【摘要】：松嫩平原擁有一個(gè)由多層含水層組成的大型地下水含水系統(tǒng),地下水在促進(jìn)該地區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和維護(hù)生態(tài)平衡中發(fā)揮著不可替代的作用,但隨著人口增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展,目前出現(xiàn)的水環(huán)境問題在一定程度上影響了地下水化學(xué)成分及其演化進(jìn)程。為科學(xué)認(rèn)識(shí)松嫩平原地下水質(zhì)的演化規(guī)律,合理利用地下水資源,有必要進(jìn)行該區(qū)地下水的演化機(jī)理研究。本文基于水文地球化學(xué)理論,較為系統(tǒng)地探討了松嫩平原地下水的賦存條件、水化學(xué)特征及演變規(guī)律,并定性和定量研究了地下水化學(xué)成分在形成過程中所經(jīng)歷的水文地球化學(xué)過程,揭示了自然過程與人類活動(dòng)的作用機(jī)理。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論可歸納為以下幾點(diǎn):1、松嫩平原各含水層可視化的研究聯(lián)合GMS和GIS技術(shù)構(gòu)建了研究區(qū)地下水賦存空間的三維可視化模型。根據(jù)模型結(jié)構(gòu)體、分層和剖面的所示結(jié)果,松嫩平原地勢(shì)起伏很大,北部海拔明顯高于南部,東部和西部也有輕微隆起,三面共同向南面傾斜。第四系全新統(tǒng)分布較零散,主要分布于松花江、嫩江沿岸,整體較薄,儲(chǔ)水能力較弱;上更新統(tǒng)的富水段主要位于研究區(qū)西半部,由于西側(cè)山前平原的傾斜地形和較粗的粒徑,補(bǔ)給條件較好;中更新統(tǒng)分布比較廣泛,大致從東北向南部水位埋藏逐漸加深,含水層厚度加大,富水性逐漸變好;而下更新統(tǒng)和第三系都主要分布于研究區(qū)中部低平原處,其中第三系砂巖含水層厚度在區(qū)域上的變化明顯。因上覆第四系和第三系的多個(gè)取水層段,白堊系含水層在松嫩平原西部埋藏很深,開采意義不大,而在東部高平原處,由于第三系和第四系上、下更新統(tǒng)含水層大面積的缺失,白堊系大面積分布于中更新統(tǒng)之下甚至接近地表,具有一定的供水意義和研究?jī)r(jià)值。結(jié)合所建模型和基礎(chǔ)資料對(duì)地下水賦存空間進(jìn)行分析的結(jié)果表明,該模型對(duì)于各含水層和弱透水層(隔水層)的埋藏深度、延展情況、巖性和富水性具有良好的指示意義,在水文地質(zhì)的研究中具有一定的實(shí)用價(jià)值,并可為之后的水化學(xué)特征分析及演化規(guī)律研究奠定基礎(chǔ)。2、松嫩平原地下水水化學(xué)時(shí)空分布特征的研究(1)地下水水化學(xué)綜合參數(shù)的空間分布規(guī)律依據(jù)研究區(qū)水化學(xué)采樣測(cè)試結(jié)果繪制水化學(xué)綜合參數(shù)的空間分區(qū)圖,討論其分布特征。分析結(jié)果表明,研究區(qū)地下水以為淡水為主,微咸水主要分布于中部低平原處的第四系含水層中。第四系地下水總硬度基本呈由四周向中部逐漸升高的規(guī)律,其中第四系淺層水超標(biāo)較嚴(yán)重;第三系地下水的總硬度普遍偏低,而白堊系地下水總硬度在區(qū)域性上的差距明顯。第四系淺層地下水的水化學(xué)類型很復(fù)雜,陰離子水化學(xué)類型以HCO3型為主,而主要陽(yáng)離子的空間分布具有分帶性特征,主要表現(xiàn)為沿著地下水流向,由以Ca型水為主過渡為Ca·Mg、Mg·Ca型水,繼而過渡為Mg·Na型和Na·Mg型水,在低平原中部的大慶市和安達(dá)市則轉(zhuǎn)變?yōu)镹a型水。第四系深層地下水水化學(xué)類型的演變規(guī)律與淺層水相似。而第三系地下水的水化學(xué)類型相對(duì)簡(jiǎn)單,以HC03-Na、HC03-Ca·Na、HC03-Na·Ca為常見類型。白堊系地下水的水化學(xué)類型則相對(duì)復(fù)雜,并且在空間上沒有明顯的演化特征。(2)地下水主要離子組分分區(qū)統(tǒng)計(jì)特征根據(jù)淺層地下水的主要控水因素對(duì)研究區(qū)淺層地下水進(jìn)行分區(qū),并將中、深層地下水按照地質(zhì)時(shí)代劃分組別,基于統(tǒng)計(jì)學(xué)理論,對(duì)不同分組的地下水樣的主要離子組分進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,并從水文地球化學(xué)的角度討論不同組分和類型所反映出的水質(zhì)特點(diǎn)和主要水化學(xué)形成作用。研究結(jié)果表明,HCO3-是地下水中含量較穩(wěn)定的主要陰離子,C1-和SO42-是造成陰離子水化學(xué)類型演變的主要變量。在淺層地下水中,除了中部低平原處的烏裕爾河—雙陽(yáng)河地下水系統(tǒng)以Na+為主外,其他分區(qū)中Ca2+都是主要陽(yáng)離子,而在中、深層水中Ca2+、Na+共同為主要陽(yáng)離子。NO3-在淺層地下水中含量普遍偏高,尤其在東部高平原處超標(biāo)明顯,這與該區(qū)域發(fā)達(dá)的農(nóng)業(yè)活動(dòng)直接相關(guān);而F-的含量分布受到地形、淋溶區(qū)礦物成分及地下水蒸發(fā)程度等因素的影響,其中在中部低平原淺層地下水中含量升高明顯,而在中、深層地下水中的含量明顯偏低,且隨著埋藏深度的加深而降低。總體上講,在流域水系、地形及水循環(huán)條件的影響下,從補(bǔ)給區(qū)到排泄區(qū),不同分區(qū)的淺層地下水化學(xué)組分和類型表現(xiàn)出了明顯的區(qū)域演化特征,體現(xiàn)著主要水化學(xué)作用由溶濾作用向蒸發(fā)沉淀作用的轉(zhuǎn)變。(3)地下水組分垂向分布特征和季節(jié)演化規(guī)律選擇具有不同開采層位的代表性鉆孔,運(yùn)用Schoeller圖進(jìn)行不同含水層水化學(xué)成分的對(duì)比分析,并研究豐枯季節(jié)變化對(duì)典型區(qū)水化學(xué)演化規(guī)律的影響。研究結(jié)果表明,不同深度的地下水在垂向上具有一定的水力聯(lián)系,尤其是第四系不同時(shí)代的含水巖組之間,而季節(jié)變化會(huì)影響地下水的演化過程。在枯水期TDS均值升高,主要表現(xiàn)為在河谷低洼地帶Na+、Cl-和SO42-的含量有所升高,而季節(jié)變化對(duì)總硬度的影響不明顯。NO3-在潛水枯水期的污染嚴(yán)重,而在豐水期由于大氣降水入滲的增加和河流的側(cè)向補(bǔ)給作用,潛水中NO3-濃度明顯降低。3、地下水水水化學(xué)成分形成過程研究基于水文地球化學(xué)理論、統(tǒng)計(jì)學(xué)理論、同位素和多種水化學(xué)分析方法,對(duì)研究區(qū)地下水水化學(xué)成分的形成作用進(jìn)行深入分析,研究地下水與外界環(huán)境之間的相互作用關(guān)系。研究結(jié)果表明,研究區(qū)地下水來(lái)源于大氣降水的入滲補(bǔ)給,地下水中的溶解反應(yīng)以碳酸鹽和硫酸鹽的溶濾反應(yīng)為主,并且伴隨著硅酸鹽類和巖鹽的溶解,在下部含水層中硅酸鹽的溶解也是主要過程,研究區(qū)硅酸鹽類礦物在適當(dāng)條件下可水解為高嶺土。從地域和地下水系統(tǒng)上來(lái)講,西部山前傾斜平原、東部高平原北端的淺層地下水和中、深層地下水以溶濾作用為主,蒸發(fā)濃縮作用則對(duì)中部低平原烏裕爾河—雙陽(yáng)河地下水系統(tǒng)的淺層水的控制作用最為明顯,并影響局部低洼排泄地帶的水化學(xué)成分演變過程。而陽(yáng)離子交替吸附過程是研究區(qū)地下水中發(fā)生較普遍的水文地球化學(xué)過程,受到地形條件和含水層巖石粒度的影響,在研究區(qū)北端和西部?jī)A斜平原地區(qū)陽(yáng)離子交替吸附作用比較微弱,而在研究區(qū)中、東部地區(qū),陽(yáng)離子交替吸附作用變得普遍,對(duì)地下水化學(xué)成分的演變逐漸具有重要意義。此外,研究區(qū)河道廣布,混合作用對(duì)淺層地下水化學(xué)成分的演化同樣起著重要作用;而近年來(lái)人類活動(dòng)也在直接和間接地改變著自然條件下的地下水化學(xué)成分和平衡狀態(tài)。4、地下水反向水文地球化學(xué)模擬運(yùn)用PHREQC軟件展開了不同含水層地下水的水文地球化學(xué)模擬研究,并結(jié)合地下水的水動(dòng)力場(chǎng)條件定量分析地下水化學(xué)演化規(guī)律。研究結(jié)果表明,在松嫩平原不同含水巖組地下水的徑流過程中,發(fā)生著不同程度的溶濾作用及陽(yáng)離子交替吸附作用;在中、深層地下水中硅酸鹽類的溶解往往是不可忽視的水文地球化學(xué)過程,而陽(yáng)離子交替吸附作用的發(fā)生程度及方向與地下水的水動(dòng)力條件和水化學(xué)成分有關(guān)。在地下水的補(bǔ)給地段,單位距離上易溶鹽的溶蝕量較少,陽(yáng)離子交替吸附作用比較微弱,而在排泄地帶單位距離上易溶鹽的溶蝕量明顯增大,陽(yáng)離子交替吸附作用非常明顯。這說(shuō)明地下水的溶蝕作用結(jié)果與地下水動(dòng)力場(chǎng)具有密切的聯(lián)系,地下水動(dòng)力場(chǎng)條件是地下水演化方向的重要影響因素,而地下水溶蝕作用的強(qiáng)弱對(duì)地下水的補(bǔ)徑排條件起到一定的標(biāo)志作用。人類活動(dòng)的作用將會(huì)影響水動(dòng)力場(chǎng)的形成,并影響水化學(xué)場(chǎng)的演變規(guī)律;而在水動(dòng)力場(chǎng)相似的條件下,由于含水層的礦物成分差異、地下水賦存特征及初始水化學(xué)成分等因素的不同,地下水水化學(xué)成分也表現(xiàn)出不同的演化特征。
【圖文】：

總面積１８．３ｘｌ0４ｋｍ２。本文的研究區(qū)為松嫩平原黑龍江省內(nèi)部分，地逡逑理坐標(biāo)：北緯邋４４°３４＇０６〃？４９°２６＇４５〃，東經(jīng)邋１２２°５２＇３８〃？１２８°１８＇０９＂，總面積逡逑１１．７６ｘｌ０４ｋｍ２，占據(jù)松嫩平原總面積的近２／３（圖２．１）。區(qū)內(nèi)鐵路網(wǎng)縱橫交錯(cuò)，逡逑公路四通八達(dá)，交通便利。逡逑Ｉ２Ｊ＊００＊邐丨邋２＾００＇邐１２５＊００＇邐１２６＊００＊邐１２７＊００＊邐１２３＇００＂逡逑邐邐ｒ邐－逡逑＝：：媂：，＾＾：逡逑”：丨邋Ｍ逡逑公路邋｜邋ｒ＼ｊ邋＼邐°°＇逡逑市兵點(diǎn)邐ｒＶ研究０邐：０邋？Ｋｍ邋｜逡逑１２６＊００＊邐１２７＊００＊邐１２３＊００逡逑圖２．１研宄區(qū)地理位置圖逡逑Ｆｉｇ．２．１邋Ｌｏｃａｔｉｏｎ邋ｍａｐ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｓｔｕｄｙ邋ａｒｅａ逡逑２．１．２地形地貌逡逑研究區(qū)的西、北、東三面分別為大興安嶺、小興安嶺和張廣才嶺及長(zhǎng)白山逡逑丘陵山地所環(huán)繞，南部以嫩江、松花江及拉林河為界。區(qū)內(nèi)地形大體可分為西逡逑部山前傾斜平原、中部低平原、東部高平原與河谷平原四部分（圖２．２）。逡逑東部高平原大致在訥河二克淺一依安三興鎮(zhèn)一安達(dá)鎮(zhèn)一肇州豐樂鎮(zhèn)連線以逡逑東，為剝蝕沖洪積高平原與剝蝕沖湖積高平原。該區(qū)地形起伏較大，侵蝕切割逡逑１５逡逑

邐吉林大學(xué)博士學(xué)位論文邐逡逑強(qiáng)烈，，樹枝狀溝谷密布。海拔１８０？６００ｍ，比高１０？３０ｍ，其上分布有溶巖臺(tái)逡逑地和零星的基巖殘丘。地勢(shì)由東、東北向低平原傾斜，東部呈淺丘狀起伏，東逡逑南呈波狀起伏。逡逑中部低平原分布于高平原以西，富裕二道灣鎮(zhèn)一齊齊哈爾一泰來(lái)江橋鎮(zhèn)連逡逑線以東，為沖洪積低平原。地勢(shì)低平開闊，海拔１３０？１８０ｍ，比高３？５ｍ。地逡逑勢(shì)由東向西，由北向南緩傾，洼地、湖泡星羅棋布，鹽堿地、沼澤濕地發(fā)育，逡逑風(fēng)成沙地遍布。逡逑西部山前傾斜平原位于大興安嶺東麓的山前地帶（由侵蝕沖洪積形成的臺(tái)逡逑地與沖積洪積的傾斜平原組成）。地形由西向東傾斜，坡降１％0？５％。，辮狀水逡逑系發(fā)育，海拔１５０？２００ｍ，比高５？２０ｍ。逡逑河谷平原主要分布在松花江、嫩江河谷及支流河谷中，為沖積平原。在高逡逑平原區(qū)河流下切強(qiáng)烈，兩岸常形成陡坎，河流蛇曲發(fā)育，濕地遍布。逡逑
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：X523;P641.3


本文編號(hào)：2673135