第二章地下水同位素组成特征

地下水样品中硼同位素组成的测定地下水样品中硼同位素组成的测定地下水是地球表面以下的水，它包括地下水文的好几种形式，如湖泊、河流、湿地和冰川融水。

地下水的硼同位素组成是评估地下水来源和流动过程的有效方法。

本文将深入探讨地下水样品中硼同位素组成的测定方法，并探讨其在地质学和水文学领域的重要性。

1. 硼同位素和地下水地下水中的硼同位素组成对了解地下水来源和化学特性至关重要。

硼有两种稳定同位素，分别是硼-10和硼-11，它们在地球上存在的比例相对稳定。

不同地区的地下水中硼同位素组成存在差异，这种差异可以用于追踪地下水来源和流动过程。

2. 测定方法硼同位素的测定方法主要包括质谱法和电感耦合等离子体质谱法。

质谱法适用于硼同位素含量大于0.1ppm的样品，而电感耦合等离子体质谱法则适用于硼同位素含量低于0.1ppm的样品。

这些方法的发展使得对地下水样品中硼同位素组成的测定变得更加精准和便捷。

3. 地下水研究应用地下水样品中硼同位素组成的测定在地质学和水文学领域有着广泛的应用。

通过测定地下水中硼同位素组成的变化，可以确定地下水的再循环混合程度，从而揭示地下水的流动路径和混合过程。

硼同位素还可以帮助研究者了解地下水中硼的来源及其对环境的影响。

4. 个人观点和总结从信号元素、微量元素中挖掘地下水运移规律的研究对于大家来说都是一个很新的方向，未来地下水中硼同位素组成的测定方法将继续发展，其应用将会进一步扩大。

通过深入研究地下水样品中硼同位素组成的测定方法及应用，我们可以更好地保护和管理地下水资源。

在本文中，我们对地下水样品中硼同位素组成的测定进行了全面的评估，并探讨了其在地质学和水文学领域的重要性。

希望本文能够帮助读者更深入地了解地下水中硼同位素组成的测定方法及其应用，从而提升对地下水资源的保护和管理意识。

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地下水是人类生活和生产活动中非常重要的水资源之一。

地下水资源的可持续利用对于地球环境和人类社会的发展具有重要意义。

第二章地下水资源调查第一节地下水资源调查的目的、任务及工作步骤一、地下水资源调查的目的与任务地下水资源调查又称水文地质调查，其目的是查明天然及人为条件下地下水的形成、赋存和运移特征，地下水水量、水质的变化规律，为地下水资源评价、开发利用、管理和保护以及环境问题防治提供所需的资料。

虽然地下水资源调查的任务，视不同的用途和不同的精度要求而定，但都应查明地下水系统的结构、边界、水动力系统及水化学系统的特征，具体需查明下面3个基本问题：1）地下水的赋存条件。

查明含水介质的特征及埋藏分布情况。

2）地下水的补给、径流、排泄条件。

查明地下水的运动特征及水质、水量变化规律。

3）地下水的水文地球化学特征。

不仅要查明地下水的化学成分，还要查明地下水化学成分的形成条件。

地下水资源调查是一项复杂而重要的工作，其复杂性是由地下水自身特征所确定的。

地下水赋存、运动在地下岩石的空隙中，既受地质环境制约又受水循环系统控制，影响因素复杂多变，因此地下水资源调查需要采用种类繁多的调查方法，除采用地质调查方法之外，还要应用各种调查水资源的方法，调查工作十分复杂。

地下水资源调查又是一项基础性工作，其成果为国民经济发展规划及工程项目设计提供科学依据，为社会经济可持续发展及生态和环境保护服务，是一项极为重要的工作。

这就要求地下水资源调查人员既要掌握地下水的基本理论并具有较高水平的专业知识，又要熟练掌握地下水资源调查的基本方法，还要熟悉一些非专业的技术在地下水资源调查中的应用方法。

二、地下水资源调查工作的步骤地下水资源调查工作一般分三步进行，即准备工作、野外工作和室内资料整理工作。

（一）准备工作准备工作包括组织准备、技术准备及物资后勤管理工作准备，而其核心是技术准备工作中调查设计书的编写。

1．地下水资源调查设计书的定义设计书是调查工作的依据和总体调度方案，是完成地下水资源调查工作的关键环节，在编写设计书之前应充分收集、整理、研究前人资料，如水文、气象、地理、地貌、地质及水文地质等资料，根据现有资料，确定调查区的研究程度，对调查区水文地质条件和存在问题有初步认识。

地下水的硫和氯同位素组成特征与污染物地下水是地球表面以下的水体，是维持生态系统和人类生活所必需的重要资源之一。

然而，随着工业化和人口增加，地下水面临着日益严重的污染问题。

硫和氯同位素的组成特征对于地下水的污染评估和管理具有重要意义。

地下水中的硫同位素主要包括硫-32（32S）和硫-34（34S），而氯同位素则主要有氯-35（35Cl）和氯-37（37Cl）。

地下水中硫和氯同位素的组成特征受到多种因素的影响，包括地质成分、气候条件、水文特征以及人类活动等。

首先，地质成分是影响地下水中硫和氯同位素组成特征的重要因素。

地球地壳中的不同矿物质含有不同的硫同位素组成，地下水与这些矿物质接触后，硫同位素会被溶解并反映在地下水中。

氯同位素则主要受到地质成分中氯化物矿物的影响，地下水与含有氯化物矿物的岩石接触后，氯同位素会被溶解到地下水中。

其次，气候条件也会对地下水中硫和氯同位素的组成特征产生影响。

气候条件影响着地下水的水循环过程，决定了地下水的补给水源和水化学特性。

例如，在气候干燥的地区，地下水的蒸发作用增强，地下水中硫和氯同位素的比值会受到影响。

水文特征也是地下水中硫和氯同位素组成特征的重要因素。

地下水的流动速度和路径决定了与地下水接触的矿物质和溶质的种类和含量。

快速流动的地下水可能会更容易被污染物污染，从而改变硫和氯同位素的比值。

此外，人类活动对地下水中硫和氯同位素的组成特征产生直接和间接的影响。

工业排放、农业施肥和废弃物处理等都会向地下水中引入大量的污染物，包括硫化物和氯化物。

这些污染物会改变地下水中硫和氯同位素的比值，并对地下水的质量产生重大影响。

硫和氯同位素组成特征的变化可以用于评估地下水受到污染的程度和来源。

例如，硫同位素的组成特征可用于区分硫化物源（如酸性矿渣排放）和硫酸盐源（如农业化肥使用），从而确定地下水受到的污染类型。

氯同位素的组成特征则可以用于区分人为源和自然源的氯化物输入，从而确定地下水受到污染的来源。

中国科学 D 辑:地球科学 2008年 第38卷 第4期: 493 ~ 500 493《中国科学》杂志社SCIENCE IN CHINA PRESS苏锡常地区地下水同位素组成特征及其意义姜月华*, 贾军元, 许乃政, 王敬东, 康晓钧南京地质矿产研究所, 南京210016 * E-mail: njjyuehua@收稿日期: 2007-10-23; 接受日期: 2008-02-25中国地质调查局地质调查项目资助(编号: 200312300013, 1212010340106, 121201063400, 1212010634404)摘要 通过对苏锡常地区地下水同位素(氘、氧、硫、氮、氚和碳-14)地球化学研究, 发现苏锡常深层承压水总体上未受到污染, 而浅层地下水则受到了不同程度污染; 认为常州地区和苏州无锡地区深层地下水(主采层)可能属于2个不同的含水层系统, 含水层系统互相不连通或连通不畅; 苏锡常地区由于长期过量超采深层地下水, 地下水侧向迳流显示出向开采中心流动的特征, 但是地下水流动仍是极其缓慢; 深层地下水总体处于半封闭-封闭状态, 深层地下水年龄在10~38 ka 不等, 其中, 沿苏锡常三城市一线(即开采中心区域)地下水年龄最老, 向两侧地下水年龄则逐渐变新.关键词苏锡常 地下水 氢氧同位素 硫同位素 氮同位素 碳同位素应用环境同位素技术研究地下水水文学、水资源问题迄今已有50余年[1]. 由于与其他技术相比同位素技术有它不可比拟的优越性, 因此, 长期以来同位素技术在水文地质条件[2~7]、水源地勘查[8, 9]、水资源评价[10,11]、地下水管理[12]、地下水污染源[13~17]、沉积物沉积速率判别[18]和海平面变化信息[19]等的研究中应用十分广泛. 不过, 在应用同位素技术分析水文地质中相关问题时, 必须结合研究区的地质环境条件, 同时也要考虑各种同位素的应用限制条件, 如碳-14测年理论上最大仅能测至距今50 ka 等. 近年国际原子能机构在世界各地频繁地举办“同位素和地球化学技术在地下水污染研究中的应用”培训, 并与很多国家开展国际性合作研究项目, 预示着同位素技术的应用进入了一个新的发展阶段.苏锡常地区地处长江三角洲南缘, 包括苏州、无锡、常州三中心城市及其所辖11个市(县), 面积1.6×104 km 2. 该区自然地理条件优越, 属水网平原区,经济高度发达,城市化程度高. 近年来地表水资源受到比较严重污染, 太湖、运河等主要河湖水质日益恶化, 使地下水受到不同程度污染[20,21]. 本区地下水开发利用程度很高, 由于缺乏科学管理,导致该地区地下水长期超量开采,水位不断下降, 引发了地面沉降、地裂缝等一系列严重的环境地质问题和地质灾 害[22~24], 已影响到当地人民生活与国民经济的可持续发展.20世纪80年代至今, 前人曾在工作区先后开展了水工环地质综合评价和地下水资源与地质灾害调查1),2)两轮重要工作, 积累了大量的资料, 但对地下水同位素研究工作却很少涉及. 本文试图通过对区域地下水环境同位素(氘、氧、硫、硝酸根中氮和氧)和放射性同位素(碳-14和氚)组成的研究, 探索苏锡常地区地下水补迳排条件、超采地下水引起的流场变化以及苏锡常地区地下水污染状况, 以便为苏锡常地区地下水资源合理开发利用、管理、地下水污染治1) 江苏, 浙江和上海地质矿产局. 长江三角洲地区水文地质工程地质综合评价报告, 19872) 南京地质矿产研究所, 江苏、上海和浙江地质调查研究院. 长江三角洲地区地下水资源与地质灾害调查评价, 2003姜月华等: 苏锡常地区地下水同位素组成特征及其意义494理提供基础资料和理论依据.1 取样和测试本次研究共采集放射性同位素碳-14(14C)27 组、氚(3H)88 组, 环境同位素氘(2H)、氧(18O)88 组, 硫(34S)56 组, 硝酸根中氮、氧同位素(15N-NO 3,18O-NO 3)25 组, 此外, 还采集了88 组水质全分析样. 样点分布详见图1.本次研究取样以地下水为主, 适量采集地表江、河、湖水和大气降水; 以区域地下水主采层(第2承压水)和潜水为主, 同时兼顾采集其他不同含水层的地下水. 各含水层地下水特征详见表1.放射性同位素氚分析方法依据国标GB 12375-90, 使用液闪仪(型号Quantulus-1220)测定, 在测量过程中同时进行标准源和本底测定并参与国际比对. 14C测定也使用液闪仪, 碳化物的制备是采用镁法, 计算出样品现代碳百分比PMC(%)后, 年龄经13C 矫正.14C 标准采用中国糖碳, 本底为实验室合成本底, 14C半衰期采用5568 a, 起始计年为1950年. 13C 分析方法: 100%磷酸法, 以PDB 为标准, 质谱仪(型号MAT 251 EM)测定, 分析精度±0.2‰. 氘同位素分析方法: 锌法, 以SMOW 为标准, 质谱仪(型号MAT 251 EM)测定, 分析精度±0.2‰; 氧同位素分析方法: 平衡法, 以SMOW 为标准, 质谱仪(型号MAT 251 EM)测定, 分析精度±0.2‰; 硫同位素分析方法: 硫酸盐矿物先经碳酸盐-氧化锌半熔法提纯为BaSO 4, 再用V 2O 5氧化法制备SO 2样品, 质谱仪(型号MAT 251 EM)测定, 以CDT 为标准, 分析精度±0.2‰. 在测定硝酸根中氮、氧同位素前, 分别先使用CaO 焊封管燃烧法制备氮气, 使用A g N O 3 + C (石墨)燃烧法制图1 苏锡常地区地下水同位素取样点分布图表1 苏锡常地区不同含水层地下水特征深度/m 厚度/m矿化度/g ·L −1单井涌水量/m 3·d −1潜水0.5~10 6~10 <1 或 >1 3~20 微承压含水层 15~18 5~30 <1 或 >120~100 第1承压含水层 38~50 30~50 <1100~1000第2承压含水层 94~123 30~55 0.6~0.9 1000~1500 第3承压含水层110~176 5~350.7~0.91000~2000中国科学 D 辑: 地球科学 2008年 第38卷 第4期495备CO 2, 然后质谱仪(型号MAT 251)测定15N 和18O,18O 以SMOW 为标准, 分析精度±1.0‰. 水质全分析样检测依据DZ/T 0064.51-1993, HJ/T 84-2001水和废水监测分析方法(国家环保局), 主要检测仪器为电感耦合等离子体光谱仪、紫外/可见分光光度计、原子吸收光谱仪和原子荧光光谱仪. 因此, 本次所有测试数据都是可靠的.2 结果和讨论2.1 地下水水化学特征方面(ⅰ) 深层承压含水层. 研究表明, 苏锡常地区深层承压水的水化学类型总体是以HCO 3-Na 型水为主(图2), SO 42−+Cl −≤20%, 45%≤Na ++K +≤84%. 其中, 第1承压含水层和部分第2承压含水层样品落在HCO 3-Ca-Mg 型水区域.深层承压地下水的化学成分典型代表了是以铝硅酸盐矿物溶解为主的形成过程. 由于凿井工艺的原因, 部分深层承压含水层样品落在浅层含水层样品分布范围内, 研究认为是由于受到了浅层地下水混合所致. 分布于研究区东部太仓和沙溪两个深层承压水井样品SO 42−+Cl −≥70%(Cl −含量分别为428和1370 mg/L), 地下水明显咸化, 主要原因是上部古封存的卤水(古海侵)下渗导致, 这可由两口井四周的深层承压水井以及更浅部的浅层含水层井Cl −含量均小于150 mg/L 、SO 42−含量均小于93 mg/L 得到佐证.(ⅱ) 浅部潜水和微承压含水层. 由图2可知, 浅部潜水和微承压含水层水化学类型主要为HCO 3-Ca, HCO 3-Mg 和HCO 3-Na 型水, 10%≤SO 42−+ Cl −δ50%, 20%δNa ++K +δ70%, 反映浅层地下水接受富含CO 2, O 2等气体的降水补给, 处于相对氧化环境. 浅层地下水化学成分典型代表了是降水或地表水补给的形成过程.2.2 地下水补迳排条件方面(ⅰ) 氘、氧同位素. 通过对苏锡常地区不同含水层中地下水氘、氧同位素研究表明: 常州地区和苏州无锡地区地下水氘、氧同位素组成既存在相同之处图2 苏锡常地区地下水派珀图姜月华等: 苏锡常地区地下水同位素组成特征及其意义496又存在明显的差异(图3). 常州地区的潜水、微承压水和承压水样品与苏州无锡地区潜水和微承压水样品的样点均落在大气降水线下方, 表明这些地下水均来自在大气降水或地表迳流补给, 补给之前均受到不同程度的蒸发, 符合瑞利蒸发模式. 而苏州无锡地区深层承压水和部分潜水、微承压水样品的水样点均落在大气降水线上或附近, 可能由于水岩相互作用, 使重同位素氧−18耗损所致.图3 苏锡常地区不同含水层氘、氧同位素关系图从氘、氧同位素关系图可看出, 区内地下水大致可分为四组, A 组主要为常州地区第2、第3深层承压含水层组, δ D: −64.3‰~−71.2‰, δ 18O: −8.3‰~−6.4‰; C 组为潜水和微承压含水层, 与大气降水(雪水)位于同一组, 其δ D: −55‰~−41‰, δ18O: −3.0‰~−5.0‰, 反映其为现代水; B 组包含常州地区和苏州无锡地区各含水层组的样品, δ D: −62‰~−42‰, δ18O: −6.5‰~ −5.0‰; D 组主要为苏州无锡地区深层承压含水层组以及部分潜水、微承压含水层组, δ D: −58‰ ~ −41‰,δ 18O: −8.4‰~−6.0‰. 图3中地表水(太湖水)点清楚地反映其受到强烈的蒸发作用.A 组和D 组地下水相对B 组和C 组在接受补给时的温度偏低, 也表明其形成时代较老; B 组属A 组和C 组的过渡区, 反映了区内各含水层组相对不连续或打井导致各承压含水层组的串通, 使各含水层之间水力联系比较密切, B 组受现代水混合比较明显.本次研究以及已有的研究1)均认为苏锡常地区地下水补给来源主要是大气降水和部分地表水, 人工开采和蒸发是其主要排泄方式. 苏锡常地区由于区域地势平坦, 加上水力梯度极小, 因此, 地下水特别是深层地下水径流十分缓慢, 总体上处于封闭-半封闭状态. 常州地区和苏州无锡地区深层地下水含水层(主采层)可能系两个不同的含水层系统, 两含水层系统互相不连通或连通不畅, 这也与当时古地理背景、放射性氚和碳同位素特征相吻合.(ⅱ) 氚、氧同位素. 氚同位素研究表明, 苏锡常地区潜水氚值范围在3.74~27.43 TU 之间; 微承压水氚值1.98~26.68 TU; 第1承压水氚值6.05~13.52 TU; 第2和第3承压水氚值0.04~23.27 TU. 潜水、微承压和第1承压含水层受降水和地表水混合程度较第2, 3承压含水层高. 从氚、氧同位素关系图(图4)可看出, 区内地下水大致也可分为3组, A 组水样(主要为苏州无锡地区深层地下水样品)氚小于3 TU,δ 18O 界于−6.2‰~−9.0‰, 表示地下水与远古的补给有关, 而与现代水含水系统无关; C 组氚值在19~28 TU 之间(这与本次测定的地表长江水氚值21.87 TU 和无锡段京杭大运河水氚值27.88 TU 很接近, 也与太湖水氚值12.96 TU 较接近), δ 18O 在−3.8‰~−6.0‰之间, 为现代水, 与50年代以来降水和地表水补给有关; B 组氚值在4~18 TU 之间, δ 18O 在−4.5‰~−8.5‰之间, 表明了B 组不同程度地受到了现代水混合影响.图4 苏锡常地区不同含水层氚、氧同位素关系图值得指出的是, 地下水中氚的浓度一般随含水层的埋藏深度增加而减少, 但是, 在苏州无锡地区潜水中氚的浓度均值为15 TU, 而微承压水中氚的浓度均值为24 TU, 出现了浅层地下水下部氚浓度高于上层的“反常”现象. 这表明微承压水接受补给的时间在核爆高峰期过后, 由于微承压含水层一直很少开采, 且相对于潜水封闭条件较好, 因此, 至今仍然维持了较高的氚含量, 而更浅部的潜水含水层由于几乎年1) 王瑞久, 吴士良. 苏锡常地区地下水资源利用与重大地质环境问题防治研究, 2004中国科学 D 辑: 地球科学 2008年 第38卷 第4期497年受到洪水的“浸泡”或“清洗”, 水循环则相对较快, 因此, 其氚浓度反而低于微承压水氚浓度, 这一结论与最近陆徐荣等[25]对苏锡常地区浅层地下水(采集了27个样品)所研究的结论一致.(ⅲ) 碳同位素. 本次工作对苏锡常地区地下水14C 同位素研究表明, 苏锡常地区深层含水层地下水年龄总体在10~38 ka 之间. 在地面沉降中心的常州地区深层地下水年龄为20~30 ka, 苏州无锡地区为30~38 ka. 由14C 年龄等值线(图5)可知, 越接近地下水开采中心(沿苏锡常三城市一线), 地下水年龄越老, 而越远离地下水开采中心, 地下水年龄越新. 由于沿苏锡常三城市一线地下水开采量最大, 也是地面沉降最严重的地区, 因此, 这种地下水年龄值的变化实际上反映了区域地下水流场的变化, 即地下水侧向迳流目前显示出向开采中心流动的特征, 但是这种流动是极其缓慢的.由苏锡常地区不同含水层14C 的相对浓度—现代碳百分含量(pmc)分布(图6, 7)可知, 现代碳百分含量在深层地下水中均较低, 特别是苏州无锡地区深层地下水样品现代碳百分含量除了2个样品在16%左右, 其他均在0.8%~4%之间, 反映了含水层基本处于封闭-半封闭状态而没有现代水混合, 这也与苏州无锡地区深层地下水多数样品氚值小于3 TU 没有混合现代水结论相一致. 现代碳百分含量在浅层地下水中则明显偏高, 如常州地区 3 组微承压水样品现代碳百分含量为105%左右, 1组第1承压地下水样品现代碳百分含量为60%, 反映了浅层地下水不同程度受现代水混合.2.3 地下水污染状况方面苏锡常地区由于经济的快速发展,使地表水水质变得越来越差, 从而导致地下水不同程度地受到污染. 鉴于硫和氮同位素能够反映地下水污染状况, 故本次研究选择在常州地区开展地下水氮同位素研究, 在苏州无锡地区开展硫同位素研究.(ⅰ) 硫同位素. 通过对苏州无锡地区58 组不同含水层组样品的硫同位素研究, 发现浅层地下水和深层地下水δ 34S 值差异十分显著. 深层承压含水层样品中δ 34S 值含量最高, 范围在50‰~75‰之间; 潜水和地表水δ 34S 值含量最低, 范围在5‰~19‰之间; 微承压和第1承压含水层介于中间, 范围在20‰~45‰之间. 从地表水和潜水→第1承压水和微承压含水→第2承压水明显反映了δ 34S 值呈现逐渐升高的趋势(图8). 从图中可以看出, 地下水中δ 34S图5 苏锡常地区深层地下水(第2承压含水层)14C 年龄等值线图姜月华等: 苏锡常地区地下水同位素组成特征及其意义498图6 常州地区不同含水层14C 现代碳百分含量图7 苏州无锡地区第2承压含水层地下水14C 现代碳百分含量图8 苏锡常地区不同含水层地下水硫同位素和硫酸根含量关系图值与SO 42−含量呈明显的反比关系, 即浅层地下水及地表水中SO 42−含量越高, δ 34S 值越低, 深层承压水中SO 42−含量越低, δ 34S 值越高(本次研究中因深层承压水中SO 42−含量过低而未检测到的样品数有10 个).众所周知, δ 34S +20‰为现代海洋表面蒸发水汽值, 降水和地下水如接近δ 34S+20‰, 就被认为未受到近代大气污染. 因此, 硫同位素研究结果表明, 苏州无锡地区深层承压水及部分微承压水未受到污染(δ 34S 值绝大多数均小于+20‰); 而潜水和地表水大多数δ 34S 值含量低SO 42−含量高, 表明了潜水和地表水明显受到污染. 污染主要系酸雨影响, 与当地工业燃煤有关.(ⅱ) 氮同位素. 20世纪70年代发展起来的氮同位素技术, 提供了源识别的直接手段. 这种技术应用原理是基于3种主要污染源具有各自的氮同位素特征:化肥−4‰~+4‰, 矿化的土壤有机氮+4‰~+8‰, 粪便或污水+8‰~+20‰[16]. 目前国内外能够单独用15N 或18O 研究地下水氮污染的学者相对较多, 但是能够同时测定NO 3−中的15N 和18O 同位素并开展相应的研究者却并不多见[15].本次研究对常州地区25个地下水样品均同时测定了NO 3−中的15N 和18O 同位素, 研究结果表明:(1) 常州地区浅层地下水(包括潜水、微承压水)中10 组样品除了一组样未检出δ 15N 外, 其余全部检出, 检出率占90%; 而中、深层地下水(包括第1~3承压含水层组)15 组样品仅6组样检出δ 15N, 检出率占40%. 这表明浅层地下水中NO 3−含量比深层地下水中的NO 3−含量高, 浅层地下水易于被阴离子交换树脂吸附更多的NO 3−含量, 所以导致浅层地下水δ 15N 检出率远远大于深层地下水. 事实上这与地下水样品中的NO 3−含量实际测试结果相吻合, 10 组浅层地下水NO 3−平均含量为38.32 mg ·L −1, 而15 组深层地下水NO 3−平均含量为0.52 mg ·L −1, 其中近一半含量小于0.04 mg ·L −1, 反映了浅层地下水中明显受到NO 3−的污染, 而深层地下水则几乎未受到污染.(2) 常州地区潜水δ 15N 平均值(18.27)＞微承压水δ 15N 平均值(12.13)＞第1承压水δ 15N 平均值(2.16)＞第2承压水δ 15N 平均值(5.58)＞第3承压水δ 15N 平均值(4.95). 硝酸根中的氮同位素与硝酸根离子之间呈现出明显的正相关关系(图9). 氮同位素丰度值低, 硝酸根离子也低, 反之, 氮同位素丰度值高, 硝酸根离子也高. 低丰度值的氮同位素和硝酸根离子对应深层地下水, 而高丰度值的氮同位素和硝酸根离子对应浅层地下水. 常州地区硝酸根中的氧同位素与硝酸根离子之间呈现出显著的负相关关系, 氧同位素丰度值越低, 硝酸根离子越高. 低丰度值的氧同位素和高值的硝酸根离子对应浅层地下水, 而高丰度值的氧同位素和低值的硝酸根离子对应深层地下水.(3) 由于将NO 3−中氮、氧同位素配合在一起使用比单独使用其中一种NO 3−中氮或氧同位素可得到更中国科学 D 辑: 地球科学 2008年 第38卷 第4期499图9 不同含水层δ 15N-NO 3与NO 3−平均值相关图可靠的污染源识别[16,17,26~30]. 因此, 我们把所获得的数据投于NO 3−中氮、氧同位素关系图1)上, 从中可以发现(图10), 所有样点可分成两组, 一组落在厩肥和污水分布区, 主要为潜水和微承压含水层组样点, δ 15N 为10.026‰~32.834‰, δ 18O 12.502‰~20.757‰, 反映了多数潜水和微承压水受到了厩肥和污水污染, 这与实际测试成果NO 3−污染超标结论相一致; 而另一组落在NO 3−来源于化肥和大气降水的复合分布区, 这其中主要以中深层承压含水层样(第1~3承压水)为主, δ 15N 为2.163‰~6.208‰, δ 18O 17.051‰~23.201‰,潜水和微承压含水层样在该区也可出现, δ 15N 为4.818‰~5.160‰, δ 18O 17.034‰~18.818‰. 由于常州地区中深层承压水埋藏深, 且上部有多层粘土隔水层, 因此, 中深层承压含水层样(第1~3承压水)中NO 3−应主要来源于早期形成时的大气降水, 而潜水和微承压含水层样中NO 3-则既可能来源于化肥, 也可能来源于现代或古代大气降水.3 结论(1) 苏锡常地区深层承压水的水化学类型总体是以HCO 3-Na 型水为主, 化学成分代表了是以铝硅酸盐矿物溶解为主的形成过程; 浅层水水化学类型主要为HCO 3-Ca, HCO 3-Mg 和HCO 3-Na 型水, 代表了是降水或地表水补给经受了近代污染为主的形成过程.(2)通过对苏锡常地区地下水同位素(氘、氧、硫、氮、氚和碳-14)地球化学研究, 发现苏锡常深层承压水总体上未受到污染, 而浅层地下水则受到了不同程度污染.图10 常州地区不同含水层氮、氧同位素关系图(据Herczeg 1)修改)1) Herczeg A L. Isotope tracers of groundwater pollution(Training Course information). 2003姜月华等: 苏锡常地区地下水同位素组成特征及其意义500 (3) 认为常州地区和苏州无锡地区深层地下水(主采层)可能属于两个不同的含水层系统, 含水层系统互相不连通或连通不畅.(4) 苏锡常地区由于长期过量超采深层地下水, 地下水侧向迳流显示出向开采中心流动的特征, 但是地下水流动仍是极其缓慢.(5) 深层地下水总体处于半封闭-封闭状态, 深层地下水年龄在10~38 ka不等, 其中, 沿苏锡常三城市一线(即开采中心区域)地下水年龄最老, 向两侧地下水年龄则逐渐变新.致谢在写作过程中曾与中国地质环境监测研究院哈承佑和王瑞久研究员进行过讨论, 获益非浅, 两名匿名评审人对本文提出的宝贵意见, 特此一并致谢.参考文献1 宋献方, 于静洁. 国际环境同位素水文学会议纪要及我国的研究对策. 水文地质工程地质, 2004, (1): 114—1152 满开言. 用环境同位素氧18、氘、氚探讨地下水运动规律. 北方交通大学学报, 1994, 18(1): 50—553 萧丰, 王志明, 李森. 同位素技术在某核废处置场区水文地质条件研究中的应用. 铀矿地质, 1995, 11(4): 244—2534 陈宗宇, 张光辉, 聂振龙, 等. 中国北方第四系地下水同位素分层及其指示意义. 地球科学—中国地质大学学报, 2002,27(1): 97—1045 李文鹏, 郝爱兵, 郑跃军, 等. 塔里木盆地区域地下水环境同位素特征及其意义. 地学前缘, 2006, 13(1): 191—1986 王瑞久. 太原西山的同位素水文地质. 地质学报, 1985, (4): 345—3547 刘存富, 王佩仪, 周炼. 河北平原地下水氢、氧、碳、氯同位素组成的环境意义. 地学前缘, 1997, 4(1-2): 267—2748 魏玉梅, 李巨芬, 孙建平. 环境同位素在某市水源地勘探中的应用. 勘察科学技术, 2001, (1): 38—449 庄稼. 环境同位素方法在判定矿井水源中的应用. 中国煤田地质, 1997, 9(2): 47—4810 高志发. 环境同位素法在西北地区地下水资源评价中的应用. 甘肃地质学报, 1995, 4(1): 62—7211 吴剑锋, 朱学愚, 费光灿. 口泉沟南水源地环境同位素研究和水资源评价. 煤田地质与勘探, 1997, 25(3): 35—3912 文冬光. 用环境同位素论区域地下水资源属性. 地球科学—中国地质大学学报, 2002, 27(2): 141—14713 朱莉娜, 王瑞久, 柯昌麟. 用环境同位素研究灰场灰水对周围地下水的影响. 环境科学研究, 2002, 15(4): 31—5314 张翠云, 钟佐焱, 沈照理. 地下水硝酸盐中氧同位素研究进展. 地学前缘, 2003, 10(2): 287—29015 周爱国, 陈银琢, 蔡鹤生, 等. 水环境硝酸盐氮污染研究新方法—15N和18O相关法. 地球科学—中国地质大学学报,2003, 28(2): 219—22416 Heaton T H E. 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鄂尔多斯盆地地下水同位素特征
鄂尔多斯盆地地下水同位素特征反映了该盆地的水资源形态、流动规律、水文地质条件和水资源利用状况。

该盆地的地下水同位素特征主要表现为：
一、典型核素有18O和2H，其中18O含量在-
7.20‰~1.90‰之间，2H含量在-45.50‰~-6.20‰之间；
二、3H、14C、87Sr/86Sr等核素也广泛存在，其含量分布在-23.90‰~-2.10‰，-5.80‰~5.90‰和
0.7077~0.7082之间；
三、地下水同位素比值表现出明显的垂直变化趋势，表明地下水流动方向沿垂直方向发生变化；
四、大部分地下水具有较高的氢氧比，比例大多在
4.50~6.00之间，表明水质一般较好。

地下水同位素原理
地下水同位素原理是利用放射性同位素测定地下水的年龄、来源和成因等。

放射性同位素衰变速度不依温度、压力或元素的化学组成的状态而变化，一种放射性元素的半衰期是一个常数，据此可以测定地下水的年龄。

在地下水研究中，同位素可以用于确定降水和地表水与地下水的混合比例，推断地下水的形成过程、来源和流动路径。

例如，氢同位素（氘和氢-1）和氧同位素（氧-18和氧-16）是地下水成因研究中常用的同位素。

通过测量降水和地下水中氢同位素的比值，可以确定地下水来源于何种降水类型，如降水量、降水频率等。

氧同位素也可以用于确定降水入渗的深度，从而推测地下水形成的层位。

此外，同位素还用于确定岩石风化程度和类型。

通过测量岩石和地下水中的同位素比值，可以判断地下水的形成时间和形成地区。

这些信息有助于了解地下水的流动路径和形成过程，为地下水资源开发和管理提供科学依据。

高砷地下水中溶解性有机碳和无机碳稳定同位素特征
高砷地下水是全球范围内广泛存在的一种地下水类型，其含有的砷使其成为一种有害的饮用水源。

在高砷地下水中，溶解性有机碳（DOC）和无机碳（DIC）的稳定同位素特征对于地下水的起源和演化研究具有重要意义。

DOC是指水中可溶解的有机物质，通常是由植物和动物的残体以及微生物的代谢产物所组成。

高砷地下水中的DOC具有一定的稳定同位素特征，其中以δ13C值最为重要。

大量研究显示，高砷地下水中DOC的δ13C值通常为负值，表明这些DOC大多来源于C3植物，如小麦、大豆等。

而由C4植物产生的DOC则具有正值，如玉米、甘蔗等。

此外，高砷地下水中的DOC来源还与微生物活动有关。

由于微生物在碳循环中的重要性，因此高砷地下水中的DOC稳定同位素特征也可以反映微生物的活动。

DIC是指水中的无机碳，如碳酸盐、重碳酸盐等。

DIC的稳定同位素特征通常通过δ13C和δ18O值来表示。

高砷地下水中的DIC来源很复杂。

一些研究表明，DIC的δ13C值与地下水含氧量有关。

具体地，含氧量低的水体中DIC的δ13C值通常为负值，而含氧量高的水体中DIC的δ13C值通常较为正值。

此外，DIC的稳定同位素特征还受到地质过程、水-岩相互作用等因素的影响。

总的来说，高砷地下水中的DOC和DIC稳定同位素特征的研究可以提供地下水来源、环境演化和水文地质条件等方面的有用信息，为高砷地下水的治理和利用提供支持。

滇东黔西地下水氢氧同位素特征张明亮(四川省地质矿产勘查开发局九一五水文地质工程地质队，四丿11眉山620010)摘要：通过大气降雨氫氧同位素进行分析，得出了滇东黔西的大气降水线为8(0)=7.848 8(180)+11.00,地 下水氢氧同位素组成落在滇东黔西大气降雨线附近，说明研究区地下水是由大气降雨补给。

从贵州中部向西云 南昆明，地下水中越来越贫重同位素，显示夏季滇东黔西地区大气自东向西运移的特点。

研究区自东向西地下 水中氧漂移越来越明显，说明自黔西到滇东水岩作用越来越强烈。

研究区就过量系数d 为9.9,显示了淇东黔西 地区不平衡蒸发强烈。

滇■东黔西地区地下水出露高程和6‘9值的关系为8 180(%o)=-0.00259H-5.657,地下水出 露高程与6D 值得关系为8D(%o)=-0.0236H-31.080即在滇东黔西地区海拔毎上升100m,地下水中b ”O 值下 降 0.259%o, 5D 值下降 2.36%o 。

关键词：地下水；氢氧同位素；大气降水；滇东黔西中图分类号：P641.6 文献标识码：A文章编号：1006-0995(2019)02-0508-04DOI : 10.3969刀.issn.1006-0995.2019.03.032氢氧稳定同位素是水体的一种天然示踪剂，已广泛应用于水文地质学、气候学⑴、生态地质学⑵］等 领域。

由蒸发、凝聚、降落和径流等过程形成的水体，在运移过程中发生不同程度的同位素分馆，水中 稳定同位素叱和'll 受气候过程的影响，提供了它们起源的标志特征，对水分的来源具有指示意义，因 此可以通过水体的氢氧同位素组成变化来示踪水循环、判别其来源3】。

水中环境同位素记录了水循环的 过程信息，是研究区域水文循环的理想方法於、5。

前人对氢氧同位素特征做了不少研究卩如，但云贵高原 地区研究相对较少。

云贵高原地理位置特殊，位于二级台阶之上，前人对该区域的地下水同位素特征研 究甚少。

西辽河平原地下水同位素特征(2) 西辽河平原地下水同位素特征可见，随着地下水埋藏深度的增加，(40m以上的)地下水中3H浓度是逐渐减少，并没有大的突变，说明潜水对承压水有一定的补给，且具有随着深度的增加。

补给量逐渐减少的特点。

河南平原地区浅层地下水特征及合理开发利用对策【2】[摘要]河南平原众多城市和广大农村主要开采浅层地下水资源解决生存发展问题。

在水资源短缺现象日趋突出的情况下，浅层地下水资源开发利用所暴露出的问题以及引起的环境变化，倍受社会关注。

通过分析河南平原浅层地下水特征，提出其合理开发利用的对策建议。

[关键词]河南平原浅层地下水环境水文地质问题对策建议1面临的问题河南平原属黄淮海平原的一部分，包括河南西部山前倾斜平原和东部黄淮海平原，面积77330km2，总人口约7000万。

西部近山平原城市密集分布，东部平原是我国重要粮食产区。

区域浅层地下水资源开发利用不合理，原生劣质地下水和地下水污染等因素影响，加剧了环境恶化，严重制约了地区经济的可持续发展。

2区域水文地质条件以淮河为界，河南平原南北气候过渡性明显，南属亚热带湿润、半湿润季风气候，北为暖温带干旱、半干旱季风气候。

平原区自北向南分布有海河、黄河、淮河三大水系。

地貌形态以黄河冲积扇为主，地势西高东低，黄河以北略向北东倾斜，以南向南东倾斜。

海拔高程从西、北部边缘的200m、南部边缘的120m向东逐渐降至50m以下。

历史上黄河的频繁决口、改道，形成古河道高地、洼地、沙丘沙地、决口扇等微型地貌。

3主要环境水文地质问题3.1原生水文地球化学异常3.1.1高矿化地下水高矿化地下水也称之为地下咸水，主要分布于山前冲洪积平原与冲积平原的交接洼地、黄河冲积扇前缘、黄河背河洼地、黄河故道及两侧的槽形洼地。

高矿化水的矿化度与其水化学类型的复杂程度密切相关，矿化度越高，水化学类型越复杂。

矿化度为1-3g/L的浅层微咸水，水化学类型一般为HCO3・SO4・CL-Na・Ca・Ma、HCO3・SO4・CL-Na・Ma、HCO3・CL SO4 �CNa、CL SO4 -Na・Ma等类型，主要分布于黄河以北的.修武-获嘉-延津一带和安阳东部区域和黄河以南的开封-通许―鄢陵以东，分布面积15344km2。