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同位素技术在古堆泉岩溶水保护中的应用

张松涛 谢浩 梁永平 唐春雷 赵春红 张昊驰

张松涛, 谢浩, 梁永平, 唐春雷, 赵春红, 张昊驰. 同位素技术在古堆泉岩溶水保护中的应用[J]. 地质科技通报, 2023, 42(4): 147-153. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb202302400
引用本文: 张松涛, 谢浩, 梁永平, 唐春雷, 赵春红, 张昊驰. 同位素技术在古堆泉岩溶水保护中的应用[J]. 地质科技通报, 2023, 42(4): 147-153. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb202302400
Zhang Songtao, Xie Hao, Liang Yongping, Tang Chunlei, Zhao Chunhong, Zhang Haochi. Application of isotope technology to protecting karstic water in the Gudui Spring Area[J]. Bulletin of Geological Science and Technology, 2023, 42(4): 147-153. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb202302400
Citation: Zhang Songtao, Xie Hao, Liang Yongping, Tang Chunlei, Zhao Chunhong, Zhang Haochi. Application of isotope technology to protecting karstic water in the Gudui Spring Area[J]. Bulletin of Geological Science and Technology, 2023, 42(4): 147-153. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb202302400

同位素技术在古堆泉岩溶水保护中的应用

doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb202302400
基金项目: 

国家自然科学基金项目 41672253

中国地质调查局地质调查项目 DD20190334

中国地质科学院岩溶地质研究所基本科研业务费项目 2021006

详细信息
    作者简介:

    张松涛(1968—),女,高级工程师,主要从事水文水资源相关技术研究和管理工作。E-mail: szbzst@163.com

    通讯作者:

    梁永平(1962—),男,研究员,主要从事北方岩溶水调查研究工作。E-mail: lyp0261@163.com

  • 中图分类号: P642.25

Application of isotope technology to protecting karstic water in the Gudui Spring Area

  • 摘要:

    岩溶泉水资源是我国北方岩溶区重要的供水水源。查明泉水补给、径流和排泄条件,清晰刻画泉域边界,对合理评估和科学开发岩溶水资源具有重要意义。针对古堆-南梁泉群边界范围不清,补给情况不明的现状,开展了泉域岩溶水文地质条件和岩溶水δD、δ18O、87Sr/86Sr分布特征调查分析,采用同位素技术对岩溶水补给径流路径上的水岩相互作用和水力联系进行了系统研究。研究发现,岩溶水中δ18O数值范围较大,其原因主要是受到了高程效应、热水氧同位素漂移、蒸发浓缩和古封存水混合等作用的影响。岩溶水中δD、δ18O及87Sr/86Sr的分布特征,为岩溶地下水水力联系识别提供了有力的佐证:汾阳岭热田成因可能与中生代入侵碳酸盐岩的岩浆岩的水岩作用有关;泉域北部岩溶水开采将袭夺泉域内部岩溶水资源。古堆-南梁泉域岩溶水同位素研究成果可为区域岩溶水资源的管理和保护提供科学依据。

     

  • 图 1  古堆-南梁泉域岩溶水文地质略图与取样点分布图

    a图:1.岩溶裸露区; 2.岩溶覆盖区; 3.岩溶浅埋藏区; 4.岩溶深埋藏区; 5.非碳酸盐岩区; 6.早期泉域边界; 7.新泉域边界(下细为子系统边界); 8.岩溶等水位线(m); 9.岩溶泉; 10.岩溶水流向(左为浅循环,右为深循环); 11.河流; 12.山峰及高程(m); 13.取样点及编号; 14.剖面线; 15.子系统编号; 16.红色、棕色、黄色、粉红色、绿色依次代表岩溶水、碎屑岩裂隙水、松散层孔隙水、火成岩风化裂隙水和地表水样品。b图:Q+N.第四系+新近系; O.奥陶系; ∈.寒武系; Ar.太古界; πδη.中生代侵入岩

    Figure 1.  Karst hydrogeology sketch and sampling point distribution map of the Gudui-Nanling spring area

    图 2  研究区水样δD与δ18O关系图

    Figure 2.  δD and δ18O relationship of water sample in the study area

    图 3  2014年和2021年工作区岩溶水样δD与δ18O关系图

    Figure 3.  δD and δ18O relationship of karst water samples in the study area in 2014 and 2021

    图 4  泉域岩溶水87Sr/86Sr-ρ(Sr2+)关系图

    Figure 4.  Relationship between87Sr/86Sr and Sr2+ of water samples in the spring area

    表  1  δD计算的水样补给高程及其盈余值d

    Table  1.   δD calculated water sample recharge elevation and its surplus value d

    类型 编号 补给高程/m d/‰ 类型 编号 补给高程/m d/‰ 类型 编号 补给高程/m d/‰
    岩溶水 GD05 1 410.3 3.80 岩溶水 GD03 1 500.0 4.98 岩溶水 GD61 1 448.7 9.30
    GD16 1 670.9 6.42 GD15 1 427.4 4.12 GD22 1 948.7 7.60
    GD23 1 602.6 7.46 GD17 1 585.5 5.30 GD55 1 418.8 4.72
    GD24 1 555.6 6.88 GD20 1 307.7 3.96 岩溶水平均 1 573.2 7.09
    GD27 1 594.0 7.74 GD51 1 491.5 5.10 地表水 GDCL04 1 299.1 10.08
    GD28 1 547.0 5.96 GD08 1 538.5 5.92 GDCL01 1 290.6 7.88
    GD31 1 846.2 6.64 GD09 1 611.1 6.78 GD47 1 064.1 2.54
    GD32 1 756.4 7.54 GD11 1 517.1 7.06 地表水平均 1 217.9 6.83
    GD33 1 636.8 7.62 GD12 1 581.2 9.08 其他类型地下水 GD62 1 555.6 7.76
    GD34 1 619.7 8.34 GD13 1 594.0 10.78 GD29 1 346.2 4.02
    GD35 1 636.8 8.50 GD19 1 482.9 9.70 GD54 1 568.4 5.14
    GD36 1 675.2 7.92 GD50 1 222.2 11.00 GD58 1 119.7 8.52
    GD37 1 525.6 8.22 GD57 1 517.1 8.26 GD41 1 380.3 6.90
    GD39 1 619.7 8.18 GD04 1 944.4 4.26 GD42 1 448.7 4.90
    GD43 1 008.5 1.68 GD21 1 987.2 7.98 其他平均 1 403.1 6.21
    GD46 1 542.7 7.50 GD60 1 794.9 6.80
    GD56 1 688.0 6.74
    注:深蓝色为子系统①岩溶水(塔尔山-九原山古堆泉岩溶水子系统); 黄色为子系统②岩溶水(佛岭山-高显海头泉岩溶水子系统); 浅蓝色为子系统③岩溶水(中条山南梁泉岩溶水子系统); 粉色为子系统④岩溶水(侯马盆地深循环岩溶水子系统)
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    表  2  各样品87Sr/86Sr与ρ(Sr2+)汇总

    Table  2.   Summary of87Sr/86Sr and Sr2+ values of each sample

    类型 编号 87Sr/86Sr(2σ) ρ(Sr2+)/(mg·L-1) 类型 编号 87Sr/86Sr(2σ) ρ(Sr2+)/(mg·L-1) 类型 编号 87Sr/86Sr(2σ) ρ(Sr2+)/(mg·L-1)
    岩溶水 GD05 0.71143 0.42 岩溶水 GD03 0.71124 0.98 岩溶水 GD60 0.71070 2.01
    GD23 0.71200 1.43 GD15 0.71128 3.87 GD22 0.71031 7.90
    GD24 0.71190 1.35 GD17 0.71084 1.34 GD55 0.71118 0.33
    GD27 0.71158 1.44 GD20 0.71126 1.31 GD61 0.71165 0.27
    GD31 0.71729 4.30 GD51 0.71100 1.00 岩溶水平均 0.71209 1.602
    GD32 0.71344 2.31 GD08 0.71046 0.93 地表水 GDCL04 0.71374 0.89
    GD33 0.71495 2.34 GD09 0.71013 1.62 GD47 0.71142 0.92
    GD34 0.71420 2.12 GD11 0.71023 1.05 地表水平均 0.71258 0.91
    GD35 0.71466 2.34 GD12 0.71104 0.27 其他类型地下水 GD29 0.711564 0.98
    GD36 0.71346 1.28 GD13 0.71108 0.17 GD54 0.713887 0.64
    GD37 0.71373 1.74 GD19 0.71162 0.25 GD58 0.712201 0.41
    GD39 0.71392 2.02 GD50 0.71276 0.19 GD41 0.71093 0.38
    GD43 0.71325 1.44 GD57 0.71035 1.02 GD42 0.712409 0.39
    GD46 0.71162 0.91 GD04 0.70877 0.78 其他平均 0.7122 0.56
    GD56 0.71026 1.06 GD21 0.71473 2.72 总平均 0.71211 0.709
    注:深蓝色为子系统①岩溶水(塔尔山-九原山古堆泉岩溶水子系统); 黄色为子系统②岩溶水(佛岭山-高显海头泉岩溶水子系统); 浅蓝色为子系统③岩溶水(中条山南梁泉岩溶水子系统); 粉色为子系统④岩溶水(侯马盆地深循环岩溶水子系统)
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-07-24
  • 录用日期:  2022-09-07
  • 修回日期:  2022-09-05

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