重力勘探在银川平原活动断裂构造调查中的应用

活动断裂是地震、滑坡等地质灾害的直接诱因。为进一步查明活动断层的空间分布对浅地表活动的影响,评估地质灾害危险性以及城市建设区域选址,本文以银川平原1∶20万重力数据为基础,采用小波分析手段在研究区内截取6条重力剖面,选取的剖面穿过区内主要断裂构造,运用边界识别、欧拉反演、人机交互反演等多种方法对重力异常数据进行处理。根据处理结果对研究区内断裂构造进行解释,明确了区内银川断裂和芦花台断裂的顶面埋深、倾角和位置等具体参数,进一步补充、完善了对银川平原断裂体系的认识。

银川平原夏半年不同等级降雨水汽输送机制

全球气候变暖加速了区域水循环,改变了水汽的传输路径,了解不同等级降雨稳定同位素特征及水汽来源为水资源的利用及旱涝灾害的防治提供依据。基于2018—2020年夏半年(5—10月)采集的银川平原降雨样品,研究不同等级降雨中氢氧稳定同位素的变化特征及其二次蒸发效应,并利用后向轨迹模型及水汽通量等方法分析降雨的水汽来源及潜在蒸发源区。结果表明:银川平原夏半年不同等级降雨稳定同位素随着降雨等级的增加而偏负,小雨氘盈余(d-excess)值偏负而中雨和大雨偏正,大气降水线斜率和截距随着雨量级的增加呈现出递减的规律。二次蒸发作用的强弱随气温升高而增大,随降雨量、相对湿度和雨滴直径增大而减弱。西风水汽为银川平原夏半年降雨的主控水汽,同时小雨、中雨、大雨还分别受到陆地蒸发水汽、大西洋水汽及太平洋水汽的影响。潜在蒸发源区对小雨影响较大,主要位于研究区周边及北部、南部和东南部地区;中雨潜在蒸发源区主要分布在研究区周边地区及其西北部和东南部;大雨主要分布在研究区周边及东南部地区。

基于机器学习和多光谱遥感的银川平原土壤盐分预测

快速获取区域土壤盐渍化程度信息,对于盐渍化治理与生态环境保护具有重要意义。以银川平原为研究区,以盐分影响因子和盐分指数分别作为输入参数,建立支持向量机(SVM),BP神经网络(BPNN)和贝叶斯神经网络(BNN)3种土壤盐分预测模型,选取最佳模型进行研究区不同深度的土壤盐渍化预测。结果表明:(1)0~20 cm土壤盐分预测模型中基于影响因子变量组的BNN模型效果最佳,决定系数(R^(2))为0.618,均方根误差(RMSE)为2.986;20~40 cm土壤盐分预测模型中基于盐分指数变量组的BNN模型效果最佳,R^(2)为0.651,RMSE为1.947;综合对比下,BNN模型的预测效果最好,可用于研究区土壤盐渍化预测。(2)银川平原主要是以非盐渍化和轻度盐渍化为主,0~20 cm土壤重度盐渍化及盐土共占总面积的11.59%,20~40 cm土壤重度盐渍化及盐土共占总面积的7.04%,20~40 cm土壤盐渍化程度较0~20 cm土壤盐渍化轻。

基于随机森林算法的土壤含盐量预测

快速监测区域土壤盐渍化信息,对于盐渍化治理与生态环境保护具有重要意义。本文以Sentinel-2A和Landsat8 OLI遥感影像为数据源,以银川平原为研究区,利用谷歌地球引擎(Google Earth Engine,GEE)平台,基于随机森林算法,通过建立光谱指数特征与地面实测土壤含盐量之间的关系,进行土壤含盐量估算。结果表明:GEE能够为土壤含盐量预测提供可靠的数据支撑;以Sentinel-2A为数据源建立的随机森林模型具有更好的预测精度(R2=0.789,RMSE=1.487),优于Landsat8 OLI,可用于土壤含盐量高分辨率遥感估算,能够为大尺度土壤含盐量监测工作提供理论支撑。

银川平原土壤盐分空间分异及影响因子研究

以银川平原为靶区,利用采样点实测盐分数据,选取9个与土壤盐分相关的影响因子,结合空间自相关分析和多尺度地理加权回归模型(MGWR),探究土壤盐分空间分布特征及其影响因子的作用尺度与空间分异.结果表明,银川平原土壤盐分Moran’s I指数为0.314,表现为显著的正空间自相关性及空间集聚特征,总体呈现南低北高分布格局.MGWR模型适用于银川平原土壤盐分影响因子研究.在作用尺度上,地下水埋深、扩展归一化植被指数和土壤含水率带宽为165,作用尺度最大,其次为高程、土壤pH、坡度、地表温度和地下水矿化度,土地利用强度带宽为43,作用尺度最小.在作用效果上,地下水矿化度、土壤pH正向作用于土壤盐分,土地利用强度、地下水埋深、扩展归一化植被指数和高程负向影响土壤盐分,地表温度主要为正向作用,占总样本的92.7%,土壤含水率和坡度影响不显著.显著性影响因素中地下水矿化度回归系数均值为0.384,是影响土壤盐分的最主要因素,其次是土地利用强度、地下水埋深、扩展归一化植被指数、地表温度、高程,土壤pH回归系数均值为0.063,影响最小.各因子对土壤盐分的影响具有不同程度的空间异质性.

近30年银川平原典型湖泊动态变化及归因分析

湖泊是我国西北地区人民生活生产和社会经济发展等诸多方面的重要水资源,湖泊系统的动态变化将会导致一系列生态环境问题,但干旱区的湖泊变化问题关注度较少。以中国西北部水资源缺乏的银川平原为研究区,采用了遥感和GIS技术、空间分析、连续小波分析和主成分分析等方法,探究了银川平原近30年典型湖泊的面积动态变化情况,并揭示气象因子、人类活动和引黄灌溉等关键因素对湖泊演变的影响。结果发现,1990-2020年银川平原湖泊面积呈现明显的减少趋势,湖泊面积从92 km^(2)减少到81 km^(2),银川平原湖泊数量因水系连通工程,小湖泊大范围合并,导致湖泊数量急剧减少,但湖泊数量仅辅助表明银川平原湖泊动态变化情况,湖泊面积和数量的减少趋势,表明银川平原的湖泊水文和生态功能正面临着威胁。统计分析表明,1990-2020年平均气温和年降雨量呈现微弱升高趋势,而城市居民取水量、耗水量、引黄总量和排黄总量均呈逐步减少趋势,对银川平原湖泊面积动态变化均存在一定影响。归因分析得出,银川平原气象要素,即气温和降水量对银川平原湖泊面积动态变化的影响较小,引黄灌溉量是导致银川平原湖泊面积减少的主要因素。研究可为银川平原湖泊水资源利用、干旱区生态环境保护和城市经济有效发展等方面提供科学依据。

银川平原地下水水化学特征分析及灌溉适用性评价

研究地下水的水化学特征并对地下水水质进行评价,对于保护和可持续利用地下水资源至关重要。以银川平原为研究区,采集了地下水潜水样品18个,承压水样品20个,运用统计学、Piper三线图、离子比值法等方法,分析了研究区地下水的水文地球化学特征,并评价了地下水的灌溉适用性。结果表明:银川平原地下水水化学类型多样,潜水样品水化学类型多为Cl-Na型水,承压水多为HCO_(3)-Na型,地下水中主要离子来源于岩石的淋滤。地下水质量评价结果显示:研究区63.16%地下水适合农业灌溉,其中,潜水占28.95%,承压水占34.21%。

2008—2020年银川平原土壤盐渍化的时空特征及驱动因子分析

以2008、2014和2020年3期Landsat TM/OLI遥感影像为数据源,采用时间序列和一元线性回归方法分析银川平原区域土壤盐渍化时空分布的规律,结合灰色关联度分析法和地理探测器分析法分析研究区土壤盐渍化的驱动因子.结果表明:(1)银川平原整体土壤盐渍化呈现改善趋势,空间格局变化明显.2008—2020年期间,银川平原土壤盐渍化指数平均值从0.914降低到0.788,其中土壤盐渍化改善区域面积占总面积的36.76%.(2)土地利用强度是银川平原土壤盐渍化的主要影响因素,地下水矿化度和埋深也会对研究区土壤盐渍化产生较大的影响.

银川平原地下水水化学特征及演变研究

为科学认识银川平原地下水水化学特征的演化规律,合理开发利用、保护地下水资源,根据银川平原2021年度地下水水质资料,采用统计法、三线图法、图解法及离子来源分析法对研究区地下水水化学特征及演化规律进行分析。结果表明:银川平原潜水中阴离子以HCO_(3)^(-),SO_(4)^(2-),Cl^(-)为主,阳离子以Na^(+),Mg^(2+),Ca^(2+)为主。第一承压水中阴离子以HCO_(3)^(-),Cl^(-),SO_(4)^(2-)为主,阳离子以Na^(+)为主。第二承压水中阴离子以Cl^(-),HCO_(3)^(-),SO_(4)^(2-)为主,阳离子以Na^(+),Mg^(2+)为主。大部分地下水的成分主要受岩石风化作用的影响,潜水受蒸发浓缩作用的影响略大于承压水,潜水中总溶解性固体物质(TDS)较承压水偏高。研究区存在着地下水中Na^(+),K^(+)与含水层颗粒表面吸附的Ca^(2+),Mg^(2+)的离子交换,从而使地下水中的Na^(+),K^(+)质量浓度逐渐减少,Ca^(2+),Mg^(2+)的质量浓度逐渐增多。研究区地下水发生了白云石沉淀,方解石平衡及岩盐、石膏溶解作用。第一承压水的Cl^(-)和SO_(4)^(2-)来源于潜水的越流补给。

银川平原浅层地下水矿化特征及形成机制

通过对银川平原浅层地下水水质资料的综合分析,应用统计学方法、Piper图和吉布斯图解法、相关分析法等多种手段,对主要水化学参数进行了详细分析,以研究浅层地下水的矿化特征。结果表明:(1)银川平原浅层地下水的溶解性总固体(TDS)、Cl^(-)、SO_(4)^(2-)、K^(+)、Na^(+)、Mg^(2+)均呈现较大的空间变异性,Ca^(2+)、HCO_(3)^(-)的空间变异性相对较小。(2)浅层地下水矿化程度可分为三个阶段:第一阶段主要为HCO_(3)-SO_(4)水或HCO_(3)-Cl水阶段,其中TDS<1 g·L^(-1)。第二阶段主要为SO_(4)-Cl、SO_(4)-HCO_(3)水阶段,其中TDS一般为3~6 g·L^(-1),局部地区TDS>6 g·L^(-1);第三阶段为Cl-SO_(4)、Cl-HCO_(3)水阶段,TDS为3~10 g·L^(-1),部分地区可高达10 g·L^(-1)以上。(3)浅层地下水矿化程度主要受蒸发浓缩作用和岩石风化作用的控制,并受到阳离子交换的影响。在对浅层地下水矿化程度的贡献中,水化学组分由大到小依次为Na^(+)、Cl^(-)、SO_(4)^(2-)、Mg^(2+)、Ca^(2+)、HCO_(3)^(-)。当TDS<1 g·L^(-1)时,浅层地下水矿化主要受岩盐、碳酸盐的溶解影响,但当TDS>3 g·L^(-1)后,石膏和泻盐的溶解对浅层地下水矿化的贡献增大。

银川平原土壤盐分及盐渍土的空间分布格局

系统认识和掌握盐渍土的空间分布特征,是治理改良盐渍土的基础。在总面积约6184.9km2的银川平原引黄灌区布设101个采样点,分层(0～180cm)测定了土壤全盐量,应用地统计学方法结合GIS技术对其空间分布特征进行了研究。结果表明,银川平原各层土壤盐分的分布类型均比较复杂,呈高度的偏态分布。土壤盐分的变异属于中等变异强度。0～120cm土层盐分的空间相关距离一般在20～28km;而深层(>120cm)土壤的空间相关距离较大,约34km。银川平原表层土壤属于非盐化土、轻度、中度、重度盐渍土和盐土的土地面积分别为0、1508.8、3614.9、982.6和78.6km2,总体属于中度和轻度盐化土类型,且呈现一定的盐分表聚趋势。重度盐渍土和盐土主要分布在银北的石嘴山市、平罗县、惠农县一带和银南的部分地区。总体来说,银川平原的土壤盐渍化现象依然严重,应加强研究与治理改良。

中国北方高砷地下水分布特征及成因分析

本文分析了银川平原北部饮水型砷中毒分布、水文地质条件和水化学特征,并探讨了地下水中砷离子分布规律和富集环境。研究表明:高砷地下水区呈两个条带状分布于冲湖积平原,主要为埋藏深度小于40m的潜水,水化学环境呈弱碱还原环境,水化学类型主要为HCO3-Na·Ca,Cl·HCO3-Na,Cl·HCO3-Na·Ca型;最后对比分析了中国北方内蒙古平原、山西大同盆地、新疆、吉林西部高砷地下水分布和环境地质特征。

宁夏不同类型盐渍化土壤微生物区系及多样性

为了查明土壤微生物对不同类型盐碱地土壤质量的反应,采用平板稀释法和Biolog微生物鉴定系统对宁夏银川平原盐化、碱化2种类型盐渍化土壤微生物区系、季节变化、结构组成及微生物多样性进行研究。结果表明:随着盐碱化程度的加重,土壤细菌、真菌和放线菌数量及微生物总数呈现显著降低的趋势;细菌、真菌和放线菌数量在不同季节上表现为6月>8月>9月;土壤种群数量占微生物总数的比例大小为细菌>放线菌>真菌;盐化土壤微生物数量与土壤养分间的相关关系较碱化土壤密切。随着盐化和碱化土壤程度的加强,微生物群落利用碳源的能力及微生物多样性、均匀性指数都逐渐降低,说明微生物的活性逐渐降低,而且相同程度盐化土壤利用碳源的能力高于碱化土壤。因此,土微生物数量及微生物多样性可以作为盐渍化土壤质量恢复及评价的生物指标。

银川平原植被生长与地下水关系研究

干旱区植被生长与地下水的关系是生态水文地质学研究的热点之一。西北内陆干旱地区降水稀少，植被的生长发育与地下水的关系极为密切，从大尺度上研究地下水变化的生态效应问题对生态环境的保护和恢复具有重要的意义。借助遥感方法，结合地下水观测数据，在区域尺度上定量地研究了中国银川平原地区地下水埋深及矿化度与植被生长的关系。结果表明：适宜植被生长的地下水埋深范围约为1～6m，当地下水位埋深为3．5m左右时，植被长势最好。而在水位埋深为3．5m左右的地区，植被生长的相对好坏又受地下水矿化度的影响。当地下水矿化度为0．9g／L时对该地区植被的生长最为有利。

不同改良措施对银川平原盐碱地土壤性质及酶活性的影响

研究了秸杆、有机肥、烟气脱硫废弃物、盐碱地改良剂对银川平原盐碱地进行改良后土壤理化性质及土壤酶活性的变化。结果表明:4种改良措施对土壤pH值、全盐含量、土壤容重均有不同程度的降低,脱硫废弃物和改良剂处理降低土壤pH值和全盐含量效果显著,改良剂和有机肥处理降低土壤容重、增加土壤孔隙度的效果显著。盐碱地改良后土壤转化酶活性、脲酶活性和碱性磷酸酶活性增加的幅度分别为0.02%～85.0%,2.7%～53.3%,17.9%～49.7%,各改良措施对过氧化氢酶活性的影响不显著。土壤pH值、全盐含量和土壤容重之间互成显著正相关关系(p<0.05),与土壤孔隙度呈显著负相关关系(p<0.05);土壤容重与土壤孔隙度、过氧化氢酶、脲酶活性之间达到显著负相关关系(p<0.05),土壤碱性磷酸酶、转化酶、土壤过氧化氢酶和脲酶之间互成显著正相关关系(p<0.05)。

银川平原深层地下水^(14)C年龄校正

地下水14C年龄的校正精度取决于对地下水溶解无机碳演化过程中影响地下水14C活度主要因素的准确识别及其影响程度的定量评价。以银川平原为例,在进行银川平原承压水反向地球化学反应路径模拟的基础上,识别出影响区内深层地下水碳酸演化的主要作用并进行深层地下水14C年龄的校正。研究认为,控制银川平原深层地下水化学演化的主要反应路径为碳酸盐矿物的沉淀和长石、角闪石、石膏等矿物的溶解以及Ca-Na离子交换。地下水流路径上所发生的水文地球化学反应对路径上14C的浓度变化影响较小。地下水14C年龄校正结果表明,除补给区和承压水水位漏斗区外,银川平原承压水年龄均在2000a以上,属“古水”,天然条件下径流缓慢、地下水更新速度小。在承压水水位漏斗区外,沿地下水流方向,地下水年龄逐渐增大;而在承压水集中开采区,承压水的年龄明显小于路径上游地下水,潜水与承压水之间的垂向水力联系比较密切。

浅层地下水埋深、矿化度及硝酸盐污染的空间分布特征

对银川平原101个观测井取样分析,测定了其浅层地下水位埋深、矿化度及硝酸盐含量。应用地统计学方法结合GIS技术对数据进行了分析。结果表明,地下水埋深服从正态分布,而矿化度和硝酸盐服从对数正态分布。银川平原地下水位埋深、矿化度和硝酸盐含量的平均值分别为1.78m,1.81g/L和3.17mg/L。三者在一定范围内均存在空间相关性,它们的空间相关距离分别为23.7、13.3和12.6km。运用Kriging方法对未测点进行了估值,绘制了三者的空间分布图。银川平原地下水埋深总体较浅,研究区约有75.1%的地区地下水埋深为1.5～2.0m,发现在平原中部的银川地区一带形成了以新旧城区为中心的地下水位降落漏斗区。地下水矿化度在整个平原内自西南向东北呈逐渐升高的趋势,其中66.4%的区域达到了农田灌溉水质标准。仅有3.7%的局部地区的地下水硝酸盐含量超过了饮用水水质标准。

不同改良措施对银川平原盐碱地土壤微生物区系的影响

为了明确不同改良措施对银川平原盐碱地土壤微生物的影响,研究了秸秆、有机肥、烟气脱硫废弃物、盐碱地改良剂对银川平原盐碱地土壤微生物区系的影响及其与土壤微生物多样性、土壤性质之间的相关关系。结果表明:脱硫废弃物处理能够显著降低土壤真菌数量,降低幅度6.22%～37.81%,改良剂和有机肥处理能够增加土壤细菌数量,0～20cm增加的幅度分别为6.25%～94.35%和12.91%～93.64%。脱硫废弃物、有机肥和秸秆处理与对照相比能够增加土壤放线菌数量,3个处理在整个生长季增加0～20cm土壤放线菌数量的幅度分别为1.97%～7.35%、20.58%～48.11%和11.25%～37.44%。各改良措施增加了土壤微生物群落对碳源的利用能力,0～20cm土壤依次表现为秸秆>有机肥>脱硫废弃物>改良剂>对照。各处理土壤细菌、微生物总数与土壤pH值、全盐含量、容重呈显著负相关关系(P<0.05),与土壤孔隙度呈极显著正相关关系(P<0.01),盐碱地土壤容重是土壤细菌、微生物总数和土壤微生物碳源利用能力的最大限制性因子。

银北平原浅层地下水的水化学特征及成因分析

结合银北平原已有的地质、水文地质资料,基于水化学数据、室内释放试验,分析了浅层地下水的水文地球化学分布特征及成因。结果表明:银北平原浅层地下水水化学类型具有一定的分带性,从山前至平原,阴离子由西南向东北从HCO3型过渡到HCO3.SO4(SO4.HCO3)型,再逐渐向HCO3.SO4.Cl、HCO3.Cl(Cl.HCO3)型转化,阳离子则由Ca(Ca.Na、Ca.Mg)型向Na.Mg(Na)型转化;山前洪积倾斜平原地处边山地带,受地形地貌、地层岩性等因素影响,溶滤作用是控制地下水水化学变化的主要形式;冲洪积和河湖积平原则受气候、灌溉活动等作用,蒸发浓缩、蒸发浓缩-混合作用控制着平原内水化学的变化;地层岩性为地下水质的基本组成提供重要的物源。

沉积物地球化学特征和土地利用方式对地下水砷行为的影响

银川平原是典型的高砷内陆盆地。然而人为活动及沉积物地球化学条件对地下水砷分布的影响并不清楚。本文选取银川平原北部平罗县作为研究区,在不同研究单元共采集119组地下水样品(冲洪积平原、冲湖积平原水田区和冲湖积平原旱田区分别为54组、31组和34组),分析了其主量和微量组分含量。另在水田和旱田分别钻井一眼,采集66组沉积物(水田和旱田单元分别为31组和35组)样品,分析了粒度分布、化学成分、强(S2)、弱(S1)结合态砷等物化指标。结果表明,高砷地下水主要分布在10~20m深度范围内;冲洪积平原地下水中砷浓度普遍较低,平均浓度1.71μg·L^(-1),约95%的样品中砷浓度在10μg·L^(-1)以下;而冲湖积平原水田和旱田砷浓度较高,90%以上超过10μg·L^(-1),平均浓度分别达到26.6μg·L^(-1)和39.6μg·L^(-1)。沉积物总砷含量为3.94~75.2 mg·kg^(-1),平均值为11.5 mg·kg^(-1),S1、S2含量范围分别为<0.01~0.33mg·kg^(-1),<0.01~19.5mg·kg^(-1),分别约占总砷的0.7%和6.2%。沉积物中砷与铁、锰含量呈正相关,其分布受水动力条件及岩性的控制,黏土中砷含量较高。结合相同深度地下水砷浓度,得到S2、S1对应的平均砷分配系数Kd分别为0.001L·g^(-1)和0.007L·g^(-1)。Kd与ORP呈较好的正相关性,表明还原环境利于砷的释放;PO3-4的竞争吸附也能促进沉积物中砷的释放。在冲湖积平原,同深度上沉积物组成相近的含水层中,旱田地下水砷浓度较水田高,表明土地利用方式对砷的分布和运移也有重要影响。