基于主成分分析的岩溶水水化学组成及影响因素研究——以贵州水城盆地为例

2015年9月对贵州水城盆地进行采样,共采集地下水样品12个,地表水样品10个,综合运用相关性分析、主成分分析等方法,并结合PHREEQC软件对矿物饱和度指数的计算结果,探讨了地下水、地表水水化学特征现状及其影响因素。研究结果表明:水城盆地岩溶水的水化学类型主要为HCO3-Ca型,部分为SO4-Ca型,地下水和地表水水化学组成主要受Ca2+、K++Na+、HCO3-、SO42-和Cl-影响。研究区地下水和地表水中Ca2+和HCO3-主要来源于碳酸盐岩地区的水-岩反应,水体中Cl-、NO3-和Na+主要来源于城镇生活污水、屠宰废水排放。地下水水质受水-岩反应影响,部分区域受到人类活动干扰明显;地表水水质在钟山区方向主要受沿途生活污水和农业面源污水汇入影响显著,而在水城县方向受煤矿企业排放废水影响较大。      

济南泉域岩溶水水化学特征及其成因

济南泉域水质逐年变差,查明其污染来源和影响因素,对岩溶水资源开发利用及生态环境保护具有十分重要的意义,而对包含补给径流区的全区岩溶水系统分析尚未见报道.综合运用水化学(Piper三线图、离子比例系数、相关分析)和多元统计(因子分析、聚类分析)方法分析地下水水化学特征,探讨了不同区域水质影响因素及影响强度.因子分析反映了灰岩水岩作用、工业和生活污染、白云岩水岩作用、农牧业和生活污染对水化学组分的影响,贡献率依次为33.1%、28.4%、12.0%和11.8%.分析结果表明:研究区岩溶水水质受水岩作用和人类活动的双重影响;南部补给区、西郊及其以西排泄区水质优良,主要受碳酸盐岩溶解的影响;直接补给径流区部分岩溶水受农牧业和农村生活污染的影响,NO₃-含量较高;东郊排泄区、城区及近郊开采区受工业及城镇生活污染的影响,水质较差,少数地段SO₄2-、NO₃-、TDS和总硬度超标.      

贵州织金洞洞穴CO2的来源及其空间分布特征

为探索喀斯特高原峡谷地区高位旱洞内CO2来源及其空间分布特征,于2015年1月至2015年7月按月实施定位监测,对贵州织金洞洞穴CO2浓度和洞穴水、土壤CO2浓度和土壤水以及大气降水、山顶泉水进行监测。结果表明:（1）织金洞上覆土壤CO2浓度是大气CO2浓度的11~17倍,是洞穴CO2的4~7倍。织金洞洞内CO2的来源,横向上主要来自于气流的交换、游客的呼吸作用;垂直方向上主要来自于洞穴上方延伸入基岩中植物根系的呼吸作用,洞穴上覆基岩溶隙、溶管中进入洞穴内的大气CO2,地下河水脱气以及洞穴滴水碳酸钙的沉积释放的CO2。（2）织金洞为多进口洞,CO2浓度插值空间分布呈现两端低中间高的空间分布特征,同时在1 200×10-6~1 400×10-6高值区范围内出现800×10-6~1 000×10-6低值区特征。整体上,洞穴CO2随着进、出洞口两端海拔向洞内升高而呈上升趋势,在洞穴中部灵霄殿达到最大值。（3）洞内水和洞外土壤水均为HCO3--Ca2+型水,大气降水、山顶泉水为SO42--Ca2+型水。在垂直迁移过程中,大气降水-山顶泉水-土壤水-洞穴水不同部位水中各化学成分（硬度、Ca2+/Mg2+、HCO3-/SO42-、PCO2、SIc）各不相同。      

黑河流域中游盆地地下水补给机理分析

分析地下水水循环机理是有效评价地下水资源量和合理开发利用地下水资源的前提。对此,利用皮帕尔（Piper）图解法分析地下水的水化学特征类型,结合区域构造水文地质和环境同位素,分析黑河中游盆地内不同地区的地下水补给机理。结果表明,位于黑河较上游地区两个相邻山前冲洪积扇之间的地下水水力联系微弱,分别来自于不同的补给来源;不同区域的黑河沿岸地区,受地理地形控制,地下水补给来源存在显著差异;以榆木山隆起相隔离的张掖盆地和酒泉盆地,地下水水化学特征和同位素存在显著差异,处于不同的地下水补给单元;利用放射性同位素氚含量,初步估算出不同地区地下水的更新期,其地下水年龄均低于32 a。为合理开发利用黑河中游地下水资源、保护脆弱的生态环境提供科学依据。     

艾比湖水化学特征的因子分析研究

采用最大方差正交旋转因子分析方法研究艾比湖水化学特征,结果表明,艾比湖水化学类型主要为硫酸钠亚型,盐湖湖水发育程度较深,Na+//SO42-,Cl--H2O是艾比湖的主要化学平衡体系等,这与艾比湖的实际情况完全相符。     

莱芜市矿山排水对地质环境的影响分析

莱芜市煤炭和铁矿资源丰富,开采历史悠久,矿山排水量较大。煤矿矿坑水中SO4^2-、总硬度、矿化度、F^-等组分较高,对地下水水化学场构成影响,矿区附近SO4^2-含量大于300mg／L的孔隙水分布面积9.98km^2。铁矿排水具有高强度、大降深、强烈疏干的特征,导致矿山背斜东翼已形成水位降落漏斗,其中水位标高120m的漏斗面积达27．5km^2,由于矿坑排水加之水源开采,1973年以来赵庄、孟家庄、西泉河地段共发生岩溶塌陷220处,塌陷总面积8880m^2。     

系统聚类逐步判别法对皖北矿区突水水源的分析

以Ca2+、Mg2+、K++Na+、Cl-、SO₄2-、CO₃2-、HCO₃-、pH值与TDS的测试结果为指标,对皖北矿区四含、煤系、太灰、奥灰4个主要突水含水层系统分别进行聚类分析。在此基础上,筛选出能代表各含水层水化学特征的水样进行逐步判别分析,并从中选出了SO₄2-与TDS两种标型组分,建立了皖北矿区突水水源的判别模型,该模型具有较好的判别效果。      

西藏南部古堆高温地热田水化学特征及其成因研究

作为我国近些年地热勘探取得重要突破的地热田,西藏南部古堆地热田以其浅埋、高温、富锂、活动剧烈为典型特征而为人们广泛关注。然而关于其水化学特征和成因人们还知之甚少。古堆高温富锂地热田由五个地热显示区组成,分别是布雄朗古、杀噶朗噶、巴布的密、茶卡和日若地热显示区,其中布雄朗古、杀噶朗噶地热显示区地热活动最为强烈。古堆地热田沸泉和热泉的水化学类型主要为Na- Cl型,温泉和冷泉的水化学类型主要为Na- Cl- HCO3、Na- HCO3- Cl和Na- HCO3型,地表水化学类型主要为Ca- Mg- SO4- HCO3和Na- Ca- Mg- SO4- Cl- HCO3型,这些不同的水化学类型可能反映其不同的成因和物质来源;K- Na地温计显示布雄朗古、杀噶朗噶、巴布的密、茶卡有相似的热储温度（最高可达240. 56℃）,且明显高于石英和K- Mg地温计计算结果;除了部分沸泉,多数地热水在Na- K- Mg三角图中的投点都远离完全平衡线,表明地热水在从热储上升至地表的过程中没有达到完全的化学再平衡,可能与冷水发生了混合;通过对地热流体特征元素的分析发现Cl、Na、K、SiO2、B、As、Li、Rb、Cs和F是古堆地热流体的特征化学组分,Cl和其他特征化学组分之间良好的线性关系,表明了深部母地热流体的存在;通过对古堆地热流体焓- 氯图解的分析表明古堆地热田深部可能存在两类不同的母地热流体,其Cl含量、焓值和对应的温度分别为567 mg/L、1562. 5 J/g、335. 5℃和697 mg/L、1250 J/g、282. 5℃,并且古堆地热田的母地热流体可能是通过与围岩的热传导、沸腾或者与浅部地表冷水混合的冷却方式上升至地表形成不同温度、水化学类型和活动强度的热泉,本研究对深入认识我国西藏南部高温富锂地热系统的水化学特征和形成过程具有重要理论意义,同时对将来合理利用我国西藏南部清洁地热能和地热型锂资源具有重要的现实意义。     

大沽河下游地区地下咸水的水化学特征及成因

大沽河下游地区存在大面积咸水体,为了查明咸水体盐分的来源,揭示地下水咸化机理,于2017年4、8和10月在大沽河下游地区采集地下水样品,对其进行研究。现场原位监测地下水的水位、水温、电导率和总溶解性固体等,并采集水样进行主要水化学离子测定。用数理统计法、吉布斯图解法、主要水化学离子比值法以及卤族元素比值法对地下水样进行综合分析,分析地下水化学分布特征,识别出地下咸水的盐分来源;并结合古地理、地质和水文地质资料,研究其咸水形成机理。结果表明:(1)研究区由西北向东南方向,TDS和Cl浓度均逐渐升高,水质由淡水逐渐向盐水转化,地下水的优势阴离子类型沿着HCO_3型→HCO_3·Cl型→Cl·HCO_3型→Cl型变化,大部分地区的阳离子以Na^+占主导地位。(2)研究区内地下淡水受到岩石风化-溶滤和蒸发浓缩的共同影响,地下咸水的形成主要受到与海水的混合作用控制,还受到阳离子的交换吸附和矿物溶解作用的影响。(3)综合Br/Cl和I含量,证实了研究区存在着海相沉积地层的溶解作用,这是研究区东南部地下咸水的重要盐分来源。     

莱州湾南岸平原地下水化学特征研究

用2009年莱州湾南岸地下水最新监测数据,将研究区地下水淡水区、微咸水区、咸盐水区和卤水区进行经典统计分析、相关分析、等值线图和Piper三线图绘制,阐述了水化学类型和成分特征从南往北的变化:EC、TDS、Na+、K+、Mg2+、Cl-、SO42-的平均浓度从南部淡水到北部卤水呈现逐渐增大趋势,因为在卤水区普遍发生碳酸钙沉淀,Ca2+和HCO3-则在咸盐水区浓度达最高;pH值从淡水到卤水呈现从弱碱性到弱酸性的转变;从淡水区向卤水区地下水化学组分阴离子由HCO3-为主变为Cl-为主,阳离子由Ca2+为主变为Na+为主;此外河流对地下水起到淡化和冲刷的作用。主成分分析法提取了水化学3个主成分,分别代表了地下水盐化指标、生物化学作用和碳酸钙沉淀。进一步结合系数比值法和饱和指数计算,在对本区水文、地质以及离子水文地球化学特性分析基础上,指出地下卤水阴阳离子中占绝对优势的Cl-、SO42-、Na+、Mg2+的毫克当量百分数与正常海水的值非常相近而与地下淡水的值相差甚远,反映出本区地下卤水起源于古海水,为沉积海水。此外卤水绝非海水简单浓缩的产物,其间还包括复杂的水化学变质过程及后期演化如矿物沉淀、阳离子交换(K+-Ca2+;Na+-Ca2)+、去白云岩化作用和硅酸盐蚀变等。饱和指数的计算表明石膏在卤水矿化度达100 g/L之后才开始缓慢沉淀,而文石、方解石和白云石基本一直处于饱和沉淀状态,且文石和方解石的饱和指数散点分布极为相似,说明两者可能同时发生沉淀。