李海學(xué)，程旭學(xué)，馬岳昆，劉偉坡，周 斌

(1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心，河北 保定 071051；2. 甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，甘肅 蘭州 730050)

0 引 言

鍶元素是維持人體健康必需的具有重要意義的微量元素之一，飲用水中鍶缺乏和鍶過量都會(huì)引起身體發(fā)生病變。地下水中的鍶主要源于圍巖含水地層水-巖相互作用和陽(yáng)離子交換作用，地層、巖性、造巖礦物風(fēng)化破碎程度、溫度、地下水pH值及流速等都會(huì)影響礦物巖石中鍶元素向地下水的釋放[10-15]。楊鄖城等[16]、董維紅等[17]、蘇小四等[18]和Rao Wenbo等[19]利用鍶同位素特征對(duì)白堊系地下水水-巖相互作用和循環(huán)機(jī)理進(jìn)行了研究，分析了鄂爾多斯盆地和北部高原地下水中鍶的多種來源，簡(jiǎn)單闡釋了地下水中鍶的富集成因，但由于取樣密度低，并未研究鍶含量分布特征以及隨流向和深度的變化規(guī)律。據(jù)2015—2018地質(zhì)調(diào)查工作295組地下水水樣測(cè)試結(jié)果，馬蓮河流域地下水中的Sr2+質(zhì)量濃度為0.09～11.82 mg/l，平均為1.57 mg/l，平均值高于國(guó)內(nèi)地下水平均值，是天然礦泉水標(biāo)準(zhǔn)限值(0.20 mg/l)的8倍，大于標(biāo)準(zhǔn)限值的占98.9%。通過水化學(xué)數(shù)據(jù)，分析鍶與其他主要離子之間的相關(guān)性，研究黃土區(qū)地下水中鍶富集成因和水化學(xué)環(huán)境特征，對(duì)富鍶地下水分布規(guī)律研究具有重要指導(dǎo)意義；因此，有必要對(duì)于馬蓮河流域水質(zhì)型缺水區(qū)深部的富鍶淡水資源的鍶元素富集特征和成因進(jìn)行深入研究。

本文主要通過沿馬蓮河流域采集不同地貌類型、不同深度含水層的水樣和含水層的巖土樣，對(duì)之進(jìn)行全成分分析、易溶鹽和礦物成分等測(cè)試；根據(jù)測(cè)試結(jié)果，分析水中鍶與主要離子之間的相關(guān)性，探討地下水中鍶富集特征和成因，旨在為黃土高原缺水區(qū)尋找優(yōu)質(zhì)富鍶地下水提供方向和借鑒。

1 研究區(qū)概況及樣品采集與測(cè)試

1.1 區(qū)域水文地質(zhì)概況

馬蓮河流域位于鄂爾多斯盆地南部黃土高原天環(huán)向斜沉積盆地內(nèi)[20]，河谷為區(qū)域地下水排泄基準(zhǔn)面。盆地西緣推覆斷裂構(gòu)造和東部白堊系盆地控制著流域地下水的總體分布規(guī)律和循環(huán)特征。按含水層巖性和地質(zhì)時(shí)代，流域含水系統(tǒng)可劃分為寒武系—奧陶系碳酸鹽巖含水系統(tǒng)、白堊系基巖碎屑巖含水系統(tǒng)和第四系松散巖類含水系統(tǒng)(圖1)。碳酸鹽巖含水系統(tǒng)分布在流域西北角，面積較小，以降雨入滲補(bǔ)給和上覆含水巖組的越流補(bǔ)給為主，補(bǔ)給量有限，以咸水為主，水化學(xué)類型為Cl·SO4-Na型。白堊系基巖碎屑巖含水系統(tǒng)分為羅漢洞組、環(huán)河組和洛河組三套含水巖組，地下水主要補(bǔ)給來源為遠(yuǎn)處山區(qū)降雨、黃土沖溝基巖風(fēng)化殼淺覆蓋區(qū)，地下水以水平徑流為主，垂向越流極其微弱[20-21]。羅漢洞組分布在流域西部邊緣，為沙漠相砂巖，以淡水為主，水化學(xué)類型為Na-SO4·HCO3型；環(huán)河組全區(qū)均有分布，以濱湖相泥質(zhì)砂巖、砂質(zhì)泥巖為主，厚200～600 m，富水性較差，微咸水-咸水，以SO4、HCO3·SO4和SO4·Cl型為主，陽(yáng)離子分布以Na+為主；洛河組同樣全區(qū)均有分布，以沙漠相、河湖相的中細(xì)砂巖、細(xì)砂巖為主，厚100～420 m，為流域主要富水地層，淡水、微咸水、咸水均有分布，以SO4·HCO3及SO4·Cl為主，陽(yáng)離子分布以Na+和Mg2+為主。第四系松散巖類含水系統(tǒng)包括第四系黃土潛水和河谷潛水，主要接收大氣降雨補(bǔ)給，徑流受地形控制[22]。黃土潛水主要分布在流域中下游黃土殘塬區(qū)，多為淡水，水化學(xué)類型為Ca-HCO3型；河谷潛水主要分布在上游環(huán)江谷地，富水性均較小，為淡水-微咸水，水化學(xué)類型復(fù)雜。

圖1 研究區(qū)水文地質(zhì)剖面圖Fig.1 Hydrogeological profile of the study area

區(qū)域地下水劃分為淺(局部)循環(huán)、中(中間)循環(huán)和深(區(qū)域)循環(huán)三級(jí)循環(huán)模式。淺(局部)循環(huán)系統(tǒng)循環(huán)路徑短，徑流迅速，地下水交替強(qiáng)烈。中循環(huán)(中間)系統(tǒng)影響范圍廣，路徑長(zhǎng)，順層徑流，水化學(xué)分帶明顯。深循環(huán)(區(qū)域)系統(tǒng)循環(huán)路徑長(zhǎng)，徑流交替十分緩慢，水質(zhì)較差，水化學(xué)分帶明顯。

1.2 樣品采集及測(cè)試

依托中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)大調(diào)查項(xiàng)目的分年度實(shí)施工作，筆者所在項(xiàng)目組在2015—2018年之間沿馬蓮河流域共取水樣295組，其中黃土潛水43組，基巖潛水237組和基巖承壓水15組。采樣點(diǎn)包含流域內(nèi)的地表水和不同類型的地下水，以控制整個(gè)流域主要含水層、突出重點(diǎn)區(qū)特有含水層、沿主河谷和支溝均勻?yàn)闇?zhǔn)則布設(shè)采樣點(diǎn)、穿越多個(gè)地貌單元形成采樣剖面(圖2)。由甘肅地質(zhì)工程實(shí)驗(yàn)室完成水樣樣品和巖土樣礦物成分測(cè)試分析。Sr2+采用全譜直讀等離子體光譜儀測(cè)定，pH值采用pH 電位法測(cè)定，TDS(溶解性總固體含量) 采用180 ℃烘干測(cè)定法，硬度采用乙二胺四乙酸二鈉滴定法，K+、Na+、Ca2+、Mg2+陽(yáng)離子含量采用原子吸收光譜法測(cè)定，Cl-、SO42-、HCO3-、NO3-陰離子含量采用高效液相色譜儀測(cè)定；巖土樣礦物成分采用X射線衍射分析法。根據(jù)陰陽(yáng)離子平衡法驗(yàn)證水樣測(cè)試結(jié)果的可靠性，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 8538—2008進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控。

圖2 地下水采樣點(diǎn)分布圖Fig.2 Map showing the distribution of groundwater sampling sites

2 流域水體鍶富集特征

水樣測(cè)試結(jié)果顯示研究區(qū)內(nèi)地下水鍶富集現(xiàn)象明顯，黃土潛水鍶的質(zhì)量濃度為0.26～4.51 mg/l，平均值1.14 mg/l；基巖潛水鍶的質(zhì)量濃度為0.09～10.36 mg/l，平均值1.39 mg/l；基巖承壓水鍶的質(zhì)量濃度為0.72～11.92 mg/l，平均值5.24 mg/l(表1)。由圖3可以看出，地下水中鍶質(zhì)量濃度主要集中在0.5～1.5 mg/l之間。結(jié)合所實(shí)施的GL-K1鉆孔水樣測(cè)試結(jié)果分析，洛河組下段(K1h下)地下水鍶濃度為3.03 mg/l，水溫27.3 ℃，TDS為0.88 g/l，符合飲用天然礦泉水評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(鍶的濃度≥0.2 mg/l、水溫≥25 ℃)，且涌水量大于628 m3/d，具有較大的開采價(jià)值。

圖3 馬蓮河流域地下水中鍶的質(zhì)量濃度分布Fig.3 Histogram of Sr concentrations in groundwater of the Malian river drainage basin

表1 馬蓮河流域地下水中鍶的質(zhì)量濃度

2.1 地下水中鍶的垂向分布特征

沿馬蓮河流域?qū)嵤┝?眼揭穿白堊系的探采結(jié)合井，鉆孔YL-ZK1和NX-ZK1位于河流上游和下游馬蓮河河谷區(qū)，鉆孔GL-ZK1位于河流中游黃土塬區(qū)。3個(gè)鉆孔共取水樣15組，其中黃土潛水1組，基巖潛水2組，基巖承壓水12組。分析測(cè)試結(jié)果顯示，垂向上從上至下研究區(qū)地下水中Sr2+的質(zhì)量濃度無明顯的變化規(guī)律，但在環(huán)河組和洛河組含水層內(nèi)具有一定的變化規(guī)律。環(huán)河組基巖潛水中Sr2+的質(zhì)量濃度大于與之相鄰的下伏環(huán)河組承壓水；洛河組基巖承壓水的Sr2+的平均質(zhì)量濃度大于上覆環(huán)河組基巖承壓水；同一基巖承壓水含水巖組由上至下Sr2+的平均質(zhì)量濃度呈增大趨勢(shì)。沿河流流向，不同位置的基巖地下水垂向變化規(guī)律不一致，主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：(1)上游環(huán)河組基巖地下水Sr2+的平均質(zhì)量濃度小于洛河組基巖地下水Sr2+的平均質(zhì)量濃度，而中、下游則相反；(2)流域上、中游環(huán)河組上段基巖承壓水(K1h上)Sr2+的質(zhì)量濃度小于環(huán)河組下段基巖承壓水(K1h下)，下游則相反；(3)流域上游洛河組上段承壓水(K1l上)Sr2+的質(zhì)量小于洛河組下段承壓水(K1l下)，中、下游則相反(圖4)。

圖4 馬蓮河流域3個(gè)鉆孔揭示的地下水中鍶質(zhì)量濃度隨深度變化Fig.4 Vertical groundwater Sr concentration profiles in three drilling holes at the Malian river drainage basin

2.2 地下水中鍶沿流向的分布特征

區(qū)域地下水以馬蓮河河谷為排泄基準(zhǔn)面，整體流向與地表水流向一致。為研究地下水中鍶沿河流流向的分布規(guī)律，分別在馬蓮河的上、中、下游取淺層地下水(基巖潛水)15組，其中上游4組、中游4組、下游7組，并進(jìn)行分析，結(jié)果如圖5所示。流域淺層地下水中Sr2+的平均質(zhì)量濃度上游>下游>中游，并且上游和中游隨著河流流向呈逐漸變小的趨勢(shì)，下游波動(dòng)比較大且無明顯變化規(guī)律。這是由于河流下游淺部含水層為淺湖-半深湖沉積的砂質(zhì)泥巖，湖與陸地接觸的局部水體區(qū)域多發(fā)育串珠狀鹽沼亞相，即富含石膏的泥巖、粉砂巖夾石膏層沉積[23]，造成160 km和210 km處，水中Sr2+含量突然升高。白堊系含水巖組地下水分析結(jié)果如圖6所示，同一承壓水含水巖組地下水中Sr2+的質(zhì)量濃度河流上游遠(yuǎn)大于中下游，并且沿地下水流向逐漸變小并趨于穩(wěn)定。

圖5 馬蓮河流域地下水中鍶的質(zhì)量濃度隨河流流向變化Fig.5 Downstream groundwater Sr concentration profile at the Malian river drainage basin

圖6 馬蓮河流域白堊系地下水中鍶的質(zhì)量濃度沿流向變化Fig.6 Downstream groundwater Sr concentration profile at the Malian river drainage basin

為進(jìn)一步研究區(qū)域內(nèi)地下水淺-中循環(huán)系統(tǒng)中Sr2+的質(zhì)量濃度沿地下水流向的變化規(guī)律，在流域中游選取一條近乎垂直環(huán)江和柔遠(yuǎn)河(馬蓮河支流)的取樣剖面(取樣10組)，并且在中游和下游選擇12條黃土沖溝并沿每條沖溝取樣2～3組，共取樣27組。分析結(jié)果如圖7和圖8所示：基巖潛水Sr2+的質(zhì)量濃度沿地下水流向逐漸增加，在靠近溝谷排泄區(qū)時(shí)下降；黃土潛水由于受地形切割影響比較強(qiáng)烈，Sr2+的質(zhì)量濃度無明顯變化規(guī)律；黃土沖溝內(nèi)泉水(基巖潛水)中Sr2+的質(zhì)量濃度沿地下水流向也是逐漸增大，在溝口處減小。

圖7 馬蓮河流域地下水中鍶的質(zhì)量濃度沿流向變化Fig.7 Downstream variation of Sr concentration in groundwater of the Malian river drainage basin

圖8 馬蓮河流域地下水中鍶的質(zhì)量濃度沿流向位置變化Fig.8 Downstream variation of groundwater Sr concentration of the Malian river drainage basin

3 結(jié)果與討論

3.1 馬蓮河流域地下水鍶及水文地球化學(xué)環(huán)境特征

將水化學(xué)測(cè)試數(shù)據(jù)按照不同地下水類型和水化學(xué)類型匯總分析，依舒卡列夫分類法對(duì)地下水類型進(jìn)行分類(表2)。流域內(nèi)不同含水巖組的水化學(xué)類型差別較大，Sr2+的質(zhì)量濃度與地下水類型和離子分布密切相關(guān)。由表2可知，流域內(nèi)地下水中Sr2+的平均質(zhì)量濃度以含SO4型為最高，Cl型次之，HCO3型最低，進(jìn)而推測(cè)Sr2+主要存在硫酸鹽巖含水層中。

表2 馬蓮河流域地下水化學(xué)特征和鍶含量

流域內(nèi)地下水的pH值為7.42～9.32，平均為8.10，呈弱堿性，其中黃土潛水、基巖潛水和基巖承壓水的pH值分別為7.61～8.79、7.42～9.32和7.64～8.55，平均值均為8.10。由圖9可知，黃土潛水、基巖潛水和基巖承壓水的pH值分別為7.9～8.4、7.6～8.5和7.8～8.2，并且地下水中Sr2+的質(zhì)量濃度最大時(shí)pH值約為8.0。這與前人研究pH值對(duì)地下水中Sr的吸附影響的認(rèn)識(shí)具有一致性[7,9,23]?；瘜W(xué)方程式(1)和(2)表明在堿性條件下，隨著地下水的pH值升高，HCO3-和CO32-濃度增大，平衡右移，Sr2+濃度減小，由水相向吸附相轉(zhuǎn)移。

圖9 馬蓮河流域地下水中鍶含量與pH關(guān)系Fig.9 Sr content vs. pH in groundwater of the Malian river drainage basin

Sr2++HCO3-SrHCO3+

(1)

Sr2++CO32-SrCO30

(2)

3.2 地下水中鍶的來源及其與主要離子濃度的相關(guān)性分析

地下水中Sr2+主要源于含Sr礦物的溶解，如硫酸鹽巖(石膏)、碳酸鹽礦物(方解石、白云石)和鋁硅酸鹽礦物(鈣、鉀長(zhǎng)石)的溶解過程，Sr以類質(zhì)同象的形式存在礦物的晶格中，水中SO42-、Ca2+、Mg2+與Sr2+的富集規(guī)律和天然狀態(tài)下鹽巖礦物溶濾作用下的規(guī)律一致，這說明地下水中Sr2+的主要來源是天然狀態(tài)下巖石礦物的溶濾作用[16-19,24-26]。馬蓮河流域河水主要由白堊系地下水補(bǔ)給，水中離子主要來源為巖石化學(xué)風(fēng)化產(chǎn)物[27-29]。在上述地下水中鍶的分布及水化學(xué)特征分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行Sr2+與主要離子濃度相關(guān)性分析，結(jié)合巖心礦物成分鑒定結(jié)果，確定地下水中鍶的來源。選取Sr2+、Ca2+、Na++K+、Mg2+、HCO3-、CO32-、SO42-、Cl-、pH和TDS等10個(gè)分析變量，以295個(gè)水樣作為分析標(biāo)本，利用Excel數(shù)據(jù)分析模塊進(jìn)行相關(guān)性分析，分析結(jié)果如表3所示。馬蓮河流域地下水中Sr2+與Ca2+、Na++K+、Mg2+、SO42-、Cl-和TDS呈正相關(guān)關(guān)系，與HCO3-、CO32-和pH呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與Mg2+、TDS均具有較強(qiáng)的相關(guān)性，可以初步判斷地下水中的Sr2+主要源于地下水對(duì)巖石中易溶鹽的溶濾作用，且與Mg2+具有共同的物質(zhì)來源。不同的含水巖組地下水中與Sr2+相關(guān)的離子的類別和強(qiáng)弱具有一定的差異性。借助c(Sr2+)、c(Ca2+)和c(Mg2+)相互關(guān)系進(jìn)一步分析研究三種含水巖組地下水的鍶來源。

表3 馬蓮河流域地下水Sr2+的濃度與主要離子及TDS、pH的相關(guān)性

黃土潛水中Sr2+的質(zhì)量濃度與Mg2+較強(qiáng)相關(guān)，與Ca2+、Na++K+、SO42-、Cl-強(qiáng)相關(guān)，與HCO3-、CO32-中等相關(guān)(表3)；Sr2+的質(zhì)量濃度隨著Mg2+質(zhì)量濃度增大而增大，與其他離子質(zhì)量濃度的變化關(guān)系不明顯(圖10(a)和(b))；c(Sr2+)/c(Ca2+)值隨著c(Mg2+)/c(Ca2+)值的增大而增大，c(Sr2+)/c(Mg2+)值受c(Sr2+)/c(Ca2+)值影響較小，主要集中在0.004附近(圖11(a)和(b))。這表明黃土潛水中的Sr2+含量主要受含鎂礦物的溶解影響。黃土土樣全巖礦物X射線衍射分析結(jié)果顯示，黃土中存在的遇水可溶礦物分別為斜長(zhǎng)石(平均含量為16.7%)、微斜長(zhǎng)石(5.8%)、伊利石(10%)、綠泥石(13.7%)、方解石(8.1%)、白云石(4.9%)和角閃石(3.44%)等。遇水溶解能夠釋放出Sr2+的礦物主要為斜長(zhǎng)石和方解石，而Mg2+主要存在于方解石中；另外，黃土潛水的補(bǔ)給來源為大氣降雨，而雨水樣品測(cè)試結(jié)果證實(shí)雨水中幾乎沒有Sr2+，這說明黃土潛水中Sr2+主要源于方解石和斜長(zhǎng)石。Sr2+與Mg2+相關(guān)性較好，則進(jìn)一步說明地下水中Sr2+主要源于方解石溶解。

基巖潛水中Sr2+的質(zhì)量濃度與Ca2+、Na++K+、Mg2+、SO42-、Cl-較強(qiáng)相關(guān)，與HCO3-、CO32-弱相關(guān)(表3)；Sr2+的質(zhì)量濃度隨著Na++K+和SO42-質(zhì)量濃度的增大而增大，與其他離子的相關(guān)關(guān)系不明顯(圖10(c)和(d))。這表明基巖潛水中Sr2+主要受硫酸鹽礦物的溶解影響，而地下水中SO42-主要源于石膏等硫酸鹽礦物的溶解，以類質(zhì)同象形式存在于石膏晶格中的Sr進(jìn)入地下水并導(dǎo)致其質(zhì)量濃度增大?；鶐r潛水中c(Sr2+)/c(Ca2+)值隨著c(Mg2+)/c(Ca2+)值的增大而增大；當(dāng)c(Sr2+)/c(Mg2+)≤0.006時(shí)，c(Sr2+)/c(Ca2+)值隨著c(Sr2+)/c(Mg2+)的增大有增大趨勢(shì)，當(dāng)c(Sr2+)/c(Mg2+)為0.011 4時(shí)，不再隨著c(Sr2+)/c(Ca2+)值增大而增大(圖11(c)和(d))。這表明：(1)基巖潛水中Sr2+與Mg2+的質(zhì)量濃度在一定范圍內(nèi)同步增長(zhǎng)，方解石和白云石同時(shí)發(fā)生溶濾作用；(2)當(dāng)c(Sr2+)/c(Mg2+)=0.011 4時(shí)，地下水中Sr2+和Mg2+含量達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。綜上，基巖潛水中Sr2+的來源相對(duì)復(fù)雜，主要源于方解石、白云石和石膏等三種礦物的溶解。

圖10 馬蓮河流域地下水中Sr2+與陰、陽(yáng)離子含量的關(guān)系Fig.10 Content variations of Sr2+ in groundwater of the Malian river watershed with ion concentration

基巖承壓水中Sr2+的質(zhì)量濃度與Ca2+、Na++K+、Mg2+、SO42-較強(qiáng)相關(guān)，與HCO3-強(qiáng)相關(guān)，與Cl-、CO32-中等相關(guān)(表3)。Sr2+的質(zhì)量濃度隨著Na++K+、Ca2+、Mg2+和SO42-質(zhì)量濃度的增大而增大，特別是隨著Na++K+質(zhì)量濃度的增加而快速增加(圖10(e)和(f))。這表明碳酸鹽巖在溶濾過程中釋放出Sr2+進(jìn)入地下水。另外，基巖巖石全巖礦物X射線衍射分析結(jié)果顯示，巖石中存在遇水可溶的礦物的成分及平均含量分別為斜長(zhǎng)石(18.6%)、微斜長(zhǎng)石(8.8%)、伊利石(10%)、綠泥石(4.0%)、方解石(4.9%)、白云石(6.6%)和石膏(10%)等?；鶐r承壓水c(Sr2+)/c(Ca2+)與c(Mg2+)/c(Ca2+)的關(guān)系、c(Sr2+)/c(Ca2+)與c(Sr2+)/c(Mg2+)關(guān)系的規(guī)律不明顯，但c(Sr2+)/c(Ca2+)值(0.008～0.012)和c(Mg2+)/c(Ca2+)值(0.62～2.46)同時(shí)相對(duì)較大(圖11(e)和(f))，這表明基巖承壓水中Sr2+主要源于碳酸鹽礦物，且碳酸鹽礦物溶解具有不一致性，即白云石溶解過程中伴隨著方解石沉淀使地下水中的Sr2+、Mg2+濃度增加。

圖11 馬蓮河流域地下水中c(Sr2+)/c(Ca2+)-c(Mg2+)/c(Ca2+)和c(Sr2+)/c(Ca2+)-c(Sr2+)/c(Mg2+)關(guān)系圖Fig.11 Variations of c(Sr2+)/c(Ca2+) with c(Mg2+)/c(Ca2+) and c(Sr2+)/c(Ca2+) with c(Sr2+)/c(Mg2+) in ground-water of the Malian river watershed

由圖11可知：黃土潛水和基巖潛水的c(Sr2+)/c(Ca2+)和c(Sr2+)/c(Mg2+)值均小于基巖承壓水；黃土潛水和基巖承壓水的c(Mg2+)/c(Ca2+)值小于基巖潛水。結(jié)合基巖承壓水中鍶的平均濃度最大、黃土潛水最小的分布特征，認(rèn)為基巖承壓水的水-巖作用時(shí)間最長(zhǎng)、更新能力最弱；水-巖作用時(shí)間越長(zhǎng)，水中鍶的含量亦越大，相應(yīng)的水的TDS也會(huì)越大。

總體來看，馬蓮河流域地下水中陽(yáng)離子以Na+、Mg2+為主，陰離子相對(duì)復(fù)雜；地下水中的Sr2+源于水-巖作用，碳酸鹽巖和石膏是造成區(qū)域地下水中Sr2+普遍較高的原因之一，但黃土潛水、基巖潛水和基巖承壓水中Sr2+主要來源并不相同。

3.3 地下水中Sr2+富集成因分析

馬蓮河流域地下水主要源于大氣降雨入滲補(bǔ)給。2017年在馬蓮河中游甘肅省慶城縣所取雨水樣的分析結(jié)果顯示，雨水中沒有或者含有微量的Sr2+，遠(yuǎn)低于區(qū)內(nèi)地下水的Sr2+質(zhì)量濃度平均值，這表明地下水中的 Sr2+主要源于含鍶礦物的水-巖作用。地下水的pH值可以改變Sr2+的相態(tài)，當(dāng)pH值為8時(shí)，水中的Sr2+的質(zhì)量濃度最大；pH值大于8時(shí)，Sr2+由水相變?yōu)槲较唷?/p>

黃土古土壤中存在原生碎屑和次生碳酸鹽兩類碳酸鹽，且以次生碳酸鹽為主；碎屑碳酸鹽和次生碳酸鹽的主要礦物分別為白云石和方解石，同時(shí)次生碳酸鹽生成的過程伴隨著碎屑碳酸鹽和鋁硅酸鹽礦物的風(fēng)化[30-32]。在溫濕條件下，方解石、白云石等碳酸鹽礦物和長(zhǎng)石、云母類鋁硅酸鹽礦物遭受風(fēng)化并釋放大量的Sr2+進(jìn)入地下水，導(dǎo)致黃土潛水的Sr2+質(zhì)量濃度增大。大量的次生碳酸鹽類礦物遇水溶解，使水中HCO3-和Sr2+在黃土潛水中富集，這與黃土潛水以HCO3型為主是一致的。另外，黃土潛水屬于區(qū)域局部循環(huán)系統(tǒng)，主要由塬區(qū)中心流向塬邊，沖溝邊緣溢出，徑流路徑短，水-巖作用時(shí)間短，故地下水中Sr2+的質(zhì)量濃度也相對(duì)較低。

基巖潛水為碎屑巖孔隙-裂隙水，主要賦存于白堊系基巖上部風(fēng)化殼中，大氣降水在黃土沖溝及山區(qū)風(fēng)化殼出露或埋藏較淺區(qū)域入滲進(jìn)入風(fēng)化殼，順層流向深切河谷，補(bǔ)給區(qū)和排泄區(qū)往往距離較大，速度相對(duì)較緩，水-巖作用的時(shí)間較長(zhǎng)。在徑流過程中以方解石、白云石為主的碳酸鹽巖和以石膏為主的硫酸鹽巖溶解，隨著地下水流動(dòng)，含水層中的含鍶礦物不斷溶解，釋放的Sr2+進(jìn)入地下水，沿徑流逐漸富集，故在排泄地帶基巖潛水中Sr2+的質(zhì)量濃度相對(duì)較高。

基巖承壓水主要源于遠(yuǎn)部山區(qū)大氣降雨入滲補(bǔ)給，總體上由東、北、西三面流向馬蓮河谷地一帶，順層流向區(qū)域排泄基準(zhǔn)面——馬蓮河河谷，徑流路徑長(zhǎng)，徑流緩慢，水-巖作用時(shí)間長(zhǎng)。水中c(Sr2+)/c(Ca2+)集中在0.008～0.012之間，表明基巖承壓水中的Sr2+主要源于碳酸鹽礦物的溶解，沿徑流進(jìn)程碳酸鹽礦物溶解量逐漸增大，釋放到水中的Sr2+逐漸升高，造成Sr2+在馬蓮河河谷排泄區(qū)富集。

4 結(jié) 論

(1)馬蓮河流域地下水鍶富集現(xiàn)象明顯，黃土潛水、基巖潛水和基巖承壓水中鍶的平均質(zhì)量濃度分別為1.14 mg/l、1.39 mg/l和5.24 mg/l，且在洛河組含水層中發(fā)現(xiàn)具有開發(fā)利用價(jià)值的富鍶礦泉水資源。

(2)馬蓮河流域地下水中鍶的平均質(zhì)量濃度在垂向上并無明顯的分布規(guī)律，但環(huán)河組基巖潛水中Sr2+的平均質(zhì)量濃度一般大于下部環(huán)河組承壓水，環(huán)河組和洛河組基巖承壓水含水巖組由上至下Sr2+的平均質(zhì)量濃度均呈增大趨勢(shì)；同一承壓水含水巖組或?qū)佣蔚叵滤蠸r2+的質(zhì)量濃度沿地下水流向快速下降并逐漸趨于穩(wěn)定。

(3)區(qū)域地下水中的 Sr2+主要源于天然狀態(tài)下含鍶礦物的溶解，黃土潛水以方解石、白云石等碳酸鹽礦物和鋁硅酸鹽礦物的溶解為主，基巖潛水以硫酸鹽和碳酸鹽礦物的溶解為主，基巖承壓水以碳酸鹽礦物的溶解為主。

(4)區(qū)域地下水中Sr2+富集的強(qiáng)弱程度主要受水-巖作用的時(shí)間、含水層的礦物成分控制，pH也對(duì)水體中Sr2+的含量具有一定影響。