地下水同位素分布特征
发布网友
发布时间：2022-06-03 11:28
共1个回答
热心网友
时间：2023-10-16 22:26
一、样品与特征值
在额济纳盆地，采集了地下水的D、18O和3H同位素样品17组，14C样品10个，采样点条件及测试结果如表6-4所示。1996年8月至1999年9月期间，前人在该盆地采样62组，测试结果和样点分布如表6-5和图6-13所示。
在额济纳盆地，赛汉桃来河水的氚（3H）最大值与最小值分别为45.7 TU和42.7 TU，平均43.9 TU，氘（δD）最大值与最小值分别为-56.0‰和-58.0‰，平均-57.0‰，δ18O最大值与最小值分别为-7.9‰和-8.2‰，平均-8.0‰（图6-14、图6-15和表6-6）。
表6-4 黑河流域额济纳盆地地下水同位素测试结果（本题采样）
狼心山河水的氚最大值与最小值分别为45.1 TU和27.7 TU，平均38.3 TU，δD最大值与最小值分别为-24‰和-51‰，平均-39‰，δ18O最大值与最小值分别为-0.8‰和-7.4‰，平均-3.3‰。
额济纳盆地湖水的氚最大值与最小值分别为46.5 TU和1.1TU，平均30.1TU，δD的最大值与最小值分别为-42‰和-60‰，平均-49‰，δ18O最大值与最小值分别为-1.6‰和-4.7‰，平均-3.3‰。
额济纳盆地潜水的氚最大值与最小值分别为45.7 TU和42.7TU，平均43.9TU，δD最大值与最小值分别为-1‰和-94‰，平均-40‰，δ18O最大值与最小值分别为-0.1‰和-8.3‰，平均-5.6‰。
额济纳盆地承压水的氚最大值与最小值分别为20.8 TU和0.31TU，平均4.62TU，δD最大值与最小值分别为-40‰和-84‰，平均-59‰；δ18O最大值与最小值分别为-1.9‰和-10.7‰，平均-7.7‰。
表6-5 黑河流域额济纳盆地地下水同位素测试结果（前人采集）
图6-13 黑河流域额济纳盆地同位素采样点分布
表6-6 黑河流域额济纳旗地表水和地下水同位素特征值
图6-14 黑河流域额济纳盆地浅层地下水及地表水系统3H-δ18O之间关系
图6-15 黑河流域额济纳盆地浅层地下水中氚等值线图
二、河水、湖水与地下水氚分布特征
（一）地表水与浅层地下水
黑河源区河水氚值在31.2～163.2 TU之间，代表了山区冰川融水和降水的平均值。山区地表水中含有核爆氚（1960～1970年）补给，其来源可能为冰川融水或基岩裂隙水。出山口氚值在莺落峡至张掖为30～78 TU，张掖至正义峡河水氚值为30.1～17.7 TU，自正义峡向下至额济纳盆地，河水的平均氚值为43.91 TU。根据地表水监测资料，莺落峡水文站出山河水的氚值为58～78.13 TU，正义峡水文站河水氚值为30.11～45.77 TU，狼心山水文站河水氚值为31.50～41.68 TU，额济纳河水氚值为29.96 TU。总体上看，黑河干流向下游氚值变小，中下游河水变化幅度不大。
在额济纳盆地，湖水氚值为1.08～46.51 TU，最低值出现在古日乃湖中心（点45），与点31浅井水低氚值相近（图6-13），与深部古水上溢补给有关。东居延海和天鹅湖水的氚值与河水氚值相当，为河水注入成因，在局部地带有地下水溢出补给。额济纳盆地潜水氚值为0.99～94.39 TU，说明其成因多样又复杂。在图6-13中点9处地下水氚值最高，点31处氚值最低，是现代水和深部古水不同补给源特征的反映。在当地降水、河水和不同深度地下水多源补给以及混合和蒸发作用影响下，形成如图6-15所示的浅层地下水氚值分布特征。在图6-13中点9、12、30处的地下水氚值高于河水、δ18O值略高或接近于河水，为河水与降水混合补给，蒸发影响较弱。其他点的浅层地下水氚值低于河水，δ18O明显高于河水，甚至高于湖水，蒸发影响特征明显。
从总体而言，在额济纳盆地西南部及河道带，氚值高于盆地东北部及盆地边缘区，说明沿河一定范围内浅层地下水接受河水补给。在新西庙和额济纳旗县城一带，存在两个氚高值区，而δ18O分布与氚值分布相反，可能与人工开采地下水、引起河水补给增强有关（图6-15和图6-16）。
在额济纳盆地，沿北东的河流流向至古日乃，浅层地下水的δ18O值逐渐增高，反映蒸发作用增强。在狼心山—进素土海子一带，出现δ18O的低值带，可能存在古河道侧向补给，致使地下水径流与更新积极，蒸发相对弱化。
（二）深层地下水
在额济纳盆地，深层水氚值分布范围为0.31～20.80TU，平均4.62TU，深层地下水及地表水3H-δ18O关系如图6-17所示。
由图6-17可见，额济纳盆地深层地下水的氚值集中分布于0～5 TU之间，且δ18O值为-6‰～-10.7‰，与浅层地下水比较，氚值分布范围有较大缩小，衰减明显，反映出深层地下水的古水特征。从十四号基地（点56）到三十九号基地（点55），可能受古河道及断裂带导水的影响，在深层地下水中接受了有限的现代水补给，氚值较高。特别在古日乃湖（点29）一带，可能发生过深层水曾经历蒸发作用影响或者接受过强烈蒸发水体的补给，以至形成氚的高值区（图6-18）。
从图6-18可知，以湖西新村至古日乃一线为界，其北部深层地下水氚值为0～5 TU，为比较古老的深层地下水。在南部，是额济纳盆地的强入渗带，深层地下水氚值为5～15 TU，存在接受现代水补给特征。深层水δ18O分布特征（图6-19）与上述氚值分布规律相对应。
图6-16 黑河流域额济纳盆地浅层地下水δ18O等值线
从图6-19可见，沿额济纳河道带及西北部地区的δ18O值低于东南部，反映河水是深层地下水的重要补给源。
三、河水、湖水与地下水氢氧稳定同位素分布特征
（一）地表水与浅层地下水
额济纳盆地地表水和浅层地下水的δ18O-δD变化特征如图6-20所示。从图6-20可见，在黑河流域下游区，浅层地下水及地表水的δD值变化范围较大，从接近河水到高于湖水，沿河流动途径逐渐变富，且偏离全球大气降水线的程度逐渐加大。据研究（武选民等，2002b），黑河流域下游区的δD=7δ18O+2.2，雨水方程与非洲干旱区δD=8δ18O+22相比，斜率和截距都偏小，反映出降水量小、蒸发强烈的特点。
额济纳盆地浅层地下水δ18O和δD值分布特征，如图6-16和图6-21所示。
图6-17 黑河流域额济纳盆地深层地下水及地表水系统3H-δ18O之间关系
图6-18 黑河流域额济纳盆地深层地下水中氚等值线图
图6-19 黑河流域额济纳盆地深层地下水δ18O等值线图
图6-20 黑河流域额济纳盆地浅层地下水及地表水系统δD-δ18O之间关系
图6-21 黑河流域额济纳盆地浅层地下水δD等值线图
由图6-21可见，在木吉湖一带，分布浅层地下水δD低值区，向周边δD值增大。在西南湖西新村和西北的西居延海，形成两个δD高值区。在新西庙→木吉湖→进素土海子一带的δD低值区，可能指示浅部有古河道存在。
（二）深层地下水
在额济纳盆地，深层地下水及地表水的δD-δ18O之间关系如图6-22所示。深层地下水的样点偏离大气降水线，反映深层地下水曾经历过一定程度的蒸发影响。从图6-23分析，在额济纳盆地东、西居延海间的北部和赛汉桃来与木吉湖之间，存在两个δD低值区。在鼎新至古日乃一带和额济纳旗至苏泊淖尔一带，存在两个δD高值区，它们表明深层地下水补给存在多源性。
四、深层地下水形成年龄特征
（一）与同位素变化之间关系
额济纳盆地深层地下水年龄与稳定同位素之间关系，如图6-24和图6-25所示。在距今9000～8000年期间出现深层地下水δ18O的极低值，可能与全新世暖期滞后有关。随着地下水形成年龄的增大和减少，δ18O值增加（图6-24）。
图6-22 黑河流域额济纳盆地深层地下水及地表水系统δD-δ18O之间关系
图6-23 黑河流域额济纳盆地深层地下水中δD等值线图
图6-24 黑河流域额济纳盆地深层地下水的δ18O与年龄关系
图6-25 黑河流域额济纳盆地深层地下水中氚值与年龄关系
从图6-25可见，随着深层水形成年龄的增大氚值减少，符合氢放射性同位素基本衰减规律。
（二）地下水年龄分布特征
深层地下水年龄平面分布如图6-26所示。在额济纳盆地的东居延海西南部，深层地下水年龄较大，为距今1.3万年以上。向南、向北，地下水年龄逐渐变小。至盆地南部边缘带，地下水年龄为距今5000～3500年。在盆地东北部边缘带，地下水年龄不大于距今9000年（图6-26）。
从额济纳盆地深层地下水形成年龄的分布特征分析，东居延海西南部是深层地下水汇流中心，其南和东北方向都存在补给可能，南部补给强度和过程都大于东北部。南部补给仍然在继续，东北部补给可能发生数千年之前。
图6-26 黑河流域额济纳盆地深层地下水年龄等值线图
深层地下水同位素资料综合分析表明，现代河水在额济纳盆地南部入渗带渗入地下，在补给浅层地下水的同时，对深层地下水也进行了有效补给。从补给水源和水文地质剖面（图6-27）来看，在额济纳盆地南部具备对深层地下水系统产生有效补给的条件。
