黄河三角洲地下水化学成分特征及其形成机制研究

论文摘要

黄河三角洲位于陆海交汇的过渡带,是河流动力和海洋动力相互作用下在河口地区形成的沉积物堆积体,受陆海相互作用的影响,该区地下淡水和微咸水资源匮乏,咸水、卤水广泛分布。自晚更新世以来该区经历了三次海侵与海退,地下水赋存条件复杂,不同含水层地下水的起源及水化学特征各不相同。海侵和海退过程是一个复杂的多组分化学反应过程,主要包括咸淡水混合、蒸发浓缩、离子交换和矿物溶解沉作用,也是该区地下水化学成分形成的主要作用。研究该区地下水的化学成分特征及其形成机制,可以为确定地下水环境的承载能力和地下水的合理利用提供科学依据。本文在充分研究黄河三角洲地区地质、水文地质条件的基础上,将黄河三角洲地区地下水划分为:南部冲洪积潜水-承压水、黄河三角洲潜水和浅层承压水三个系统,分析了各系统地下水化学成分特征;通过研究各含水层地下水中δ18O-δD、δ18O与Cl-含量的关系探讨黄河水、大气降水以及海水对地下水的补给;根据14C测定结果及地下水中14C与Cl-含量的关系判断地下水的年龄和地下水的起源;通过实验分析并运用水文地球化学模拟软件PHREEQC揭示了该区地下水化学成分的主要形成作用。研究表明:南部冲洪积潜水-承压水为淡水资源,水化学类型主要为HCO3-Ca·Mg水,HCO3·Cl-Ca·Mg水和HCO3-Na水。黄河三角洲潜水主要为微咸水和咸水,同时也存在少量淡水透镜体,水化学类型为HCO3·Cl-Na·Ca水、Cl·HCO3-Na·Mg水和HCO3·Cl-Na·Mg水。浅层承压水为咸水和卤水,水化学类型以高矿化的Cl·SO4-Na·Mg水和Cl-Na水为主。南部小清河两侧埋深大于100m的深层地下水形成年代比浅层地下水早得多,浅层地下水来源于现代大气降水的补给,而深层地下水可能起源于古代大气降水的入渗补给;黄河三角洲潜水形成年代较晚,地下水年龄小,起源于现代大气降水和黄河水;含水层埋深2030m的浅层承压水年龄介于40007500年间,起源于古海水,并发生浓缩作用。研究区地下水化学成分形成作用主要为蒸发浓缩作用、阳离子交替吸附作用和矿物溶解沉淀作用。随着远离黄河沿水流方向由陆向海,潜水含水层中土壤颗粒表面发生的Na+对Ca2+的交替吸附作用呈减弱趋势。地下水中各种组分除Cl、K和Na仅以离子形式存在外,Ca、Mg、S、C均存在多种络合形式。石膏和岩盐的饱和指数都小于0,地下水对石膏和岩盐具有侵蚀性,且沿地下水流动方向侵蚀强度减弱。而方解石、白云石和文石的饱和指数大于0,处于过饱和状态,矿物发生沉淀。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 0 前言
• 1 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 黄河三角洲地区地质发展历史研究
• 1.2.2 环境同位素在地下水中的应用研究
• 1.2.3 水文地球化学模型研究
• 1.3 研究内容
• 2 研究区概况
• 2.1 区域自然地理概况
• 2.1.1 地理位置
• 2.1.2 气象
• 2.1.3 水文
• 2.1.4 地形地貌
• 2.2 区域地质概况
• 2.2.1 地层和岩性
• 2.2.2 第四纪海侵
• 2.2.3 沉积特征
• 2.3 区域水文地质条件
• 2.3.1 地下水系统划分
• 2.3.2 地下水的补给、径流、排泄
• 3 研究区地下水化学特征
• 3.1 样品采集与分析
• 3.2 地下水化学成分特征
• 3.2.1 各系统地下水化学成分特征
• 3.2.2 地下水沿径流方向由陆向海的变化
• 3.3 地下水化学类型
• 3.4 小结
• 4 地层化学成分特征
• 4.1 地下水与地层含盐量的关系
• 4.2 地层化学成分随深度的变化
• 4.3 小结
• 5 黄河三角洲地区地下水化学成分形成机制
• 5.1 环境同位素的应用
• 5.1.1 地下水补给来源
• 5.1.2 地下水年龄测定
• 5.2 海水对地下水水质的影响
• 5.3 地下水化学成分的形成作用
• 5.3.1 蒸发浓缩作用
• 5.3.2 阳离子交替吸附作用
• 5.3.3 溶解沉淀作用
• 5.4 小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 在学期间发表的学术论文