柳林泉域岩溶水中SO_4~(2-)的来源探讨

SO_4~(2-)浓度偏高是晋西柳林泉域岩溶水的主要特色之一,判断SO_4~(2-)来源对于理解岩溶水的水文地球化学过程具有重要意义。在分析区域地质、水文地质条件及岩溶水中SO_4~(2-)浓度空间分布特征的基础上,利用化学计量学法、同位素质量平衡模型和Rayleigh蒸馏模型,分析了岩溶水中SO_4~(2-)的主要来源,计算了不同来源的SO_4~(2-)所占的比例和滞流区岩溶水中SO_4~(2-)的还原比例。结果显示,石膏的溶解和黄铁矿的氧化是柳林泉域岩溶水中SO_4~(2-)的主要来源,排泄区岩溶水中石膏溶解来源的SO_4~(2-)所占比例介于73%~88%之间,平均为81%;黄铁矿氧化来源的SO_4~(2-)占比12%~27%,平均为19%。滞流区发生了硫酸盐的还原作用,约有9%~15%的SO_4~(2-)被脱硫细菌还原为H2S气体,且越靠近西部边界,还原反应所消耗的SO_4~(2-)比例越高。     

柳林泉域滞流区岩溶水的热源及其Na+、Cl-来源探讨

柳林泉域滞流区岩溶水以高温、高Na+和Cl-浓度为主要特征。文章在区域地质及水文地质条件分析基础上,采用化学计量学原理,判断了该区岩溶水的热源及Na+和Cl-的来源。结果显示:在泉域的补给区、径流区和排泄区的上青龙、龙门会、杨家港和寨东泉组,岩溶水中的Na+和Cl-主要来源于岩盐的溶解,其中多余的Na+可能来自于阳离子交换、黄土中含Na+矿物的溶解及城市污水的排放;滞流区和排泄区的刘家疙瘩泉组岩溶水中高浓度的Na+和Cl-也主要来自于岩盐的溶解,而多余的Cl-可能由岩溶水中的Na+交换吸附介质中的Ca2+或Mg2+所致。西部滞流区岩溶水的热源主要包括地温梯度增热、当地正常地温、岩石中放射性元素产热和石膏的溶解放热,其贡献率分别为45%、28%、20%和7%。      

娘子关泉域岩溶水SO42-、δ34S特征及其环境意义

在分析区域地质、水文地质条件及水化学同位素的基础上,研究了山西娘子关泉域岩溶水的SO42-、硫同位素分布特征。研究表明:（1）泉域西北、西南地区岩溶水的SO42-主要来源于石膏的溶解;（2）泉域中部汇流区岩溶水的SO42-含量高而δ34S值低,其中的SO42-主要来源于煤系矿坑水,这是因为温河、桃河及南川河沿岸的岩溶水接受了被矿坑水污染的河水的渗漏补给以及部分地区受到钻孔串层污染;（3）娘子关泉群中城西泉水中的SO42-主要来源于煤系矿坑水,而五龙泉和集泉站水中的SO42-主要来源于石膏的溶解;（4）泉域东北部及东部河流沿岸以外的地区,岩溶水中的SO42-主要来源于大气降水、石膏溶解,并受到所处地层岩性的影响。      

山西长治辛安泉域岩溶水硫酸盐污染来源分析

辛安泉域核心区域工农业相对发达,人类活动强烈,逐渐出现岩溶地下水位下降、泉流量减小和水质污染等水环境问题。硫酸盐污染是泉域岩溶水的主要污染物之一,通过科学手段进行污染来源分析和识别,可为泉域保护提供决策依据。硫氧同位素是地下水领域应用较广的一种环境同位素方法,不仅技术成熟且识别精度高。本次研究将硫氧同位素方法与水化学方法结合,在辛安泉域采取岩溶泉水、岩溶地下水、孔隙水、裂隙水和河水五类水样,测试硫同位素δ34S、氧同位素δ18O和硫酸根离子SO42-含量,以分析辛安泉域岩溶水硫酸盐污染来源。结果显示,辛安泉域岩溶水水质的硫酸盐大部分符合地下水III类标准,硫酸盐含量较高的区域主要集中在西部滞流缓流区与襄垣和长治子系统的分界处、长治子系统和平顺-壶关子系统南部等地区。西部滞流缓流区硫酸盐主要来源于石膏、硬石膏的溶蚀,人类活动影响较小。泉域南部岩溶水中硫酸盐主要来源是煤矿开采的影响,大气沉降也是重要来源之一。     

娘子关泉域径流-排泄区岩溶水污染特征及成因分析

娘子关泉域径流-排泄区主要分布于山西省阳泉市,泉域内岩溶水是阳泉市重要的供水水源。分析评价了泉域径流-排泄区水质变化,结果显示岩溶水污染严重,主要污染物为SO2-4、总硬度、TDS。岩溶水中SO2-4的浓度来源对判别总硬度和TDS的污染源具有指示性意义,应用硫同位素(34S)计算表明采煤是岩溶水水质污染的重要原因。与2003年水质对比,地表水和岩溶水中SO2-4来自煤系硫的比重都有所增加,尤其以岩溶水排泄区的增长速率最大。     

山西柳林泉域岩溶地下水溶解无机碳特征及控制因素

稳定碳同位素可指示岩溶动力系统无机碳循环过程及流域水文地球化形成演化。为揭示山西柳林泉域岩溶地下水循环演化规律及控制因素。本研究对泉域补给区、径流区、排泄区、深埋区29个岩溶地下水的主要离子组分和碳同位素进行测试分析。研究结果表明,流域内岩溶地下水的δ13CDIC,VPDB(DIC—溶解无机碳)具有较大的变化范围,最大值为-8.19‰,最小值为-13.35‰,平均值为-10.09‰。从补给区、到径流区、到排泄区,到深埋区δ13CDIC,VPDB值呈不断增重的变化规律。补给区来源于土壤CO2的比例最高,范围为46.22%~58.04%,平均值为51.13%,其次是径流区,范围为36.22%~58.37%,平均值为42.05%,排泄区和深埋区最小,范围分别为37.61%~41.52%和35.61%~42.26%,平均值分别为39.38%和38.28%。从补给区到径流区、到排泄区、到深埋区,随着径流途径增大和硫酸参与溶蚀的比例增加,DIC(溶解无机碳)中来源于土壤CO2的比例减小,碳酸盐岩来源的碳的比例增加。     

百泉泉域岩溶地下水水化学演化特征及成因

百泉泉域岩溶地下水是河北邢台市生产和生活的主要供水水源。近年来受到自然条件变化和人类活动的影响,泉域地下水流场明显改变,水化学场演变机制有待查明。本研究在水文地质调查和样品采集测试的基础上,采用统计学方法（描述性统计、Person相关系数）、饱和指数计算和水化学方法（Piper图、Stiff图、Gibbs图、离子比例系数）对泉域岩溶水化学特征展开了系统分析。结果表明:泉域岩溶水为弱碱性淡水,Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42- 是地下水中的主要离子,主要来源于方解石、白云石和石膏的风化溶解,Na+和Cl-主要来源于少量岩盐的溶解。沿着径流方向方解石相对于地下水由溶解状态转变为平衡状态,而白云石、石膏和岩盐一直处于溶解状态。补给区和北部径流区基本为HCO3-Ca·Mg型水,七里河、沙河附近和南部煤铁矿区岩溶水除HCO3-Ca·Mg型外,还多出现HCO3·SO4-Ca型、CO3·Cl-Ca·Mg型和HCO3·SO4-Ca·Mg型水,煤铁矿区附近岩溶水中SO42- 的升高是受到了高SO42- 矿坑排水的混合影响。蒸发浓缩作用仅在水位埋深浅且地下水流动相对滞缓的排泄区较为明显,排泄点——百泉泉水为HCO3·SO4·Cl-Ca·Mg型。此外,人类工农业活动改变了地下水的径流条件和水质,使局部岩溶水中NO3-、Cl-、Fe、总硬度含量升高甚至超标。      

柳林泉域岩溶水特点与地质背景条件分析

柳林泉域作为我国北方典型的单斜 - 顺置式岩溶水资源系统 ,岩溶水在循环过程中表现出与其它泉域共性的同时 ,也存在一些非常奇特的特征: ( 1)由于泉域内断层、褶皱轴和区域隔水顶板的阻水作用 ,造成了岩溶地下水在主径流方向上的二级排泄与三次富集; ( 2)由于泉域中部王家会阻水性背斜轴的倾覆所形成的地下潜流断面梯形形态 ,导致了泉水流量衰减幅度与阻水断面上游区岩溶地下水位下降幅度的不匹配; ( 3)由于泉域南、北翼岩溶地下水循环路径和所处的地球化学背景不同 ,导致了分布在三川河两岸相距不足 300m 的泉水水化学特征表现出很大的差异性 ; ( 4)由于岩相建造地处中奥陶世古膏盐湖东部边缘 ,泉域西部中硬石膏溶解不仅形成了岩溶热水 ,而且还使得柳林泉成为“锶矿泉水”。 上述特征都是由柳林泉域特定的地质结构、地球化学环境和岩相古地理条件所决定的。      

汾阳地区不同类型地下水SO_4~(2-)、δ~(34)S的特征及影响因素

本文对山西晋中盆地西南汾阳地区北侧裸露岩溶区的岩溶泉和浅井、南侧覆盖岩溶区的深井和第四系孔隙水井及石膏矿水的水化学成分、硫同位素组成进行了测试分析。结果显示:北侧裸露岩溶区的岩溶泉水和浅井δ~(34)S值的范围为4.53%0~6.42%0,SO_4~(2-)含量范围为0.12~0.62mmol/L,表明SO_4~(2-)主要来源于大气降水,受石膏溶解和居民活动影响小;南侧覆盖岩溶区的深井δ~(34)S值的范围为8.73‰~19.35‰,SO_4~(2-)含量范围为0.20~2.35mmol/L,SO_4~(2-)主要来源于石膏夹层的溶解和FeS_2的氧化。第四系孔隙水δ~(34)S值的范围为9.46‰~11.05‰,SO_4~(2-)含量范围为0.19~1.96mmoL/L,SO_4~(2-)主要来源于人为污染;石膏矿水δ~(34)S值为19.28‰,SO_4~(2-)含量为5.62mmol/L,SO_4~(2-)主要来源于石膏层的溶解。因此,应用SO_4~(2-)和δ~(34)S值可以很好的分析地下水中硫酸盐的来源,这为北方岩溶地下水资源的开发与保护研究提供了重要的手段。     

柳林泉域滞流区低温岩溶热水的年龄分析

为了研究柳林泉域西部滞流区低温岩溶热水的年龄,在区域地质、水文地质条件调查及野外取样、分析的基础上,以滞流区横沟自流井的岩溶热水为例,利用δ2H（‰）、δ18O（‰）、3H（TU）和14C（pMC）同位素测年技术分析、计算并校核了该区岩溶水的滞留时间。通过分析岩溶水中3H和14C的关系及其δ2H、δ18O值,表明横沟岩溶水属于古岩溶水,其年龄应在10 000 a以上;利用14C计算并校核后的岩溶水年龄也印证了这一点,横沟1#和2#井岩溶水的14C年龄分别为12 908 a和9 090 a。因此,横沟附近岩溶热水应属于末次冰期盛冰期内补给的古岩溶水。      

济南四大泉群泉水补给来源混合比探讨

济南泉水众多闻名于世,人类活动造成泉水断流。为恢复名泉,多年来一直实施地下水自备井限采、集中开采的水源地禁采、回灌补源等措施,但保泉效果并不明显。根据泉水位观测、示踪试验、水质指标测试、岩溶发育程度分析、数理统计等方法,研究泉水补给来源的混合比例。研究结果表明：泉水位及泉水电导率动态变化特征揭示泉水补给来源存在季节性差异,丰水期泉水以东南方向管道流补给为主,枯水期泉水以西南方向裂隙流补给为主;岩溶水系统排泄区的水位动态与泉水位具有明显的相关性,奥陶系灰岩补给区地下水位与泉水位的相关性高于张夏组岩溶水水位与泉水位的相关性,枯水期在张夏组灰岩含水层进行回灌补源并不能遏制泉水位下降的势态;根据42组水质资料计算,泉水的Ca2+、Mg2+、Cl-、SO2-4、总硬度等常规离子组分含量介于寒武系张夏组岩溶水和奥陶系岩溶水之间,四大泉群流量中,来自于张夏组含水层的补给比例占11%~32%,凤山组-奥陶系含水层的补给比例占24%~60%,历阳湖占5%~10%,兴济河占0~6%,玉符河占1%~8%,市区回灌对五龙潭的流量有重要影响。可见,北方岩溶发育极其不均,泉水动态变化反映出北方岩溶的管道流与裂隙流并存,济南保泉回灌补源地点宜选择在奥陶系灰岩分布区。     

黔中茶店桥地下河流域不同水体硫酸盐浓度特征及来源识别

茶店桥地下河位于西南岩溶区,流域内"三水"转换迅速,地下水是当地的重要饮用水源。本文对流域内雨水、地表水、地下水中的SO_4~(2-)浓度进行了测试,利用氘(δD_(H_2O))、氧(δ~(18) O_(H_2O))同位素示踪地表水、地下水补给来源,用硫酸盐硫(δ~(34)S_(SO4))、氧(δ~(18) O_(SO4))同位素探讨了地表水、地下水中SO_4~(2-)的来源,并计算了地下河出口河水中不同SO_4~(2-)来源的贡献比例。结果表明:1不同水体中SO_4~(2-)浓度大小顺序为地表水地下水雨水,与邻近区域相比,茶店桥地下河流域雨水、地表水、地下水呈现富集SO_4~(2-)的特征。2地表水、地下水的主要补给来源为大气降水,硫酸不仅和HCO_3~-共同参与了流域内碳酸盐岩的溶解,也参与了雨水中含钙镁颗粒物的溶解。3地表水δ~(34)S_(SO4)、δ~(18) O_(SO4)值分别介于-12.98‰~-10.19‰和-0.54‰~+9.13‰之间,地下水δ~(34)S_(SO4)、δ~(18) O_(SO4)值分别介于-14.32‰~+16.58‰和+2.81‰~+14.35‰之间,SW02的SO_4~(2-)主要来源于大气降水,SW01、SW03、GW02、GW03、GW06主要来源于煤层,GW05主要来源于石膏,GW01、GW04为混合输入源。4地下河出口河水中大气降水带来的SO_4~(2-)贡献比例为13%,煤层硫化物氧化的贡献比例为40%,石膏溶解的贡献比例为47%。     

人类活动影响下娘子关岩溶水系统地球化学演化

娘子关泉是我国北方最大的岩溶泉之一,也是阳泉市工农业生产和人民生活的重要供水水源。地下水地球化学演化分析表明,在地下水由补给区向排泄区运移过程中,除固有的水岩相互作用外,由于受采矿活动和地表水入渗补给的影响,岩溶水由低离子含量的HCO3-SO4或HCO3型水逐渐成为SO4型、SO4-HCO3型和SO4-HCO3-Cl型水。在泉群集中排泄区,区域流动系统与局部流动系统的地下水发生混合作用,最终形成了水质相对良好的HCO3-SO4型或SO4-HCO3型岩溶泉水。在此过程中,地下水对方解石和白云石也由最初的溶解作用演变为沉淀再结晶。尽管石膏呈持续溶解现象,但在采煤活动严重影响区域,石膏的沉淀也可能出现。地球化学模拟表明,在岩溶含水层中,地下水首先以方解石（白云石）的溶解为主;随着石膏溶解数量的增加,方解石（白云石）的溶解开始受到抑制,进而发生沉淀,石膏的溶解成为控制地下水水化学的主导过程。当矿坑水混入时,地下水相对石膏过饱和,地下水对碳酸盐岩含水介质的溶蚀能力得到增强。随着水岩反应的演进,铁氢氧化物大量沉淀,通过共沉淀和吸附作用去除了地下水中的重金属类污染物。      

柳林泉域降水补给的时滞研究

柳林泉位于山西省柳林县东川河河谷,是中国北方最大的岩溶泉之一.1984～2005 年间的平均流量为 3.29 m3/s.流域内的大气降水是泉水的主要补给来源.根据柳林泉域水文地质条件的灰色系统特征,通过对泉域降水补给的时滞问题研究,提出了带有时滞的灰色关联分析模型.在此基础上,运用该模型对泉域不同地区的降水量与泉水流量进行了时滞分析.结果表明,柳林泉域不同区域的降水对柳林泉域的补给时滞存在差异.离石、中阳和方山的降水时滞分别为 3 a、4 a 和 6 a.该方法可应用于山西省其它岩溶大泉的岩溶水动态分析.     

贵州洪家渡盆地泉水水化学和碳同位素特征及成因

泉水是洪家渡盆地居民的重要饮用水源,近些年随着人类活动的增强,泉水水质呈恶化趋势。为查明泉水中污染物来源及其地球化学过程,采集15组具有代表性的水样分析水化学、溶解无机碳（dissolved inorganic carbon,DIC）碳同位素(δ13CDIC)特征。结果显示泉水组分以Ca2+、Mg2+和HCO-3为主,富集SO2-4,硫酸、硝酸与碳酸共同参与了研究区碳酸盐岩风化。泉水Na+、Cl-、K+和NO-3主要来源于肥料（如化肥、粪肥）和污水,SO2-4主要来源于煤层中硫化物氧化、雨水和污水。S01和S09泉因NO-3超标已不可直接饮用。泉水δ13CDIC值主要受碳酸盐岩溶解和土壤CO2的控制,但硫酸、硝酸参与碳酸盐岩风化使泉水δ13CDIC值偏正,且SO2-4、NO-3浓度上升;而硫酸盐细菌还原作用和反硝化作用及人为输入污染物中有机质的降解导致泉水δ13CDIC值偏负。诸多因素导致泉水δ13CDIC值在-17.72‰~-8.74‰之间,平均值为-11.58‰。研究证实δ13CDIC与水化学相结合是探讨碳的生物地球化学过程及示踪岩溶区地下水污染物来源行之有效的方法。     

渭北中部筛珠洞泉补给来源的再认识

筛珠洞泉位于中低山区与渭北黄土台塬区衔接地带。筛珠洞泉区地势整体趋势为西北高东南低,北部以中低山为主,海拔在1 200-1 600 m之间,多由裸露和隐伏碳酸盐岩组成;西南地势逐渐降低,海拔在800-1 000 m之间,为以唐王陵向斜为主的一系列褶皱构造,由奥陶系碎屑岩和碳酸盐岩组成;东南部地势呈阶梯状下降,山前地带海拔多在400-500 m之间,为裸露碳酸盐岩区与山前冲洪积扇区的接触地带。筛珠洞泉作为渭北中部最大的岩溶泉,对于其补给来源前人已做了大量的研究,较为一致的认识是泾河渗漏是筛珠洞泉最主要补给来源,且筛珠洞泉是渭北中部筛珠洞泉域隐伏岩溶系统的集中排泄点。本文根据氢、氧和锶同位素的研究成果,结合水文地球化学及岩溶水文地质条件,对筛珠洞泉的补给来源提出了与前人研究不同的认识,即筛珠洞泉的补给以筛珠洞泉域外西南部岩溶地下水为主;在所有的补给来源中,大气降水、河水及岩溶水所占比例分别为11%、37%和52%;在岩溶水补给中,西南部、西北部及坝址区岩溶水所占比例分别为77.9%、19.7%和2.4%。在此基础上,本文还根据氚同位素资料估算筛珠洞主泉岩溶水的平均滞留时间为62-64年。     

柳林泉域岩溶地下水资源开发利用现状分析

通过对柳林泉域岩溶地下水开发利用现状进行系统分析研究,,总结出柳林泉域岩溶地下水资源在开发利用中存在的主要问题,得出实施柳林泉域内保护岩溶水水质、水量和污水处理回用及节约用水等工程性措施同步协调进行的结论。     

娘子关泉域岩溶地下水SO_4~(2-),Ca~(2+),Mg~(2+)污染分析

分析了娘子关泉域岩溶地下水ＳＯ２－４,Ｃａ２＋,Ｍｇ２＋等组分含量增多的原因,并定量地探讨了ＳＯ２－４,Ｃａ２＋,Ｍｇ２＋的各种来源比例。研究表明,含水层中石膏溶解及硫化物氧化是造成ＳＯ２－４,Ｃａ２＋,Ｍｇ２＋高含量的主要原因,控制硫化物氧化水进入含水层,对水质改良有显著效果。     

表层岩溶带土壤中多环芳烃分布特征及来源解析

利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对表层岩溶泉域土壤中的16种优控的多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, PAHs)含量进行了分析,并对其组成、污染水平和来源进行了探讨。结果表明,16种优控PAHs在表层岩溶泉域土壤中的检出率为100%,其含量介于439.19~3329.72ng/g之间,平均值为1392.44ng/g,7种致癌性PAHs占总量的26%。PAHs的组成特征受地形的控制,随着海拔升高,低环PAHs所占比例升高,高环PAHs比例降低。同分异构体比值分析表明,研究区土壤中的PAHs主要来自于煤、生物质和石油的燃烧排放。研究区土壤中16种PAHs的TEQcarc值介于18.65~501.13ng/g,平均值为140.57ng/g。7种致癌性PAHs占总TEQcarc的比例达到96.8%。研究区表土中,后沟泉域的污染程度最大,次之是兰花沟泉域和柏树湾泉域,水房泉泉域的污染程度最小,但由于柏树湾泉域松针落叶中BaP、PAHs含量较高,松针落叶中PAHs含量分别高达36.36ng/g和2370.1ng/g,土壤生态风险评价中应考虑松针落叶层的潜在影响。      

硫同位素技术在北方岩溶水资源调查中的应用实例

从地球化学背景方面看,在以奥陶系碳酸盐岩为含水介质的中国北方多数岩溶地下水浅循环系统中,岩溶水的硫酸根有三个主要来源,分别是水对中奥陶统中石膏的溶解、岩溶含水层上覆煤系地层中黄铁矿氧化溶解并补给岩溶水以及与土层密切相关的地表水中硫酸根的加入。上述三类水的δ34S同位素值的差别很大,中奥陶统中石膏硫同位素最重,δ34S值一般在20‰～32‰;煤系地层中黄铁矿的硫同位素最轻,一般在－10‰～10‰,多数低于4‰;而地表水的硫同位素介于上述二者之间,δ34S值较稳定分布在7‰～12‰之间。利用这一具有示踪意义的特点,我们对一些泉域系统的岩溶地下水补、排关系以及一些水化学成分的来源进行了成功的解释,为进一步认识岩溶水文地质条件提供了有力的佐证。