秦岭北麓地下水水文地球化学演化规律及模式

秦岭北麓是黄河重要的水源涵养区,分析其水文地球化学特征及演化模式对于加强秦岭地下水资源的开发与保护、推进关中平原乃至黄河流域生态保护与高质量发展具有重要意义。利用2019—2021年在渭河流域开展水文地质调查所获取的资料,运用数理统计、水文地球化学反向模拟等方法,分析了秦岭至渭河河谷地下水的水文地球化学演化规律及模式。结果表明:由基岩区至细土平原区,地下水水化学类型由HCO3-Ca型向HCO3·SO4-Ca·Na型转变,溶解性固体总量(TDS)浓度由254 mg/L增至889 mg/L,分带性不强;随着地下水流动,水-岩作用主要由碳酸盐岩风化溶滤控制向硅酸盐岩与岩盐风化溶滤控制转变,同时阳离子交换作用增强;14C测年显示研究区地下水年龄多在2 450 a以内,地下水循环更新快,蒸发浓缩作用不显著;山前洪积扇作为地下水重要的涵养区与径流通道,对于关中平原潜水和承压水水质保障有关键作用,由于洪积扇含水层防污性能差,在地下水开发利用和工农业活动中要加强地下水资源的保护。

华北地台南缘燕山期板内花岗斑岩类地球化学特征及成分空间变化规律

华北地台南缘燕山期花岗斑岩类小岩体形成于大陆板内环境,它具有类似岛弧—活动大陆边缘钙碱系列岩石地球化学特征,其成分在空间上呈现极性特征。本文探讨了这种成分极性与中、新生代俯冲带花岗岩类的可比性,并根据锶、钕同位素资料揭示成岩物质的可能来源及造成成分空间变化的可能原因。

天津宝坻地区地下水水文地球化学特征

天津宝坻地区地震观测井是京津冀地区的前兆敏感井,但其水文地球化学特征研究程度比较薄弱。本文选取宝坻断裂南北两侧的3个地震观测井,分析离子组分浓度、氢氧同位素组成、二氧化硅及碳同位素含量,开展水文地球化学特征研究。结果表明:(1)宝坻断裂北部的宝坻新井及周边冷水井的水化学类型以Na-SO_(4)·HCO_(3)型为主,宝坻断裂南部的王3井、王4井及周边地热井的水化学类型以Na-HCO_(3)型为主。(2)地下水来源皆为大气降水,补给区为北部燕山山地。宝坻断裂两侧的冷水和地热水位于未成熟水区,表明两者在向上运移过程中皆受到浅表冷水的混合作用。断裂南侧的地热水循环深度明显高于北侧冷水,且地热水Cl^(-)具有深部来源成因。(3)冷水和地热水的无机碳同位素表现出分区特征,断裂北侧冷水中碳酸盐矿物不饱和,断裂南侧地热水的碳来源为补给区碳酸盐矿物的淋滤作用及碳酸盐岩含水层的溶解作用。(4)宝坻断裂两侧冷水和地热水的补给区虽然同为北部燕山山地,但由于观测井所在地水文地质条件、循环路径、循环深度等差异,以及宝坻断裂对两侧地下水水文地球化学演化的控制作用,形成了断裂两侧不同类型的地下水。本文研究结果丰富了京津冀地区地球化学背景场数据,为分析区域地下流体地球化学特征提供了科学依据。

青藏高原东北部温泉分布及水文地球化学特征

青藏高原是我国地热活动最强烈的地区,传统观点认为其东北部地区处于相对稳定的地块,地热赋存条件一般。青海省位于青藏高原东北部,地热资源种类齐全,以往研究主要集中在勘查程度较高或单个温泉温度较高的区域,而区内大部分地区研究程度较低,地热资源整体分布特征和热源机制不清。本文依据主要控热活动断裂和温泉集中区将温泉自东北向西南划分为11个区,利用水文地球化学和同位素分析手段对温泉的分布特征和成因进行了综合研究。结果表明,温泉补给来源均为其附近大气降水和冰雪融水。温泉水化学特征与热储的地层岩性相关,花岗岩热储中地热水阳离子以Na^(+)为主,阴离子以SO_(4)^(2-)和Cl^(-)为主;灰岩热储中地热水阳离子以Ca^(2+)和Mg^(2+)为主,阴离子以HCO_(3)^(-)为主;砂岩热储中地热水主要阳离子有Ca^(2+)、Na^(+)和Mg^(2+),主要阴离子有Cl^(-)、SO_(4)^(2-)和HCO_(3)^(-)。温泉主要沿活动断裂展布方向呈串珠状分布,且主要密集在不同构造体系的交接复合部位和同一构造体系的转折部位;分布于一、二级断裂结合部位的热储循环深度最大,径流路径最长、水岩反应较充分;而分布于被少量小规模断裂切割的三级断裂沿线的温泉循环深度相对较小,径流路径较短,水岩反应程度较低。热储温度从东北向西南整体呈现出中部和西南部高、南部和东北部低,中高温热储主要分布于共和、贵德、乌兰和唐古拉山一带,温度在89.0~139.0℃,平均117.7℃。温泉热源主要来自大地热流传导增热、放射性元素衰变生热、岩浆余热和活动断层摩擦生热,以及低速高导熔融体和地幔通道流传热等。此次主要聚焦于青海省水热型地热资源的分布规律和地热成因等方面的研究,可为后期青海省地热资源开发利用提供参考依据。

贵州大厂锑矿区水文地球化学特征及污染来源分析

掌握锑矿开采活动影响下的水文地球化学特征,厘清污染特征及污染来源,对矿山开采活动背景下地下水污染防治与修复具有重要意义。为探明贵州大厂锑矿水环境状况,在地表水和地下水野外取样的基础上,利用水化学分析和同位素测试手段,分析了矿区水化学特征及类型,并研究了矿山酸性水硫酸盐、硫氧稳定同位素的组成特征,分析了污染来源及其污染路径。结果表明:研究区地表水的主要污染指标为Mn、Hg、Sb、SO_(4)^(2-),地下水的主要污染指标为Mn、Sb、Al、Hg,水环境受污染情况严峻;根据硫端元分析,水环境主要污染源来自废渣堆淋滤水和平硐排水。研究结果可为矿区锑污染的长期动态监测、矿业开发活动和生态环境保护提供参考。

陆地高分辨率水文—生物地球化学过程CNMM-DNDC三维模型的研发及应用进展

CNMM-DNDC模型是本文作者团队研发的陆地高分辨率水文—生物地球化学过程三维模型。本文系统介绍了建模背景和理念、核心过程和模型特点、模拟功能和观测验证、多尺度区域或流域初步应用以及未来发展展望。自2018年刊发首个版本以来,该模型经过了多方面科学过程改进和模拟功能扩展,在元素化学反应、物质相变和机械迁移等基本物理、化学、生物过程层面,完成了对陆地表层系统碳氮磷水循环全耦合的精细刻画。迄今开展的观测验证表明,CNMM-DNDC模型基本普适于不同生物气候带(从热带到寒区多年冻土地带)的流域或区域长时间序列“三高”(时间、空间和过程高分辨率)综合模拟,实现对陆地生态系统的碳、氮、磷、水三维运移、水土流失、水力驱动溶解态和颗粒态碳氮磷横向迁移、碳氮温室气体和污染气体排放、生态系统生产力、水分蒸散发和水分能量平衡等众多可持续发展目标表征变量的预测。该模型广泛推广应用于多尺度区域或流域的复杂过程虚拟科学试验研究和服务于面向生态环境建设与减污降碳的优化调控决策,可望为协同落实联合国多个可持续发展目标提供先进的数值模拟技术支撑。

煤系灰岩含水层水文地球化学特征研究

华北型煤田水文地质条件复杂,随着开采深度增加,水害事故时有发生。为进行矿井水害防治,以淮南煤田顾北煤矿为例,通过系统分析其水文地质特征,确定太原组灰岩水为1煤开采的直接威胁水源。基于水化学类型和常规离子分析,结果表明:研究区内太灰水阳离子主要是K^(+)+Na^(+),主要阴离子为Cl^(-),且各采区及受陷落柱影响区域的水化学类型具有明显差别;另外,受地下水的补给、径流和排泄条件以及循环快慢、阳离子交换作用等因素的影响,太灰水K^(+)+Na^(+)、Cl^(-)和HCO_(3)^(-)含量随深度的增加呈现明显增大趋势,Ca^(2+)、Mg^(2+)和SO_(4)^(2-)呈减小趋势。

关中盆地大荔地区地下水氟水文地球化学规律

为了研究关中盆地大荔地区氟的水文地球化学规律,采集239个地下水样品及35个土壤样品,分析了水化学类型和水化学组分对氟的影响,结果表明在弱碱性环境下,重碳酸钠型是促进氟富集并增强围岩向地下水中转化的主要因素;硫酸钙镁型的地下水抑制氟富集。水化学组分中Na+、Cl-、HCO3-、pH与氟呈正相关,而Ca2+则抑制水溶液中氟含量增加;迁移系数与HCO3-、pH呈正相关关系,与其他主要离子呈负相关关系。利用Preeqic软件分析了饱和指数和Ca2+、F-的离子活度,得出萤石的平衡控制着氟和钙的水文地球化学行为,F-可能来源于萤石和方解石的分解。

重庆芙蓉洞洞穴水水文地球化学指标的时空变化

通过对重庆武隆芙蓉洞5个滴水点和2个池水点多个水化学指标(pH、HCO3-、EC、SO24-、Ca2+、Mg2+)以及滴水滴量和现代沉积物进行连续监测,发现芙蓉洞滴水中的物质主要来源于上覆岩层和土壤,其地球化学指标有一定的时空变化特征。由于芙蓉洞上覆土壤岩层较厚,所以5个滴水点滴量与降水量相关性不明显,洞穴滴水多数时间未能及时反映洞外当季降水量的变化。夏季上覆土壤生物活动强烈,释放更多的CO2,导致滴水pH值在夏季较低,而HCO3-含量和电导率(EC)较高,冬季则相反。洞穴滴水中SO24-含量的变化受到土壤生物过程以及基岩岩层差异的重要影响。滴水的方解石饱和指数(SIc)和pH值变化大致同步,滴水点下接收到的现代沉积物沉积速率和饱和指数有很好相关性,冬季沉积速率最快。滴水中Ca2+、Mg2+浓度变化受控于水—土—岩的相互作用,其中水源差异、活塞效应、水岩相互作用时间对其产生重要影响。洞穴水中Mg/Ca主要受Ca2+含量的影响,能够指示外界温度和降水的变化。此外,洞穴内不同分布位置的滴水,其地球化学指标空间差异主要受到各点的渗流通道、流经途径以及上覆基岩及土壤成分等差异的影响。

重庆丰都雪玉洞水文地球化学指标的时空变化研究

自2006年11月到2007年12月对重庆丰都雪玉洞地下河水和滴水进行了近1年的观测,结果表明其主要水化学指标均表现出明显的季节变化趋势。地下河水Ca2+、Mg2+、HCO3-浓度和电导率在雨季升高而旱季降低,pH值在雨季降低而旱季升高。在地下河径流路径上,由于溶蚀效应与沉积效应的相互制约以及受采样点水动力条件和水气CO2交换程度的影响,水化学指标的空间变化较为复杂。位于洞穴顶部的滴水由于受顶板覆盖层厚度的影响,洞穴上层滴水点Ca2+、Mg2+年平均浓度分别为95.1mg/L、7.87mg/L,而下层滴水点分别为110.1mg/L、9.68mg/L,表现出上层高、下层低的空间变化特征。由于[Mg2+]/[Ca2+]值具有雨季低而旱季高的变化特征,所以可用之来指示洞穴所在地区降雨条件的变化。

关中盆地浅层地下水水文地球化学分布规律研究

收集了关中盆地162个浅层地下水水化学分析数据,采用描述性分析、相关性分析和主成分分析等数理统计方法,对水化学成分的分布特征与形成作用进行研究。结果表明:研究区浅层地下水中阴离子以HCO3-为主,渭河以南地下水中阳离子以Ca2+为主,渭河以北以Na+为主,在地下水中,HCO3-、Ca2+、Mg2+含量比较稳定,Cl-、SO42-含量变化较大,属于随环境变化的敏感因子。渭河南北地区地下水水化学场的形成作用有所差异,南部地区以风化-溶滤作用为主,北部地区以矿物溶解和蒸发浓缩作用为主。该成果可为区域水资源的可持续利用及环境管理提供科学依据。

四川乡城然乌温泉水文地球化学特征和成因分析

以四川乡城地震观测温泉(乡城然乌温泉)为主要研究对象,通过采集观测泉及周边其他出露温泉点的水样开展了水化学主要离子组分、微量元素和氢氧同位素分析,研究温泉水循环特征和成因模式。结果表明,该温泉水化学类型为Na-HCO_(3),是中温、弱碱性、低矿化度的温泉,温泉水中含有B、 Li、 Ba等微量元素,温泉水离子来源主要为水-岩作用过程中对围岩硅酸盐、碳酸盐及石膏矿物的溶解;氢氧同位素分析表明,温泉补给来源主要为大气降水;硅-焓模型估算观测泉的深部热储温度为275℃,循环深度为5.3 km;采用硅-焓方程法计算得冷热水混合比例为84%~86%。乡城然乌温泉成因是山区大气降水入渗补给后,经历深循环受到大地热流加热后,沿乡城断裂带上升,热水在上升过程中与浅部冷水相遇,最终在河谷中出露形成中温温泉。采用“多阶段定位法”对研究区M_(L)≥1.0地震进行重新定位,结果表明,乡城然乌温泉附近区域地震震源深度基本都位于温泉循环深度以下,说明乡城然乌温泉水热活动对所在区域地震活动具有一定的控制作用。乡城然乌温泉属于深循环温泉,能够反映地壳深部活动信息,适合于进一步开展地震前兆地球化学观测。

含油气盆地水文地球化学规律

从自流水盆地整体出发,研究了盆地油气成藏的水文地球化学演变规律,得出以下新认识:1)盆地内地下水的水平运动,使水化学成分从供水区到排泄区呈现有序变化,为研究油气水之间的关系、揭示油气成藏的分布规律提供了水文地质依据;2)自流水盆地内存在2种截然不同的水文地质系统,其变化受控于盆地的次一级构造单元;3)自流水盆地内渗入成因水和沉积成因水的径流特征、驱动能量、水化学成分具有很大差异,对油气的生、运、聚、散会产生不同的影响,二者形成的锋面是不同性质油气聚集的地理分界线;4)与油气有关的浅层水文地球化学效应可分布在自流水盆地的不同水文地质单元内,尤其是控油断裂带与生油中心区上方。总体上看,含油气盆地地下水化学异常的变化特点与分布规律均与油气藏存在密切关系,因此可用于评价盆地含油气远景,预测油气赋存有利区。

运城盆地漏斗区水文地球化学演化规律研究

该文通过对运城盆地漏斗区浅层水文地球化学系统的分析,利用反向地球化学反应路径模型NETPATH模拟盆地漏斗区浅层水文地球化学演化规律。从模拟结果可以看出,在整个模拟的水流路径上,石膏和石盐的溶解在多数情况下占据主导地位,萤石和云母接近平衡状态。这种水文地球化学演化规律说明,从漏斗区边缘到漏斗中心,地下水沿途溶蚀含水层中的石膏、石盐等含盐矿物,地下水中氯化物、硫酸根和钠离子含量沿水流路径逐渐升高,地下水水质逐步恶化。受人类活动的影响,在较短的时间尺度内盆地漏斗区的水文地球化学演化规律有明显的变化,地下水对方解石有从溶解状态向沉淀方向演化的趋势,整个水流路径上,方解石总交换量由1990年的+14 565变为2000年的-10 145。

利用水文地球化学组分求异模型法对乾安地区地氟病规律的研究

氟的水文地球化学组合关联异常是确定地氟病的重要因素。通过对乾安地区实测数据进行水文地球化学组分的组合求异分析,建立乾安区域水文地球化学组合异常模型,并依实算结果,获取3个主因子。根据3个主因子分析结果,对照研究区的地下水化学类型图和地氟病病区分布图可知:SO24-、Cl-、NO3-、Ca2+、Mg2+组分与F-具有较强的负相关性,该种类型水不易产生地氟病高发病率;HCO3-、Na+与F-有较强的正相关性,易产生地氟病高发病率;K+与F-呈较强的负相关,造成该统计结果的原因可能与该地区K+本底较低、同时F-有较强的富集有关。

太行山东南麓断裂带水文地球化学特征及水热成因模式

太行山东南麓断裂带发育,赋存丰富的中低温地热资源,然而,该地区深部地热水的水热成因模式依然不清楚。通过55组地热水和38组浅层地下水的水化学组分特征,研究离子组分来源及其运移规律,并借助同位素特征分析地热水补给来源,在此基础上分析深部热储的水岩平衡状态、热储温度和热循环深度。结果表明:研究区属对流—传导复合型地热系统,地热水整体处于氧化环境,离子组分以HCO_(3)^(-)和Na^(+)为主,主要受盐岩和碳酸盐岩等矿物的溶解及阳离子交替吸附作用控制;地热水的补给高程为1010~1153m,表明地热水补给区位于太行山东南麓西部的太行山地区;地热水循环深度范围为1125~4468 m;混合比例法估算汤阴断陷深层热储温度达到110~160℃,而汤阴断陷东部的内黄凸起地区为80~110℃,二者热储温度差别源自汤阴断陷两侧深切地幔的汤东、汤西深大断裂导热导水条件良好,以及内黄凸起的基岩埋深较浅,上伏盖层薄,热能更容易散失。本研究揭示了太行山东南麓地热系统的水文地球化学特征和水热成因模式,为该区地热资源开发利用提供重要依据。

吉林省长岭县浅层地下水水文地球化学演化规律分析

开展地下水水文地球化学形成演化机制的研究,对水质评价和水资源合理利用具有重要意义。本文利用吉林省长岭县1981-2003年间潜水和承压水的水质分析结果,采用水文地球化学方法研究了区内地下水的水文地球化学作用及水质演化规律。选取198个水质监测点进行分析、处理,运用Piper三线图解法、Gibbs图解法、离子比值分析法对吉林省长岭县地下水水文地球化学形成演化机制进行研究。研究结果表明:研究区地下水主要受到阳离子交换作用和岩盐溶解作用影响,其阴离子以HCO-3为主,阳离子以Ca2+和Na+为主,地下水偏弱碱性,硬度较大。研究区潜水水化学类型以HCO3—Ca为主,承压水水化学类型以HCO3—Na为主,地下水水化学类型较稳定,地下水水质受人为因素影响较小。

章丘北部地区地热流体水文地球化学特征及成因

济南市章丘北部地区发育有厚度巨大的晚古生代至新生代沉积地层,断裂构造和岩浆岩也较为发育,区内地热资源丰富,目前有地热井3口,均位于断裂带附近。文章利用水化学和同位素数据,分析区内地热流体的水化学特征、水−岩作用过程、补给来源、形成年龄,估算补给区高程、热储温度、热水循环深度。结果表明:研究区地热流体水化学类型为Cl·SO_(4)-Na·Ca型或SO_(4)·Cl-Ca·Na型;水化学组分主要来源于水-岩溶解作用,且具有相似的水文地球化学过程;大气降水补给,补给区高程为+563~+616 m,14C表观年龄在5.55~29.71 ka之间,均是现代水与古水的混合水;利用玉髓温标计算的热储温度为41.9~52.4℃,相应循环深度为622~1565 m;研究区为深循环-弱开放型岩溶热储,其地热水经深循环加热而形成,形成和富集受断裂构造控制明显,其为层状兼带状热储,属中低温地热资源。

暴雨过程中重庆雪玉洞地下河水文地球化学变化及碳汇量估算

暴雨期间是研究地下河短期水文地球化学变化和在短时间尺度上进行地下河水体碳汇量估算的重要时期.为了监测暴雨期间雪玉洞地下河水化学变化和对碳汇量进行估算,利用CDTP 300在线监测地下河的水温、pH值、电导率、水位,利用BS28-VP2型野外小型气象站对雪玉洞附近的气温、降水进行记录.结果表明:雪玉洞地下河水化学类型为HCO3-Ca型,地下河pH值、电导率、水温等对2011年6月13日到15日的降雨过程有较快响应,响应时间约为4小时.受活塞效应的影响,电导率在降雨前期出现小幅上升;随着降雨量的增大,稀释效应起主导作用,电导率出现大幅下降.对已测指标的推算发现,降雨期间雪玉洞地下河的碳汇量显著增加,受流量增大的影响,DIC输送量增加15 191.987kg,二氧化碳分压随降雨量增加出现上升,CO2吸收量增加5 479.077kg.因此降雨过程引起的碳汇量增加应在进行碳汇估算时受到重视.

内黄凸起河南段地热田水文地球化学特征及其成因

内黄凸起河南段地热资源蕴藏丰富,地温梯度相对较高。然而,目前对内黄凸起河南段地热的运移机制尚未有深入研究。采用水文地球化学、热储温度计算、氢氧同位素等方法,对地热水的水化学类型、水化学演化、热储温度及深层热水补给来源等特征进行了分析。结果显示:研究区新近系热储水化学类型以Cl-Na为主,古近系热储主要为Cl-Na和Cl·SO_(4)-Na型。地热水中Na^(+)、Cl^(-)主要来源于矿物的溶解,同时钠硅酸盐矿物的溶解以及阳离子交替吸附作用也是地热水中部分Na^(+)的来源。碳酸盐、硫酸盐和硅酸盐矿物的沉淀溶解平衡共同影响Ca^(2+)、Mg^(2+)离子含量。研究区地热水主要补给来源为大气降水,地热水的补给高程在789~1417 m。大多数地热水出现δ^(18)O漂移特征,水岩作用相对强烈。研究区主要热储温度在45~53℃,地热水的循环深度在947~2070 m。冷水混入比例为55.3%~66.5%,在冷水混入之前的热储温度为78.05~102.9℃。探究了内黄凸起河南段热储温度、地热水补给来源及循环深度等地热信息,对研究区地热成因机制建立了系统性认识。