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基于多种同位素的鄂尔多斯高原地下水化学演化研究

2020-12-02阅读(708)

基于多种同位素的鄂尔多斯高原地下水化学演化研究

论文摘要

地下水循环过程中发生了多种水化学反应,伴随的稳定同位素分馏为识别水化学反应过程提供了有效手段。本论文在全面分析鄂尔多斯高原白垩系地下水循环规律及可能的水化学反应基础上,选取合适的同位素开展地下水循环不同环节水化学反应的识别方法和定量计算研究。为了揭示HCO3-是研究区绝大多数样品的优势阴离子这一现象的机理,选取Sr2+同位素分析了其来源。对于补给区地下水,选取雨水、硅酸盐矿物及方解石作为端元,对于排泄区地下水,选取补给区地下水和方解石作为端元,定量计算了各个端元对Sr2+同位素的贡献。计算结果表明,补给区地下水中的Sr2+主要来源于硅酸盐风化,而排泄区地下水中的Sr2+则主要来源于碳酸盐溶解。为了揭示补给区至排泄区中部地下水中Mg2+、K+等阳离子显著下降的成因,借助Mg同位素分析了其去除机理。选取补给区地下水及方解石为端元,定量计算了方解石溶解对δ26Mg的影响;基于瑞利分馏过程,定量计算了粘土矿物形成和脱碳酸作用对Mg2+去除及δ26Mg的影响。粘土矿物形成这一过程也造成了K+的去除。通过对比排泄区不同组别地下水样品点的滞留时间,发现滞留时间对于Mg同位素分馏程度的控制作用。在排泄区深部,存在着SO42-、Ca2+以及Na+离子浓度随深度显著增大的现象,通过分析排泄区S同位素,选取排泄区中部地下水及下伏侏罗系地下水为端元,识别了侏罗系越流补给白垩系现象;基于瑞利分馏方程计算了脱硫酸作用对排泄区地下水SO42-离子及δ34S的影响。为了揭示水动力场对水化学场的控制作用,对地下水采样点进行了反向质点追踪,得到了流线距白垩系底板距离。通过对比排泄区地下水样品点的这一距离与δ34S值,进一步确认了侏罗系越流对白垩系深部地下水化学组分的影响。本论文利用多种同位素分析地下水循环不同环节的水化学反应,加深了对地下水循环的水动力过程和水化学演化过程的认识,对研究其他地区地下水循环具有重要的参考价值。

论文目录

  • 中文摘要
  • abstract
  • 第1章 绪论
  •   1.1 研究背景
  •   1.2 研究现状
  •     1.2.1 鄂尔多斯地下水循环研究现状
  •     1.2.2 水体中同位素研究现状
  •       1.2.2.1 Sr同位素研究现状
  •       1.2.2.2 Mg同位素研究现状
  •       1.2.2.3 S同位素研究现状
  •   1.3 研究内容与技术路线
  •     1.3.1 研究内容
  •     1.3.2 技术路线
  • 第2章 研究区概况
  •   2.1 地形地貌
  •   2.2 气候
  •   2.3 水文
  •   2.4 构造与岩性
  •   2.5 水文地质条件分析
  • 第3章 鄂尔多斯高原水化学特征分析
  •   3.1 地下水样品点采集说明
  •   3.2 水样采集与测试
  •   3.3 聚类分析
  •   3.4 补给区与排泄区水化学特征对比
  •     3.4.1 补给区与排泄区水化学组成分析
  •     3.4.2 地下水离子浓度与深度关系
  •   3.5 本章小结
  • 第4章 基于Sr同位素的矿物溶解分析
  •   4.1 样品点收集与Sr同位素测试
  •     4.1.1 样品的收集
  •     4.1.2 样品测试
  •   4.2 Sr含量及同位素特征
  •   4.3 Sr同位素定量计算
  •     4.3.1 补给区Sr同位素定量计算
  •       4.3.1.1 计算原理
  •       4.3.1.2 计算结果分析
  • 3-来源定量计算'>      4.3.1.3 地下水中HCO3-来源定量计算
  •     4.3.2 排泄区Sr同位素定量计算
  •   4.4 本章小结
  • 第5章 基于Mg同位素的水化学演化分析
  •   5.1 样品点收集与测试
  •     5.1.1 样品的收集
  •     5.1.2 样品的野外测定及实验室分析
  •   5.2 测试结果分析
  •     5.2.1 地下水及砂岩化学性质概述
  •     5.2.2 地下水及砂岩的Mg及 Sr同位素
  •   5.3 水化学反应过程识别
  • 26Mg与Mg2+含量关系的定量计算'>  5.4 δ26Mg与Mg2+含量关系的定量计算
  •     5.4.1 方解石溶解
  •     5.4.2 粘土矿物形成
  •     5.4.3 方解石沉淀
  •   5.5 地下水滞留时间对水化学过程的控制作用
  •   5.6 本章小结
  • 第6章 基于S同位素和水动力场模拟的排泄区深部水化学成因分析
  •   6.1 样品点收集与S同位素测试
  •   6.2 地下水中硫酸盐与硫同位素控制因素分析
  •     6.2.1 地下水中硫酸盐来源
  •     6.2.2 地下水中硫同位素影响因素
  • 34S与 SO42-含量关系定量计算'>    6.2.3 δ34S与 SO42-含量关系定量计算
  •   6.3 水动力学成因分析
  •     6.3.1 地下水流数值模型
  •       6.3.1.1 概念模型
  •       6.3.1.2 数值模型
  •     6.3.2 地下水循环过程与水化学及同位素组成的关系
  •   6.4 本章小结
  • 第7章 结论与展望
  •   7.1 结论
  •   7.2 展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 作者简介

    • 文章来源

    类型: 博士论文

    作者: 张鸿

    导师: 万力,蒋小伟

    关键词: 地下水循环过程,同位素,鄂尔多斯高原

    来源: 中国地质大学(北京)

    年度: 2019

    分类: 基础科学

    专业: 地质学,地质学

    单位: 中国地质大学(北京)

    分类号: P641.3

    DOI: 10.27493/d.cnki.gzdzy.2019.000096

    总页数: 103

    文件大小: 5469K

    下载量: 177

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