摘 要：為探究商丹盆地地下水水化學(xué)特征及其形成作用，支撐商洛市商丹循環(huán)工業(yè)經(jīng)濟(jì)園區(qū)建設(shè)，選擇２０２３ 年商丹盆地地下水資源調(diào)查獲得的２４ 組地下水水化學(xué)數(shù)據(jù)，綜合運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)、Ｐｉｐｅｒ 三線圖、Ｇｉｂｂｓ 圖、離子比分析和主成分分析等方法進(jìn)行水文地球化學(xué)分析，結(jié)果表明：研究區(qū)地下水為淡水，整體呈中性，總硬度為２００～６９８ ｍｇ／ Ｌ，平均值為４２７．７９ ｍｇ／ Ｌ；溶解性總固體含量為２４３～９６０ ｍｇ／ Ｌ，平均值為５４５．２９ ｍｇ／ Ｌ；地下水水化學(xué)類(lèi)型以ＨＣＯ３ －Ｃａ 型為主，水化學(xué)成分受碳酸鹽巖和硅酸鹽巖風(fēng)化溶解作用共同控制；地下水中Ｎａ＋和Ｋ＋主要受鹽巖溶解作用控制，Ｃａ２＋和Ｍｇ２＋主要受碳酸鹽巖和硫酸鹽巖風(fēng)化溶解作用控制；地下水水化學(xué)特征受水巖相互作用、陽(yáng)離子交換作用和人類(lèi)活動(dòng)的共同影響，地下水在運(yùn)移過(guò)程中以正向陽(yáng)離子交換為主，礦業(yè)開(kāi)采、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活污水排放等人類(lèi)活動(dòng)對(duì)地下水化學(xué)成分影響較大。

關(guān)鍵詞：地下水；水化學(xué)特征；水巖相互作用；主成分分析；商丹盆地

中圖分類(lèi)號(hào)：Ｐ６４１ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２４．１２．０１６

引用格式：趙浩，李曉明，趙立磊，等．商丹盆地地下水水化學(xué)特征及成因機(jī)制［Ｊ］．人民黃河，２０２４，４６（１２）：９８－１０４．

地下水是區(qū)域水資源的重要組成部分，作為人類(lèi)生產(chǎn)和生活的重要水源，地下水在維系水生態(tài)系統(tǒng)平衡、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類(lèi)生存發(fā)展等方面發(fā)揮著重要作用［１－３］ 。地下水質(zhì)量事關(guān)人民健康和經(jīng)濟(jì)社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展，地下水水化學(xué)成分與賦存環(huán)境關(guān)系密切［４］ 。地下水化學(xué)組分監(jiān)測(cè)有利于分析地下水水化學(xué)演化過(guò)程和潛在影響因素［５］ 。有學(xué)者從水巖相互作用［６］ 、陽(yáng)離子交換［７－８］ 、人類(lèi)活動(dòng)影響［９］ 等方面對(duì)地下水水化學(xué)特征的形成和演化進(jìn)行了大量研究。

商丹盆地位于商洛市，是南水北調(diào)中線工程水源區(qū)丹江流域的重要城鎮(zhèn)聚集地，水資源保障是支撐商丹盆地經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。隨著區(qū)域內(nèi)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快和工業(yè)園區(qū)的建設(shè)，生產(chǎn)生活用水增加，農(nóng)業(yè)面源污染和工業(yè)廢水排放等對(duì)地下水水質(zhì)造成影響，查明區(qū)域地下水水化學(xué)特征并分析其成因機(jī)制具有重要意義。鑒于此，以２０２３ 年商丹盆地采集的２４組地下水水質(zhì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)、Ｐｉｐｅｒ 三線圖、Ｇｉｂｂｓ 模型、離子比值和主成分分析等方法進(jìn)行水文地球化學(xué)綜合研究，分析研究區(qū)地下水水化學(xué)特征及成因機(jī)制，以期為商丹盆地地下水資源管理提供依據(jù)，助力商丹循環(huán)工業(yè)經(jīng)濟(jì)園區(qū)建設(shè)。

１ 研究區(qū)概況

商丹盆地地處秦嶺南麓、丹江上游，大地構(gòu)造受商丹大斷裂控制，屬山間斷陷型構(gòu)造盆地。商丹盆地東西長(zhǎng)約６０ ｋｍ，南北寬約５ ｋｍ，丹江沿北西—南東方向流經(jīng)盆地，河寬１５０～２５０ ｍ，谷寬１ ０００～３ ０００ ｍ，平均比降３‰。丹江河道迂回曲折，受河流長(zhǎng)期下切作用影響，丹江兩岸斷續(xù)分布１～４ 級(jí)階地，構(gòu)成了現(xiàn)今比較開(kāi)闊的彎道盆地［１０－１１］ 。商丹盆地屬北亞熱帶和暖溫帶過(guò)渡性季風(fēng)氣候區(qū)，溫暖濕潤(rùn)、四季分明，河流水系發(fā)育，年均氣溫７．８～１３．９ ℃，多年平均（１９５８—２０１９年）降水量７００．８６ ｍｍ，降水季節(jié)分布不均，主要集中在６—９ 月。

研究區(qū)地下水類(lèi)型主要為松散巖類(lèi)孔隙水和碎屑巖類(lèi)孔隙裂隙水。松散巖類(lèi)孔隙水主要分布于丹江兩岸河漫灘及一級(jí)階地，含水層以第四系松散堆積的砂、卵礫石層為主，水位埋深１．２～１９．２ ｍ，水量豐富；碎屑巖類(lèi)孔隙裂隙水主要分布于丹江河谷兩側(cè)山前地帶，含水巖組以第三系砂礫巖為主。地下水主要接受兩側(cè)基巖山區(qū)的側(cè)向補(bǔ)給、大氣降水入滲補(bǔ)給、河水入滲補(bǔ)給和農(nóng)田灌溉入滲補(bǔ)給，排泄方式以地下水徑流排泄和人工開(kāi)采為主，徑流方向?yàn)檠嘏璧剡吘壪蛑胁苛鲃?dòng)。根據(jù)《商洛市水資源公報(bào)》（２０２０ 年），盆地地下水供水量（商州區(qū)、丹鳳縣）約占總供水量的３０．６９％。地下水主要用于生產(chǎn)生活和農(nóng)田灌溉，其中商州區(qū)以居民生活用水（１ ０２６ 萬(wàn)ｍ３）和工業(yè)用水（６８１ 萬(wàn)ｍ３ ）為主，丹鳳縣以農(nóng)田灌溉用水（４８０ 萬(wàn)ｍ３）和居民生活用水（２４４ 萬(wàn)ｍ３）為主。２０２２ 年，研究區(qū)常住人口約７１．３萬(wàn)人，國(guó)民生產(chǎn)總值約２６８ 億元。

２ 樣品采集與測(cè)試方法

２０２３ 年６ 月，在水文地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上共采集盆地區(qū)地下水樣品２４ 組，樣品主要來(lái)源于飲用水井和灌溉井，采樣點(diǎn)分布見(jiàn)圖１。嚴(yán)格按照《地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（ＨＪ １６４—２０２０）進(jìn)行樣品采集、保存和運(yùn)輸。取樣器材為５ Ｌ 聚乙烯塑料瓶，采樣前先用水樣將取樣瓶和瓶蓋潤(rùn)洗３～４ 次，不添加任何保護(hù)劑，采樣完成后擰緊瓶蓋，粘貼標(biāo)簽，標(biāo)明采樣時(shí)間、樣品編號(hào)等。

本次研究主要測(cè)試指標(biāo)包括ｐＨ 值、總硬度（ＴＨ）及溶解性總固體（ ＴＤＳ）、Ｋ＋、Ｎａ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｃｌ－、ＳＯ２－４ 、ＨＣＯ－３ 、ＮＯ－３ 含量等，其中ｐＨ 值現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，其余指標(biāo)測(cè)試由陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)研究所有限公司完成。ＴＨ 和ＴＤＳ 根據(jù)《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法感官性狀和物理指標(biāo)》（ＧＢ／ Ｔ ５７５０．４—２００６），采用電子天平和滴定管測(cè)定，檢出限分別為１．０、４．０ ｍｇ／ Ｌ；Ｋ＋、Ｎａ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋含量根據(jù)《水質(zhì)３２ 種元素的測(cè)定電感耦合等離子體發(fā)射光譜法》（ＨＪ ７７６—２０１５）測(cè)定，測(cè)試儀器為Ａｇｉｌｅｎｔ ５１１０ 電感耦合等離子體光譜儀，檢出限分別為０．０５、０．１２、０．０２、０．００３ ｍｇ／ Ｌ；Ｃｌ－、ＳＯ２－４ 、ＮＯ－３ 含量根據(jù)《水質(zhì)無(wú)機(jī)陰離子的測(cè)定離子色譜法》（ＨＪ８４—２０１６）測(cè)定，測(cè)試儀器為ＩＣＳ１１００ 離子色譜儀，檢出限分別為１．０、１．０、０．４５ ｍｇ／ Ｌ；ＨＣＯ－３ 含量根據(jù)《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)飲用天然礦泉水檢驗(yàn)方法》（ＧＢ ８５３８—２０１６），使用滴定管測(cè)定，檢出限為３．０ ｍｇ／ Ｌ。各指標(biāo)檢出限及測(cè)試結(jié)果均滿(mǎn)足要求。

３ 結(jié)果與討論

３．１ 地下水水化學(xué)特征

１）水化學(xué)成分。商丹盆地地下水水化學(xué)參數(shù)特征值統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表１。地下水ｐＨ 值為６．７７～７．９４，均值為７．２１，呈中性，空間變異?。郏保?；總硬度為２００～６９８ｍｇ／ Ｌ，平均值為４２７．７９ ｍｇ／ Ｌ，微硬水、硬水、極硬水占比分別為１６．６６％、４１．６７％、４１．６７％；ＴＤＳ 為２４３ ～ ９６０ｍｇ／ Ｌ，平均值為５４５．２９ ｍｇ／ Ｌ，屬于淡水。地下水中陰離子含量表現(xiàn)為ＨＣＯ－３ ＞ＳＯ２－４ ＞ＮＯ－３ ＞Ｃｌ－，陽(yáng)離子含量表現(xiàn)為Ｃａ＋ ＞Ｎａ＋ ＞Ｍｇ＋ ＞Ｋ＋，陰陽(yáng)離子中占主要優(yōu)勢(shì)的分別是ＨＣＯ－３ 和Ｃａ＋。ＴＨ、ＴＤＳ 和其他各離子的變異系數(shù)為２６．９５％～８８．７６％，表明各離子變異性較強(qiáng)且空間差異性較大。其中，ＮＯ－３ 的變異系數(shù)最大，超過(guò)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（ＧＢ／ Ｔ１４８４８—２０１７） Ⅲ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)８８．５８ｍｇ／ Ｌ（以ＮＯ－３ 計(jì)）和《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（ＧＢ５７４９—２０２２）》４４．２９ ｍｇ／ Ｌ（以ＮＯ－３ 計(jì)） 的樣品占比分別為２５．００％、５４．１７％，說(shuō)明研究區(qū)地下水水質(zhì)可能受到人類(lèi)活動(dòng)的影響。

２）水化學(xué)類(lèi)型。運(yùn)用ｏｒｉｇｉｎ 軟件繪制研究區(qū)地下水水化學(xué)Ｐｉｐｅｒ 三線圖（見(jiàn)圖２），分析地下水水化學(xué)類(lèi)型及特征［１，１２］ 。主菱形圖中樣點(diǎn)主要落在左上方，表明地下水中堿土金屬離子毫克當(dāng)量百分比超過(guò)堿金屬離子，弱酸根離子毫克當(dāng)量百分比大部分超過(guò)強(qiáng)酸根離子，碳酸鹽硬度＞５０％；在陽(yáng)離子圖中，樣點(diǎn)集中分布于Ｃａ２＋軸和Ｍｇ２＋軸相交端，表明地下水中陽(yáng)離子以Ｃａ２＋為主；在陰離子圖中，樣點(diǎn)主要分布于ＨＣＯ－３ ＋ＣＯ２－３軸和Ｃｌ－ 軸相交端且靠近ＨＣＯ－３ ＋ＣＯ２－３ 軸，表明研究區(qū)大部分地下水ＨＣＯ－３ 含量遠(yuǎn)大于ＳＯ２－４ 和Ｃｌ－，可初步反圖２ 地下水水化學(xué)Ｐｉｐｅｒ 三線圖映研究區(qū)地下水化學(xué)組分主要來(lái)源于碳酸鹽巖的溶解。采用舒卡列夫分類(lèi)法［１］ 進(jìn)行地下水水化學(xué)類(lèi)型劃分，結(jié)果表明研究區(qū)地下水水化學(xué)類(lèi)型主要為ＨＣＯ３ －Ｃａ 型，占比７９．１６％（１９ 組）；其次為ＨＣＯ３ ·ＳＯ４ －Ｃａ 型，占比為１２．５０％（３ 組）；還有ＨＣＯ３ ·ＳＯ４ －Ｃａ·Ｍｇ 型和ＨＣＯ３ ·Ｃｌ－Ｃａ 型水各一組，占比都為４．１７％。盆地部分區(qū)域出現(xiàn)以Ｃｌ－ 和ＳＯ２－４ 為主導(dǎo)離子的地下水，表明地下水受多種水化學(xué)作用和人類(lèi)活動(dòng)的共同影響［１３］ 。

３）水化學(xué)指標(biāo)相關(guān)性分析。采用相關(guān)性分析方法研究地下水水化學(xué)組分之間的相互關(guān)系和影響程度，識(shí)別不同離子組分是否為同一來(lái)源或具有相近的遷移轉(zhuǎn)化途徑［１４－１５］ 。研究區(qū)地下水水化學(xué)組分相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)（見(jiàn)表２）可知，ＴＤＳ 與Ｎａ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｃｌ－、ＳＯ２－４ 、ＮＯ－３ 顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)依次為０．８０１、０．９７６、０．８８９、０．８２４、０．７６３、０．８２４，表明這些離子對(duì)ＴＤＳ 貢獻(xiàn)較大，其中Ｃａ２＋ 和Ｍｇ２＋ 貢獻(xiàn)尤為突出；ＨＣＯ－３ 與Ｎａ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為０．６５１、０．６６７、０．５２６，表明四者具有相對(duì)一致的來(lái)源；Ｃａ２＋ 與Ｍｇ２＋ 相關(guān)系數(shù)為０．８３１，兩者極顯著正相關(guān)，表明兩種離子具有相同的來(lái)源；ＳＯ２－４ 與Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋ 顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為０．６６１、０．８３９，表明部分Ｃａ２＋和Ｍｇ２＋可能來(lái)自于硫酸鹽礦物的溶解；ＳＯ２－４ 與Ｎａ＋、Ｃｌ－ 也顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為０．５６０ 和０．５７９，說(shuō)明蒸發(fā)巖對(duì)地下水離子具有一定貢獻(xiàn)；Ｃｌ－ 與ＮＯ－３ 相關(guān)系數(shù)為０．７９０，兩者極顯著正相關(guān)，表明兩者具有相似的物質(zhì)來(lái)源。

３．２ 水化學(xué)特征成因分析

１）水巖模型分析。常用Ｇｉｂｂｓ 圖研究水巖相互作用對(duì)地下水水化學(xué)組分的影響機(jī)制，利用ＴＤＳ 含量與ρＣｌ－ ／ ρ（Ｃｌ－ ＋ＨＣＯ－３ ）或ρ Ｎａ＋ ／ ρ （Ｎａ＋ ＋Ｃａ２＋ ）（ρ 表示離子質(zhì)量濃度）的關(guān)系將天然水化學(xué)組分的演化分為巖石風(fēng)化控制型、大氣降水控制型和蒸發(fā)濃縮控制型［５，１６］ 。研究區(qū)地下水ＴＤＳ 含量為２４３～９６０ ｍｇ／ Ｌ，陽(yáng)離子ρ Ｎａ＋ ／ ρ （ Ｎａ＋ ＋Ｃａ２＋ ） 和陰離子ρ Ｃｌ－ ／ ρ （ Ｃｌ－ ＋ＨＣＯ－３ ）分別為０．１２～０．２５ 和０．０３～０．２３，見(jiàn)圖３。陰陽(yáng)離子質(zhì)量濃度比值均小于０．５０，水樣點(diǎn)全部落在巖石風(fēng)化控制區(qū)，且遠(yuǎn)離蒸發(fā)濃縮控制區(qū)和大氣降水控制區(qū)，說(shuō)明巖石風(fēng)化作用是研究區(qū)地下水水化學(xué)組成的主要控制因素，大氣降水和蒸發(fā)濃縮作用的影響很小。

碳酸鹽巖、硅酸鹽巖和蒸發(fā)鹽巖礦物風(fēng)化溶解產(chǎn)物ρ Ｃａ２＋ ／ ρＮａ＋、ρ Ｍｇ２＋ ／ ρＮａ＋、ρ ＨＣＯ－３ ／ ρＮａ＋ 不受流速、稀釋和蒸發(fā)作用的影響，通過(guò)地下水不同巖性端元間的對(duì)比可以判斷不同水巖相互作用關(guān)系，揭示水化學(xué)成因和主要離子來(lái)源［１７］ 。由圖４ 可知，研究區(qū)樣品點(diǎn)均落在硅酸鹽巖和碳酸鹽巖端元之間且相對(duì)集中，說(shuō)明地下水中離子的來(lái)源受碳酸鹽巖和硅酸鹽巖風(fēng)化溶解作用共同控制，而受蒸發(fā)鹽巖的作用相對(duì)較小。

２）主要離子來(lái)源。根據(jù)地下水水巖相互作用可以分析水體溶濾作用和地下水中各化學(xué)成分的來(lái)源［５－７］ 。地下水中Ｃｌ－ 和ＳＯ２－４ 主要來(lái)源于蒸發(fā)鹽巖的風(fēng)化溶解和含硫礦物的氧化，而ＨＣＯ－３ 則來(lái)源于碳酸鹽巖和硅酸鹽巖的溶解，可以利用γ （ ＳＯ２－４ ＋ Ｃｌ－ ） ／γ ＨＣＯ－３ （γ為離子毫克當(dāng)量）的關(guān)系分析水化學(xué)成分的主要來(lái)源［５，７］ 。研究區(qū)γ（ＳＯ２－４ ＋Ｃｌ－ ） ／ γＨＣＯ－３ 為０．１７～１．０９，均值為０．４４。由圖５（ａ）可知，地下水中９１．６７％的取樣點(diǎn)位于１ ∶ １ 直線下方，說(shuō)明地下水中化學(xué)成分主要來(lái)自碳酸鹽巖和硅酸鹽巖的溶解。

Ｎａ＋的主要來(lái)源是鹽巖和硅酸鹽巖溶解以及大氣降水，可以通過(guò)γ Ｎａ＋ ／ γＣｌ－ 的關(guān)系判斷Ｎａ＋ 富集程度和來(lái)源。一般而言，大氣降水中γＮａ＋ ／ γＣｌ－ 與海水接近，為０．８６，當(dāng)γ Ｎａ＋ ／ γＣｌ－ 大于１ 時(shí)Ｎａ＋ 來(lái)源以鹽巖溶解為主，小于１ 時(shí)以硅酸鹽巖溶解為主［１８］ 。研究區(qū)采樣點(diǎn)γ Ｎａ＋ ／ γ Ｃｌ－ 為０．４７ ～ ２．５６，均值為１．６６。由圖５（ｂ）可知，研究區(qū)７９．１７％的采樣點(diǎn)γ Ｎａ＋ ／ γＣｌ－ 大于１，說(shuō)明鹽巖溶解是Ｎａ＋ 的主要來(lái)源，硅酸鹽巖溶解和大氣降水的貢獻(xiàn)較小。通過(guò)γ（Ｎａ＋ ＋Ｋ＋ ） ／ γＣｌ－ 的關(guān)系可以進(jìn)一步確定是否存在硅酸鹽礦物的溶解，由圖５（ｃ）可知，大部分水樣落在了１ ∶ １ 直線上方，說(shuō)明區(qū)域水巖作用過(guò)程中發(fā)生鹽巖溶解的同時(shí)，發(fā)生了其他含Ｎａ＋、Ｋ＋的硅酸鹽礦物溶解［５］ 。

根據(jù)γ（Ｃａ２＋ ＋Ｍｇ２＋ ） ／ γ（ＳＯ２－４ ＋ＨＣＯ－３ ）的關(guān)系可以判斷地下水中Ｃａ２＋ 和Ｍｇ２＋ 的主要來(lái)源，當(dāng)γ （Ｃａ２＋ ＋Ｍｇ２＋） ／ γ（ＳＯ２－４ ＋ＨＣＯ－３ ）在１ ∶ １ 直線附近時(shí)，Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋主要來(lái)自方解石、白云石及石膏等碳酸鹽巖、硫酸鹽巖的溶解，比值小于１ 時(shí)則主要來(lái)自硅酸鹽巖和蒸發(fā)鹽巖的溶解［７－８，１９］ 。由圖５（ｄ）可知，地下水中有７０．８３％的采樣點(diǎn)γ（Ｃａ２＋ ＋Ｍｇ２＋ ） ／ γ（ＳＯ２－４ ＋ＨＣＯ－３ ）接近于１ ∶ １直線，且大于１ 的采樣點(diǎn)也都靠近１ ∶ １ 直線，說(shuō)明研究區(qū)地下水中Ｃａ２＋ 和Ｍｇ２＋ 主要來(lái)自碳酸鹽巖和硫酸鹽巖的溶解，但仍有少部分需要硅酸鹽巖和蒸發(fā)鹽巖的溶解來(lái)保持離子平衡［４］ 。在碳酸鹽巖溶解區(qū)，一般用γＭｇ２＋ ／ γＣａ２＋與γＨＣＯ－３ 的關(guān)系來(lái)判斷白云石和方解石的貢獻(xiàn)率［１３］ 。研究區(qū)采樣點(diǎn)γ Ｍｇ２＋ ／ γ Ｃａ２＋ 為０．１８ ～０．４２，均小于０．５０。由圖５（ｅ）可知，采樣點(diǎn)全部落在方解石溶蝕區(qū)，說(shuō)明Ｃａ２＋ 和Ｍｇ２＋ 主要來(lái)源是方解石溶解。

３）陽(yáng)離子交換作用。陽(yáng)離子交換作用是指巖石和地下水相互作用過(guò)程中，在一定條件下顆粒吸附地下水中某些陽(yáng)離子，并將原來(lái)吸附的部分陽(yáng)離子轉(zhuǎn)化為地下水中的組分［５，２０］ 。Ｎａ＋ ＋Ｋ＋ －Ｃｌ－ 與Ｃａ２＋ ＋Ｍｇ２＋ －ＳＯ２－４ －ＨＣＯ－３ 的毫克當(dāng)量比值關(guān)系可以反映是否發(fā)生了陽(yáng)離子交換作用［７－８］ 。由圖６（ａ）可知，采樣點(diǎn)分布在ｙ ＝－０．３７１ ｘ＋０．６９３（Ｒ２ ＝ ０．６５５）直線兩側(cè)，且部分采樣點(diǎn)沿著ｙ ＝－ｘ直線分布，說(shuō)明地下水在運(yùn)移過(guò)程中發(fā)生了陽(yáng)離子交換作用。氯堿指數(shù)（ＣＡＩ－Ⅰ和ＣＡＩ－Ⅱ）可以進(jìn)一步探究陽(yáng)離子交換作用的方向和強(qiáng)度。通常情況下，當(dāng)ＣＡＩ－Ⅰ和ＣＡＩ－Ⅱ均為負(fù)值時(shí)，說(shuō)明發(fā)生了正向的陽(yáng)離子交換作用，此時(shí)地下水中的Ｃａ２＋ 和Ｍｇ２＋ 將含水層礦物中的Ｎａ＋ 和Ｋ＋ 交換出來(lái)，地下水中的Ｎａ＋ 和Ｋ＋含量增加；當(dāng)ＣＡＩ－Ⅰ和ＣＡＩ－Ⅱ均為正值時(shí)，則發(fā)生了反向的陽(yáng)離子交換作用，即地下水中的Ｎａ＋ 和Ｋ＋ 將含水層礦物中的Ｃａ２＋ 和Ｍｇ２＋ 交換出來(lái)，地下水中的Ｃａ２＋和Ｍｇ２＋含量增加［２１］ 。根據(jù)圖６（ｂ），有８３．３３％的采樣點(diǎn)ＣＡＩ－Ⅰ和ＣＡＩ－Ⅱ?yàn)樨?fù)值，表明研究區(qū)地下水主要發(fā)生了正向的陽(yáng)離子交換作用，導(dǎo)致地下水中Ｎａ＋和Ｋ＋含量增加，這與溶濾作用分析的結(jié)論（Ｎａ＋ 的主要來(lái)源為鹽巖溶解）一致。

４）人類(lèi)活動(dòng)影響。除受自然因素作用外，人類(lèi)活動(dòng)一定程度上影響著地下水水化學(xué)組分的演化。通過(guò)水樣γ（Ｃａ２＋ ＋Ｍｇ２＋ ） ／ γＨＣＯ－３ 與γ（Ｎａ＋ ＋Ｋ＋ ） ／ γＨＣＯ－３ 的關(guān)系可以反映碳酸鹽巖、硅酸鹽巖風(fēng)化以及人類(lèi)活動(dòng)對(duì)水化學(xué)組成的相對(duì)貢獻(xiàn)，γ（Ｃａ２＋ ＋Ｍｇ２＋ ） ／ γＨＣＯ－３ 代表碳酸鹽巖和硅酸鹽巖風(fēng)化的Ｃａ２＋和Ｍｇ２＋相對(duì)含量，其比值應(yīng)該小于１；γ（Ｎａ＋ ＋Ｋ＋） ／ γＨＣＯ－３ 也代表碳酸鹽巖和硅酸鹽巖的風(fēng)化［２２－２３］ 。

由圖７（ａ）可知，研究區(qū)大部分采樣點(diǎn)落在γ（Ｎａ＋ ＋Ｋ＋） ／ γＨＣＯ－３ ＝ ０ 和γ （Ｃａ２＋ ＋Ｍｇ２＋ ） ／ γＨＣＯ－３ ＝ １ 交叉點(diǎn)附近，且位于硅酸鹽巖風(fēng)化線右側(cè)，說(shuō)明水化學(xué)組分以碳酸鹽巖風(fēng)化溶解為主，硅酸鹽巖風(fēng)化溶解貢獻(xiàn)較??；有６２．５０％的采樣點(diǎn)落在第一象限，說(shuō)明γ（Ｃａ２＋ ＋Ｍｇ２＋ ）和γ（Ｎａ＋ ＋Ｋ＋ ）均大于γ ＨＣＯ－３ ，超出的這部分陽(yáng)離子（Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｎａ＋、Ｋ＋）可能來(lái)源于人類(lèi)活動(dòng)的輸入，其陰離子可能以Ｃｌ－ 或ＮＯ－３ 的形式存在；另外有１６．６７％的采樣點(diǎn)落在第四象限，說(shuō)明存在大量Ｃｌ－ 的輸入，這部分離子也可能主要來(lái)源于人類(lèi)活動(dòng)。

通過(guò)γＳＯ２－４ ／ γＣａ２＋ 和γＮＯ－３ ／ γＣａ２＋ 的關(guān)系可以進(jìn)一步分析地下水水化學(xué)組成受人類(lèi)活動(dòng)影響的程度［５］ 。當(dāng)γＳＯ２－４ ／ γＣａ２＋大于γＮＯ－３ ／ γＣａ２＋時(shí)，代表地下水受工礦生產(chǎn)活動(dòng)影響較大；反之地下水受農(nóng)業(yè)活動(dòng)和生活污水排放的影響較大［１３］ 。研究區(qū)采樣點(diǎn)γＳＯ２－４ ／ γＣａ２＋ 為０．１２～０．５７，均值為０．２４；γ ＮＯ－３ ／ γＣａ２＋ 為０．０５～０．３９，均值為０．１５。由圖７（ｂ）可知，地下水中６６．６７％的采樣點(diǎn)γＳＯ２－４ ／ γＣａ２＋大于γＮＯ－３ ／ γＣａ２＋，表明研究區(qū)地下水主要受到工礦生產(chǎn)活動(dòng)的影響，這與區(qū)域采礦活動(dòng)以及盆地內(nèi)金屬冶煉廠、化工廠等工業(yè)生產(chǎn)污水排放有關(guān)，其余３３．３３％ 的采樣點(diǎn)γ ＳＯ２－４ ／ γ Ｃａ２＋ 小于γＮＯ－３ ／γ Ｃａ２＋，總體靠近１ ∶ １ 直線，說(shuō)明部分區(qū)域地下水污染受農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活污水排放的影響，但影響相對(duì)較小。由圖７（ｃ） 可知，研究區(qū)γ ＮＯ－３ ／ γ ＨＣＯ－３ 與γ Ｃｌ－ ／γＨＣＯ－３ 線性擬合較好（ｙ ＝０．６４４ｘ＋０．０４３，Ｒ２ ＝ ０．６２６），相關(guān)性較強(qiáng)，表明地下水中Ｃｌ－和ＮＯ－３ 可能具有相同的來(lái)源，即都受到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活污水排放的影響。

３．３ 水化學(xué)控制因素分析

采用主成分分析法將水化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理，進(jìn)而提取主要變量來(lái)解釋水化學(xué)主要控制因素［１５］ 。研究區(qū)水化學(xué)組分相關(guān)矩陣ＫＭＯ 檢驗(yàn)值為０．５７５（＞０．５），Ｂａｒｔｌｅｔｔ 球形度檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量Ｓｉｇ ＝ ０（＜０．０１），表明適合進(jìn)行主成分分析。利用ＳＰＳＳ２７ 軟件因子分析模塊，按照特征值大于１ 的原則，采用最大方差法進(jìn)行成分旋轉(zhuǎn)， 共提?。?個(gè)主成分， 累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為８９．０４８％（見(jiàn)表３），可以解釋研究區(qū)地下水水化學(xué)主要控制因素。

主成分Ｆ１ 貢獻(xiàn)率為６３．５２８％，主要載荷為ＴＤＳ、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｃｌ－、ＳＯ２－４ 和ＮＯ－３ 。其中：ＮＯ－３ 是人類(lèi)活動(dòng)中農(nóng)業(yè)化肥施用、生活污水排放等的代表性離子；Ｃｌ－ 除來(lái)自蒸發(fā)鹽巖風(fēng)化溶解外，同樣為生活污水排放的特征性離子，由表２ 可知Ｃｌ－ 與ＮＯ－３ 顯著正相關(guān)，說(shuō)明研究區(qū)地下水中Ｃｌ－受人類(lèi)活動(dòng)影響較大；ＳＯ２－４ 主要來(lái)自含硫礦物并受研究區(qū)礦業(yè)活動(dòng)影響較大；Ｃａ２＋ 和Ｍｇ２＋與ＳＯ２－４ 顯著正相關(guān)，且Ｍｇ２＋與ＳＯ２－４ 的相關(guān)性高于Ｃａ２＋與ＳＯ２－４ ，此處Ｃａ２＋和Ｍｇ２＋可能主要來(lái)源于硫酸鹽礦物的溶解。綜上表明Ｆ１ 表示研究區(qū)地下水水化學(xué)主要受人類(lèi)活動(dòng)及硫酸鹽礦物風(fēng)化溶解的影響。

主成分Ｆ２ 貢獻(xiàn)率為１４．７７７％，主要載荷為Ｎａ＋和ＨＣＯ－３ ，其次為Ｃａ２＋和Ｍｇ２＋。Ｎａ＋主要來(lái)源于鹽巖的溶解，同時(shí)受陽(yáng)離子交換作用影響；ＨＣＯ－３ 主要來(lái)源于碳酸鹽巖的風(fēng)化溶解；Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋和ＨＣＯ－３ 顯著正相關(guān)，且Ｃａ２＋與ＨＣＯ－３ 的相關(guān)性高于Ｍｇ２＋與ＨＣＯ－３ ，此處Ｃａ２＋和Ｍｇ２＋可能主要來(lái)源于碳酸鹽巖的風(fēng)化溶解。因此，Ｆ２ 表示研究區(qū)地下水主要受碳酸鹽巖的風(fēng)化溶解及陽(yáng)離子交換作用的影響。

主成分Ｆ３ 貢獻(xiàn)率為１０．７４３％，主要載荷為Ｋ＋。Ｋ＋主要來(lái)源于硅酸鹽巖的風(fēng)化溶解及含鉀化肥的施用［ ２４］ 。由表２ 可知Ｋ＋ 與其他離子均不相關(guān)，故推測(cè)Ｆ３ 代表硅酸鹽巖的風(fēng)化溶解對(duì)地下水水化學(xué)組分的影響。

４ 結(jié)論

研究區(qū)地下水為淡水，整體呈中性，ＴＨ 均值為４２７．７９ ｍｇ／ Ｌ，ＴＤＳ 均值為５４５．２９ ｍｇ／ Ｌ。優(yōu)勢(shì)陰離子、陽(yáng)離子分別為ＨＣＯ－３ 、Ｃａ２ ＋，陰離子含量表現(xiàn)為ＨＣＯ－３ ＞ＳＯ２－４ ＞ＮＯ－３ ＞Ｃｌ－，陽(yáng)離子含量表現(xiàn)為Ｃａ２ ＋ ＞Ｎａ＋ ＞Ｍｇ２ ＋ ＞Ｋ＋。地下水水化學(xué)類(lèi)型主要為ＨＣＯ３ －Ｃａ，其次為ＨＣＯ３·ＳＯ４ －Ｃａ、ＨＣＯ３·ＳＯ４ －Ｃａ·Ｍｇ、ＨＣＯ３·Ｃｌ－Ｃａ，水化學(xué)離子組成受多種水化學(xué)作用和人類(lèi)活動(dòng)的共同影響。

研究區(qū)地下水水化學(xué)特征以巖石風(fēng)化作用控制為主，水化學(xué)成分主要來(lái)自碳酸鹽巖和硅酸鹽巖的風(fēng)化溶解。地下水中Ｎａ＋和Ｋ＋ 主要受鹽巖溶解作用控制，同時(shí)受陽(yáng)離子交換作用影響；Ｃａ２＋ 和Ｍｇ２＋ 主要受碳酸鹽巖和硫酸鹽巖溶解作用控制。人類(lèi)活動(dòng)對(duì)研究區(qū)地下水化學(xué)成分影響較大，主要與研究區(qū)礦業(yè)活動(dòng)有關(guān)，且局部受農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活污水排放的影響。政府管理部門(mén)應(yīng)加強(qiáng)環(huán)境綜合治理，加大礦山環(huán)境綜合整治力度，并對(duì)點(diǎn)源和面源污染進(jìn)行有效控制。

參考文獻(xiàn)：

［１］ 蔡小虎，康叢軒．錢(qián)塘江下游濱江地區(qū)地下水水化學(xué)特征與水質(zhì)評(píng)價(jià)［Ｊ］．人民長(zhǎng)江，２０２３，５４（６）：２７－３３．

［２］ 李建華，徐向東，劉鵬，等．定邊縣山前平原地下水水化學(xué)特征分析及水質(zhì)評(píng)價(jià)［Ｊ］．人民黃河，２０２３，４５（１１）：１１１－１１７．

［３］ ＷＥＲＮＥＲ Ａｅｓｃｈｂａｃｈ?Ｈｅｒｔｉｇ，ＴＯＭ Ｇｌｅｅｓｏｎ．Ｒｅｇｉｏｎａｌ Ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｎｇ Ｇｌｏｂａｌ Ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ Ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ Ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｎａｔｕｒｅ Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅ，２０１２，５（１－４）：８５３－８６１．

［４］ 孫乃波，陳學(xué)群，李倩，等．威海市地下水水化學(xué)特征及成因分析［Ｊ］．節(jié)水灌溉，２０２２（７）：８５－９０．

［５］ 李狀，蘇晶文，董長(zhǎng)春，等．安徽馬鞍山市當(dāng)涂地區(qū)地下水水化學(xué)特征及演化機(jī)制［Ｊ］．中國(guó)地質(zhì)，２０２２，４９（５）：１５０９－１５２６．

［６］ ＨＵ Ｈｕｉｙｉｎｇ，ＷＥＩ Ｒｏｎｇｆｅｉ，ＺＥＲＩＺＧＨＩ Ｔｅｋｌｉｔ，ｅｔ ａｌ．Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｅｃｈａ?ｎｉｓｍｓ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｌｏｎｇ?Ｔｅｒｍ Ａｎａｌｙｓｅｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｙａｎｇｔｚｅ Ｒｉｖｅｒ ［Ｊ］． Ｓｃｉｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｔｏｔａｌ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ， ２０２３，８９２：１６４７１３．

［７］ 韓朝輝，王郅睿，田輝，等．漢中盆地地下水水化學(xué)特征及其成因研究［Ｊ］．西北地質(zhì)，２０２３，５６（４）：２６３－２７３．

［８］ 張子燕，伏永朋，王寧濤，等．丹江流域山區(qū)地表水－地下水水化學(xué)特征及其影響因素［Ｊ］．環(huán)境科學(xué)，２０２４，４５（４）：２１０７－２１１７．

［９］ 易雅寧，孫曉懿，王富強(qiáng)，等．三門(mén)峽庫(kù)區(qū)濕地水化學(xué)特征及影響因素分析［Ｊ］．人民黃河，２０２１，４３（３）：９０－９６．

［１０］ 李曉剛，武洋洋，高巖，等．商丹盆地丹江一級(jí)階地黃土古土壤剖面碳酸鈣含量研究［Ｊ］．甘肅科學(xué)學(xué)報(bào)，２０２１，３３（４）：２０－２５．

［１１］ 王海燕，龐獎(jiǎng)勵(lì)，黃春長(zhǎng)，等．陜西商丹盆地茶房村黃土－古土壤剖面的粒度組成特征及意義［Ｊ］．中山大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），２０１７，５６（２）：１３１－１３９．

［１２］ 張保祥，張超．水文地球化學(xué)方法在地下水研究中的應(yīng)用綜述［Ｊ］．人民黃河，２０１９，４１（１０）：１３５－１４２．

［１３］ 趙幸悅子，肖攀，宋文龍，等．贛南紅層地區(qū)地下水水化學(xué)特征及成因分析［Ｊ］．科學(xué)技術(shù)與工程，２０２３，２３（３３）：１４１１２－１４１２２．

［１４］ 成世才，董妍，宋永芬，等．濟(jì)南市先行區(qū)淺層地下水水文地球化學(xué)特征［Ｊ］． 人民黃河，２０２１，４３（１２）：８６ －９０，９９．

［１５］ 劉海，康博，管政亭，等．淮南煤礦區(qū)地表水和地下水水化學(xué)特征及控制因素［Ｊ］．環(huán)境科學(xué)，２０２３，４４（１１）：６０３８－６０４９．

［１６］ ＧＩＢＢＳ Ｒ Ｊ．Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ Ｗｏｒｌｄ Ｗａｔｅｒ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９７０，１７０（３９６２）：１０８８－１０９０．

［１７］ ＴＨＯＭＡＳ Ｊ，ＪＯＳＥＰＨ Ｓ，ＴＨＲＩＶＩＫＲＡＭＪＩ Ｋ Ｐ．Ｈｙｄｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ ｏｆ ａ Ｔｒｏｐｉｃａｌ Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ｒｉｖｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ａ Ｒａｉｎ Ｓｈａｄｏｗ Ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｗｅｓｔｅｒｎ Ｇｈａｔｓ，Ｋｅｒａｌａ，Ｉｎｄｉａ ［Ｊ］．Ａｐｐｌｉｅｄ Ｇｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２０１５，６３：４５６－４７１．

［１８］ 金陽(yáng)，姜月華，董賢哲，等．浙江寧波平原地下水水化學(xué)特征及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)［Ｊ］．中國(guó)地質(zhì)，２０２２，４９（５）：１５２７－１５４２．

［１９］ ＲＯＵＡＢＨＩＡ Ａｂｄｅｌｋａｄｅｒ，ＤＪＡＢＲＩ Ｌａｒｂｉ，ＨＡＤＪＩ Ｒｉｈａｂ，ｅｔ ａｌ．Ｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ ｆｒｏｍ Ｓｈａｌｌｏｗ Ａｑｕｉｆｅｒ Ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ Ｆｅｔｚａｒａ Ｌａｋｅ Ｎ．Ｅ．Ａｌｇｅｒｉａ［Ｊ］．Ａｒａｂｉａｎ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，２０１２，５（１）：１－１３．

［２０］ 楊艷林，靖晶，齊信，等．贛州北部丘陵山區(qū)淺層地下水化學(xué)特征及成因分析［Ｊ］．中國(guó)地質(zhì)調(diào)查，２０２３，１０（６）：６０－６８．

［２１］ 彭紅霞，侯清芹，曾敏，等．雷州半島地下水化學(xué)特征及控制因素分析［Ｊ］．環(huán)境科學(xué)，２０２１，４２（１１）：５３７５－５３８３．

［２２］ 韓貴琳，劉叢強(qiáng)．貴州喀斯特地區(qū)河流的研究：碳酸鹽巖溶解控制的水文地球化學(xué)特征［Ｊ］． 地球科學(xué)進(jìn)展，２００５，２０（４）：３９４－４０６．

［２３］ 雷琨，何守陽(yáng)，劉璽，等．巖溶易旱區(qū)地下水水文地球化學(xué)特征及其控制因素：以興仁縣為例［Ｊ］．地球與環(huán)境，２０１６，４４（６）：６１９－６２７．

［２４］ 郭高軒，代垠東，許亮，等．北京西山巖溶地下水化學(xué)特征及成因分析［Ｊ］．環(huán)境科學(xué)，２０２４，４５（２）：８０２－８１２．

【責(zé)任編輯 呂艷梅】

基金項(xiàng)目：中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目（ ＤＤ２０２３０４８１，ＤＤ２０２４２４６１）