郭曉東，孫岐發(fā)，田 輝，于慧明

(1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局沈陽(yáng)地質(zhì)調(diào)查中心，沈陽(yáng) 110024；2.吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，長(zhǎng)春 130026)

同位素技術(shù)被廣泛應(yīng)用于地下水起源和地下水測(cè)年，不同來(lái)源水的同位素組成和差異及同位素含量的時(shí)空變化是應(yīng)用同位素技術(shù)解決地下水補(bǔ)給來(lái)源的基礎(chǔ)[1]。地下水年齡(即地下水平均滯留時(shí)間)可以確定含水層的長(zhǎng)期補(bǔ)給潛力，可為地下水開發(fā)利用提供提供參考依據(jù)，其測(cè)定可以通過(guò)同位素來(lái)確定[2]。近年來(lái)流域尺度的地下水同位素變化規(guī)律與其他水體轉(zhuǎn)化關(guān)系，受到人們的關(guān)注[3]。陳彭等在陡河流域[4]、姚俊強(qiáng)等在呼圖壁河流域[5]、孫芳強(qiáng)等在三工河流域[6]、梁麗娥在呼倫湖流域[7]等開展了地下水與地表水體的相互關(guān)系研究。

長(zhǎng)春市是我國(guó)典型的缺水型城市，而飲馬河流域是長(zhǎng)春東部重要的地下水源，石頭口門水庫(kù)是長(zhǎng)春市重要的城市供水水源。開展石頭口門水庫(kù)上下游地下水同位素特征研究，分析該區(qū)地下水與地表水之間的關(guān)系，評(píng)價(jià)地下水來(lái)源以及地下水年齡，對(duì)于水源地保護(hù)與水資源合理開發(fā)利用具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

1.1 研究區(qū)位置

研究區(qū)位于吉林省長(zhǎng)春市東部，包括長(zhǎng)春市九臺(tái)區(qū)龍嘉鎮(zhèn)、西營(yíng)城鎮(zhèn)、波尼河鎮(zhèn)，二道區(qū)東湖鎮(zhèn)、四家鄉(xiāng)，雙陽(yáng)區(qū)新安鎮(zhèn)、齊家鎮(zhèn)，吉林市永吉縣萬(wàn)昌鎮(zhèn)、官?gòu)d鄉(xiāng)。研究區(qū)西北部松嫩平原區(qū)，西南部為伊舒槽地，中部為低山丘陵區(qū)。

1.2 水文氣象

研究區(qū)為北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均降水量582.4 mm，6-9月降水量約占全年的70%以上，多年平均蒸發(fā)量在1 488 mm以上，年平均氣溫4.9 ℃，極端最高氣溫36 ℃。

飲馬河全長(zhǎng)384 km，流域面積1 827 km2，發(fā)源于磐石縣呼蘭嶺，在農(nóng)安縣靠山屯匯入第二松花江，流向大致從南向北流。石頭口門水庫(kù)位于飲馬河中游，壩址以上集水面積4 944 km2，水庫(kù)年平均流量為26.2 m3/s，水庫(kù)上游通過(guò)伊舒槽地，兩側(cè)多為河流階地和波狀臺(tái)地。河流由南向北流，接受兩側(cè)地下水補(bǔ)給。

1.3 水文地質(zhì)

研究區(qū)地下水分布于飲馬河河谷漫灘以及一、二級(jí)階地上，賦存有第四系孔隙潛水和新近系碎屑巖裂隙孔隙承壓水，波狀臺(tái)地區(qū)地下水較貧乏，基巖區(qū)主要為基巖裂隙水和花崗巖風(fēng)化帶孔隙裂隙水，水量較小。第四系松散巖類孔隙潛水埋藏淺，水量豐富，單井涌水量500～3 000 m3/d。地下水化學(xué)類型為重碳酸鈣或重碳酸鈣鈉型水，礦化度0.1～0.5 g/L，屬低礦化度水。新近系碎屑巖類裂隙孔隙承壓水富水性在100～3 000 m3/d，埋藏深，水質(zhì)好。水化學(xué)特征主要為重碳酸鈣型水，礦化度0.13～0.20 g/L[8]。

2 材料與方法

2.1 樣品采集與分析

2016年采集地下水、河水和雨水同位素樣共20件，樣點(diǎn)分布見圖1，樣品送中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。D和18O的測(cè)試采用波長(zhǎng)掃描-光腔衰蕩光譜法，所用主要設(shè)備為L(zhǎng)2130i同位素分析儀[9]。氚同位素測(cè)定經(jīng)過(guò)樣品蒸餾、電解富集后，通過(guò)超低本底液體閃爍譜儀(Quantulus1220)進(jìn)行測(cè)試，分析精度約±1 TU[10]。

圖1 采樣點(diǎn)分布圖Fig.1 Map of samples

2.2 同位素分析理論

在水循環(huán)的過(guò)程中，受混合作用、雨水凝結(jié)與蒸發(fā)等作用的影響，發(fā)生同位素的分流，水體中穩(wěn)定同位素比率在不同階段和區(qū)域產(chǎn)生規(guī)律性的變化。主要表現(xiàn)為環(huán)境同位素具有高程效應(yīng)、溫度效應(yīng)和大陸效應(yīng)等，不同環(huán)境條件具有不同同位素特征，這些特征的差異性以及同位含量的時(shí)空變化可以用來(lái)研究水循環(huán)以及地下水的起源[11]。

3 結(jié)果分析

3.1 結(jié) 果

樣品基本情況及測(cè)試結(jié)果見表1。

從表1可以看出，研究區(qū)地下水δD范圍為-77～-58，平均值為-70.59，河水為-73～-64平均值為-68.5，而雨水為-97，地下水δD值與河水相似，但是與雨水具有明顯富集。地下水中δ18O范圍為-10.4～-6.7，平均值為-9.38，而河水為-10～-8.3，平均值為-9.38。雨水為-13.6，同樣具有明顯的富集。地下水氚含量平均值為12.44，河水為16.95，雨水為32.3，地下水與雨水相比明顯貧化。

圖2 飲馬河中游不同水體δD～δ 18O關(guān)系圖Fig.2 The δD～δ 18O map of various kinds of water in Yinma River

3.2 地下水來(lái)源分析

從圖2可以看出，飲馬河中游地下水δD～δ18O關(guān)系線為δD=4.857δ18O-25.015，而東北地區(qū)雨量線δD=7.2δ18O-2.39[12]，大部分樣品點(diǎn)都落在東北地區(qū)雨量線附近，說(shuō)明地下水主要補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水。東北地區(qū)雨量稍微偏離國(guó)際雨量線，說(shuō)明存在云下蒸發(fā)作用[13]。

ST15和ST18遠(yuǎn)離東北地區(qū)雨量線，地下水δD和δ18O值偏離當(dāng)?shù)卮髿饨邓€的程度反映了其補(bǔ)給及徑流過(guò)程中所經(jīng)歷地球化學(xué)過(guò)程的強(qiáng)弱，偏離越大，地下水所經(jīng)歷的地球化學(xué)過(guò)程越強(qiáng)烈[14]。ST15和ST18點(diǎn)為深層地下水，地下水受到更多水巖相互作用，在地下水的徑流過(guò)程中同位素富集。兩個(gè)河水樣品點(diǎn)落于東北地區(qū)雨量線附近，同時(shí)又接近地下水線，地下水與河水聯(lián)系比較緊密，共同受降水補(bǔ)給。

表1 飲馬河中游同位素樣品測(cè)試結(jié)果Tab.1 Result of isotopes samples in Yinma River

3.3 地下水年齡分析

由于大氣中氚含量從核試爆集中期到目前，含量逐漸衰減，并接近核試爆之前的水平[15]。而地下水中的氚含量往往受多種因素綜合影響，準(zhǔn)確定量計(jì)算非常困難。Clark提出大陸地區(qū)適用的氚含量定性解釋方法[16]，見表2。從研究區(qū)氚同位素特征來(lái)看(見表1)，而地下水氚含量大部分在4～18.8 TU之間，參照表2可知該區(qū)地下水多為距今10 a以內(nèi)的現(xiàn)代水，說(shuō)明該地區(qū)地下水徑流條件較好，補(bǔ)給更新及循環(huán)速率快，地下水水質(zhì)較好。而ST03和ST04點(diǎn)氚值<1.0 TU，很有可能是1952年之前補(bǔ)給的地下水，年齡較早，說(shuō)明ST03和ST04點(diǎn)地下水補(bǔ)給條件較差，地下水循環(huán)較慢，可能是由于該兩點(diǎn)含水層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，含水層滲透性較差，水質(zhì)可能較差。ST14點(diǎn)氚值為4 TU，則可能是1952年之前補(bǔ)給與現(xiàn)代水補(bǔ)給的混合水。

表2 地下水氚含量及年代定性對(duì)應(yīng)表Tab.2 Qualitative corresponding table between tritiumcontent and source age in groundwater

4 結(jié) 語(yǔ)

石頭口門水庫(kù)地區(qū)地下水淺層水主要來(lái)源于大氣降水，河流與地下水聯(lián)系緊密，深層地下水受較多地球化學(xué)作用。

石頭口門水庫(kù)地區(qū)地下水多為10 a之內(nèi)的現(xiàn)代水，個(gè)別點(diǎn)為1952年之前的水與現(xiàn)代水的混合水?？傮w上地下水更新較快，補(bǔ)給條件好。

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