尕斯库勒盐湖中CO_2-卤水-盐岩相互作用模拟研究

利用PHREEQC软件模拟CO2侵入后,尕斯库勒盐湖中CO2-卤水-岩盐之间的相互作用。CO2侵入卤水层后,卤水中元素的化学形态种类和大小发生变化,特别是碳酸盐型的络合物形态增多。CO2侵入后,除了碳酸盐、石盐和硫酸盐矿物达到饱和被析出外,其余矿物的不饱和程度加剧,卤水的TDS增大,pH值减小。卤水中U的含量在CO2侵入后发生沉淀而减小。研究成果对深入评估区域内盐水层CO2地质封存的环境风险和利用CO2分离提取盐湖卤水中的铀元素提供理论依据。

地下水回补引发含水层氟释放次生风险的模拟研究

地下水回补过程中,含水层沉积物中部分微量组分(As、F等)可能因为环境条件改变释放进入地下水中造成次生污染.为探究回补入渗后含水层F-释放的次生风险,依托潮白河南水北调回补区及我国北方8个具有高F地下水的典型区域,应用PHREEQC软件模拟回补入渗对含水层萤石矿物溶解平衡及地下水F-浓度的影响.研究含水层沉积物典型矿物组分、回补水源与地下水水质差异对F-释放次生风险的控制作用.结果表明:①由于回补水源水质、地下水水质及含水层矿物差异,回补后不同地区地下水中F-浓度的呈现趋势有显著差异,部分地区由于地下水水质差异大,F-浓度存在上升及下降两种趋势.②地下水Ca^2+浓度相对较低的区域回补后F-浓度呈下降趋势,增大回补量有利于降低F-释放风险,而对于Ca^2+浓度高、甚至萤石饱和的区域,增大回补量会增加F-释放风险.③地下水中F-浓度同时受到萤石及其他含钙矿物的控制,当含水层存在萤石矿物且其他含钙矿物较少时,回补后F-释放的风险增大.因此在具有F背景的区域,对地下水Ca^2+浓度较高的含水层或除萤石外含钙矿物含量有限的含水层进行回补时,可能导致地下水F-浓度升高引发回补次生风险.对于回补水源、地下水与含水层矿物组分相互作用的深入研究是保证地下水安全回补的关键,回补后F-释放反应动力学的进一步研究将加深F-释放次生环境风险的认识.

渭河沉积物浸出的水文地球化学效应研究

基于渭河咸阳段(中游)和渭南段(下游)沉积物在水更新条件下的浸出实验及水文地球化学模拟,分析了浸出液中3个特征值和8个水化学组分的变化规律及5种矿物质饱和指数的变化特征.结果表明:浸出液中电导率、Eh值和p H值均随着换水量的增加呈现出波动式上升的变化趋势,电导率增加趋势中咸阳段高于渭南段,Eh值增加趋势中渭南段高于咸阳段,说明渭河下游沉积物的颗粒更细,物质还原性更强,浸出液由弱酸性逐步向弱碱性转变;浸出液的HCO^-_3、Cl^-、SO^(2-)_4含量均表现出随着换水量的增加呈现出先迅速增加,而后逐步减少直至趋于稳定的变化过程,且咸阳段的变化幅度明显高于渭南段,而CO^(2-)_3含量则呈现不断减少的趋势;Ca^(2+)、Mg^(2+)、Na^+、K^+含量均表现出随着换水量的增加呈现出先迅速增加,而后趋于稳定的变化过程,且咸阳段的起始含量和增加幅度均高于渭南段;浸出液中无水石膏、石膏的饱和指数随换水量的增加呈现相同的变化规律,且饱和指数都小于0,咸阳段饱和指数在换水量小于22.5%时溶解能力强,换水量大于22.5%后趋于饱和并开始沉淀的特征,渭南段换水量为12.5%时饱和指数最小,换水量大于或小于12.5%后饱和指数均呈缓慢增加的趋势;方解石、白云石的饱和指数随换水量的增加也呈现相同的变化规律,且饱和指数都大于0,咸阳段在换水量小于12.5%时溶解能力较强,换水量大于12.5%后处于饱和状态并开始沉淀,渭南段在换水量小于5%时溶解能力较强,换水量大于5%后处于饱和状态并开始沉淀;Na Cl饱和指数在换水量小于10%时溶解能力较强,换水量大于15%后开始沉淀.咸阳段沉积物中五种矿物质的饱和指数均要大于渭南段,说明渭河中游咸阳段沉积物在水不断更新条件下矿物质溶解能力低于下游渭南段,且沉淀能力较强、沉淀量较大.

圆梁山隧道毛坝向斜段岩溶作用强度模拟研究

圆梁山深埋特长隧道是重庆至怀化铁路干线的关键性控制工程.在圆梁山向斜核部上二叠统吴家坪组(P3w)和向斜东翼中二叠统茅口组(P2m)碳酸盐岩中,揭露的3个特大型充填溶洞,有异于过去对于深部水循环缓流带只有溶孔和溶蚀裂隙的认识.运用USGS开放式PHREEQC软件,依据各钻孔中地下水水化学、水动力资料对圆梁山隧道毛坝向斜段进行了岩溶作用强度的模拟计算.模拟结果表明,从地层上来看,P3w的岩溶作用强于P2m,T1d(大冶组)的岩溶作用相对较弱;从岩溶发育的位置来看,向斜核部岩溶发育强度明显强于向斜翼部.毛坝向斜地下水系统中岩溶地下水的径流主要受控于断裂的影响,而不是由向斜的一翼径流至核部向另一翼排泄.

贺兰山至吉兰泰盐湖的水化学特征及演化规律

在对吉兰泰盐湖南部地下水化学组分特征分析的基础上,利用PHREEQC软件对水文地球化学演化规律进行模拟研究。结果表明,从贺兰山西侧山前到吉兰泰盐湖,水化学类型由HCO-3型过渡到Cl-—SO24-型、最后变为Cl-型;Ca2+、Mg2+与SO24-相关分析表明发生石膏溶解出的Ca2+置换了MgCO3中Mg2+,从而产生了CaCO3沉淀的水岩反应,而白云石、石膏、岩盐、CO2(g)的溶解是常量离子增加的物质来源,同时伴有强烈的蒸发浓缩作用及阳离子交换作用。特别是深层地下水具有较高的mNa/Cl值与较低的mCa/Na值,表明发生强烈的阳离子交换作用,这对认识吉兰泰盐湖地区及干旱区沙漠地区水体发生的水岩相互作用与演化机制具有借鉴作用。

华北平原农灌咸淡水侵入界面渗透性变化机理研究

从研究应用背景、基础理论及模型、实验模拟等方面就微咸水灌溉过程,侵入界面土壤渗透性变化进行分析研究。以衡水典型研究区微咸水分布及水质矿化度分析数据为基础,应用地球化学模式PHREEQC,结合水敏性机理分析矿物迁移的存在形式及各种形式之间的转化关系。结果表明:含高价离子农灌微咸水加快粘土胶体颗粒絮凝沉降能力强于低价离子,侵入过程矿化度梯度增加的同时渗透性降低,反向地球化学模拟表明粘土矿物大量参与水岩反应发生迁移转化。