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,滞留区盐分积累,浓度值相对较大。盆地内部所有监测点的地下水年龄分布曲线都为单峰,区域水流系统的循环时间大于中间水流系统以及局部水流系统。在排泄区监测的滞留时间分布显示不同级次补给会产生早、中、晚峰,并且峰值与地下水流系统的级次性完全对应,可以通过排泄区的峰值判断地下水是从局部、中间或区域水流系统补给而来,以此判断污染物的来源。本研究成果对于地下水的循环演化和地下水流系统理论的完善具有一定的意义。     

关中盆地地下热水环境同位素分布及其水文地质意义

通过对关中盆地地下热水^2H、^18O、^13C、^14C、^34S分布特征的研究,阐述了关中盆地腹部与其周边地区地下热水环境同位素异同现象及其水文地质意义,论证了关中盆地地下热水的补给循环及其赋存环境特征。研究表明：关中盆地地下热水中环境同位素δ（^18O）、δ（D）、δ（^13C）、δ（^14C）、δ（^34S）的分布除δ（D）外均呈现中部富集、周边贫化趋势,指示关中盆地腹部咸阳及西安城区1500m以下地下热水赋存环境相对封闭;地下热水滞留时间较长,以碳酸盐矿物溶解为主的水岩反应强烈,热储层中碳酸盐溶解对地热水中的HCO3^-、δ（^18O）、δ（^13C）随深度增加趋势有明显贡献,δ（D）在盆地中部的贫化指示地下热水补给时的温度偏低,根据补给高程计算,西安、咸阳城区地下热水分别为秦岭和北山末次冰期雪水补给。     

地下水化学组成的时空聚类分析与多级嵌套水流系统识别

水文地球化学是识别地下水流系统的重要方法,然而区域尺度上多级嵌套地下水流系统的复杂性使地下水化学组成的分析和解释难度增加。以鄂尔多斯北部盆地湖泊集中区典型的胡同察汗淖地下水流系统为例,基于丰水期和枯水期3个期次不同深度地下水样品的物理化学数据,应用时空聚类与主成分分析方法,揭示地下水化学组成的空间分布特征、变化规律及其作用机制,分析水化学时空聚类结果对多级嵌套地下水流系统划分的可行性。该聚类结果将地下水样品分为3类,其中C1为以Na-HCO₃型为主的深层地下水,具有偏负的氢氧同位素组成(δD<-70‰,δ¹⁸O<-9‰)和极低浓度的NO^-₃;C2为Ca-HCO₃为主的浅层地下水,具有偏正的氢氧同位素组成(δD>-70‰,δ¹⁸O>-9‰)和高浓度的NO^-₃;而C3呈无优势阳离子、δD和δ¹⁸O变化范围大且显著线性相关等深、浅地下水混合特征。呈南北条带分布在苏贝淖-胡同...     

多级次地下水流系统的最小能耗率原理初探

20世纪60年代初期,Tóth基于定水头上边界条件推导出解析解,得出多级次地下水流系统,是水文地质学里程碑式的突破,成功地解决了一系列理论和实际问题。但Tóth解析解存在的缺陷也长期沿袭：单纯重视数学模拟而忽视物理机制;将地形控制地下水位看成是普适性规律;忽视给定水头上边界数学模拟的失真。这些缺陷,尤其是忽视物理机制探究,不仅妨碍Tóth理论自身发展,而且导致地下水流系统理论尚未被国际水文地质界普遍接受。参照河流动力学中应用的最小能耗率原理,类比提出地下水流最小能耗率的表达式。基于已有的通量上边界地下水流模式数值模拟结果,进一步探究物理机制,归纳得出地下水流系统遵循最小能耗率原理的结论。     

鄂尔多斯盆地北部中新生代构造特征及其演化

根据地震、地质等资料,结合野外地质及前人研究成果,对鄂尔多斯盆地北部中生代晚期以来后期改造特征进行了研究。结果表明,盆地周缘和内部在中新生代都受到后期改造作用,周缘存在挤压逆冲推覆和拉张断陷等不同性质的构造改造作用。在盆地北部,盖层中的构造受到了基底断裂的控制,正断层、逆断层和由基底断裂控制的挠曲构造等有规律发育,根据构造的发育特点将盆地北部分为东胜、三眼井、准格尔旗、鄂托克旗、乌审旗—榆林和定边—绥德构造区。自侏罗纪以来,盆地经历了萎缩消亡和周缘逆冲构造带的形成、挤压隆升剥蚀和拉张隆升剥蚀3大构造演化阶段,现今构造是中新生代多期构造作用的结果。     

黄陵穹隆周缘岩溶水流系统特征及成因

岩溶水流系统特征研究有助于地下水资源的合理评价和开发利用。借鉴水文学的研究方法,统计并量化了典型岩溶水流系统的空间特征以及其水文动态响应、温度场和电导率特征。划分了扇状、树枝状、平行状、梳状4种地下水系来综合反映岩溶水流系统的地表-地下岩溶特征,前两者主管道垂直于地层走向,构造裂隙起汇水作用,后两者主管道平行于地层走向,层面裂隙起汇水作用。黄陵穹隆西北翼、西翼和南翼以平行状和树枝状为主,东翼和北翼则以扇状水系和平行状水系为主。不同地下水系结构的形成及区域差异与含水系统和水系的空间关系和级次性密切相关,并表现出不同的动态特征。扇状和平行状岩溶水流系统对降雨响应最为敏感,而梳状水系岩溶水流系统响应和衰减过程最慢;基于岩溶地下水温度与出露高程和循环深度显著相关的关系建立了鄂西山区地下水温度线。这一基础性研究可为岩溶地下水流系统研究和当地工程实践提供一定的理论支持。     

鄂尔多斯盆地查布水源地地下水水化学特征及其影响因素

根据94件水化学样品的分析结果,对查布水源地地下水水化学特征及其空间分布规律进行了研究,并结合含水层沉积环境及补径条件探讨了地下水化学成分的影响因素,以期为水源地水质保护提供依据。结果表明：地下水水化学类型呈现明显的水平分带性,东部地下水中阴离子以HCO3^-为主,地下水水质一般较好,矿化度多小于1g／L;西部地下水中阴离子以SO4^2-、Cl^-为主,水质变差,矿化度明显增高;研究区硝酸盐污染比较明显,F^-局部超标,矿化度超标也比较明显;水质受含水层的沉积环境和地下水补径条件及人畜活动的影响明显。水源地开采后,其影响会加大,因此应制定合理的水源地保护方案。     

地下水分层勘查技术在地下水流系统研究中的应用

地下水流是一种运动流体，空间上分布连续且能传递压力，在能量（势）差驱使下发生从水头高处向低处的运动。通常在补给（势源）区，地下水垂向上由上向下运动，而在排泄（势汇）区地下水由下向上运动，即地下水整个生命过程中总是由源到汇、向着能量减小的方向做径流运动，无论是在单个或多个透水岩层中都是如此。地下水分层勘查技术使在垂向上分层监测水头、水温和水质等成为可能，从而实现对不同及同一含水岩层的上下不同点间地下水流要素的比较，并判断全井或单井不同垂向区段的势源汇条件，为地下水流空间运动方向判定和地下水流系统划定奠定基础。本文以地下水流系统理论与试验观测研究为基础，论述了地下水分层勘查技术的原理、系统结构和功能，结合张掖盆地实例阐述了分层勘查技术在地下水补给与排泄区判识的应用方法。      

地下水流系统研究中的方法论探讨:以CUG-武汉地下水流系统研究为例

地球系统科学和地下水流系统理论的出现,标志着水文地质学进入新的发展时期。地下水流系统理论已成为水文地质学的新范式,其产生和发展,从方法论上为地下水问题的研究提供了新的启示。自20世纪80年代初以来,中国地质大学(武汉)地下水流系统组持续开展了地下水流系统理论与应用研究。试图从方法论的角度回顾与总结这些研究成果。地下水问题受多因素影响,研究应以“目标与问题导向相结合”,靶向准确,才能在信息浩渺中不失方向,向着目标前行;研究时应采用“假设演绎法”,先依据已有认识和资料演绎出应有的现象,再有目的地观察和寻求证据,或修改假设继续求证,直到假设被证实或证伪;演绎寻证过程,可以采用“控制性实验”“信息提取与组织”“多学科方法与手段融合”等技术方法。实例分析证实,控制性模拟实验使我们得出了地下水流模式的新认识;采用多通道的信息提取、加工和组织,构建地下水流系统模式,能够有效解决各类工程中的应用问题;多学科与手段融合、各种信息相互验证,提高了结果的可信度。以实例研究为基础,从研究方法上的总结能为正确认识和理解地下水流系统理论、推进新理论和新思路在水文地质研究中的应用提供参考。     

鄂尔多斯盆地及其周边的新构造运动

本区新构造运动十分活跃,表现出多次波动性,周边山系呈不均衡抬升,盆地则呈不均衡沉降,因此使盆地呈现不对称的簸箕状,盆地中的水系结构也呈现不对称性。区内构造变形主要有褶皱、断裂、新隆起、新坳陷、拱曲和掀斜等,并产生现代地震、地热和火山活动。不均衡掀斜是导致上述现象的根本原因。     

江汉平原地下水化学特征及水流系统分析

江汉平原水质性缺水问题日益突出,识别江汉平原地下水流系统分布模式,对地下水资源的合理利用与保护具有重要意义.选取江汉平原典型区域,综合水文地质条件、水动力场及水化学同位素指标深入分析地下水补给过程、水岩作用及滞留时间.得出由于碳酸盐岩的溶解,研究区的地下水化学类型属于HCO3-Ca (Mg)型.地下水中典型离子随深度增加逐渐降低,同位素随深度增加逐渐偏负,表现出地下水流系统呈局部与区域水流系统的特点,系统深度界限在10~20m.独立而复杂的局部水流系统在平枯水期地下水向河渠地表水排泄.根据3H的含量,局部水流为现代水,水循环交替迅速.受地形控制,中深层地下水总体由西和西北向东和东南径流,汇入汉江和长江,为区域水流系统.由于补给源的高程效应,区域水流的18O值存在明显分区,指示不同的补给来源与水流路径.山前丘陵区基本为现代水,向平原腹地纵深至汉江和长江排泄区,地下水年龄在几百年至6000a不等,水循环交替缓慢.研究发现江汉平原低洼排泄区存在区域水流的顶托补给,可为原生劣质水的分布与聚集研究提供依据.     

西北内陆盆地浅层地下水温度场及动态类型:以酒泉东盆地为例

温度是地下水的固有属性,地下水温度场和动态特征是地下水流系统的外在表现。为揭示地下水开采等人类活动影响下西北内陆盆地浅层地下水温度场特征与地下水流系统的关系,基于多点位、长序列、高精度的地下水温度监测数据,在酒泉东盆地开展了地下水温度场及动态特征研究。结果表明：酒泉东盆地浅层地下水温度9.33～20.77℃不等,平均水温为13.54℃,自地下水补给区至排泄区,沿地下水径流方向,浅层地下水温度逐渐升高;循环深度相近的不同地下水流系统对比表明,浅层地下水温度与地下水动力条件呈负相关,地表水入渗补给大、水动力条件强的水流系统地下水平均温度低,入渗补给小、水动力条件弱的地下水平均温度高;浅层地下水温度动态受自然地下水循环和地下水开采等人类活动共同影响,从山前地下水补给区到中游绿洲区再到下游排泄区,浅部地下水温度动态可划分为4种基本类型,依次分别为河流补给型、水温稳定型、开采相关型、正弦波动型。     

鄂尔多斯盆地都思兔河流域白垩系含水层特征及供水前景分析

在鄂尔多斯盆地都思兔河流域供水水文地质详查的基础上,通过水文地质钻探、抽水试验、样品分析等手段,查明了流域含水层的结构、埋深以及含水层和隔水层在水平和垂直方向上的变化规律,探讨了各含水层之间的水力联系,并求取了含水层的水文地质参数;对比圈定了包乐浩晓、巴彦布拉格、好勒包勒吉3处富水区;采用地下水流数值模拟方法对上述3处富水区地下水开采量进行计算,提出了27种地下水开采方案,并经过对比得到地下水开采推荐方案。结果表明:包乐浩晓、巴彦布拉格、好勒包勒吉3处富水区主要补给为侧向径流及大气降水入渗补给,排泄方式以潜水面蒸发及向河流排泄为主;在地下水浅埋区,结合含水层单井涌水量的大小,确定采用管井开采方式、中段悬挂式非完整井结构,平均布井,井深300m,单一开采白垩系环河组的地下水,最大限度夺取潜水蒸发排泄量;根据推荐方案,上述3个富水区总开采量达到123 500m3/d,可为该地区地下水资源开发与利用提供技术保障。     

鄂尔多斯盆地西缘麻黄山地区延8储层特征

通过对延8储层铸体薄片、扫描电镜、孔渗测定、压汞资料等分析,延8储层具有以下特征:研究区北边富长石、南边富石英,具有不同的物源;砂岩粒度以中粒为主,细粒和粗粒次之;主要的储集空间为粒间孔和粒内溶孔;由于大量的长石、岩屑被溶,孔隙度、渗透率不呈正态分布,均偏大,溶蚀作用形成的大量微孔造成高束缚水饱和度,产纯油或含水率极低;砂体厚度、岩石相和成岩作用共同控制着储集层的物性。结果表明,位于河道中部弱胶结的中砂岩具有良好的储集性能。     

鄂尔多斯盆地中部上古生界沉积相演化

利用钻井资料和地质资料对鄂尔多斯盆地上古生界沉积相演化进行详细的研究。分析了本溪期（海侵）、太原期（海侵扩大）、山西期（海退）、石盒子期（海陆交互）和石千峰期（陆缘湖泊）等5个时期的古地理环境、岩石类型、沉积相类型和平面展布特征。得出这5个时期在盆地内构成了一个海侵海退旋回，形成了从滨浅海相到海陆过渡的三角洲相、河流湖泊相陆源沉积。控制生成了三角洲相分流河道砂砾岩、水下分流河道砂砾岩以及潮坪相砂坝等有利储集岩带，潮坪相发育的煤系地层为烃源岩。上石盒子组洪泛平原形成泥质岩盖层。生油岩和储集岩叠置或互侧式组合关系，形成本区受砂体分布控制的岩性气藏。     

鄂尔多斯盆地优质煤资源分布及有利区块

以鄂尔多斯盆地侏罗纪煤炭资源为研究对象,在系统分析煤基本性质的基础上,确定该盆地优质煤的定义。根据近年鄂尔多斯盆地勘探及聚煤规律研究成果,依据定义确定优质煤主要分布在东胜、榆横、大保当、马家滩、神北、灵武、彬长、华安、黄陵、汝箕沟10个煤矿区和鄂托克旗、杭锦旗、盐池、靖定、环县、庆阳、旬东7个预测区,统计含煤面积达11.1×104km2,总资源量1.44×1012t。选择含煤面积、资源丰度、资源量指标对鄂尔多斯盆地优质煤资源进行评价,划分出最有利、有利、较有利、一般区块,绘制了鄂尔多斯盆地优质煤资源评价分区图。     

Chemical and isotopic approach to groundwater cycle in western Qaidam Basin, China

Due to the extremely arid climate in the western Qaidam Basin, the groundwater almost becomes the single water source for local residents and industrial production. It is necessary to know the reliable information on the groundwater cycle in this region for reasonable and sustainable exploitation of the groundwater resources with the further execution of recycling economy policies. This study focused on the recharge, the flow rate and the discharge of groundwater in the western Qaidam Basin through investigations on water chemistry and isotopes. Hydrological, chemical and isotopic characteristics show that the groundwater in the western Qaidam Basin was recharged by meltwater from new surface snow and old bottom glaciers on the northern slope of the Kunlun Mountains. In addition, the results also prove that the source water is enough and stable, and the rates of the circulation and renewal of the groundwater are relatively quick. Therefore, it can be concluded that the groundwater resources would guarantee the regional requirement if the meltwater volume of the mountains has not a great changes in future, moreover, water exploitation should be limited to the renewable amount of the groundwater reservoir in the western Qaidam Basin.     

鄂尔多斯盆地西峰地区延长组烃源岩两环烷烃分布特征及其生源

鄂尔多斯盆地西南部西峰地区三叠系延长组烃源岩检出丰富的两环烷烃,主要为C12~C14和C15、C16两组两环烷烃。其相对丰度表现出3种源岩模式:1以低碳数两环烷烃为主,出现于长71和长81段非烃源岩;2两组两环烷烃都很丰富,出现于长73段富有机质烃源岩;3以高碳数两环烷烃为主,主要发现于长73段烃源岩,也见于长72和长81段。尽管长7段热演化程度基本一致,但补身烷异构化指数变化明显,表明补身烷重排不仅受热演化的影响,而且受有机质来源和沉积环境的控制。延长组烃源岩具有明显的高补身烷优势,反映了烃源岩的还原性沉积环境。烃源岩高丰度C15、C16两环烷烃的检出则指示该地区晚三叠世发育淡水湖泊。葡萄藻不仅是该地区中生界石油的重要母质来源,而且可能是这些两环类标志物的直接生源。