沁河冲洪积扇地下水水化学特征及成因分析

为研究河南省济源市沁河冲洪积扇地下水水化学特征及其成因,2016年10月采集水样共计60组,其中地下水水样51组,地表水水样9组.运用数理统计、舒卡列夫分类、Piper三线图、Schoeller图、Gibbs图和离子比值等方法,分析了研究区内地下水和地表水水化学类型分布特征,讨论了地下水和表水水化学演化过程的主要控制因素.结果表明:(1)研究区地表水和地下水中主要阴阳离子为Ca~(2+)、Mg~(2+)、SO_4~(2-)、HCO_3~-,地表水和地下水的补给来源密切相关;(2)地下水水化学类型以HCO_3-Ca型、HCO_3-Ca·Mg型和HCO_3·SO_4-Ca·Mg型为主;地表水水化学类型以HCO_3·SO_4-Ca·Mg型为主;(3)地下水和地表水主要离子的形成主要受碳酸盐矿物风化溶解作用、离子交换作用和蒸发作用共同影响,硫酸、碳酸参与了碳酸盐矿物的风化溶解过程.     

华北板块奥陶系碳酸盐岩热储的水化学特征及其成因机制

奥陶系碳酸盐岩是华北板块普遍且优质的中低温传导型热储层,以其独特的岩溶作用、高产量、低盐度、易回灌的特性而受到关注。对华北板块27眼奥陶系碳酸盐岩地热井进行水化学组分分析,将华北板块奥陶系碳酸盐岩地热水划分为3组:边山岩溶系统地热水,地热井深约600～2 100 m,地热水的水化学类型多为HCO_3-Na、SO_4·HCO_3-Ca·Na、SO_4-Ca型水,SO■离子含量较高,说明地热水中除石膏类矿物溶解生成SO■离子外,可能还存在黄铁矿、H_2S被氧化的现象;过渡岩溶系统地热水,地热井深约2 100～2 700 m,地热水的水化学类型主要为Cl·HCO_3-Na型水,随着井深的增加Cl~-离子含量也相对增高;深埋岩溶系统地热水,地热井深多大于2 700 m,地热水的水化学类型为Cl-Na型水,Cl~-离子含量较高,说明深埋岩溶系统地热水中除岩盐溶解生成Cl~-离子外,且随着温度和压力的改变,碳酸盐、硅酸盐、硫酸盐等矿物的溶解度下降而被析出,局部还可能存在封闭水。此外,结合华北板块奥陶系碳酸盐岩地热水的水化学特征、水化学类型与井深的关系以及特征系数的分析,提出了华北板块奥陶系碳酸盐岩热储形成机制的概念模型。     

岩溶地下河水化学对城镇化进程的时序响应

利用25年地下水观测与遥感解译数据研究地下河对城镇化进程的水化学时序响应,结果表明,随着城镇化的进行,地下河的矿化度逐渐上升;水化学类型时序演变从枯水期单一的HCO_3·SO_4-Ca·Mg型和丰水期HCO_3-Ca·Mg型向HCO_3·ClCa型、HCO_3·SO_4-Ca型、HCO_3-Ca和HCO_3·SO_4-Ca·Mg型等多类型演化,快速城镇化时期水化学类型多变.受地表降水输入影响,地下河枯水期与丰水期[Mg2+]/[Ca2+]和[HCO_3~-]/[SO_4~(2-)](摩尔比)变化较大,城镇化前地下河水化学受水岩相互作用、农业活动和酸雨入渗共同影响,两者均值分别为0. 86和29. 34; 2001年城镇化后农业活动和酸雨输入贡献减少,丰水期城镇化输入(居民生活和工业排污)明显增加,两者出现突变特征,分别降低至0. 38与6. 01. 1990～1995、1996～2010和2011～2015年不同时期的主要地球化学敏感阳离子分别为Ca~(2+)及Mg~(2+)、Na~+和NH_4~+,阴离子则分别为HCO_3~-、HCO_3~-及SO_4~(2-)和Cl~-.地下河对城镇化进程的水化学响应具有明显的阶段性和时序性.     

云南荞麦地流域地下水水化学特征及物质来源分析

为研究荞麦地流域地下水的水化学特征及物质来源,2017年7月在研究区共采集地下水的水样32个,综合运用聚类分析、因子分析和路径模型分析等方法,分析了荞麦地流域地下水水化学特征,并定性和定量探讨了荞麦地流域地下水水化学的物质来源.结果表明,研究区内水体整体呈弱碱性,Ca~(2+)、Mg~(2+)、SO_4~(2-)、HCO_3~-和N_3O~-等主要阴阳离子具有较高的空间变异性.通过聚类分析可知,研究区内地下水可分为两大类:A类和B类,分别具有两个子集:A_1、A_2、B_1和B_2,并且从A类地下水到B类地下水化学类型开始变得复杂,A类地下水水化学类型均为HCO_3-Ca型,B_1类地下水和B_2类地下水分别有HCO_3-Ca型、HCO_3-Na·Ca型、HCO_3-Na·Ca·Mg型和HCO_3-Ca型、HCO_3-Ca·Mg型、HCO_3-Na·Ca型各3类.为进一步探讨地下水水化学的影响因素,通过因子分析和路径模型分析可确定碳酸盐岩、人类活动、蒸发岩和硅酸盐岩是地下水的主要物质来源.其中人类活动的作用和MgSO_4型蒸发岩的溶解,是形成以碳酸盐岩为地下水化学组分的主要来源,同时具有多元地下水水化学特征的重要原因.     

城镇化进程中新疆塔城盆地浅层地下水化学演变特征及成因

随着经济的发展,新疆塔城盆地地下水开采量持续增大,然而研究区水文地质研究基础薄弱,盆地地下水化学演化趋势及其成因不明,这使得未来的地下水开发利用存在较大风险.本文在对盆地内地下水进行系统采样分析的基础上,基于5种水化学图对地下水化学组分进行异常识别,并对比历史水化学数据,对盆地地下水化学演变进行了深入分析.结果表明:研究区地下水阳离子以Ca~(2+)和Na~+为主,阴离子以HCO~-_3和SO_4~(2-)为主,盆地广泛分布溶解性总固体小于1.0 g·L~(-1)的淡水.从山前淋溶迁移带到地下水径流缓慢的平原区,地下水化学类型由HCO_3-Ca和HCO_3·SO_4-Ca·Mg型过渡到SO_4·HCO_3-Na·Ca型.对比1979年水化学数据,城镇化进程中,由于地下水的过量开采,水位埋深下降,原来的部分排泄区变为径流区,水循环交替加快,致使研究区HCO_3型和SO_4·HCO_3型水分布面明显增加,以硫酸根和氯离子为主的高TDS水化学类型分布面积明显减少.然而在城镇周边人口密集区地下水中水氯离子和硝酸根离子明显升高,地下水TDS和总硬度呈上升趋势,地下水盐化和硬化明显.研究区地下水化学演变主要受潜水流经的含水层介质及地下水流场变化影响,另外排污沟渠污水下渗是影响地下水水质的另一个主要因素.     

岩溶易旱区地下水水文地球化学特征及其控制因素——以兴仁县为例

地下水是岩溶易旱区极其重要的水资源,是当地生态环境和人类生存的基本保障。通过收集整理岩溶易旱区兴仁县地下水水化学数据,分析与研究,发现岩溶易旱区地下水的溶解组分主要来源于碳酸盐岩的溶蚀,水化学类型主要为HCO_3-Ca型和HCO_3-Ca·Mg型,部分地区由于受到岩层中石膏夹层溶解的影响,水化学类型为HCO_3·SO_4-Ca·Mg型。地下水中Ca~(2+)、Mg~(2+)、HCO_3~-等离子受流经区域地层岩性和水-岩相互作用的影响,表现出显著的区域性特征,属自然来源;K~+、Na~+、Cl~-、NO_3~-等指标与人类活动关系密切,SO_4~(2-)受水-岩相互作用和人类活动共同影响。岩溶易旱区地下水水文地球化学容易受到人为活动的干扰且日趋明显,降低人为活动对岩溶地下水的影响是确保岩溶易旱区地下水环境及饮水安全的关键。     

柳林泉域岩溶地下水区域演化规律及控制因素

柳林泉是山西省著名的十大岩溶大泉之一,丰富的岩溶地下水资源对吕梁地区经济社会发展具有支撑作用,开展岩溶地下水化学演化规律及控制因素研究对于流域水资源可持续利用意义重大.本研究对补给区、径流区、排泄区、深埋区的29个岩溶地下水主要离子组分进行测试分析.结果表明,水温、Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、Cl~-、HCO_3~-、SO_4~(2-)质量浓度从补给区、到径流区、到排泄区、再到深埋区,随着径流途径增加不断升高. K~+、Na~+、Cl~-主要来源于盐岩的溶解;而Ca~(2+)、Mg~(2+)、HCO_3~-、SO_4~(2-)主要来源于方解石、白云石和石膏的溶解.受控于盐岩、石膏的不断溶解,Na~+、C~l-和SO_4~(2-)质量浓度增加幅度大,最大值分别为最小值的50、80和32倍;受去白云化作用的影响,Ca~(2+)、HCO3-质量浓度变化不大,最大值仅为最小值的2～3倍.在补给区、径流区,Na~+、Cl~-质量浓度较低,Ca~(2+)和Mg~(2+)、HCO_3~-为主要阴阳子,但在排泄区和深埋区,Cl~-、Na~+明显超过了HCO_3~-、Ca~(2+)和Mg~(2+),成为最主要的阴阳离子;水化学类型由HCO_3-Ca·Mg型转化为HCO_3·SO_4-Ca·Mg型和HCO_3·SO_4-Ca·Na·Mg型,最终演变为Cl·HCO_3-Na·Ca、Cl·HCO_3-Na型和Cl-Na·Ca型.     

桂南地下热水系统中氟的分布及迁移富集规律

选取广西桂南地区地下热水系统为研究对象,利用氢氧同位素及锶同位素研究手段,对研究区内地下热水中氟的空间分布规律及其控制因素进行研究。结果表明:研究区内地下热水中氟含量变化范围为0.01~17.93mg/L,其中43%地下水样品中氟含量超过饮用水氟骨症临界值1.5mg/L,高氟地下热水的主要水化学类型为Na-HCO3型,水体中氟含量与温度呈明显正相关性;地下热水氢氧同位素特征显示,研究区地下热水的主要来源为大气降水,同时受一定程度蒸发浓缩及水-岩作用影响,地下热水锶同位素特征显示,研究区地下热水水化学组成明显受长石、云母等铝硅酸盐风化及碳酸盐岩溶解影响;对地下热水水化学开展的因子分析结果显示,研究区地下热水系统中影响氟迁移释放的主要因素为萤石的溶解与沉淀过程。     

西藏高温地热显示区氟分布及富集特征

通过对西藏高温地热显示区内12个主要地热田采集的地热、地表水样共30组测试和分析可知,研究区氟含量0.34~19.2mg/L,地下热水中氟含量均高于2.0mg/L,研究区南部氟含量较北区偏高.氟含量高区,地热显示较明显.氟离子在水化学类型为Cl-Na或Cl×SO4-Na等Na型水中富集程度高于HCO3-Na×Ca或HCO3-Ca等Ca型水.研究区高氟地热水的富集机制主要有:深部地热流体的升流混合作用,补给水向下渗流过程中含氟硅酸盐矿物、萤石的溶滤作用.两种机制相比,深部热流的混合作用对地下水形成高浓度F-的贡献更大,但矿物的溶滤作用相对而言更为普遍些.研究区砷的富集机制与氟相似,这也使得二者在空间分布上具有共生性.应加强高氟高砷区地热水的管理与防护,防止其污染地表水环境.     

西藏萨迦冲曲流域地下热水成因及工程效应分析

拟建中尼铁路途经西藏萨迦县和拉孜县,地热灾害是拟建中尼铁路工程建设过程中可能遇到的地质工程问题之一。通过计算离子比例系数,绘制Gibbs图、Na-K-Mg三角图和SiO_2溶解度曲线,分析了研究区地下热水的水化学特征及其水文地球化学演化过程的主要控制因素,并根据氢氧同位素数据分析了研究区地下热水的补给来源,基于此对拟建中尼铁路工程建设提出了合理的热害防治措施。结果表明:卡乌地下热水的水化学类型为Cl-Na型,曲参岗地下热水为Cl·HCO_3-Na型,锡钦地下热水为HCO_3-Na·Ca型;研究区地下热水水化学组分的形成普遍受到硅酸盐矿物溶解的影响,其中卡乌、曲参岗地下热水的水化学组成主要受蒸发/沉淀作用的影响,锡钦地下热水的优势离子受蒸发/沉淀作用和水-岩相互作用共同的影响;卡乌地下热水为40年以前的"古水"占优势的水,锡钦地下热水为新近入渗水和古水的混合水;萨迦县卡乌地热水具有腐蚀性,且卡乌泉口出露温度达到当地沸点,为高温地热资源,隧道工程必须绕避卡乌温泉区。     

山东招远市地下水水化学特征及水质评价

为查明山东招远地区地下水水化学特征及水质状况,采用统计分析法对招远市及其周边34个地下水水样点的水化学指标进行了分析,并结合模糊数学评价法进行了水质评价。结果表明:研究区地下水各水化学评价指标中,pH值相对较稳定,K~+、NO_3~-和HPO_4~(2-)含量在空间上存在较强的变异性,TDS含量总的变化趋势呈南北低、东西高的分布规律,地下水的水化学类型以Cl·HCO_3-Ca·Na型和Cl·SO_4-Ca·Na型水为主;研究区地下水水质总体情况不容乐观,在罗峰街道楼里头村、小宋家村、金岭镇山上张家村和梦芝街道石星河村以南200 m附近,地下水水质相对较好,可作为居民饮用水,其余地区地下水水质较差,可作为工农业用水。     

乌蒙山重点地区地下水水化学特征及成因分析

乌蒙山区是中国西南贫困连片分布区,水资源短缺问题已成为制约当地生态环境建设和社会经济发展的重要因素。本文选取乌蒙山重点地区赫章县和纳雍县作为研究区,采用描述性统计、Piper三线图、相关性分析和离子比例系数法对地下水化学特征及成因进行了分析。结果表明:(1)Ca~(2+)和Mg~(2+)为地下水中主要阳离子,HCO-3和SO2-4为地下水中主要阴离子,微量元素检出率较高,部分含量超标。HCO3·SO4-Ca型、HCO3-Ca型、HCO3·SO4-Ca·Mg型为主要地下水水化学类型;(2)碳酸盐的溶解作用和硫化物的氧化作用是地下水中两种主要的水文地球化学过程,共同决定了地下水的离子构成和水化学类型,部分地区还存在石膏和岩盐的溶解,人类活动对地下水也有一定的影响。     

北方典型岩溶泉域地下水水文地球化学特征分析——以鹤壁许家沟泉域为例

近年来,受采矿活动、气候变化等因素影响,包括鹤壁许家沟泉域在内的北方多数岩溶泉域水化学场发生了改变,但其演变规律及现状条件下的水文地球化学特征仍不明晰。为揭示现状条件下许家沟泉域地下水水文地球化学特征及其控制因素,本文在调查取样分析的基础上,采用数理统计、离子比例系数、Gibbs图及相关性分析等方法进行了研究。结果表明:泉域内岩溶地下水水化学类型主要为HCO_3-Ca·Mg和HCO_3·SO_4-Ca·Mg型。地下水主要水化学组分演化过程的主控因素是岩石风化作用,地下水中的Ca~(2+)、Mg~(2+)、SO_4~(2-)和HCO_3~-主要来源于含方解石(CaCO_3)、白云石(CaMg(CO_3)_2)的碳酸盐岩以及硫酸盐岩(CaSO_4·2H_2O)的溶解,一部分SO_4~(2-)来自黄铁矿氧化。脱白云石化作用致使泉域枯水期地下水中Mg~(2+)明显高于丰水期。阳离子吸附交替使地下水中Na~+、K~+含量降低。稳定同位素特征表明,泉域岩溶地下水主要接受西部裸露区大气降雨的入渗补给,泉域南部岩溶地下水还受淇河河水渗漏的影响,枯水期岩溶地下水中δ~(18)O存在漂移现象。研究成果为泉域内岩溶地下水的合理开发与保护提供了依据。     

龙子祠泉域岩溶地下水水化学特征及成因

龙子祠岩溶水是临汾市工农业生产和城市水源地.查明污染特征及成因,对合理开发利用岩溶地下水资源与泉域生态保护具有重要的意义.本研究以龙子祠泉域岩溶地下水系统为研究对象,通过样品采集与同位素分析,综合运用水化学(Durov图、离子比例、Gibbs图、硫同位素和氢氧同位素)方法分析地下水水化学特征.揭示了龙子祠泉水的水文地球化学特征和环境同位素特征.龙子祠泉域岩溶地下水水化学场从深埋滞留区到补给区到径流、排泄区具有明显的分带性.龙子祠岩溶地下水主要为SO_4·HCO_3-Ca和SO_4·HCO_3-Ca·Mg型水,SO_4~(2-)值为61.6～1 503 mg·L~(-1),均值为481.4 mg·L~(-1),SO_4~(2-)超标比例为70.3%.其SO_4~(2-)主要来源于石膏的溶解和煤系地层FeS_2氧化,其中龙子祠泉水中SO_4~(2-)源于FeS_2氧化的比例为20.2%.依据氢氧、硫同位素得出70%的岩溶地下水不同程度的受到煤矿酸性水的污染.利用Phreeqc软件模拟得出:研究区水化学特征主要受白云石、岩盐和石膏的溶解作用与去白云石化作用.     

西藏年楚河流域水化学特征分析

年楚河流域是西藏发达的农业区,有"西藏粮仓"之称,对区域经济发展起着决定性的作用。然而对该流域水体水化学的系统研究鲜见报道。为揭示年楚河流域水化学特征及其控制因素,本研究于2018年11月(平水期)对年楚河主干流及其主要支流的水体理化参数、主要离子和微量元素进行分析研究。结果表明,年楚河流域水体总体呈弱碱性,总溶解性固体、电导率和矿化度均值分别为275.64 mg/L、389.06μS/cm和172.71 mg/L,且空间上均表现为自上游至下游递增的趋势。主干流及其主要支流阳离子以Ca~(2+)为主,占阳离子总量的71.45%,阴离子则以HCO_3~-为主,占阴离子总量的63.21%。河水主要离子浓度在空间上表现出一定的差异性,整体上主干流自上游至下游有逐渐递增趋势,河口段则相对平稳。年楚河三个主要源头湖泊区域中,错嘎布和冲巴雍错及下游出水口附近水体水化学类型主要为HCO_3-Ca型,桑旺湖及主干流上中游和雅鲁藏布江汇入口附近河段水化学类型为HCO_3·SO_4-Ca·Mg型,而下游区域,包括支流冲巴涌曲下游和龙马河的水化学类型主要为HCO_3·SO_4-Ca型。流域内碳酸盐岩和硅酸盐岩的风化作用是控制整个流域水化学特征的主要因素,且自源头区到下游河段其主导控制风化作用由碳酸盐岩逐渐过渡为硅酸盐岩。流域内以农业为主的人类活动对河流水环境造成的潜在影响不可忽视。     

艾比湖流域河流水化学季节特征及空间格局研究

基于2016年5月和10月两次野外水质数据,综合应用空间分析和多元统计方法,系统分析了艾比湖流域河水水质的季节性特征及空间分布格局.结果表明:流域大部分地表水的SO_4~(2-)、Cl~-和HCO_3~-浓度并无显著差异,水化学类型处于水化学类型易变的区域.但结合Piper图可以初步判断艾比湖周边的水化学类型为SO_4~(2-)-Na~+型,精河及博尔塔拉河为HCO_3~--SO_4~(2-)-Ca~(2+)-Na~+型,奎屯河为SO_4~(2-)-Cl~--Na~+型.流域水化学组成整体的自然起源主要受自身蒸发-结晶作用与以碳酸盐岩为主的风化溶解作用的共同影响,大气降水的输入作用十分微弱.10月河流部分地区受农业、工业等人类活动影响,说明人为因素对流域内的水化学组成产生影响.结果研究可以为艾比湖流域水环境管理提供科学依据.     

尼洋河流域水化学特征及其控制因素

为研究尼洋河流域水化学特征及其控制因素,2014年先后采集河水7组,井水13组,泉水10组,共计30组水样.综合运用数理统计、Piper三线图、Gibbs模型和离子比等方法,分析了尼洋河流域河水、泉水和井水的水文地球化学特征,并探讨了尼洋河流域的水化学演化规律.结果表明,河水、井水及泉水中阳离子均以Ca~(2+)、Mg~(2+)为主,占阳离子总量的84%以上;阴离子以HCO_3~-和SO_4~(2-)为主,占阴离子总量的97%以上;TDS介于79.11~290.48 mg·L~(-1)之间,平均值为165.21 mg·L~(-1),矿化度较低;水化学类型以HCO_3·SO_4(SO_4·HCO_3)-Ca·Mg(Mg·Ca)型水为主;水化学样品均分布在Gibbs模型左中部,说明该流域水化学离子组成受岩石风化作用控制;主成分分析及相关分析表明,尼洋河流域水化学组分受硅酸盐岩的溶解控制,碳酸盐岩的溶解也起到非常重要的作用.     

基于水文地球化学信息和环境同位素的地下热水成因分析

以海南省乐东县福报地热田内分布的基岩热水井为研究对象,利用水文地球化学信息和环境同位素技术分析地下热水的形成机制。结果显示,本区地下热水以高偏硅酸、低矿化度为特征,水化类型为HCO_3-Ca型。氢氧同位素特征、Cl-SO_4-HCO_3及Na-K-Mg三线图表明,本区地下热水主要来源于大气降水,受地壳深部地热水影响较少。地下热水中~3H、~(14)C同位素年龄测定结果表明区域地下热水不存在大尺度的径流模型,且在出露过程中混入了常温水。     

基于水化学和氢氧同位素特征的小屯煤矿充水条件研究

充分辨识小屯煤矿充水条件是矿区防排水工作布置的关键。在梳理矿区水文地质结构的基础上,利用水化学和氢氧同位素方法分析了矿区不同含水层地下水的化学类型与水化学组成特征,辨识了不同含水层地下水与矿井水之间的水力联系,探讨矿井可能的充水来源。结果表明:以三叠系夜郎组玉龙山段岩溶裂隙含水层为代表的地下水主要表现为以HCO~-_3、Ca~(2+)为主要水化学组成,水化学类型为HCO_3-Ca型,且地下水中NO~-_3浓度偏高、较为富集重同位素,而矿井水表现为高浓度SO~2-_4、Na~+、TDS等水化学组成特征,水化学类型为SO_4·HCO_3-Na型,且矿井水中NO~-_3浓度普遍偏低、氢氧同位素组成偏轻,与二叠系长兴-大隆组、龙潭组等裂隙水水化学和氢氧同位素组成近似;小屯煤矿仍主要以二叠系长兴-大隆组、龙潭组等为主要充水含水层,两者之间水力联系密切,而局部通道可能受到上覆三叠系夜郎组玉龙山段岩溶裂隙水的影响。     

伊犁盆地地下水水文地球化学特征与铀成矿条件分析

砂岩型铀矿的形成是水-岩相互作用的结果,研究含铀储层地下水化学特征有助于分析铀成矿条件。通过系统采集伊犁盆地不同类型含水层的地下水样品,开展伊犁盆地地下水中水文地球化学组分及铀含量测试,分析了地下水水文地球化学特征与铀成矿条件。结果表明:伊犁盆地地下水补给区的浅循环地下水均呈现为低TDS、低—中等铀含量的HCO_3-Ca型水;而地下水径流区的地下水则往往呈现出中等TDS、中等—高铀含量的HCO_3·SO_4-Na型或SO_4·Cl-Ca·Na型水,表现为岩石中的铀及其他物质成分已被充分氧化和溶滤进入地下水,即发生着"铀随水去"的氧化溶解过程;地下水径流-排泄区的地下水呈现出高TDS、低—中等铀含量的SO_4·Cl-Ca·Na型或Cl·SO_4-Na·Ca型水,地下水中铀含量沿程降低,表明地下水径流已进入还原带,地下水中的铀已被还原吸附到铀储层的固体颗粒表面,即发生着"水去铀留"的还原富集过程。