巖溶地下水是柳林泉域內(nèi)六縣(區(qū))生活和工農(nóng)業(yè)用水的主要供水水源。隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展,泉域內(nèi)水資源供需矛盾日益突出,人類活動(如滯流區(qū)未封閉勘探孔的自流、巖溶水的開采、地表水庫的修建等)對巖溶水系統(tǒng)的影響越來越凸顯,系統(tǒng)的邊界、結(jié)構(gòu)、循環(huán)條件、水動力特征、水化學(xué)特征等也隨之發(fā)生改變,嚴(yán)重威脅到區(qū)域供水安全和經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展。因此,在分析巖溶地下水儲存條件、水動力特征的基礎(chǔ)上,研究控制巖溶地下水水文地球化學(xué)特征的主要地球化學(xué)作用機(jī)理、巖溶水中環(huán)境同位素特征及其在水循環(huán)中的意義,探討巖溶水中主要陰、陽離子的來源,對于進(jìn)一步深化對柳林泉域巖溶地下水系統(tǒng)及其演化規(guī)律的認(rèn)識具有理論意義,對于合理開發(fā)利用和保護(hù)巖溶地下水資源等具有實用價值。在分析區(qū)域地形地貌、地質(zhì)和水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上,綜合運(yùn)用地下水系統(tǒng)理論、水文地球化學(xué)分析和模擬、同位素示蹤技術(shù)相結(jié)合的理論和方法,研究了巖溶地下水形成、循環(huán)和水化學(xué)演化規(guī)律。主要成果如下:(1)柳林泉巖溶水系統(tǒng)屬于典型的干旱-半干旱區(qū)巖溶水系統(tǒng),含水介質(zhì)以溶蝕孔隙和溶蝕裂隙為主,水流形態(tài)以擴(kuò)散流為主。根據(jù)巖溶水系統(tǒng)的循環(huán)條件,平面上可將其劃分為補(bǔ)給區(qū)、徑流區(qū)、排泄區(qū)和滯流區(qū),垂向上可分為淺部循環(huán)系統(tǒng)和深部循環(huán)系統(tǒng)。淺部循環(huán)系統(tǒng)的巖溶水主要通過柳林泉排泄;深部循環(huán)系統(tǒng)的巖溶水天然狀態(tài)下以增加自身壓能的形式儲存在滯流區(qū),橫溝自流井開鑿后,深部循環(huán)系統(tǒng)襲奪部分柳林泉水,加大了巖溶水循環(huán)深度。(2)沿地下水滲流路徑,巖溶水溫度、Ca2+、Mg2+、Na+、SO42-和Cl-濃度逐漸升高,ph值和pe逐漸降低,氧化還原環(huán)境由氧化狀態(tài)逐漸過渡為還原狀態(tài)。巖溶水的物理、化學(xué)組分在泉域中東部地區(qū)變化較小,在西部變幅增大。與1995年相比,2011年含水系統(tǒng)東部巖溶水以離子含量升高為主要特征,在開采量較為集中的離石向斜盆地尤為突出;西部以離子含量降低為主要特征。(3)巖溶地下水中δd和δ18o值均位于當(dāng)?shù)卮髿饨邓�的兩側(cè),說明巖溶水最根本的補(bǔ)給來源為現(xiàn)代的大氣降水。2h盈余在泉域的補(bǔ)給區(qū)和滯流區(qū)較大,徑流區(qū)和排泄區(qū)較小,說明形成補(bǔ)給區(qū)和滯流區(qū)巖溶水的水汽來源于一個相對干燥的海洋環(huán)境。補(bǔ)給區(qū)巖溶水中3h濃度最大,排泄區(qū)次之,滯流區(qū)最小,說明其徑流條件由好到差依次為補(bǔ)給區(qū)、排泄區(qū)、徑流區(qū)和滯流區(qū)。泉口上游水樣中土壤co2來源的hco3-占優(yōu),而滯流區(qū)以碳酸鹽巖來源的hco3-為主。在含水系統(tǒng)的補(bǔ)給、徑流和排泄區(qū),校核后的巖溶水14c年齡均為現(xiàn)代水,與3h含量分析結(jié)果一致。滯流區(qū)巖溶水14c年齡增長較快,至橫溝1#井附近已達(dá)13000年左右,增長梯度達(dá)1990年/km。(4)在泉域巖溶水系統(tǒng)中,方解石、白云石和文石處于過飽和狀態(tài),石膏、硬石膏、巖鹽及co2(g)處于不飽和狀態(tài)。水文地球化學(xué)逆向模擬結(jié)果表明,方解石的溶解主要發(fā)生在大氣降雨入滲補(bǔ)給巖溶水的非飽和帶,在巖溶水的徑流和排泄過程中處于沉淀狀態(tài);石膏、巖鹽均處于溶解狀態(tài);沿地下水滲流路徑發(fā)生了ca-na或mg-na離子交換反應(yīng);盡管白云石的飽和指數(shù)大于0,但受去白云石化作用的影響,白云石仍處于溶解狀態(tài)。巖溶水從補(bǔ)給區(qū)向徑流區(qū)及從徑流區(qū)向排泄區(qū)運(yùn)移過程中與地表水發(fā)生了混合作用。正向模擬結(jié)果表明,在地表水補(bǔ)給量減小以后,泉源區(qū)的tds將逐漸趨于升高;隨著橫溝自流井的持續(xù)排放,滯流區(qū)巖溶水將向著tds逐漸降低的方向演化。(5)不同區(qū)域水化學(xué)成分的形成作用不同。補(bǔ)給區(qū)和排泄區(qū)主要以溶濾作用、混合作用和陽離子交換作用為主;徑流區(qū)和滯流區(qū)除受溶濾作用和陽離子交換作用影響外,還受氧化還原作用的影響;橫溝自流井開鑿以后,滯流區(qū)疊加了滯流水與襲奪巖溶水的混合作用。巖溶水中的Ca2+主要來源于方解石、白云石和石膏的溶解;Mg2+來自于白云石的溶解;HCO3-來自于方解石、白云石和土壤CO2的溶解。SO42-主要來源于石膏的溶解和黃鐵礦的氧化,兩種來源的SO42-所占的平均比例分別占81%和19%。滯流區(qū)約9%-15%的SO42-被脫硫細(xì)菌還原為H2S氣體,且越靠近西部邊界,還原反應(yīng)所消耗的SO42-越多。在泉域的補(bǔ)給區(qū)、徑流區(qū)和排泄區(qū)的上青龍、龍門會、楊家港和寨東泉組,巖溶水中的Na++K+主要來源于巖鹽的溶解和陽離子交換吸附作用,Cl-主要來源與巖鹽的溶解;在泉域的滯流區(qū)和排泄區(qū)的劉家疙瘩泉組,Na++K+和Cl-主要來自于巖鹽的溶解。滯流區(qū)巖溶水中熱量的來源主要包括地溫梯度增熱、當(dāng)?shù)卣５販�、巖石中放射性元素產(chǎn)熱和石膏的溶解放熱,其貢獻(xiàn)率分別占45%、30%、19%和6%。
【學(xué)位單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：P641.3
【部分圖文】：

技術(shù)路線圖

柳林泉域河流水系圖

圖 2-3 陜北鹽盆不同時期沉積邊界圖（據(jù)陳郁華等[125]修改）-3 The depositions boundary of salt-baring basin in various geologic ages in north Sprovince發(fā)育期域地殼運(yùn)動和地質(zhì)發(fā)展史，本區(qū)碳酸鹽巖自寒武紀(jì)、奧陶紀(jì)沉積以來陶世末至中石炭世末的加里東古巖溶期和晚第三紀(jì)至今的喜馬拉雅加里東古巖溶期歷時達(dá) 1.3～1.5 億年之久，本區(qū)遭受長期侵蝕-溶蝕陶統(tǒng)頂部形成古溶蝕面，峰峰組殘缺不全，古洼地、古溶斗、陷落柱在古溶蝕面上，充填鈣質(zhì)和鐵質(zhì)頁巖。喜馬拉雅巖溶期始于第三紀(jì)早影響，本區(qū)一直處于上升剝蝕-溶蝕狀態(tài)。在干燥炎熱的古氣候條件種古剝蝕夷平面，并發(fā)育有溶洞、溶隙、溶蝕洼地等巖溶形態(tài)。第四的影響，區(qū)內(nèi)地殼間歇上升，氣候逐漸干旱，碳酸巖覆蓋于該期形成巖溶化減弱，巖溶形態(tài)主要表現(xiàn)為溶隙、溶溝、溶洞、巖溶泉等[1]。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2812628