Florida 含水层

发布网友发布时间：2022-05-29 07:20

共1个回答

热心网友时间：2023-10-10 21:44

Florida的含水层属始新世，是美国广泛分布的灰岩含水层之一。在Florida中部，含水层中的淡水透镜体最大厚度接近650m。该区地处热带到*带，纬度较低，邻近大西洋、墨西哥湾，区内有大量的内陆湖泊。平均每年降水量在1300～1500mm之间。水位高的地区在Ocala东南和半岛中部，地下水向海岸附近四处排泄。

在Florida含水层中硫酸盐的分布基本上与其他组分相同。最低浓度小于100mg/L，主要出现在补给区和水位高的地方，但沿含水层倾伏方向其浓度逐渐增加至大于500mg/L，最高达868mg/L。

为了确定含水层中SO^2－₄离子的来源，他们根据采样测得数据，借助SO^2－₄/Cl^－和硫酸盐浓度之间的关系作图(图11－18)。其中2～5号样品采自Ocala南部的补给区，可代表含水层系统的补给特征，测量的SO^2－₄/Cl^－比为0.2～0.3，SO^2－₄的含量小于5mg/L。样品36、39、40和41是在邻近海洋或盐水海湾采集的，其SO^2－₄浓度为500mg/L、SO^2－₄/Cl^－比接近0.1。它们均落在补给水和海水定义的混合线上。另外样品9、10、14、16、18和21水样的SO^2－₄/Cl^－比随SO^2－₄浓度的增加而增大，这是沉积石膏溶解形成的补给水。其他溶解石膏的补给水与化学特征同海水类似的硫酸盐相混合。溶解硫酸盐的δ³⁴S值与硫酸盐浓度的关系证实了这个结论。补给区的低硫酸盐浓度的水，δ³⁴S值为+8‰～+15‰，SO^2－₄/Cl^－比值大约为海水的2倍。硫酸盐浓度超过100mg/L的样品，δ³⁴S值都大于+20.7‰，而且大半都接近+24‰。采自Florida含水层的5件蒸发硫酸盐矿物样品，δ³⁴S值落在+19‰～22‰的范围内。根据取自海岸降水中的硫酸盐，δ³⁴S平均值为+10‰，浓度为3mg/L，海相硫酸盐的δ³⁴S值为+22‰，于是可以求得两者的混合曲线(图11－19)。

图11－18 Florida含水层水的SO^2－₄含量与SO^2－₄/Cl^－之关系(据Rightmire，1974)数据为样品号

图11－19 Florida含水层水的δ³⁴S值与SO^2－₄含量之关系(据Rightmire，1974)数据为样品号

许多高硫酸盐的水，δ³⁴S值与现代海水或始新世蒸发岩矿物相一致。而含硫化物的水则具有正的δ³⁴S值。当硫化物形成时，由于硫同位素分馏作用可以导致剩余硫酸盐中δ³⁴S升高，这就是δ³⁴S值高达+24‰的原因。

Florida含水层中的水溶硫化物含量在补给区为0～4.6mg/L，溶解硫化物的浓度和硫酸盐的地理分布没有规律性，但是溶解硫化物的δ³⁴S值分布呈现出系统性。正的δ³⁴S值分布在含水层坡度上升的区域，并逐渐随坡度下降而变负，极值为－42‰。这样低的δ³⁴S值是在沉积岩中硫化物矿物的δ³⁴S范围内。这就意味着Florida含水层中的硫化物矿物是从这种水中沉淀的。硫酸盐和硫化物之间的同位素富集系数可用以下式子表示:

同位素地球化学

在Florida含水层中，Δ³⁴S值的分布与地下水流分布的格局类似。最小的Δ³⁴S_{SO2－4－HS－}值(<58‰)接近补给区，而最大的值在远离补给区的半岛最南端。看来Δ³⁴S值的大小直接涉及含水层系统中水的滞留时间。

在Florida含水层中，Δ³⁴S值差异很大是它们的特点。在含水层中，水的pH值大约为7.5，温度为25～28℃时，占优势的硫化物类是HS^－。依据Sakai(1968)的计算，SO^2－₄和HS^－在28℃时的平衡分馏大约为74‰。Ohmoto和Rye(1979)则认为，分馏较为接近65～66。尽管这些数据都不大确定，但却与在Florida含水层中观察到的分馏十分接近，因此，它很可能接近同位素平衡。

由于在低温下硫酸盐－硫化物的同位素平衡以低速率*近，因而平衡需要很长时间，伴随着细菌还原硫酸盐的动力同位素分馏效应的存在。为此，Rye和Ohomoto(1974)曾指出，在低于300℃的热水溶液中还原硫和氧化硫之间普遍存在着同位素不平衡。

许多细菌硫酸盐还原的实验是在较快的速率下进行的，产生的硫化物与初始的硫酸盐的硫同位素差值可以达到30，这就为随硫酸盐还原速度的降低而分馏程度逐步加大提供了实验证据(Kaplan&Rittenberg，1964)。区域研究表明，当还原速度非常慢时，就有可能*近达到同位素平衡(Gold-haber&Kaplan，1975)。Florida地下水的低硫化物浓度和在含水层中缺少硫化物的情况表明，那里硫酸盐的还原速度非常缓慢，可接近硫同位素交换平衡。

根据化学组成和硫同位素比值可以得出以下结论:

1)补给区溶解硫酸盐溶液来源于降水。

2)水溶硫酸盐的浓度沿补给区岩层倾伏方向逐步增加，是溶解含水层中自身的蒸发岩矿物和海岸排泄点附近的海水混合引起的。

3)溶解的硫化物来自系统中硫酸盐的还原，由于还原引起的同位素分馏，使得保留的硫酸盐有较高的δ³⁴S值。

4)硫酸盐还原速度非常缓慢时，δ³⁴S_SO2－4和δ³⁴S_H2S之间的分馏能接近于所期待的同位素平衡。