水文地球化学方法在地下水研究中的应用

水文地球化学方法在地下水研究中的应用

水文地球化学方法，特别是同位素和热力学基本原理方法的应用，解决了定量、半定量的水文地球化学的实际问题，使得水文地球化学研究地下水的方法更加严谨、完善。解决某些地下水问题时，要结合水文地质条件和地质发展历史来研究地下水的化学成分形成。通过研究地下水的水化学组成可以了解地下水的补给、径流条件，分析地下水化学演变规律和形成机制。现今的水文地球化学研究方法按照其应用技术可分为地质学法、同位素法以及热力学法。在研究具体问题时，经常是多种方法联合应用，相互补充、促进，使得研究成果更具说服力。

水化学类型法：地下水中主要离子的形成、含量及其变化受各含水层岩性和水文地球化学环境的影响。查明地下水水化学类型的时空分布规律，可以判断地下水的来源，揭示不同含水层间的水力联系，有助于认识区域地下水水化学特征，了解地下水水质状况，分析地下水水化学演化规律。地下水化学类型的分类不同的学者提出了不同的方法，有根据含氧酸根的形式将地下水按含盐度、硬度和碱度划分为三个水组，还有按地下水按矿化度、区域性进行分类，应用最广泛的是舒卡列夫将水中的 6 种主要成分作为分类的基础，提出的天然水化学分析资料的分类方法。

多元统计方法：通过综合考查地下水水化学成分，揭示水化学样品或指标之间复杂的内在联系，并从众多水质指标中归纳出影响水化学特征的主要因素，识别影响地下水水化学特征的主要水文地球化学作用，定量解释地下水的分类和各类地下水水化学特征的形成规律。

离子比例系数分析法：在地下水循环过程中，各离子组分及部分离子比值会呈现出规律性变化，因此地下水中离子组合及相关离子比值特征可用来判断地下水的成因，识别地下水化学成分的来源和不同水体混合过程，是分析地下水演化的有效手段之一。相对比水化学类型进行的单一分析，离子比例系数分析可以揭示地下水化学成分变化的主要驱动力。例：可以分析单个阴离子或阳离子之比，对苏锡常地区浅层地下水中rNa /rCl特征及其成因进行了初步探讨，发现rNa/rCl 值与海水入侵形成的沉积环境和沉积历史有关；也可以分析不同离子组

合的比值之间的关系计算 ( Na /Cl) /EC、( Ca + Mg) /( SO

4+ HCO

3

) 、( Na－

Cl) /( Ca + Mg－HCO

3－SO

4

) 等离子比例系数，表明影响水化学特征的主要控

制因素是小流域岩石风化、离子交换和人类活动。

同位素法：同种元素的不同同位素的化学行为总体相同，根据其质量的微小差异即可表征特定环境和反应过程; 同位素的检测灵敏度非常高，很小的剂量就可获得满意的效果。

氢、氧同位素：水分子由氢、氧元素构成，由于水的来源和生成环境不同，其氢、氧同位素组成也存在着较大差异，因此可通过研究区地下水氢氧同位素的范围来确定地下水的来源及成因类型。氢氧同位素的研究主要集中应用在判断地下水的补给来源、地下水与地表水之间的联系方面，在某些海拔高度差异较大的地方还可用于确定含水层补给区的海拔高度。根据氢氧同位素位于大气降水线的位置，结合研究区实际的水文地质条件及地球物理过程，即可解释地下水的补给来源。

碳同位素：它的同位素成分可作为岩石、矿物和水形成的地质历史和成因指标。自然界中碳的同位素有12C、13C、14C 三种，其中14C 是碳的放射性同位素，多用来测定地下水的年龄，应用较为广泛。

硫同位素：天然硫有32S、33S、34S、35S 等4种稳定同位素，天然硫两个主要同位素32S和34S的比值，可以用来研究地下水中硫元素的来源。

热力学可用来判断地下水系统在进行水岩作用时可能发生的化学反应。根据热力学原理可进行水文地球化学模拟过程的研究。有人将化学热力学平衡分析模式与地球化学条件紧密结合，摸索出一套关于锶元素迁移形式的热力学分析方法体系，对某特定场址地下水中锶的迁移形式进行了分析，结果表明 Sr2+迁移形式

占总量的 99．38%，根据热力学平衡方程，认为当 HCO

3－和CO

3

2－引入时，会使

得 Sr2+与 HCO

3－和 CO

3

2－结合，促进锶元素的迁移转化。