扶贫区地下水勘查理论与技术方法进步

2016~2019年,中国地质调查局投入经费1.68亿元,在罗霄山区、燕山——太行山区、沂蒙山区、六盘山区等脱贫攻坚区实施水文地质调查的同事开展了缺水区找水工作,解决了23.8万人饮水困难,先后20余次将地质调查成果移交地方政府使用,有效支撑地方政府与定点扶贫单位决胜决战脱贫攻坚,获得了国家扶贫主管部门、自然资源部党组、当地党委政府、人民群众的高度评价和广泛认同。

三江平原建三江地下水位下降区地面形变监测、评估与预测

三江平原地下水开采量随着水稻种植规模快速扩张而大幅增加,2021年水位相对1980年下降5~12 m,是否因此引发地面形变甚至地面沉降成为社会关注的问题。采用二等水准测量方法和比拟法,分析研究了三江平原建三江垦区地下水位降落漏斗地面形变现状与发展趋势及危险性。研究表明,研究区50个二等水准测量点2019—2021年连续3期测量数据对比发现,地表垂向形变量整体较小(最大-18.00 mm,平均变化速率-4.6 mm/a)。预测到2040年,地下水位降落漏斗中心水位埋深由2021年的19.88 m降至25 m左右,考虑到研究区“上粘下砂”的二元岩性结构,地下水位下降疏干的地层位于浅上部且厚度有限,地面沉降量仍较小,地质灾害发育程度弱、危险性小。本研究不仅回应了社会关切,也为进一步开展相关研究奠定了基础。

水土质量调查评价与人群健康关系的融合路径研究

为有效支撑健康中国行动,我国正在探索开展健康地质调查,但受制于对健康地质概念的理解,统一的工作思路和技术方法还未形成,制约了此项工作在全国的推广。采用文献研究、定性分析及对比分析等方法,综述了国内外水土质量调查评价与地方病防治的最新研究成果,特别关注了在中国分布较广、影响较大的氟中毒、砷中毒、甲状腺肿(包括克汀病)、大骨节病和克山病等地方病的研究思路与最新进展。研究认为:健康地质调查与传统地质调查的最大区别是以影响人群健康的水土质量为核心指标,加强水岩相互作用研究方法和地下水流系统的运用,强化分析元素物质在岩-土-水-气-生地球表层圈层的迁移转化及暴露途径,坚持地球系统科学和生命科学相结合、岩水土气生等多要素系统监测与单因素优势观测相结合、地质环境与人群健康指标调查监测相结合、区域全面调查与典型案列分析相结合的工作思路,有序推进健康地质调查、监测、评价、区划、智慧服务等工作任务,部署开展保障安全供水、提供健康饮水、开发优质水和圈定劣质地块、开发优质耕地、规划有益元素产业园等核心内容,按照区域面上控制、流域精细刻画、村镇监测重点解剖、点上工程示范探索4个尺度,系统开展水土质量本底调查、资源属性分析和社会价值评估,构建水土质量与人群健康关系概念框架,筛选人群健康关键因素的管控阈值,从而满足人群对安全、公平、幸福、文化、可持续等健康需求。研究成果明确了当前健康地质调查的核心任务与主要方向,可为这一尚处于探索阶段工作的推广部署提供决策参考。

不同地质环境条件下储水构造探测技术方法识别——以张北为例

张北县含水岩组主要为第四系孔隙含水岩组、新近系熔岩裂隙孔洞含水岩组、碎屑岩类孔隙裂隙含水岩组和岩浆岩变质岩裂隙含水岩组。研究区地下水空间分布极不均匀,含水介质多,地下水的自我调节能力差,并且受研究区地形起伏以及风力发电装置等外界环境影响,给当地储水构造探测造成定困难。

西北内陆盆地浅层地下水温度场及动态类型:以酒泉东盆地为例

温度是地下水的固有属性,地下水温度场和动态特征是地下水流系统的外在表现。为揭示地下水开采等人类活动影响下西北内陆盆地浅层地下水温度场特征与地下水流系统的关系,基于多点位、长序列、高精度的地下水温度监测数据,在酒泉东盆地开展了地下水温度场及动态特征研究。结果表明:酒泉东盆地浅层地下水温度9.33~20.77℃不等,平均水温为13.54℃,自地下水补给区至排泄区,沿地下水径流方向,浅层地下水温度逐渐升高;循环深度相近的不同地下水流系统对比表明,浅层地下水温度与地下水动力条件呈负相关,地表水入渗补给大、水动力条件强的水流系统地下水平均温度低,入渗补给小、水动力条件弱的地下水平均温度高;浅层地下水温度动态受自然地下水循环和地下水开采等人类活动共同影响,从山前地下水补给区到中游绿洲区再到下游排泄区,浅部地下水温度动态可划分为4种基本类型,依次分别为河流补给型、水温稳定型、开采相关型、正弦波动型。

沂蒙山区典型断陷盆地岩溶地下水系统特征:以莱芜盆地为例

2011年以来,中国地质调查局在沂蒙山区组织实施了1∶5万标准图幅水文地质调查4万余km^(2),并在严重缺水村镇开展了大量的找水打井示范工作,获得了较为丰富的地质数据,对断陷盆地地下水流系统取得了新认识。受中新生代构造影响,沂蒙山区发生断裂褶皱、伸展滑脱及岩浆侵入活动,形成一系列"南超覆北断陷"的地堑—半地堑盆地,并最终形成现今典型的"盆—山"岩溶水文地质结构,及以盆地为单元的相对独立的岩溶地下水流系统。为研究沂蒙山区地下水流系统发育特征,选择莱芜盆地为典型研究区,基于野外地质调查,通过综合分析盆地南北两侧地貌单元、含水岩组立体空间分布及地下水水位、水化学及同位素结果等,探讨了沂蒙山区典型"盆—山"结构塑造的多级岩溶地下水流系统特征。结果表明,莱芜盆地岩溶地下水由盆地外围向盆地中心呈"向心式"径流;受人类活动影响、地质构造控制和含水层分布制约,盆地南北两侧地下水流系统特征存在差异:盆地南部发育中间和局部两级地下水流系统;盆地北部则仅发育单一的局部地下水流系统,但占有已勘查论证的近1/2的地下水水源地。此外,研究发现在大汶河最低侵蚀基准面,区域滑脱构造及热液混合作用拆离的空隙,与岩层面、层间裂隙、顺层溶蚀空隙等共同构成立体的岩溶地下水网络,影响着岩溶水循环途径及深度。以此认识为指导,实施的探采结合井成井率达到86%,强化了地下水流系统理论在北方基岩山区水文地质工作中理论与实践的结合。

阜平神仙山岩溶水系统水文地质特征及岩溶水开发利用研究

[研究目的]岩溶水是我国北方城镇的主要水源,通过开展阜平神仙山岩溶水系统水文地质特征研究,为阜平岩溶水合理开发利用提供重要参考。[研究方法]本次主要以阜平神仙山岩溶水系统为研究对象,通过研究岩溶形成的地质背景、岩溶发育特征、含水层结构、地下水循环、岩溶水水化学特征等,系统总结了研究区岩溶水系统的水文地质特征。[研究结果]阜平神仙山岩溶地下水是相对独立的岩溶水系统,岩溶水系统边界主要包括碳酸盐岩与变质岩边界、阻水断裂构造构成的隔水边界和地表地下分水岭边界;岩溶水系统分为蓟县系和长城系白云岩岩溶裂隙含水层和奥陶系-寒武系上统灰岩岩溶裂隙含水层双层结构。阜平神仙山地区大气降水是地下水的主要补给来源,大气降水沿着裂隙入渗补给地下水,以金龙洞大泉(地下河)形式自然排泄,水量5382~75466 m^(3)/d,泉水中锶含量在0.58~1.28 mg/l,达到《饮用天然矿泉水》(GB 8537—2018)界限指标。[结论]阜平神仙山地区岩溶发育,形成了相对独立的岩溶水系统,地下水在其系统内循环。宜在金龙洞地下河附近修建地下挡水建筑物,形成地下岩溶水库,具有可观的开发利用价值。

太行山北段金龙洞岩溶泉水化学及同位素动态特征

以太行山北段金龙洞岩溶泉为研究对象,通过数理统计、离子比值及饱和指数等方法,分析泉水水化学和同位素动态特征、水中主要离子来源及演化、水–岩相互作用过程等内容。结果显示:(1)金龙洞泉补给来源为大气降水,泉流量对其响应程度高,泉流量较小时,水中主要离子含量相对高,水化学类型为HCO_(3)·SO_(4)-Ca·Mg型,泉流量大时,水中离子含量低,水化学类型为HCO_(3)-Ca、HCO_(3)·SO_(4)-Ca型,泉流量增加引起的稀释作用对离子含量影响明显;(2)控制泉水水化学特征的主要因素为溶滤作用和稀释作用,且Ca^(2+)、Mg^(2+)、HCO_(3)^(-)主要来源于碳酸盐岩溶解,SO_(4)^(2-)、Na^(+)、K^(+)、Sr主要来源于安山岩中长石、黄铁矿等矿物的风化溶解,NO^(-)_(3)则来源于人类活动;(3)降水集中期,泉水主要由灰岩区孔洞裂隙水进行补给,补给路径短,降水较小期,则由海拔相对较高的火山岩分化裂隙水进行补给,径流路径较长;(4)氢氧稳定同位素动态特征表明:水中D、18O含量变化主要受降水和入渗过程中的蒸发及地表水混入影响,且不同季节和时期泉水主要补给来源不同。

河北阜平县表层土壤重金属对人体健康的风险评估

河北省阜平县矿产资源丰富,矿产开发会产生大量重金属污染物,近年来大力发展果农业,也会对表层土壤造成一定影响,目前该县表层土壤重金属现状尚不清晰。为评估阜平县农业重点区表层土壤重金属污染特征和对人体健康的影响,本文按照1∶5万土地质量调查规范要求,布设标准网格在该县农业重点区采集表层土壤样品647组,采用原子荧光光谱、电感耦合等离子体质谱、X射线荧光光谱等方法,测定Hg、As、Cd、Cu、Pb、Zn、Ni、Cr等8种重金属含量;运用地累积指数、内梅罗污染指数和富集因子法等方法,识别表层土壤重金属的污染特征和来源;利用中国人体健康土壤环境基准制定技术指南的健康风险评估标准,评估重金属污染对人体健康的风险。结果表明:①研究区表层土壤中Hg、Pb、Cu、Zn、Cd、Cr、Ni存在一定程度的富集,但含量均未超过农用地管控值,98.6%的样品土壤重金属对农产品质量安全、农作物生长或土壤生态环境风险低;②As的来源主要为自然源,Hg、Pb局部受到人类活动影响,Cu、Zn、Cd、Cr、Ni受到人类活动和天然地质背景共同影响;③对表层土壤中重金属的非致癌和致癌风险评估显示,成人和儿童的非致癌风险指数小于1,均不存在非致癌风险,处于可接受水平。As和Cd超过可接受致癌风险水平(As为10^(-5),Cd为10^(-6)),具有一定的致癌风险,经口吸入是造成人体健康风险的主要暴露途径,儿童受到的影响远高于成人。由此认为,研究区土壤存在轻微污染,且As和Cd对人体健康有一定影响,应加强对土壤重金属的监测,掌握其变化动态,防范土壤污染加重。

近60年来白洋淀流域河川径流演变及湿地生态响应

白洋淀是雄安新区的核心生态功能区,近几十年来面临水源不足、湿地萎缩等生态环境问题.选取白洋淀流域上游王快、西大洋及拒马河3个子流域开展河川径流演变研究,结合1969年以来18期白洋淀湿地遥感影像,揭示白洋淀流域河川径流驱动湿地演变的过程机制.结果表明:近60年来白洋淀流域山区径流量呈持续衰减趋势,从P1阶段(1961—1979年)至P3阶段(1997—2019年),典型子流域年径流系数均值由0.29降至0.12,山区年径流总量由30.84×10^(8)m^(3)/a降至11.37×10^(8)m^(3)/a,降幅达63.1%,梯田修建、地下水开采等人类活动是导致径流衰减的主要原因;不同子流域产流和基流减少对径流衰减的贡献率存在差异,以变质岩为主的王快子流域径流衰减的主要原因是地表产流减少,碳酸盐岩分布较广的拒马河子流域径流衰减的主要原因是基流减少;白洋淀湿地面积变化受控于地表水位波动,近60年来白洋淀湿地退化的直接原因是入淀流量减少,根本原因是人类活动影响导致的山区径流衰减.

缺水基岩山区蓄水构造类型划分及其属性分析

近十多年来,服务脱贫攻坚的基岩山区找水打井工作充分运用并丰富了蓄水构造理论,但缺乏对其类型的统一划分和属性的深入分析。以蓄水构造为理论指导,考虑地貌汇水、岩性赋水、构造控水等控制因素,以构造为主控因素,综合地形地貌、地层岩性和植被发育及开发利用实际价值等因素,系统总结划分出缺水基岩山区水平岩层、单斜、褶皱、断裂、接触、风化壳、复合、洞藏等8类20型35式蓄水构造,并借鉴、结合新构造控水理论和地下水系统理论分析总结不同尺度、不同类型蓄水构造的共性特征,从蓄水构造空间组合特征、边界水文地质性质、水动力条件、尺度效应、控水共生特征、开发利用实际价值等方面,提出了岩性与地质构造的相关性、透水与隔水的相对性、汇水与蓄水的平衡性、尺度与系统的统一性、形成与改造的继承性和规模与目的的匹配性等蓄水构造属性。研究成果细化完善了缺水基岩山区地下水蓄水构造类型划分,总结提炼了蓄水构造属性特征,深化了对蓄水构造概念内涵的理解与认识。既进一步推动了基岩山区水文地质学的研究,也可为缺水区找水定井提供参考,并指导缺水区水资源可持续利用。

江西兴国县潜在偏硅酸矿泉水水化学特征及水质健康功能评价

江西兴国县地下水中富含偏硅酸,水资源丰富,但对矿泉水资源禀赋等研究相对薄弱,开展该县偏硅酸矿泉水水化学特征和健康功能研究,可为当地发展矿泉水产业、实施乡村振兴战略提供基础支撑。本文应用数理统计、水化学分析、离子比值等多种分析方法研究了兴国县潜在偏硅酸矿泉水的分布、水化学特征以及成因与物质来源,并基于感官指数和健康指数对其健康功能进行了评价。结果表明:潜在偏硅酸矿泉水主要分布在岩浆岩裂隙含水岩组、碎屑岩孔隙裂隙含水岩组和变质岩裂隙含水岩组中,这三类含水岩组的调查水样中,发现潜在偏硅酸矿泉水的比例分别为48.5%、45.7%、29.6%,且主要分布在海拔400m以下区域。潜在偏硅酸矿泉水的偏硅酸含量多集中在32~40mg/L之间,主要来自硅酸盐矿物的水解;在变质岩、岩浆岩裂隙含水岩组区,偏硅酸的富集以溶滤作用为主;在碎屑岩孔隙裂隙含水岩组区,偏硅酸的富集受溶滤作用和阳离子交替吸附作用共同影响。该县岩浆岩裂隙含水组区潜在偏硅酸矿泉水口感最佳,深层碎屑岩孔隙含水组区潜在偏硅酸矿泉水健康指数相对较高。本文认为,兴国县矿泉水勘查开发靶区宜以岩浆岩裂隙含水岩组区和深层碎屑岩孔隙裂隙含水岩组区为主。研究成果可为揭示兴国县偏硅酸矿泉水资源价值和功能提供参考。