浑善达克水化学同位素分析

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1、利用水化学和环境同位素数据分析浑善达克沙地下水的补给1、地下水环境同位素特征及意义为分析研究浑善达克沙地地下水的补给，在本次施工的两个钻孔中采集了地下水（潜水）D（2H）、18O同位素三组，3H（氚）同位素样品2个。D-18O样品由国土资源部同位素实验室测试，分析方法为平衡法（CO2）和锌法，质谱计型号MAT253EM，采用的国际标准为SMOW，分析精度±0.2‰。3H样品由中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室测试，测试仪器为Quantulus-1220(LKB)，氚探测效率为22.09%，本底为1.085cpm，测试结果用Bq/L表示（1Bq/L≈8.453TU）。样品测

2、试结果如表1（为便于理解，将Bq/L转换为TU表示）。表1浑善达克沙地地下水同位素样品测试结果样品编号dDV-SMOW(‰)d18OV-SMOW（‰）3H（TU）ZK1-81-11.17.40±3.0ZK6-1-70-9.722.4±3.1ZK6-2-69-9.7在dD-d18O关系图上（图1），样点均位于全球大气水线附近，说明地下水是大气降水补给形成的，而且没有受到明显的蒸发影响。两个钻孔地下水均含一定两氚，说明现代降水（近几十年之内）的补给作用是主要的。2、利用Cl离子含量估算降水入渗系数地下水几乎是浑善达克沙地地区唯一可以开发利用的水资源。在该地区实施“围封转移”战略，保护生

3、态环境，促进经济发展，合理开发利用地下水资源是最重要的保障条件。浑善达克沙地下水资源的丰富程度主要取决于大气降水入渗补给量。大气降水入渗补给量的计算是地下水资源评价中最重要、也是最困难的问题。由于浑善达克沙地地区水文、气象和地下水的长期监测资料基本上是空白，很难用常规的水量均衡计算方法估算地下水补给量。因此，下面利用水化学资料对降水入渗补给进行分析，估算地下水补给量。（1）基本原理从元素的化学性质可以知道，Cl是最保守的（conservative）组分，在自然界中主要是以Cl—离子的形式（氯盐）存在，很少与其他元素结合在一起或参与化学反应产生变化。由于氯盐的溶解度都很高，在自然界的

4、水土环境中，除特殊条件（如在盐湖和地下水位埋藏非常浅的地区，由于强烈蒸发形成氯盐沉积），Cl—离子一般都存在于水溶液中，地层中氯盐的含量很少，由于蒸发暂时驻留在地层中的氯盐也会被后期的降水溶解带走或进入地下水中。因此，从形成大气降水到入渗转变为地下水的水循环阶段，绝大部分Cl—离子存在于水中，水中Cl—离子的增加或减少主要受蒸发沉淀和稀释溶解作用控制。利用Cl—离子的这一特性，我们就可以根据大气降水和地下水中Cl—离子含量大致估算大气降水入渗系数。对浑善达克沙地来说，地形相对较平坦，入渗条件好，大气降水很难形成较大规模的地表径流。从图2（利用表3数据）可以看出，该地区地下水的Cl—

5、离子含量与潜水位埋深没有关系，说明地层中氯盐含量很少。因此，利用Cl—离子含量的变化估算大气降水入渗系数的条件比较有利。（2）样品检查与选择利用Cl—离子含量的变化估算大气降水入渗系数应该知道大气降水（包括不同规模的代表性雨、雪等）和地下水（不同位置、埋深）的化学组成。为此，2005年在浑善达克沙地地区采集地下水化学分析样品（？）个；受工期限制，仅采集到了一个雪样，没能采集到降水样品。样品由内蒙古地质环境监测院实验室测试，测试结果见表2（顺宝补上该表）。利用Cl—离子估算大气降水入渗系数之前，首先对样品进行检查和选择。根据国家地下水质量标准（GB/T14848-93）和地表水环境质

6、量标准（GHZB1-1999），硝酸盐含量（以N计）超过20mg/L就说明已受到明显污染（III类水）。从表2可以看出，部分地下水样品的NO3—离子含量很高，许多已超过100mg/L，说明地下水（浅层）已受到人为污染，推测该地区主要是牲畜粪便的影响。利用受到污染的样品进行分析是不可靠的，为此，将NO3—离子含量超过50mg/L（大致相当于以N计的10mg/L）的样品剔除。对浑善达克沙地来说，如果浅表层地下水的TDS高于1g/L，说明地下水受到后期蒸发，不宜用作补给分析。本次工作施工的钻孔较深，在其中采集的水样是大厚度含水层中的混合样品。由于对浑善达克沙地区的地下水积极循环深度和区域

7、地下水水流系统没有进行深入研究，这些样品可能是更长历史时期内地下水混合的结果。鉴于这些样品数量有限，且样点分布范围较小，不宜与浅表层样品一并考虑。通过上述检查和剔除，用于分析的样品如表3，样品位置如图3（顺宝补上该图），从这些样品的分布看，基本代表了浑善达克沙地浅表层未受污染和明显蒸发的地下水。（3）降水入渗补给系数估算从表3可知，雪水的Cl—离子含量为3.55mg/L，浅表层地下水的Cl—离子含量变化较大，在7-105mg/L之间，均值为30.19mg/L。地下水中