基于碳、氮、硫和氧同位素的地下水演化过程研究--以焦作市为例

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1、分类号UDC密级编号中国科学院研究生院博士学位论文基于碳、氮、硫和氧同位素的地下水演化过程研究一以焦作市为例张东指导教师趔丛强擅±!硒究旦生国型堂院丝述丝堂巫究压申请学位级别堡堂谴±学科专业名称垫蔓丝堂论文提交日期垄Q曼曼生曼Q旦论文答辩日期2Q!!生曼呈目培养单位主国叠堂院垫蔓丝堂班究压学位授予单位生国型堂瞳班究生院答辩委员会主席AThesisSubmittedtoInstituteofGeochemistry，ChineseAcademyofSciencesfortheDegreeofDoctorofPhilosophyInvesti

2、gationofGroundwaterEvolutionByCarbon，Nitrogen，SulfurandOxygenIstopes：ACaseinJiaozuoCityByZhangDongSupervisor：Pro．LiuCongqiangMajor：GeochemistryStateKeyLaboratoryofEnvironmentalGeochemistry，InstituteofGeochemistry，ChineseAcademyofScience，Guiyang550002，ChinaOctober，2011本论文的

3、实验工作在中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室完成。学位论文独创性声明学位论文题目：基于碳、氮、硫和氧同位素的地下水演化过程研究一以焦作市为例本人提交的学位论文是在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中引用他人已经发表或出版过的研究成果，文中已加了特别表注。对本研究及学位论文撰写曾做出贡献的个人和集体在文中作了明确说明并表示衷心感谢。本声明的法律后果由本人承担。学位论文作者(签名)：弓匙东签字日期：2011年11月20日学位论文使用授权声明本人完全了解中国科学院研究生院、中国科学院地球化学研究所有关保留、使用学位

4、论文的规定，中国科学院研究生院、中国科学院地球化学研究所有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版；有权将学位论文用于非赢利目的少量复制并允许论文进入中国科学院研究生院、中国科学院地球化学研究所图书馆被查阅；有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索；有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。学位论文作者f签名)：款东辨签触≥j-岁，色签字同期：2011年11月20日签字日期：2011年11月20日摘要水是人类社会赖以生存和可持续发展不可或缺的重要物质基础，水资源是基础性的自然资源和战

5、略性的经济资源，水资源短缺、水环境和生态环境恶化制约了我国经济社会全面和健康发展。地下水是水资源的重要组成部分，也是重要的供水水源。保护地下水资源，研究自然条件和人类活动影响下地下水水循环、水资源数量和质量的变化规律，有助于保障地下水环境和生态环境安全，实现水资源的可持续利用，促进经济社会可持续发展。基于此，本论文选取我国北方典型城市．焦作市地下水为主要研究对象，从水文地球化学角度，探讨自然和人为活动控制下区域地下水的演化规律。通过分析地下水的水化学组成特征，判断地下水水化学类型，识别人为影响因素和自然控制因素。借助溶解性无机碳碳同位素，

6、硫酸盐硫和氧同位素以及硝酸盐氮同位素技术，说明研究区大气．地表水．土壤．地下水之间碳、硫和氮元素的循环过程，进而阐明地下水环境中物质来源和迁移转换途径，为区域地下水资源保护和有效利用提供理论支撑。研究区地下水分为三种类型：浅层地下水(埋深<30m，第四系砂岩)、深层地下水(80m<埋深<150m，第四系砂岩)、岩溶地下水(埋深>200m，石炭系灰岩、二叠系砂岩和奥陶系灰岩)。2010年8月和12月分别采集研究区浅层地下水样品9个，深层地下水样品13个，岩溶地下水样品7个(含煤矿矿井水样品3个)，同期采集地表水样品(包括生活污水样品3个、湖

7、水样品1个和河水样品1个)和大气降水样品12个，分别测定水化学组成(主要阴阳离子)、溶解性无机碳碳同位素、硫酸盐硫和氧同位素和硝酸盐氮同位素，同时分析地下水潜在污染来源(土壤、化学肥料和农药等)的硫酸盐硫和氧同位素组成特征，探讨研究区地下水碳、硫和氮物质来源和迁移转换途径以及碳、硫、氧和氮同位素耦合作用控制下的区域地下水演化过程。通过上述研究工作，得到以下几点认识：(1)浅层地下水受人类活动影响较大，pH值均值为7．25士0．18(n=18)，EC值均值为1422士658ps／cm(n=18)。深层地下水和岩溶地下水受人类活动影响较小，p

8、H值均值分别为7．41士0．25(n=26)和7．53：e0．31(n=7)，EC值均值分别为1069+668I，ts／cm(n=26)基于碳、氮、硫和氧同位素的地下水演化过程研究．以焦作市为