速率.上述研究表明,GRACE提供了评估华北平原地下水储量变化的重要监测手段.     

地下水在地震前兆应力场演化过程中的作用

采用应力场与渗流场耦合的三维数值模拟方法,通过干模型和湿模型的对比,研究了地下水在地震前兆应力场演化过程中的作用。研究结果表明, 地下水的存在,不单增加了前兆应力场时空演化的流变性,并促使应力向断裂带聚集,而且还增加了震前的破裂水平。尤其是在短临阶段,这种作用更加显著, 但随深度的增加,地下水对应力场分布的影响作用逐渐减小。     

阿尔金山东段山间盆地地下水资源分布特征研究

本文针对阿尔金山东段山间盆地独立水文单元第四系松散沉积层地下水的赋存位置与空间分布规律展开研究.在区域范围内首先采用遥感影像数据划分区域构造与水文地质单元;然后按地质规律设计10条音频大地电磁测深剖面,其中长剖面4条,分别是沿地下水径流方向1条,垂直径流方向上、中、下游剖面3条,最后综合长剖面纵横向地电特征和区域水文地质条件,推测地下水补给来源、地下运移通道、富集区、排泄区和第四系沉积中心及其形态.经钻孔资料验证,本次工作查明了地下水开发利用资源区与重点区域,为下一步工作与规划提供了科学依据.     

黄河某水电站顺层岩质滑坡形成机理与演化过程

黄河上某水电站坝后存在一大型顺层岩质滑坡.钻探、平硐、槽探和现场勘查勘察资料表明该滑坡具有平面分区和剖面分层的显著特征.运用地质环境系统全过程动态演化的观点,采用力学理论、物理模型、数值模拟等方法,分析了滑坡的形成机理和演化机制:该滑坡是在河流冲刷和地震活动等内外综合作用下因层状岩质斜坡岩体层间错动和溃屈基而形成,其演化具有明显时间和空间差异性的多次滑动.在此基础上采用多种极限平衡计算方法综合评价滑坡各区、各级在天然状态下的稳定状态,并结合滑坡所处的地质环境及其演化特征预测滑坡在雾雨、地震以及二者耦合作用下的演化趋势.     

依兰—舒兰断裂带延寿县区段水化学特征

1 研究背景 长期地震监测和研究表明,在中、强地震发生前数天至数月、地震发生时和地震发生以后数天到数月,常在震中区与远离震中的地区出现水化组分异常.随着质谱仪技术的不断完善,精确测定水样中稳定同位素含量成为可能,稳定同位素在现代水文学研究中得到广泛应用.应用氢氧稳定同位素示踪技术,开展有关地下水的补给来源、地下热水的循环深度、水岩反应等研究,对地震孕育、发生过程中地下水异常信息的科学评估、地震活动性强度判定及在地震前兆异常与孕震介质演化研究等方面具有广泛的应用价值.如钟俊等(2018)利用氢氧同位素组成及气体组分和碳同位素组成等地球化学数据,分析了河南太康县群井异常现象.     

长江下游沿江升金湖河湖过渡带地下水来源及水质影响因素分析

为探究河湖过渡带地下水来源及其水质影响因素,本文分析了不同水体氢氧同位素的分布特征,确定地下水的补给来源,而后采用贝叶斯混合模型(MixSIAR)定量解析不同补给源对地下水的贡献率,并计算混合水源对地下水酸碱度(pH)、电导率(Cond)和总溶解固体(TDS)的贡献量,探究水源混合对地下水水质的影响.研究发现:近长江和湖岸的地下水同位素特征与长江水、湖水接近,其水力联系密切,而中部地下水同位素特征与河水接近,受河水补给明显;河水对地下水的贡献率最大,约为47%,降水贡献率约为20%,湖水和长江水的贡献率分别约为16%和17%;混合水源对pH的贡献率接近100%,对Cond的贡献率约为70%,而对TDS的贡献率很小.此外,生活污水、农业污染等外源输入也会导致地下水pH下降,Cond和TDS明显升高.     

裂谷盆地构造-热演化模拟中几个问题的讨论

裂谷盆地的构造-热演化模拟是在岩石圈尺度计算裂谷盆地形成演化过程中的热历史和沉降史.拉张模型实现了构造和热的完美结合,在描述裂谷盆地沉降和热流演化方面取得了很大的成功.本文使用二维运动学模型,通过有限元方法,在拉格朗日坐标系下进行拉张背景下的构造热演化模拟,探讨了拉张模型中初始地壳、岩石圈厚度、软流圈对流、模型上边界对构造热演化的影响,以及载水和载沉积物两种情况下盆地侧翼抬升的差异.