碳酸盐岩水热协同混合溶蚀作用机理的数值试验研究

摘要：在封闭岩溶水系统中，当水化学组分或温度不同的饱和地下水发生混合时，将增加地下水的碳酸盐矿物溶解度，产生新的溶蚀能力。为了揭示常见地下水混合情况下的饱和溶液混合溶蚀和温度混合溶蚀协同作用机理，文章采用水文地球化学软件PHREEQC模拟了土壤入渗水与浅层地下水、深循环热水与浅层地下水、深部流体与浅层地下水混合条件下的碳酸钙溶蚀反应，讨论了地下水温度、二氧化碳分压P₍(CO)₂)以及端元溶液混合比例对水热协同混合溶蚀作用强度的影响。研究结果表明：天然地下水混合条件下的水热协同混合溶蚀作用能够增加已经饱和地下水的溶蚀能力，混合溶液补充溶蚀能力由强到弱依次为：深部流体与浅层地下水混合，深循环热水与浅层地下水混合，土壤入渗水与浅层地下水混合；在土壤入渗水与浅层地下水混合、深循环热水与浅层地下水混合情况下，水热协同混合溶蚀作用以饱和溶液混合溶蚀作用为主，温度混合溶蚀作用为辅，在深部流体与浅层地下水混合条件下，虽然温度变化会使得饱和溶液析出碳酸钙沉淀，但混合溶液整体上仍表现为较强的侵蚀性。岩溶水系统中的水热协同混合溶蚀作用强度受温度和P₍     

九龙县磨房沟温泉水文地球化学特征及成因浅析

磨房沟温泉为上升泉,其热水水化学类型为HCO3-Na型,矿化度较高,属高矿化度水;温泉水中Na＋、Cl-含量远远高于浅层地下水中的含量,说明温泉地热水循环深度大、径流途经长、在地下贮存时间久、淋滤溶蚀作用强烈;温泉水主要接受大气降水补给,通过地热增温,其成因模式为大气降水补给的断裂深循环型地热系统。     

巴丹吉林沙漠湖泊与高大沙山形成的若干问题探讨

依据前人研究成果和最新调查测试资料,深入探讨了巴丹吉林沙漠湖泊水的补给来源、补给模式及高大沙山的形成机理。认为沙漠湖泊水和地下水的补给来源不是当地降水和周边雅布赖山—北大山的降水形成的地表洪水,而是南部青藏高原(包括祁连山)现代大气降水、冰雪融水、高原湖水的远源补给。补给模式为:高原富含CO2气体和Ca CO3的入渗水,通过深大导水断裂通道形成的区域地下水流循环系统,源源不断地自南向北运移到沙漠地带。地下水在通过沙漠湖泊区弧形"叠瓦状"垂向导水构造断裂向上越流过程中被广泛分布的岩浆岩加热,沿断层溢出地表形成湖泊群,同时导致水中CO2的释放和Ca CO3的沉积,形成钙华、钙质根管和钙质胶结层。高大沙山的形成机理是:深层地下热水向上越流补给了沙漠覆盖区,在承压水头以下形成鼓丘状的沙漠地下水,承压水头以上,水蒸气继续向上运移并被凝结在沙粒表面,未被吸附凝结的热水蒸气继续向上运移并被吸附在新沉积的沙粒表面,形成湿砂层并接受更新的沙粒沉积。如此反复循环,则沙丘高度不断增加,逐步形成高大的固定沙山。     

滇中红层膏盐溶蚀特征及其对水质的影响

滇中红层多含有石膏、岩盐等可溶盐矿物,在可溶盐富集地段,地下水往往表现为咸水或微咸水而不适宜饮用。文章以楚雄市谢家河河谷为例,基于钻探、物探、测井、水质分析等综合勘察资料,研究红层膏盐在地下水循环中的溶蚀特征并分析膏盐溶蚀对水质的影响。结果表明:膏盐溶蚀形式主要为散点状膏盐的溶蚀孔洞和裂隙状石膏的溶蚀裂隙,溶蚀强度主要受控于含水介质孔隙发育程度和地下水循环速度;浅层地下水循环速度快,虽可溶盐溶蚀强烈,但对地下水水质影响较弱,水质超标面较小;深层地下水循环速度慢,可溶盐溶蚀后富集于深层承压含水层中,导致地下水水质超标面大;断裂及其影响带导水造成深层承压水向浅层地下水越流,导致浅层地下水水质变差。      

薄层灰岩浅部岩溶发育特征及分布模型

碳酸盐岩往往含有较多泥质夹层,多发育浅部岩溶裂隙,影响工程基础稳定性。文章依托广西合山市溯河矿区某道路浅部岩溶调查成果,分析了薄层灰岩岩溶宏观形态和垂直分布特征,按照溶蚀程度将其分为碎屑残留带、表层岩溶带和下部包气带;通过室内溶蚀试验,分析了矿物组成、CO2及水动力条件影响下的溶蚀规律;对比分析了薄层和厚层岩溶发育特征。结果表明:（1）薄层灰岩浅部岩溶发育程度与微地貌有关,通常在山谷和地下水强径流带溶蚀作用更为强烈;（2）薄层灰岩溶蚀优先开始于方解石,在岩石表面形成溶孔、粗糙程度增加,提供了侵蚀性溶液流动通道;（3）薄层灰岩岩溶较厚层灰岩岩溶规模小,分布较为均匀,由地表土体渗入地下岩体的地下水含有较多侵蚀性CO2水溶液,会促进岩溶作用的进行;（4）薄层灰岩浅部岩溶发育分布模型为:发育均匀的微小溶蚀裂隙在溶蚀下渗过程中遇到软弱夹层时会沿水平向扩展并随进一步溶蚀作用被充填,垂向深部发展时溶蚀作用逐步消散。     

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。      

云南墨江金矿床的同位素地球化学及成因探讨

墨江金矿的同位素地球化学特征,成矿元素组合和包裹体成分表明：成矿物质主要来源于金厂蚀变超基性岩体,成矿热液是深源流体,岩浆水和大气降水混合的产物。成矿期深部富矿化剂流体沿断裂上升并与地下水混合,从侵入体及围岩中淋滤出了成矿物质。在迁移过程中,随着地球化学条件的改变,金在有利部位沉淀富集形成矿床。墨江金矿床属混合热液改造型矿床。     

浅层地下水氟的质量平衡反应模型及其化学演变

以邢台山前平原浅层地下水系统为例，本文运用地下水质量平衡反应模型的理论和方法，建立了浅层地下水氟的质量平衡反应模型。确定了从氟的淋溶一移带至氟的富集带，沿水流路径在水－岩相互作用过程中含氟和其它（矿）物相的质量转移数量。在此基础上探讨了浅层地下水氟的化学演变过程和形成机制，使氟的水文地政治协商会议化学分带建立在量化的基础上，深化了对浅层地下水中氟的化学行为的认识。     

断裂及岩浆活动对幔源CO2气成藏的作用--以济阳坳陷为例

尽管CO2气在地壳浅层运聚成藏与常规的烃气相似,都要求有丰富的源、储层、圈闭、输导系统和盖层,但在成因或来源上与烃气有天壤之别．通过对与CO2气田(藏)有关的深大断裂、火成岩进行综合研究认为,岩浆是CO2运移的载体,火成岩的发育则是断裂时空同步活动的重要标志,幔源CO2气的成藏要素最为重要的是“运”,即要有直接或间接与地幔相连的深大断裂,而且,作为一条断裂通道的活动要时空同步．故而CO2气田(藏)的形成,同断裂活动和岩浆活动有着密切的关系．断裂对CO2气田(藏)形成的控制作用表现为：(1)深大断裂控制CO2成藏带;(2)边界断裂及其派生的不同方向、不同级别的断裂控制了盆地内CO2气田(藏)的形成与分布．     

四川牟尼沟水体的同位素地球化学特征

运用同位素地球化学的方法，对牟尼沟各水体中的δD、δ^18O、T值、氘过量参数(d)和元素化学分析数据进行研究，基本查明牟尼沟内大气降水、地表水、地下水以及主要泉水之间的循环和补、径、排关系。珍珠泉和翡翠泉为沟内出露的主要泉水：二道海沟珍珠泉系地下深循环热水的露头，是由补给高度在3700m以上的大气降水渗入地下，再通过深大断裂循环至地下深部，与深部热流进行热交换后，返回地表出露。作为天然温泉开发具有较大的潜力；矿泉水厂沟的翡翠泉是典型的酸性岩溶冷泉，含水层水的径流较珍珠泉慢且滞留时间相对长些，含有一定的CO2，系一深部含水层地下水的露头。它源自补给高度全区最高(3800m以上)的大气降水。泉水流量大而且稳定，水质好，作为矿泉饮用水开发具有重要的经济价值；沟内大多数地表径流来源于大气降水和浅层地下水补给，夏季以大气降水为主，冬季浅层地下水补入到地表径流中的比例相对增加。这种对地表径流的调节作用，对于保持风景区内的景观具有重要作用。     

Investigation of the hydrogeochemistry of some bottled mineral waters in Hungary

Bottled drinking water constitutes a significant part of total water consumption in developed countries and national and EU legislation regulates their market production. In the framework of an international project carried out by the EuroGeoSurveys Geochemistry Expert Group 36 bottled waters were obtained from public markets in Hungary in order to determine their hydrogeochemical composition. The objective of this study is to investigate the possible relationship between groundwater aquifer lithology and the processed and marketed bottled waters, and to develop a classification of bottled waters, based on their dissolved mineral content. Analytical results of this study are compared with the composition shown on bottle labels, and with archive hydrochemical data from the producing wells. Results show that, while processing of original groundwater, such as oxygen addition, iron or hydrogen-sulphide removal can significantly alter water composition, bottled water composition can be used for selection of sites for detailed hydrogeochemical and hydrogeological characterization. A simple and useful classification of bottled water quality is also presented that is based on natural groups of sampled waters derived by means of statistical data analysis methods.     

Factors controlling mechanisms of groundwater salinization and hydrogeochemical processes in the Quaternary aquifer of the Eastern Nile Delta, Egypt

In this study, combining interpretations of conservative dissolved ions and environmental isotopes in water were used to investigate the main factors and mechanisms controlling groundwater salinization and hydrogeochemical processes in the Eastern Nile Delta, Egypt. Hydrogeochemical and isotopic study has been carried out for 61 water samples from the study area. Total dissolved solid (TDS) contents of groundwater are highly variable rising along flowpath from the south (410 mg/L) to the north (14,784 mg/L), implying significant deterioration and salinization of groundwater. Based on TDS and ionic ratios, groundwater samples were classified into three groups. In low-saline groups, water chemistry is greatly influenced by cation exchange, mineral dissolution/precipitation, anthropogenic pollutants and mixing with surface water. Whilst, in high-saline groups, water chemistry is affected by salt-water intrusion, reverse cation exchange and evaporation. The chemical constituents originating from saline water sources, reverse ion exchange and mineral dissolution are successfully differentiated using ionic delta and saturation index approaches. The δ¹⁸O–δ²H relationship plots on a typical evaporation line, suggesting potential evaporation of the recharging water prior to infiltration. Isotope evidence concludes that the groundwater have been considerably formed by mixing between depleted meteoric water recharged under different climatic conditions and recently infiltrating enriched surface water and excess of irrigation water. The δ¹⁸O data in conjunction with chloride concentrations provide firm evidence for impact of dissolution of marine-origin evaporite deposits, during past geologic periods, on groundwater salinity in the northern region. Moreover, the relation between ¹⁴C activities and Cl^? concentration confirms this hypothesis.     

吉林省桦甸市矿泉水成因分析

本文旨在通过对地质环境背景及矿泉水类型特征的初步分析,提出控制和影响矿泉水形成的主要因子为地质构造、火山活动及水文地球化学环境。     

御道口汉诺坝玄武岩偏硅酸矿泉水形成机制及其地质建造制约

冀北坝上一带玄武岩地区广布富偏硅酸地下水,研究其形成机制及其水岩作用过程对矿泉水的合理开发利用与京津冀水源涵养功能具有重要意义.结合玄武岩地质建造地下水赋存特征,综合利用水化学分析,玄武岩岩石风化机制,水岩相互作用矿物平衡体系,δD、δ18O和δ13C同位素、14C放射性同位素测年等方法,剖析了汉诺坝玄武岩偏硅酸矿泉水形成的岩石地球化学风化和水文地球化学过程及地质建造制约因素.结果表明,研究区矿泉水为低矿化度的HCO₃-Ca·Mg型与HCO₃-Na·Ca型水,矿泉水形成类型有构造断裂深循环淋溶型和层状补给富集埋藏型2类.上层古风化壳地下水14C校正年龄约为4 050 a,地下水可溶性无机碳来源于土壤CO₂与幔源CO₂的混合作用.偏硅酸矿泉水的形成与分布受玄武岩地质建造制约,受岩石地球化学特征、岩石风化地表过程和水文地球化学响应过程控制.地下水中偏硅酸主要来源于玄武岩中斜长石、单斜辉石、镁橄榄石等硅酸盐矿物的风化水解;岩石矿物风化的水化学响应过程受溶滤作用控制,受阳离子交换作用影响.      

邯郸万年矿饮用天然矿泉水的水文地球化学模式

本文根据水－岩相互作用过程中化学热力学理论与方法，研究万年矿含锶矿泉水形成的水文地球化学机理及其主要影响因素。在此基础上，初步提出了万年矿含锶矿泉水形成的水文地球化学模式。     

广汉市平原区浅层地下水化学演化及其控制因素

为在广汉市城乡规划过程中提供地下水资源开发利用的基础信息,采用矿物风化系统分析、相关性分析、主成分分析和PhreeQC反向水文地球化学模拟等方法对广汉市平原区的浅层地下水的地下水水化学组分进行分析,确定了浅层地下水的水化学演化及控制因素,完成了地下水资源的质量及时空分布特征分析。分析表明：Gibbs图显示岩石风化主导该区地下水水化学特征,风化过程产生离子和次生矿物又经历水解作用,在矿物风化系统稳定场图中显示水样中铝硅酸盐矿物逐渐趋于溶解,碳酸盐矿物处于饱和状态;PhreeQC反向水文地球化学模拟结果显示在水流模拟路径上主要发生了钙蒙脱石、钾长石溶解和高岭石、石英、钠长石的沉淀,以及Ca-Na₂之间的阳离子交换吸附作用;离子相关性和主成分分析进一步的验证了溶滤作用、蒸发浓缩作用和阳离子交换吸附作用是引起浅层地下水水化学过程和矿物组成改变的主要原因。研究区地下水水质总体不会对人体健康造成不良影响。     

Application of inverse modeling in a study of the hydrogeochemical evolution of karst groundwater in the Jinci Spring region,northern China

This study explores the hydrogeochemical evolution of karst groundwater in the Jinci Spring region, Shanxi Province, northern China. During 2015, karst groundwater samples collected from 24 sampling points along several profiles that follow the groundwater flow direction were subjected to hydrochemical analysis. Reaction paths and mineral phases for the hydrogeochemical modeling were determined based on the analysis results and in conjunction with the regional geology and hydrogeology. The PHREEQC hydrogeochemical modeling software was used to perform mass balance and reaction path modeling of the hydrogeochemical evolution of the spring region. The modeling results showed that from the recharge area through the runoff area to the drainage area, the hydrogeochemical processes occurring in the karst water vary widely between the northeastern, central, and southwestern parts of the spring region, and across the piedmont discharge area. Additionally, hydrodynamic fields and geological structures were found to have significant control over the hydrogeochemical reactions occurring within the spring region’s karst groundwater.     

南宫市制药厂碘－锶饮用天然矿泉水

本文从区域地理地质背景、矿泉水水源地的水文地质条件和水文地球化学特征等方面入手，较详细地论述了南宫制药厂碘、锶优质饮用天然矿泉水的形成条件、赋存规律、水质和动态变化特点，并合理地计算了生产井允许开采量及进行了水源地卫生保护区的划分。为在新生代断陷盆地勘查评价同类型矿泉水提供了重要依据。     

Hydrogeochemical modelling of fluid–rock interactions triggered by seawater injection into oil reservoirs: Case study Miller field (UK North Sea)

A hydrogeochemical model is presented and applied to quantitatively elucidate interdependent reactions among minerals and formation water–seawater mixtures at elevated levels of CO₂ partial pressure. These hydrogeochemical reactions (including scale formation) occur within reservoir aquifers and wells and are driven by seawater injection. The model relies on chemical equilibrium thermodynamics and reproduces the compositional development of the produced water (formation water–seawater mixtures) of the Miller field, UK North Sea. This composition of the produced water deviates from its calculated composition, which could result solely from mixing of both the end members (formation water and seawater). This indicates the effect of hydrogeochemical reactions leading to the formation and/or the dissolution of mineral phases.     

新疆天山北麓中段孔隙水水化学特征及苏打水的成因

天山北麓中段受构造控制,水文地质条件较为复杂.研究孔隙水水化学特征及苏打水（NaHCO₃型）形成机制对了解天山北麓中段地下水水文地球化学过程与地质条件之间的联系具有重要意义.基于新疆天山北麓中段平原区209组地下水水样,结合地质条件,采用半变异函数模型、绝对主成分得分多元线性回归模型（PCA/APCS-MLR）剖析了潜水和承压水中水化学类型空间分布特征、地下水化学组分源贡献率、苏打水形成的地质条件控制因素以及水文地球化学作用.结果表明:山前倾斜平原潜水、冲积平原潜水和承压水分别以Na₂SO₄、NaHCO₃和Na₂SO₄型水为主,其中苏打水分别占总水样的7.18%、14.83%、6.22%.承压水中Na+、HCO₃-、TDS空间自相关性较强,潜水中Na+、HCO₃-、TDS空间自相关性较弱,当水中TDS < 1 000 mg/L时更有利于NaHCO₃型水的形成.溶滤-富集因子（F1）、外界输入因子（F2）、原生地质因子（F3）和地质环境因子（F4）对地下水中水化学指标的平均贡献率分别为29.44%、15.99%、7.70%和6.71%.苏打水形成过程不仅受控于矿物溶滤、阳离子交换、混合作用和脱硫酸作用等多种水文地球化学作用,还受到地质环境、地质构造及水文地质条件的影响.