Hydrogeology of the Ordos Basin,China

The Ordos Basin is located in the east of NW China that is composed of different aquifer systems. Karst groundwater is stored in the Carmbrian-Ordovician carbonates along the margins of the basin. Fissured-pore water is present in the Cretaceous strata in the central-western basin and pore water is stored in the overlying Quaternary deposits discontinuously. The main origin of groundwater in the basin is direct or indirect infiltration of precipitation. Groundwater flows from recharge areas to adjacent local discharge areas. Besides evaporation and abstraction, groundwater feeds springs and rivers, such as the Yellow River and its tributaries. According to the karst aquifer lithologic structure, the features of karst development and circulation, the karst aquifer is divided into three structural and circulation patterns. Based on the control of Cretaceous sedimentary environment, lithologic structure, lithofacies, and palaeogeographic characteristics, the Cretaceous system is divided into the northern desert simple plateau aquifer system and the southern loess plateau aquifer system. PACKER was used to obtain temperature, hydrogeochemical and isotope data at specific depths. Groundwater circulation is studied using hydrodynamic fields, temperature fields, isotopes, hydrogeochemical data and numerical simulations. According to the result, it is divided into local, intermediate and regional systems.     

环境同位素特征对滨海岩溶地区海水入侵过程的指示意义

大连大魏家水源地位于中国北方典型滨海岩溶地区。近30年来,地下淡水的不合理开采造成的地下水位降落漏斗引发了严重的海水入侵。以大魏家水源地为研究对象,通过大量的水文地质调查和水化学及同位素采样测试分析,探讨海水入侵形成的水动力条件,通过分析滨海岩溶含水层中地下水主要水化学和多种同位素(δ2H-δ18O,δ34S,δ13C)组成特征,识别了海水入侵过程中发生的主要水文地球化学作用,并对其进行了定量模拟,从而阐明了岩溶含水层中的海水入侵机理。研究结果表明:大连大魏家海水入侵主要通道为大魏家地区存在的导水断裂、岩溶裂隙以及第四系松散地层。对δ2H-δ18O同位素的组成分析表明,研究区地下水主要来自大气降水补给,结合Cl-浓度分布,认为除海水入侵淡水含水层后增加了地下水中的盐分外,浅层地下水的蒸发也对地下水中盐分的累积起到了重要作用。根据不同水体中δ34SSO4,δ13CHCO3等同位素特征,结合水化学成分(如SO2-4,Cl-)分析认为,研究区微咸水和咸水并不是地下水淡水和海水简单混合而成。利用反向水文地球化学模拟揭示了控制滨海岩溶含水层中水化学演化的主要水文地球化学反应有方解石、蒙脱石和石膏的溶解作用,伊利石的沉淀作用以及Ca-Na离子交换作用,伴随着CO2的释放。     

岩溶关键带水文地球化学研究进展

岩溶关键带处于岩石、水、土壤、大气、生物五圈交汇地带。正确认识岩溶关键带的结构、特点及其水文地球化学过程是当前地球关键带与岩溶水科学研究的重点问题。本文基于对国内外相关研究成果的归纳整理,剖析了岩溶关键带水文地球化学内涵、岩溶关键带水动力垂向分带、岩溶关键带框架下的水文地球化学过程与机制, 探寻变化环境下岩溶关键带水文地球化学过程演变的规律与驱动机制。指出了当前研究中存在的薄弱环节:目前工作仅停留在传统岩溶地下水科学工作范畴,未从岩溶关键带框架体系的角度考虑植物冠层至岩溶含水层之间水文地球化学过程及其耦合关系,未考虑新污染物持续输入、地球大数据科学工程深入实施、全球碳排放路径逐渐改变等时代因素对岩溶水文地球化学研究的潜在影响。进一步的研究可以从以下方面开展:基于岩溶关键带框架体系的新污染物水文地球化学研究,基于大数据框架体系的岩溶水文地球化学研究,“双碳战略”下的岩溶水文地球化学研究,岩溶关键带水文地球化学驱动的物质转化与能量迁移过程及其耦合以及高分辨率监测、评估与模拟手段的综合应用。     

川滇高原斜坡地带峡谷区岩溶水化学特征及演化规律

岩溶地下水不仅作为重要的生活和生产用水水源,而且作为一种重要的地质营力,对于岩溶演化史具有重要影响,对其进行水化学特征分析及演化规律研究,能够为岩溶水资源及岩溶生态环境保护提供科学依据。以川滇高原斜坡地带峡谷区岩溶地下水为研究对象,结合研究区水文地质条件,对比分析了龙爪坝河岩溶水系统和洛泽河岩溶水系统内地下水化学特征。通过常规地下水化学组分、氢氧同位素分析和水文地球化学反向模拟,识别了地下水化学类型,确定了岩溶水的主要离子来源和补给特征,判别了发生的水岩相互作用过程。研究表明：岩溶地下水以大气降水为补给来源,离子源于岩石风化作用,物质来源为灰岩、白云岩夹灰岩,水岩相互作用均受方解石、白云石和石膏沉淀及溶解作用控制,且龙爪坝河岩溶水系统内矿物饱和指数趋近饱和,岩溶发育趋于停滞,而洛泽河岩溶水系统内矿物饱和指数处于不饱和或饱和的波动态,岩溶仍然发育。     

水化学特征揭示的济北地热水与济南泉水关系

以济南北部地热田地热水及济南泉域岩溶地下水、泉水为研究对象,通过分析常规离子、微量元素及同位素,探讨了地热水的成因机理、补径排及地热水与上游泉域岩溶地下水、泉水的水力联系。研究认为,研究区地热水与岩溶地下水、泉水为同源补给,地热水属海相含盐沉积岩溶滤水。通过对氢氧稳定同位素和氚同位素法测年结果的分析,初步判定现代大气降水为地热水的主要补给来源。14C法测年结果分析表明,地热水接受更新世古降水补给,地热水为古降水和现代大气降水的混合水。      

我国北方典型岩溶地下水位对降水及气象指数的响应特征——以鲁中地区为例

我国北方岩溶水资源是其经济社会发展的重要资源基础,表征水资源赋存特征的岩溶地下水位动态及其影响因素分析能够为岩溶水资源管理及合理开发利用提供重要支撑。本文选取鲁中地区3个典型水文地质单元,基于2010-2017年月值降水、地下水位及NPI气象指数数据,采用小波分析方法对上述指标的周期性、响应特征及遥相关特征进行了分析。结果表明:（1）各岩溶地下水位动态、降水与NPI的主波动周期均为1 a,其显著周期与分布时段等的异同是受自然条件和人类活动共同作用的结果。（2）各水文地质单元岩溶水位对降水的响应时滞为95.81~146.64 d,其差异主要源于观测站所处的地下水流系统的位置的不同。（3）NPI与降水存在一定的遥相关,与受降水影响的岩溶水位动态也存在遥相关。各岩溶水位对NPI的遥相关时滞为111.75~169.77 d,相比水位对降水时滞有所增加。鲁中岩溶地区地下水位对降水与NPI存在规律性的响应时滞,此种特征可为我国北方岩溶地下水位的预警预报提供帮助。      

贵阳市岩溶地下水水化学演化机制:水化学和锶同位素证据

岩溶地下水的水化学特征及其水岩作用过程研究对岩溶地下水合理开发利用和污染防治具有重要意义.综合利用水化学分析、主要离子比值、锶含量和87Sr/86Sr比值分析和反向水文地球化学模拟,深入分析了贵阳市地下水和地表水不同季节的水化学特征变化和水文地球化学演化过程.水化学特征分析表明,贵阳市地下水以HCO₃·SO₄-Ca型和HCO₃-Ca·Mg型为主,水化学组成在季节和空间分布上存在一定的规律性变化,地表水与地下水的直接混合对地下水化学组成有一定的影响.锶同位素比值和水文地球化学反向模拟表明,地下水水化学组分主要受岩石风化作用的控制,以方解石和白云石为主的碳酸盐的溶解－沉淀作用以及硫酸盐和岩盐的溶解是控制研究区地下水水化学特征的重要过程,并受上覆孔隙含水层硅酸盐矿物水解的影响.      

岩溶洞穴交互带概念的提出及其在水资源管理中的意义

岩溶地区以管道流为主的地下水补给、径流与排泄常常引起地下水与地表水间快速且频繁的交互与转化,并因此引发水环境退化问题。文章引用并拓展地表水文学和水文生态学中交互带的概念,提出南方岩溶地区管道流与其他类型水体交互的场所为岩溶洞穴交互带,并依据交互带的水流类型和交互方式,划分为泉口交互带、天窗交互带、落水洞交互带和管道交互带4种类型;且以泉口交互带和天窗交互带为重点,采用水文和水化学在线监测、现场测试、流量测量,结合水化学、浮游生物和微生物等的分析鉴定,剖析了交互带的水文、水化学特征和水生生物群落结构及其与水环境的关系。研究发现:岩溶洞穴交互带的水文功能有弱化趋势;泉口交互带的污染物降解能力明显,水化学功能尚能发挥作用;水生生物功能在退化,主要是由水文功能弱化导致的。水文功能弱化是岩溶洞穴交互带环境功能退化的重要原因。建议在岩溶地区的水文地质和环境地质工作中重视交互带,探索交互带的探测和监测技术,通过有效管理改善交互带的环境功能。      

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.     

Geochemical evolution of groundwater in carbonate aquifers in Taiyuan, northern China

Thirty-nine samples of both cold and thermal karst groundwater from Taiyuan, northern China were collected and analyzed with the aim of developing a better understanding of the geochemical processes that control the groundwater quality evolution in the region’s carbonate aquifers. The region’s karst groundwater system was divided into three geologically distinct sub-systems, namely, the Xishan Mountain karst groundwater subsystem (XMK), the Dongshan Mountain karst groundwater subsystem (DMK) and the Beishan Mountain karst groundwater subsystem (BMK). Hydrochemical properties of the karst groundwaters evolve from the recharge zones towards the cold water discharge zones and further towards the thermal water discharge zones. In the XMK and the DMK, the hydrochemical type of the groundwater evolves from HCO₃-Ca·Mg in the recharge - flow-through zone, to HCO₃·SO₄-Ca·Mg/SO₄·HCO₃-Ca·Mg in the cold water discharge zone, and further to SO₄-Ca·Mg in the thermal water discharge zone. By contrast, the water type changes from HCO₃-Ca·Mg to HCO₃·SO₄-Ca·Mg in the BMK, with almost invariable TDS and temperatures all along from the recharge to the discharge zone. The concentrations of Sr, Si, Fe, F⁻ and of some trace elements (Al, B, Li, Mn, Mo, Co, Ni) increase as groundwater temperature increases. Different hydrogeochemical processes occur in the three karst groundwater sub-systems. In the XMK and the DMK, the geochemical evolution of the groundwater is jointly controlled by carbonate dissolution/precipitation, gypsum dissolution and dedolomitization, while only calcite and dolomite dissolution/precipitation occurs in the BMK without dedolomitization. The hydrogeochemical data of the karst groundwaters were used to construct individual geochemical reaction models for each of the three different karst groundwater sub-systems. The modeling results confirm that dedolomization is the major process controlling hydrochemical changes in the XMK and the DMK. In the thermal groundwaters, the dissolution rates of fluorite, siderite and strontianite were found to exceed those of the cold karst groundwater systems, which can explain the higher concentrations of F⁻, Fe and Sr²⁺ that are found in these waters.     

桂林会仙岩溶湿地水位动态特征及水文生态效应

会仙湿地是我国最大的岩溶湿地,具有重要的生态环境功能。近年来湿地面积萎缩、退化趋势显著,生态环境逐步恶化。从湿地水文过程的角度,基于野外定点监测数据,运用统计学方法研究了会仙湿地年季水位分布特征及其对降水的响应过程,分析了湿地内地下水与地表水的转换关系,并进一步讨论了湿地水位波动对生态环境的影响。结果表明:会仙湿地地表、地下水位存在显著的空间差异性,两者均对降水响应迅速,多峰多谷特征显著。湿地中部地表水位较边缘区稳定,各区地表水域相互贯通;地下水位变化受地势、降水、岩溶发育及第四系厚度等因素影响,表现出与地表水相似的变化特征,但其水位变幅自补给到排泄区逐渐降低。区内地表、地下水转换频繁、水力联系紧密,湿地地下水常年以一稳定强度补给地表水,是会仙湿地重要的补给水源。Pearson相关性分析表明,湿地地表水位与水体电导率呈显著负相关（R=-0.780 8）,水位下降期间水体营养盐浓度增高,可能诱发水体富营养化;而湿地地下水位与浅层土壤含水量的相关性不显著,对湿地生境的扰动较小。      

中国北方气候变化特征及其对岩溶水的影响

在气候变化的大背景下,近数十年来随着北方岩溶区降水量的趋势性下降和气温的不断升高,岩溶水补给资源量大幅度衰减,气候变化成为引发一系列岩溶水文地质环境问题的原因之一。针对这一问题,以岩溶水系统为单元,采用大量气象系列资料研究北方岩溶区降水变化与分布特征,分析了气候变化发展趋势及成因,从区域角度出发,估算了气候变化对岩溶水资源的影响。     

南方岩溶地区1∶5万水文地质环境地质调查技术要点分析

通过总结南方岩溶地区水文地质环境地质综合调查和地下水开发利用示范6个方面成果,得出南方岩溶地区水文地质环境地质条件具有10个特性:岩溶发育受层组结构类型、地质构造格局和水动力条件等因素控制的综合性,岩溶地下水分布的非均一性,岩溶含水介质由孔、隙、缝、管、洞构成的多重性,岩溶地下水流运动的多相性,岩溶地下水动态变化的剧变性,岩溶水资源时间分布的季节性,干旱与洪涝的交替性,岩溶地下水污染的隐蔽性,岩溶地下水的深埋性,岩溶地下水与生态经济的相关性;论述了对碳酸盐岩层组结构类型、构造演化与岩溶发育期次、岩溶形态组合关系、表层岩溶带、岩溶地下水系统、岩溶地下河、主要环境地质问题和岩溶水资源开发利用条件8个关键科学问题调查研究的技术要点。      

喀斯特系统生物地球化学循环及对全球变化的响应

生物地球化学循环是地球系统物质循环的核心,是维系地表生态系统稳定和人类社会可持续发展的重要基础。然而,气候变化以及人类的过度干扰可能会显著改变表层地球系统中的生物地球化学循环过程,尤其是脆弱的喀斯特生态系统。特殊的多孔隙关键带结构也加速了喀斯特地区物质循环及其对外界环境变化的响应,影响了不同尺度的物质循环和生物地球化学过程。本研究主要综述了宏观尺度（气候变化）、中尺度（人类活动）和微观尺度（微生物活动）的环境变化对喀斯特地区生物地球化学循环的影响。结果表明多要素变化导致喀斯特地区物质循环受到强烈影响,气候变化、人类活动和微生物活动及其耦合关系对喀斯特地区生物地球化学循环的调控作用具有重要意义。最后,本研究强调了现有研究的局限性并指出未来研究的挑战与方向,即未来应从系统研究（如地球关键带）的视角出发,将多尺度观测－分析与综合模型集成研究并举,从而构建多源多尺度耦合的过程和系统模型,进而为阐明喀斯特系统的演变规律和动力学机制、实现喀斯特地区的生态保护和高质量发展提供理论基础。      

晋陕峡谷地区北段岩溶地下水流特征分析

晋陕峡谷地区北段岩溶地下水流系统比较复杂,尽管在该地区开展了不少地下水资源的勘查工作,但仍然存在不少有争议的问题。本次研究利用水文地球化学方法对研究区内的清水河地区、准格尔地区、偏关-龙口地区和天桥地区的岩溶地下水系统特征以及黄河水对岩溶地下水系统的影响进行了分析,对区内岩溶地下水流系统取得较为清晰的认识。     

人类活动影响下华北平原地下水环境的演化与发展

本文是研究华北平原第四系地下水系统在自然条件关叠加人为因素影响的地下水动力场和地下水水水化学场演化与发展的综合性环境地学课题的成果。主要研究地下水民带气与外部环境要素间物质与能量的传输；地下水地球化学环境演化规律；华北平原地下水超量开采区的地下水系统循环系统及其演变规律和地下水环境演化预测。     

典型岩溶区地下水系统重金属元素分布特征浅析——以广西坡月地下河为例

地下河为岩溶地下水系统的重要组成部分,为查清典型岩溶区地下水系统中重金属指标的含量变化及空间分布特征,文章以广西坡月地下河系统为例,通过不同断面两次采样分析,重点剖析地下河系统在水文地球化学作用下,地下水中以“五毒”元素及Zn、Al和Mn为代表的重金属元素含量。分析结果表明:坡月地下河水体pH值在7.34～8.10 之间,水体中“五毒”元素、Zn、 Al和Mn的检出含量极低或未检出,质量浓度均远小于国家地下水环境质量标准中的Ⅲ类水质标准,适合各种用途。检出含量较高的点主要为地下河明流段或补给区地表水,含量最高分布在坡心地下河出口水体,其原因是坡心地下河系统区内工矿企业和其它经济活动干扰相对较强,特别是工矿企业的矿石和尾矿渣的露天堆放（如金矿）是引起地下水中重金属元素的检出或超标的重要因素。      

荥巩矿区岩溶地下水系统的水文地球化学特征及其指示意义

本文在分析荥巩矿区水文地质条件的基础上,重点对岩溶地下水系统的水化学特征进行分析。结果表明:岩溶水水化学类型自补给区到排泄区,从单一的HCO3型向复杂的HCO3.SO4型和SO4.HCO3型转变,TDS和Sr2+/Ca2+值均增加。地下水氢氧稳定同位素分析结果表明,本区岩溶地下水主要接受大气降水的入渗补给。根据同位素计算的补给高程推断岩溶水补给范围和划分的流动系统与地面调查结果及水化学研究成果一致:矿区处于区域流动系统排泄带,中寒武统张夏组—中奥陶统灰岩在矿区南部出露的范围接受降水补给,以侧向径流的方式进入矿区充水含水层。     

川东槽谷区岩溶泉水物理化学动态特征及其环境效应研究——以重庆青木关岩溶槽谷姜家泉为例

以重庆青木关岩溶槽谷姜家泉野外观测试验基地为例,利用CTDP300多参数水质自动记录仪、NITRATAX plussc在线硝氮分析仪及HOBO小型气象站,分别对岩溶泉在不同降雨条件下水化学的动态变化特征进行了监测研究。结果表明:岩溶泉水pH值受偏酸性雨水的影响而降低;水温变化取决于降雨量、持续时间及气温等因素影响。分析认为,电导率的变化随环境的不同而不同,一般降雨环境下雨水的稀释作用仅表现在降雨的开始阶段,之后裂隙含水介质起主要作用;暴雨环境下雨水的稀释作用贯穿整个降雨过程,地下河水质主要受岩溶管道裂隙控制,水动力作用占主要地位。NO3-含量与电导率变化呈正相关,都与降雨量密切相关,从而说明降雨是导致岩溶区土壤元素流失的主要原因,也是造成岩溶山区地下水污染的重要原因。岩溶泉水化学动态变化的监测研究对于解决岩溶石山区居民的饮水、水土保持及石漠化治理具有重要意义。     

昆明吴家营岩溶水系统边界的水文地球化学分析

西南岩溶水系统边界条件复杂,其中水头隔水边界在水动力条件改变的情况下具有不稳定的隔水特性。文章以昆明吴家营岩溶地下水系统为例,通过水化学组分动态序列图解法、数理统计法及水文地球化学模拟等方法对研究区边界特性进行了研究。研究结果表明该岩溶水系统水动力条件丰水季优于枯水季,并存在与边界外发生水力联系的越流通道;丰水季时岩溶槽谷区地下水在高水力梯度的驱动下向下绕过玄武岩隔水层,通过下部阳新灰岩对系统内岩溶水进行越流补给,枯水季受深部滞流阻水影响,越流补给现象不明显;由此得出此类水头边界的隔水特性会随水动力条件的改变而具有动态响应特征。研究成果对当地岩溶水资源量的评价和合理开发利用提供科学依据。