基于质点运移模型的区域地下水循环规律研究——以陇东盆地为例

地下水循环规律研究是合理开发利用地下水资源的前提。选取陇东盆地泾河段作为研究对象,通过地下水模拟技术,确定了剖面上地下水流动方向,同时将水流系统划分为3个循环系统:局部循环系统、中间循环系统、区域循环系统。得出不同水流系统循环深度及循环宽度,3个循环系统深度依次为20~160m、160~700m、700~1 000m,循环宽度为3~8km、8~34km、34~70km。根据流速分布特征,将流速范围0.01m/d、0.005~0.01m/d、0.005m/d分别划分为强径流带、中等径流带、弱径流带。并对各径流带地下水运行更新时间进行计算,得出强径流带更新时间小于4 109a,中等径流带更新时间为4 109~24 657a,弱径流带更新时间大于24 657a。     

CFCs法在鄂尔多斯白垩系地下水盆地浅层地下水年龄研究中的应用

鄂尔多斯白垩系地下水盆地是中国重要的能源基地,利用CFCS方法对鄂尔多斯白垩系地下水盆地年轻地下水年龄进行测定,取得了比较准确的结果。结果表明,盆地地下水系统可以分为局部地下水系统、中间地下水系统和区域地下水系统。地下水盆地内局部地下水系统地下水循环更替快,年龄为20 a左右,地下水年龄随深度增加而增加;中间地下水系统和区域地下水系统地下水循环更替相对较慢,年龄大于70 a,可以寻求14C等其他同位素方法确定准确年龄。     

基于二维和三维模型的盆地典型剖面流场对比

前人多在二维剖面上分析盆地地下水循环规律,基于二维剖面模型和三维模型得到的剖面地下水流场是否一致值得探究。推导了三维单元盆地和复杂盆地的水头解析解,选取了水位最高点到最低点的剖面作为典型剖面,比较了二维、三维模型得到的典型剖面流场。当潜水面起伏关于典型剖面对称时,与三维模型相比,单元盆地二维剖面模型得到的流量随深度衰减偏慢,复杂盆地二维剖面模型得到的内部驻点位置偏深。当潜水面起伏不对称时,由于存在垂直于典型剖面的流速分量,典型剖面上不存在内部驻点,滞流区仍然存在。结论加深了对地下水在三维空间循环规律的认识。     

松嫩平原地下水流动模式的环境同位素标记

采用同位素水文学方法并结合传统水文地质方法,识别松嫩平原地下水流动模式。氢氧稳定同位素和地下水年龄分布表明该区地下水流动系统流动模式呈现出局部流、中间流和区域流系统。地下水中氚分布深度指示局部水流系统为现代水循环系统,以垂向运动为主要特征,循环深度一般小于50 m,山前区可达100m以下;区域流系统存在于深部承压含水层,以侧向水平径流为主要运动特征。松辽边界附近的环境同位素特征存在明显的差别,指示天然状态下可视为零通量边界。同位素示踪剂也反映出嫩江和地下水的相互作用关系,在齐齐哈尔以北,江水补给地下水;在齐齐哈尔以南,地下水向嫩江排泄。     

鄂尔多斯白垩系盆地地下水系统研究

地下水系统研究是正确评价和合理开发利用区域地下水资源的基础,也是区域地下水资源规划的重要依据。在对鄂尔多斯盆地白垩系岩相古地理和含水介质空间展布研究的基础上,应用区域地下水动力场、水文地球化学场和深井Packer系统所获得的不同深度的水位数据以及同位素资料,将白垩系地下水流系统概括为局部水流系统、中间水流系统和区域地下水流系统3种类型。以盆地中部的白于山地表分水岭为界,划分为南北2个地下水亚系统和5个分支系统,其中南部黄土高原地下水亚系统为典型的自流水盆地,而北部沙漠高原地下水亚系统则具有潜水盆地的特征。     

鄂尔多斯白垩系盆地地下水流动系统驻点的理论与实际意义

地下水系统理论、达西定律和泰斯公式是水文地质学的三大支柱理论,地下水流动系统理论较好地刻画了盆地尺度地下水的循环特征,是指导区域地下水勘查与合理开发利用的重要工具。迄今为止,对地下水流动系统中驻点的形成机理和特征的认识一直停留在定性分析阶段,在实际的大型盆地地下水流动系统中发现并证实驻点存在的实例也不多见。以鄂尔多斯白垩系盆地北部的二号剖面为例,利用双Packer系统获取的不同深度地下水位、水化学和同位素的分层数据,采用水动力学、水化学和放射性碳同位素等综合方法,以实际资料证实并发现在大型盆地深层地下水流动系统中驻点的存在,但这个驻点并不是一个点,而是占据了一定的区域;理论研究认为驻点附近地下水的溶解性总固体较高,实际情况不一定如此,也可以是较低矿化的水,它取决于含水介质中可溶盐量的多少。该项成果进一步完善了地下水流动系统的理论,具有重要的理论与实际意义。     

氢氧同位素在地下水流系统的重分布：从高程效应到深度效应

大气降水的氢氧同位素含量具有高程效应,降水入渗后参与地下水循环,其高程效应如何受地下水流系统的影响转化为地下水氢氧同位素的深度效应？现有研究对于这个问题缺少定量认识。文章构建单向倾斜盆地和双峰波状盆地的稳态地下水循环理论模型,采用MODFLOW模拟剖面二维地下水流场、采用MT3DMS模拟重同位素分子的对流-弥散过程,得到地下水D和¹⁸O含量的空间分布,探讨了氢氧同位素高程效应在地下水流系统转化为深度效应的机理。结果表明：在单斜盆地,补给区大气降水D和¹⁸O含量的高程效应转化为排泄区地下水δD和δ¹⁸O值随埋深增大而指数型衰减的深度效应;在双峰波状盆地,当含水层渗透性相对入渗强度较大时(K₀/w=1 000),仅发育一个区域地下水流系统,在区域地下水的排泄区δD和δ¹⁸O随埋深增大呈现S形曲线分布;当含水层渗透性相对入渗强度较小时(K0/w=250),双峰波状盆地发育多个局部地下水流系统,区域地下水的排泄区δD和δ¹⁸O随埋深增大呈现S形曲线,而局部地下水排...     

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。     

青藏高原东北缘岩石圈密度与磁化强度及动力学含义

利用横贯柴达木盆地南北的格尔木—花海子剖面岩石圈二维P波速度结构以及地震波速度与介质密度之间的关系,建立了该剖面岩石圈二维密度结构与二维磁化强度的初始模型。依据重磁同源原理,在柴达木盆地重、磁异常的二重约束下完成了重磁联合反演,获得了该剖面岩石圈二维密度结构与二维磁化强度分布。结果表明:柴达木盆地地壳厚度沿测线变化较大,平均厚度约60km。在柴达木盆地南缘地壳厚约50km,达布逊湖附近地壳最厚为63km左右,大柴旦附近地壳较薄,为50km左右。柴达木盆地的地壳纵向上可分为三层,即上地壳、中地壳与下地壳。位于盆地中部的中、下地壳分别发育大范围的壳内低密度体,并处于上地幔隆起的背景之上;横向上可将盆地分成南北两个部分,分界在达布逊湖附近。整个剖面结晶基底埋深变化也很大,在达布逊湖附近为12km,在昆仑山北缘基底几乎出露地表。结晶基底的展布形态与地壳底界,即莫霍面呈近似镜像对称。综合研究认为,柴达木盆地的岩石圈结构存在着明显的南北差异,其分界在达布逊湖的北面。在盆地南部,岩石圈介质横向变化较小,各层介质分布正常;在盆地的北侧,岩石圈结构特别在中、下地壳和上地幔顶部横向上发生了变化。壳内低密度体的存在意味着柴达木盆地具有较热的岩石圈和上地幔,加之基底界面与莫霍面的镜像对称分布,形成与准噶尔盆地和塔里木盆地的构造差异。多种地球物理参数所揭示的地壳上地幔结构及其横向变化特点为柴达木盆地构造演化及青藏高原北部边界的地球动力学研究提供了岩石圈尺度的地球物理证据。     

河西走廊地下水系统数值模拟中的几个问题探讨

本文依据河西走廊地下水系统的特点，探讨数值模型中几个关键问题的处理方法，涉及含水层系统结构的概化，河流与地下水的相互作用，潜水蒸发，泉群的处理以及由断层形成的地下水瀑布模拟等问题，以酒泉盆地为例，研究了数值模型在区域下水系统演化与动态预测中的应用。     

基于环境同位素技术的张掖盆地地下水流动系统分析

研究张掖盆地的地下水流动系统,对于合理开发当地地下水资源,提高水文地质研究程度,具有重要意义。环境同位素技术已广泛应用于水文地质研究中,对于研究地下水补给来源、地下水循环等有重要帮助。2014年在张掖盆地开展了水文地质调查和研究,采取了大量不同位置、不同深度的环境同位素样品,结合前人在该地区的研究成果,进行了氘氧同位素分析,研究结果表明:(1)祁连山区水体和龙首山区水体的氘氧同位素值有明显差异,并导致下游地下水的氘氧同位素值表现出明显差异;(2)从张掖盆地地下水上游至下游,存在深部循环带,并根据同位素的分布划分了张掖盆地不同区域的地下水流动系统,得出了张掖盆地的地下水流动系统概念模型。     

大地电磁测深法在地下水勘查中的应用

V5型电磁网络采集系统是一种天然源频率域电磁观测系统,分频率分时间采集数据。具有操作轻便,效率高等特点,为查明地下水及赋存区域,了解地下水的深度,寻找地下水提供帮助。通过在陕北某地区开展剖面大地电磁测深(MT)工作,来了解地下电性分布特征,得到了清晰的二维电阻率反演模型,并结合地质资料,推断出不同地层的界面及地层的含水性,为开展该地区地下水资源评价提供了科学依据。     

盆地多级次地下水流系统盐分运移实验模拟

地下水年龄和滞留时间包含了地下水循环和演化的重要信息,被广泛用于盆地地下水循环模式的研究.使用多级次地下水流系统演示仪,实验模拟了三级水流系统模式中地下水年龄及滞留时间分布.研究发现,盆地底部、区域流线的下游、盆地滞留区最晚响应;浅部的局部水流系统稳定后的浓度值相对较低;中间水流系统相对深部的区域水流系统也较低,滞留区...     

鄂尔多斯盆地水文地质特征及地下水系统分析

鄂尔多斯盆地是我国西北地区东部的一个大型构造沉积盆地,蕴藏着丰富的矿产资源,是我国正在建设 的重要能源基地;鄂尔多斯盆地同时也是一个巨型地下水盆地,赋存相对丰富的地下水资源,将为能源基地建设提 供重要水源。鄂尔多斯盆地是由多种不同类型岩石上下叠置构成的构造沉积盆地,因此它也是一个由不同含水岩 类的多个含水层系统上下叠置构成的巨型地下水盆地。鄂尔多斯盆地总体上构成一个半开启型的地下水盆地,盆 地内不同含水层系统地下水交替循环的方式和深度不同,以寒武系-奥陶系碳酸盐岩类岩溶含水层系统和白垩系 碎屑岩类孔隙-裂隙含水层系统的交替循环深度较大(可达1200～1800m);新生界松散岩类孔隙含水层系统和 石炭系-侏罗系碎屑岩类裂隙含水层系统的交替循环深度较小(一般小于300m)。鄂尔多斯盆地实际上包含了周 边岩溶地下水、白垩系自流盆地地下水和东部黄土区地下水共3个地下水大系统。在各地下水大系统内,又可根 据各自的地质-水文地质结构特征、地下水循环条件以及和地表水系的关系等,再进一步划分成7个地下水系统 及16个地下水亚系统。文章在对鄂尔多斯盆地的地质-水文地质结构特征和地下水循环条件进行分析的基础 上,对整个盆地地下水系统进行初步分析,为盆地地下     

张性盆地构造分析模拟技术与应用

论述了张性盆地二维剖面构造分析的模拟技术的基本原理和方法,主要包括构造变形史恢复、压实恢复、剥蚀恢复、盆地伸展历史、断层滑脱深度和盆地沉降-埋藏史几方面,并用研制的模拟软件系统,以辽东湾地区的剖面为例,简述了其初步应用。     

银川平原承压水氢氧同位素组成与~(14)C年龄分布特征

利用地下水氢氧同位素(2H、3H和18O)和碳同位素(14C)方法,分析银川平原承压水的补给更新能力。在平原区采集承压水氢、氧、碳同位素样品45组,测试其氢氧同位素含量和14C年龄。据测试结果分析,地下水氢、氧、碳环境同位素分布特征存在较好的一致性,揭示了该区承压水的补给、流动的区域规律和局部变化特征。地下水14C测年结果显示,承压水年龄大多介于3000~22290 a之间,同时采用Tamers和Gonfiantinie模型对14C年龄校正进行了对比分析。沿同位素水文地质剖面计算得出:银川以北贺兰山前向平原中部地下水的流动速率为2.22~0.63 m/a,呈现由南向北递减的特征;从青铜峡冲洪积区向平原中部地下水由每年流动十余米减少至2 m。综合分析认为,银川平原承压水流动缓慢,水交替循环时间长,局部与潜水水力联系较密切,在承压水开采区,潜水越流补给量可达45%,适量开采存在一定程度的可更新性。     

盆地地下水年龄空间分布规律

地下水年龄蕴含了地下水循环与演化过程的信息,是研究盆地地下水循环规律的重要信息来源。利用实测示踪剂年龄校正地下水模型,是当前国际水文地质学研究的前沿与热点。在数值模拟计算中,地下水年龄有三种确定方法,分别是利用"活塞流"模型计算对流年龄、根据同位素浓度结合半衰期计算浓度模拟年龄和利用地下水年龄控制方程计算直接模拟年龄。利用地下水年龄控制方程计算的直接模拟年龄适合于从理论上分析盆地中的地下水年龄空间分布规律。研究发现,在各级次流动系统内,从补给区到排泄区,地下水年龄有整体上变老的趋势;盆地下游,地下水年龄在垂向上会发生突变,可作为识别不同级次流动系统的实用指标。研究还发现,驻点位置或者附近,地下水年龄存在一个偏大的峰值。这些规律可为利用地下水年龄校正盆地地下水模型提供理论指导。     

滇西陇川断陷盆地地热水化学特征及循环过程

通过对陇川盆地开展地热地质调查,查清其地热资源分布:盆地内共出露地热点11处,热储结构类型为带状型和层状型,盆地中部为层状型,两侧盆地边缘为带状型,其中北西部受断裂控制明显,南东部受节理裂隙控制明显。其储热层为变质岩及新近系芒棒组的花岗质砂砾岩、细砂岩;地热水受大气降水影响明显,循环深度都在1 600 m以上,大部分在1 800~2 400 m之间,主要来源于深部热源,通过断裂、裂隙及砂砾石孔隙作为导水、储水上涌通道,接收来自山区补给的地下水混合出露于地表,补给距离在1.5 km以上,如南宛河温泉温度最高,地下水循环深度最深,补给距离最远,达10 km;盆地北东和西部水温高,循环深度深。      

鄂尔多斯盆地地下水资源与开发利用

鄂尔多斯盆地是我国西北地区的大型构造沉积盆地,以前寒武系变质岩为基底,依次沉积了下古生界碳酸盐岩、上古生界—中生界碎屑岩和各种成因的新生界,总厚度达6000m。根据盆地的地质构造特征和水文地质条件,将鄂尔多斯盆地含水岩系划为周边寒武系—奥陶系碳酸盐岩岩溶含水层系统、白垩系碎屑岩裂隙孔隙含水层系统和盆地东部基岩裂隙水与上覆第四系松散层孔隙含水层系统。在含水层系统划分的基础上,以含水体之间是否具有统一的水力联系和稳定的水动力场和水化学场为依据,将周边岩溶水可进一步划分为10个水流系统和22个子系统,白垩系地下水划分为5个水流系统和11个子系统,石炭系—侏罗系裂隙水与上覆松散层孔隙水划分为9个地下水系统。系统论述了含水层系统特征,区域水文地球化学特征和地下水循环规律,对鄂尔多斯盆地地下水资源进行了全面评价,针对能源基地建设的供水急需,提出了地下水合理开发利用建议。     

不同地下水流系统模式渗流场和温度场的互相影响

在地热资源丰富的地区,需要研究不同地下水流系统发育模式下渗流场和温度场的互相影响.基于二维潜水盆地多源汇的数值模拟和室内砂箱实验,改变降雨入渗强度,通过砂箱底部加温研究上下边界不同温度差条件下的渗流场和温度场的变化.研究结果表明:①随着降雨入渗强度加大,地下水流速增大,地下水流系统由单一区域系统向复杂的局部+区域、局部...