环境同位素在北京平谷盆地山前侧向补给研究中的应用

利用地下水水化学和同位素测试分析成果,结合区域地质、水文地质条件研究了平谷北山山区侧向补给情况和中桥水源地地区第四系松散孔隙水和下伏岩溶水关系。结果表明：研究区第四系松散孔隙水和基岩岩溶地下水均来源于大气降水,地下水化学类型均为HCO-3-Ca2+?Mg2+ 型;平谷北山山前基岩岩溶水侧向补给平原区第四系松散孔隙水和下伏岩溶地下水;通过D值估算得到中桥水源地第四系浅层地下水的山区岩溶水侧向补给和垂向降水入渗补给比例为57：43;中桥水源地基岩岩溶水接受山区岩溶水侧向补给和第四系孔隙水垂向越流补给比例为87：13。研究成果为平谷地区地下水资源量评价和地下水动力场数值模型的建设提供了关键参数,为区域地下水的合理开采和有序回补涵养提供了科学依据。     

环境同位素在北京平谷盆地山前侧向补给研究中的应用

利用地下水水化学和同位素测试分析成果,结合区域地质、水文地质条件研究了平谷北山山区侧向补给情况和中桥水源地地区第四系松散孔隙水和下伏岩溶水关系。结果表明：研究区第四系松散孔隙水和基岩岩溶地下水均来源于大气降水,地下水化学类型均为HCO₃^-—Ca²⁺·Mg²⁺型;平谷北山山前基岩岩溶水侧向补给平原区第四系松散孔隙水和下伏岩溶地下水;通过D值估算得到中桥水源地第四系浅层地下水的山区岩溶水侧向补给和垂向降水入渗补给比例为57∶43;中桥水源地基岩岩溶水接受山区岩溶水侧向补给和第四系孔隙水垂向越流补给比例为87∶13。研究成果为平谷地区地下水资源量评价和地下水动力场数值模型的建设提供了关键参数,为区域地下水的合理开采和有序回补涵养提供了科学依据。     

数值模拟方法在隐伏岩溶水源地保护区划分及污染治理中的应用

文章以北京市东南郊大兴迭隆起隐伏岩溶水子系统内的两个水源地（大兴念坛水源地与通州龙旺庄水源地）为例,研究数值模拟方法在隐伏岩溶地下水水源地保护区划分中的应用。研究基础为基于GMS建立的包括第四系与岩溶含水层在内的三维非稳定流地下水数值模拟模型,采用的主要技术手段为质点追踪技术,结合溶质质点迁移100 d与1 000 d的距离划分水源地的一级与二级保护区,并提出相应的污染防控措施。研究得出,对于隐伏岩溶水大部分来自上覆第四系松散孔隙水越流补给的情况,岩溶水源地保护区即是上覆松散含水层的保护区范围,应加强第四系孔隙含水层地下水污染的防治,以保护岩溶水不受污染。      

埋藏型岩溶地下水源地的三维数值模拟——以天津市宁河北岩溶地下水源地为例

根据宁河北岩溶地下水源地已有的水文地质勘查成果和大型抽水试验资料,对研究区水文地质条件进行概化,建立地下水流三维非稳定流数学模型并进行数值计算,对开采性抽水试验的地下水位变化过程进行模拟。结果表明,该模型可以刻画埋藏型水源地地下水流场的变化过程,用它对规划的水源地三种开采方案的开采动态进行预测计算也取得了良好的效果。模拟计算中将开采条件下浅层第四系含水层对深层奥陶系灰岩含水层的越流补给处理为边界条件,可以刻画埋藏型水源地在开采条件下获得的补给增量。      

地下水水位及水温在查明矿区岩溶水补给条件中的应用——以福建马坑铁矿为例

综合利用马坑矿区积累的水位、水温资料,结合前期对矿区水文地质条件的认识,查明了矿区岩溶水在疏干条件下的补给的变化特征。矿区岩溶含水层以石炭系船山组至二叠系栖霞组灰岩为主,大气降水为其主要补给来源。矿区开采过程中由于矿山采石场开采灰岩造成的溶洞出露地表、采空塌陷裂隙、第四系扰动及沟谷堵塞等使大气降水入渗补给量增大;断层破碎带使分布于灰岩含水层上部的二叠系文笔山组泥质砂岩地层具有了良好的含水性及导水性,致使其上部加福组砂岩裂隙水通过小娘坑断层及F3断层等破碎带补给岩溶水;溪马河河水沿河床与F1断层交汇段渗漏补给岩溶水;深部花岗岩低温热水也沿F1及F10断层破碎带进入矿坑。      

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。     

邵庄—双庙水源地不同水体U同位素组成特征的初步研究

在邵庄— 双庙水源地勘察评价过程中,应用U同位素场分析得到如下认识: ( 1)本区不同类型水体的U同位素具有不同的组成特征,主要表现为大气降水、山区岩溶水的U含量、I ( 234U) /I ( 238U)比值及Iex (234 U) 均较低;第四系孔隙水U含量和I ex ( 234U ) 均较高,但I (234 U) /I (238 U) 比值较低;隐伏岩溶水的U含量较低,介于孔隙水与大气降水之间,而I (234 U) /I (238 U) 比值与I ex (234U) 均较高; 地表水的U含量较高,但I (234 U) /I (238U) 比值低, Ie x (234U) 也较低; ( 2)蜀山背斜岩溶水系统具有大气降水、第四系孔隙水和深层岩溶水三源补给特征; ( 3)蜀山背斜岩溶水系统与双庙地垒岩溶水系统基本不存在水力联系,且二者补给条件也不同,蜀山背斜岩溶水系统与第四系孔隙水联系密切,接受上层孔隙水越流补给,径流条件好;双庙地垒岩溶水系统相对较封闭,与第四系孔隙水联系较弱,主要靠兖西奥灰水源地侧向径流补给,且径流条件相对较差。      

山西省柳林矿区地下水水化学和同位素特征研究

山西省柳林县地方煤矿众多,各生产煤矿受"太灰"、"奥灰"岩溶水的威胁十分严重,但对整个矿区内含水层的水文地质特征认识程度较低。在山西省柳林县兼并重组整合煤矿区水文地质补充勘探项目基础上,通过研究柳林矿区内各含水层的地下水化学特征,进一步提升该区对煤矿开采有影响的含水层地下水赋存规律的认识程度,确定了柳林矿区主要含水层的特征离子,为今后矿井突水水源的研究判别提供依据;同时通过水化学同位素特征揭示了矿区内奥陶系含水层的补给、径流、排泄条件,即矿区地下水补给来源为大气降水,矿区位于柳林泉域岩溶地下水的集中排泄区下游,区内岩溶地下水径流滞缓、水循环条件差。     

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。     

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。     

榆阳煤矿矿井涌水来源及对红石峡水源地的影响

根据监测资料,分析了榆阳煤矿矿井水的来源、矿井水与煤层顶板各含水层地下水的化学成分特征、矿井涌水通道特征、不同含水层地下水对矿井水的“贡献”率,研究了红石峡水源地补给来源,探讨了榆阳煤矿开采对红石峡水源地的影响,提出了榆阳煤矿开采对红石峡水源地影响不大的结论,但由于红石峡水源地范围内煤矿较多,众多煤矿大范围、高强度开采将直接影响红石峡水源地补给来源。     

济南岩溶泉域泉群区水化学与环境同位素研究

本文通过对济南岩溶泉域排泄区地下水样品的分析,采用主要离子(Cl、NO_3、Mg、Ca、HCO_3、SO_4)、微量元素(Br、Ba、Sr)、氢氧同位素(~2H和~(18)O)、硫同位素(~(34)S)等示踪因子的综合研究方法,结合岩溶泉域实际水文地质条件,揭示了济南泉水的水文地球化学特征、枯丰期水化学动态和环境同位素特征,确定了泉水在枯、丰水期不同的补给来源及补给途径。研究显示,泉群区出流的泉水可以分为三组,黑虎泉出流的路径是经奥陶系灰岩直接出流,趵突泉是经奥陶系灰岩与第四系沉积层出流地表,而五龙潭泉、珍珠泉和53号井则是在灰岩和侵入岩体的接触地带及第四系沉积层较薄弱处涌出地表;在丰水期地下水是混合补给,包括来自奥陶系岩溶水直接补给和硅酸盐岩裂隙水的间接补给,而在枯水期地下水主要由奥陶系岩溶水直接补给;泉群区地下水中的S主要来源于燃煤,而且有不断增加的趋势。     

地下水化学特征在岱河矿涌水水源判别中的应用

岱河矿区地下水系统包含三个主要子系统:第四系全新统孔隙含水层、煤系砂岩裂隙含水层组及煤系下伏灰岩岩溶裂隙含水层组。通过对矿区三个子系统地下水化学特征分析,确定各子系统涌出水来源判别依据的水溶组分并建立各子系统所特有的水质模型,进而提出矿井涌水水源判别模式。实际应用表明,该判别模式具有快速准确的特点,可以为了解矿井涌水来源,预测矿井涌水量,防治矿井突水提供理论依据。     

北京市西山地区地下水数值模拟及预测

北京西山地区地下水资源丰富,水质优良,是北京市重要的地下水供水水源地之一。长期过量开采地下水已经引起了区域地下水水位下降等环境问题。南水北调客水进京后,将会改变区域用水结构,逐步实现对含水层系统的涵养目的。采用有限差分方法进行区域含水层系统数值模拟,分析不同开采条件下含水层系统响应特征。取得如下认识:西山地区地下水开采总量达到3.546 2×108m3/a,为达到可持续开采目的,需要将开采量压至2.798 8×108m3/a,实现采补平衡;维持现状开采至2030年,岩溶水水位下降22m,第四系承压水水位下降约28m,部分地区第四系潜水含水层出现疏干现象;南水北调进京后,按照规划压采方案实施,2030年末岩溶水水位平均恢复约5m,第四系承压水水位下降约6m。区域岩溶含水层恢复贮水0.185 4×108m3,第四系含水层系统贮水损失2.782 8×108m3。     

煤炭开采后峰峰矿区奥陶系岩溶水硫酸盐演化过程研究

文章运用水化学和同位素水文学等手段,寻求奥陶系岩溶水硫酸盐演化过程的“指纹”,通过不同含水层间水化学、稳定同位素差异的比对,分析其与上覆含水层间的水力联系和硫动力分馏过程,阐述采矿活动影响下峰峰矿区奥陶系岩溶水硫酸盐的演化过程。研究结果表明:煤矿开采后,峰峰矿区奥陶系岩溶水硫酸盐含量普遍增高,演化特征呈现多样性,存在多种硫动力分馏过程。分馏动力主要来自矿坑水和孔隙水通过导水裂隙的渗漏（越流）补给,以及脱白云石化过程中自身蒸发岩矿物（石膏）的溶解。      

横河煤矿底含放水孔与井田内供水井连通试验研究

在邹城市宏河矿业集团横河煤矿井田范围内,有多眼供水井.由于这些供水井大部分穿透了第四系松散层,致使上部含水层和底部含水层串通,造成对矿井水的补给.但较长时期以来,由于缺乏直接的证据,对供水井与煤矿底含涌水之间的关系看法不一,从而造成对矿井水防治决策的困扰.通过化学示踪法跟踪地下水的流向,证实是供水井自身结构串通了第四系含水层上、中、下组,从而造成上组含水层对底部含水层的补给.     

唐山北郊水源地地下水多年动态变化分析

唐山北郊地区有唐山自来水公司荆各庄水源地及北郊水源地,是唐山北部重要的生产及生活用水的供水水源地,水源地现状主要开采层为第四系浅层水及奥陶系岩溶水,通过连续多年对北郊水源地地下水动态统计分析,1972-2008年以前水位基本上呈多年呈下降态势,2008年以后水位呈逐步回升,目前岩溶水开采尚未对上覆第四系孔隙水、周围的农业用水的构成较大影响。     

山西太原晋祠—平泉水力联系及对晋祠泉复流的贡献

晋祠泉出露于山西太原西山悬瓮山下,由难老泉、圣母泉、善利泉组成。1954—1958年实测泉水平均流量为l.94 m³/s。与晋祠泉同处山前断裂带的平泉于1978年成为特大岩溶水自流井水源地,自流量最大达到1.56 m³/s。由于这些自流井的开采,使晋祠泉的流量急剧下降,1994年4月30日断流。研究山西太原晋祠泉—平泉水力联系对晋祠泉复流方案制定具有重要意义。本文以晋祠泉、平泉为研究对象,通过样品采集、水质监测,综合运用水化学（离子比例、硫同位素、氢氧同位素）方法。揭示晋祠泉—平泉水文地球化学特征和环境同位素特征,反映地下水流系统的特征、水力联系特征。得出1980—1992年,晋祠泉地下水水位的变化呈稳定下降趋势,主要原因是有太原化学工业公司、开化沟、淸徐县平泉村和梁泉村等水源地大量开采岩溶地下水,导致地下水水位下降。晋祠—平泉一带岩溶地下水氢氧同位素值较接近,说明这一带岩溶地下水补给来源与补给途径相近。水质监测分析得出晋祠泉与平泉各个离子变化趋势基本一致。说明晋祠与平泉存在紧密的水力联系,因此晋祠泉与平泉必然存在一个比较强的导水通道。可以通过在晋祠泉下游导水通道上帷幕灌浆,提高晋祠泉水水位,使晋祠泉出流。     

娘子关泉域岩溶水氢氧同位素特征及影响因素浅析

为了研究娘子关泉域岩溶水状况及补给运移规律,系统采集了泉域内岩溶水、地表水样品,分析测试了样品的δD、δ~(18)O值,利用氢氧同位素方法,通过分析氢氧同位素特征及其影响因素研究岩溶水的补给来源及各含水层的相互联系。研究结果表明,大气降水和河流渗漏补给是泉域内岩溶水的主要补给来源。由于大气降水的高程效应和温度效应,导致泉域内δD、δ~(18)O值存在一定的差异。由于受到强烈蒸发后的大气降水及河流渗漏水的补给,河流沿岸岩溶水的δD、δ~(18)O值相对较高。同时对娘子关泉群城西泉、五龙泉和集泉站的D和~(18)O同位素分析结果表明,城西泉水来源于近源低海拔的补给源;而五龙泉和集泉站泉水来源于深循环、远距离、较高补给高程与地表水交换弱的补给源。通过以上研究,进一步明确了娘子关泉域岩溶水的补给运移规律,为当地政府合理开发及可持续利用娘子关泉域岩溶水资源提供了理论支撑。     

山东莱芜盆地西北缘古近系半固结含水岩组的特征及其成因

通过岩心、测井、地下水常规离子组分及氢氧同位素样品测试对分布在莱芜盆地西北缘古近系半固结含水岩组物性、水化学特征及地下水补给循环特征进行研究; 结合古新世以来盆地沉积演化史及含水层成岩阶段划分, 分析半固结含水层地下水富集模式。结果表明, 埋深100 m以下的古近系砂砾岩含水层, 长期处在早成岩A期, 呈弱固结-半固结状态, 兼具裂隙与孔隙含水层特性, 且以孔隙为主。与碳酸盐岩含水层水化学特征相似, 水化学类型为HCO3-Ca?Mg型, 现代大气降水作为地下水主要补给来源, 蒸发浓缩作用, 碳酸盐岩、石膏及盐岩溶解参与了地下水化学组分形成。在莱芜盆地北部边界断裂处, 部分断裂所夹断块可作为古近系含水岩组应急找水靶区。