湖南新田富锶地下水水化学特征与成因分析

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2018.03.13

现代地质 ›› 2018, Vol. 32 ›› Issue (03): 554-564.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2018.03.13

• 水文地质与环境地质学 • 上一篇下一篇

湖南新田富锶地下水水化学特征与成因分析

苏春田¹^,²(), 聂发运³, 邹胜章²(), 赵光帅², 罗飞², 黄奇波², 巴俊杰², 李小盼², 梁嘉鹏², 杨杨²

1.中国地质大学(武汉) 环境学院,湖北武汉 430074
2.中国地质科学院岩溶地质研究所国土资源部/广西壮族自治区岩溶动力学重点实验室,广西桂林 541004
3.中国地质大学(北京) 水资源与环境学院,北京 100083

收稿日期:2017-08-07 修回日期:2017-12-23 出版日期:2018-06-10 发布日期:2023-09-22
通讯作者: 邹胜章
作者简介:邹胜章,男,研究员,博士,1969年出生,水文地质学专业,主要从事水资源与环境工程方面的研究工作。Email:zshzh@karst.ac.cn。
苏春田,男,高级工程师,博士研究生,1981年出生,水文地质学专业,主要从事岩溶水文地质环境地质方面的研究。Email:suchuntian@karst.ac.cn。
基金资助:
中国地质调查项目(DD20160303);中国地质调查项目(DD20160301);中国地质调查项目(DD20160285)

Hydrochemical Characteristics and Formation Mechanism of Strontium-rich Groundwater in Xintian County,Hunan Province

SU Chuntian¹^,²(), NIE Fayun³, ZOU Shengzhang²(), ZHAO Guangshuai², LUO Fei², HUANG Qibo², BA Junjie², LI Xiaopan², LIANG Jiapeng², YANG Yang²

1. School of Environmental Studies,China University of Geosciences,Wuhan, Hubei 430074,China
2. Key Laboratory of Karst Dynamics,Ministry of Land and Resources/Guangxi Zhuang Autonomous Region,Institute of Karst Geology,Chinese Academy of Geological Sciences, Guilin, Guangxi 541004,China
3. School of Water Resources and Environment,China University of Geosciences,Beijing 100083,China

Received:2017-08-07 Revised:2017-12-23 Online:2018-06-10 Published:2023-09-22
Contact: ZOU Shengzhang

摘要/Abstract

摘要：

研究湖南新田富锶地下水水化学特征及成因,为富锶地下水的可持续利用与开发提供理论依据。对研究区21个下降泉、30个机井富锶地下水样品的水化学类型、化学成分含量特征、成分间相关性以及离子比值的研究。结果表明:下降泉水化学类型全部为HCO₃-Ca型,机井水化学类型以HCO₃-Ca、HCO₃-Ca·Mg型为主。相关分析表明,下降泉和机井中SO₄^2-与Ca²⁺、Mg²⁺均表现显著相关或极显著相关,HCO₃^-与Ca²⁺、SO₄^2-与NO₃^-在下降泉与机井中的相关性具有差异,下降泉、机井Sr与Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃^-均表现为极显著相关。Gibbs图表明下降泉和机井的水化学组成主要受水-岩相互作用的控制,下降泉、机井c(Ca²⁺)/c(Mg²⁺)、c(HCO₃^-)/c(SO₄^2-+Cl^-)、c(Na⁺)/c(Cl^-)、c(Cl^-)/c(Ca²⁺)系数比值具有差异。结果表明富Sr地下水的形成受碳酸盐岩成分影响显著,赋存条件的差异导致富锶地下水在下降泉、机井中的水化学特征、相关性以及离子系数比值的差异。

关键词: 水化学特征, 离子比例系数法, 富锶地下水, 新田, Gibbs图

Abstract:

To provide a theoretical basis for the sustainable utilization and development of strontium-rich groundwater, we described the chemical characteristics and discussed the possible origin of the strontium-rich groundwater in Xintian, Hunan.The hydrochemical types, chemical compositions, and correlations between components and ionic ratio of strontium-rich groundwater samples from 21 descending springs and 30 wells are presented.The results show that the chemical types of descending springs are all HCO₃-Ca type, whilst those of wells are mainly HCO₃-Ca and HCO₃-Ca·Mg types.The correlation analysis shows that the SO₄^2- and Ca²⁺ and Mg²⁺ in the descending springs and the wells are colsely correlated,and HCO₃^- vs.Ca²⁺, SO₄^2- vs.NO₃^- correlations are different in the descending springs and the pumped wells.Strontium is strongly correlated with Ca²⁺,Mg²⁺ and HCO₃^- in descending springs and wells.Gibbs control chart shows that decrease of water spring and well chemical composition is mainly affected by water rock interaction, and the Ca²⁺/Mg²⁺,HCO₃^-/(SO₄^2-+Cl^-),Na⁺/Cl^-,Cl^-/Ca²⁺ ratios are different in descending springs and pumped wells. All the results show that the formation of Sr-rich groundwater is significantly affected by the carbonate composition. The difference of the reservoir conditions may have led to the varying hydrochemical characteristics, correlation and the ratio of ionic coefficient of strontium-rich groundwater in descending springs and pumped wells.

Key words: hydrochemical characteristic, ion scale coefficient method, strontium rich groundwater, Xintian county,Hunan, Gibbs diagram

中图分类号:

P641

苏春田, 聂发运, 邹胜章, 赵光帅, 罗飞, 黄奇波, 巴俊杰, 李小盼, 梁嘉鹏, 杨杨. 湖南新田富锶地下水水化学特征与成因分析[J]. 现代地质, 2018, 32(03): 554-564.

SU Chuntian, NIE Fayun, ZOU Shengzhang, ZHAO Guangshuai, LUO Fei, HUANG Qibo, BA Junjie, LI Xiaopan, LIANG Jiapeng, YANG Yang. Hydrochemical Characteristics and Formation Mechanism of Strontium-rich Groundwater in Xintian County,Hunan Province[J]. Geoscience, 2018, 32(03): 554-564.

图/表 12

参考文献 30

[1]	李炳华, 崔学慧, 朱亚雷, 等. 北京市朝阳区地下水化学特征及其变化规律[J]. 水资源保护, 2012, 28(5):7-12.
[2]	洪涛, 谢运球, 喻崎雯, 等. 乌蒙山重点地区地下水水化学特征及成因分析[J]. 地球与环境, 2016, 44(1):11-18.
[3]	栾风娇, 周金龙, 贾瑞亮, 等. 新疆巴里坤—伊吾盆地地下水水化学特征及成因[J]. 环境化学, 2017, 36(2):380-389.
[4]	龚星, 陈植华, 罗朝晖. 罗河铁矿水文地球化学特征及成因[J]. 地球科学——中国地质大学学报, 2014, 39(3):293-302.
[5]	刘庆宣, 王贵玲, 张发旺. 矿泉水中微量元素锶富集的地球化学环境[J]. 水文地质工程地质, 2006, 23(6):19-23.
[6]	苏春田, 黄晨晖, 邹胜章, 等. 新田县地下水锶富集环境及来源分析[J]. 中国岩溶, 2017, 36(5):1-8.
[7]	苏春利, 李义连, 王焰新. 深圳市东湖矿泉水形成机理探讨[J]. 地质科技情报, 2003, 22(4):85-90.
[8]	赵广涛, 李玉瑛, 曹钦臣, 等. 青岛西北地区矿泉水的水化学特征与形成机理[J]. 青岛海洋大学学报, 1998, 28(1):135-141.
[9]	夏日元, 蒋忠诚, 邹胜章, 等. 岩溶地区水文地质环境地质综合调查工程进展[J]. 中国地质调查, 2017, 4(1):1-10.
[10]	苏春田, 张发旺, 夏日元, 等. 湖南新田发现大型富锶矿泉水及机理研究[J]. 中国地质, 2017, 44(5):208-209.
[11]	徐建华. 现代地理学中的数学方法[M]. 北京: 高等教育出版社, 2002:30-35.
[12]	黄奇波, 覃小群, 刘朋雨, 等. 酸雨对桂林枯水期岩溶地下水δ¹³C_DIC及碳汇效应的影响[J]. 地球科学——中国地质大学学报, 2015, 40(7):1237-1247.
[13]	林永生, 裴建国, 杜毓超, 等. 基于多元统计方法的岩溶地下水化学特征及影响因素[J]. 环境化学, 2016, 35(11):2394-2401.
[14]	曹敏, 沈立成, 肖琼, 等. 基于SPSS的岩溶地下水质变化及其影响因素——以重庆金佛山表层岩溶地下水为例[J]. 湖南师范大学自然科学学报, 2012, 5(2):82-87.
[15]	郎赟超, 刘丛强, 赵志琦, 等. 贵阳市地表水地下水化学组成:喀斯特水文系统水-岩反应及污染特征[J]. 水科学进展, 2005, 16(6):826-832.
[16]	郎赟超, 刘丛强, 韩贵琳, 等. 贵阳市地表水/地下水化学与锶同位素研究[J]. 第四纪研究, 2005, 25(5):655-662.
[17]	马振民, 刘立才, 陈鸿汉, 等. 山东泰安岩溶水系统地下水化学环境演化[J]. 现代地质, 2002, 16(4):423-428.
[18]	樊连杰, 裴建国, 杜毓超, 等. 广西红水河中下游澄江地区地下水地球化学特征[J]. 现代地质, 2015, 29(4):959-966.
[19]	章光新, 邓伟, 何岩, 等. 中国东北松嫩平原地下水水化学特征与演变规律[J]. 水科学进展, 2006, 17(1):20-28.
[20]	吴起鑫, 韩贵林, 陶发翔, 等. 西南喀斯特农村降水化学研究:以贵州普定为例[J]. 环境科学, 2011, 32(1):26-32.
[21]	HAN G L, LIU Q C. Strontium isotope and major ion chemistry of the rainwaters from Guiyang,Guizhou Province,China[J]. Science of the Total Environment, 2006, 364(1/3):165-174. DOI URL
[22]	张群利, 郭会荣, 吴孔军, 等. 荥巩矿区岩溶地下水系统的水文地球化学特征及其指示意义[J]. 水文地质工程地质, 2011, 38(2):1-7.
[23]	FETH J H, GIBBBS R J. Mechanisms controlling world water chemistry:evaporation-crystallization process[J]. Science, 1971, 172:870-872. DOI URL
[24]	KILHAM P. Mechanisms controlling the chemical composition of lakes and rivers:data from Africa[J]. Limnology and Oceanography, 1990, 35(1):80-83. DOI URL
[25]	NEGREL P. Geochemical study of a granitic area-the Margeride Mountains,France:chemical element behavior and ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr constraints[J]. Aquatic Geochemistry, 1999, 5(2):125-165. DOI URL
[26]	韩宇, 卞建民, 谷天雪, 等. 松原市地下水水化学参数特征及变化规律[J]. 吉林农业大学学报, 2016, 38(2):175-181.
[27]	刘立才, 陈鸿汉, 杨仪, 等. 苏锡常地区浅层地下水特征及其成因初探[J]. 中国地质, 2008, 35(1):117-122.
[28]	黄奇波, 覃小群, 刘朋雨, 等. 非岩溶水和硫酸参与溶蚀对湘南地区地下河流域岩溶碳汇通量的影响[J]. 地球科学进展, 2017, 32(3):307-318. DOI
[29]	黄奇波, 覃小群, 刘朋雨, 等. 乌江中上游段河水主要离子化学特征及控制因素[J]. 环境科学, 2016, 37(5):1779-1787.
[30]	张祖新, 廖桂英, 喻畅. 带跌坎的消力池充水过程水力特性的试验研究[M]. 水电能源科学, 2010, 28(10):49-52.

项目	下降泉(n=21)						机井(n=30)
项目	最小值	最大值	平均值	标准差	变异系数/%		最小值	最大值	平均值	标准差	变异系数/%
pH	6.76	7.81	7.07	0.30	4.25	6.74		7.90	7.20	0.27	3.79
TDS/(mg/L)	201.48	395.92	291.57	63.27	21.70	239.74		732.81	425.66	114.87	26.99
硬度/(mg/L)	181.71	351.57	262.61	53.04	20.20	82.02		612.20	318.84	101.03	31.69
K⁺/(mg/L)	0.07	3.82	1.06	1.17	110.88	0.36		19.17	2.51	3.42	135.91
Na⁺/(mg/L)	0.52	15.68	3.56	4.57	128.53	0.87		219.72	35.05	47.30	134.96
Ca²⁺/(mg/L)	69.16	131.14	100.13	18.17	18.15	14.85		156.95	88.04	34.49	39.18
Mg²⁺/(mg/L)	2.04	6.76	3.98	1.60	40.24	4.08		58.22	24.03	15.56	64.73
Cl^-/(mg/L)	1.40	19.66	4.96	5.14	103.59	1.68		88.78	16.64	18.28	109.87
SO₄^2-/(mg/L)	5.29	41.78	16.35	11.58	70.83	5.18		236.34	38.84	42.33	108.98
HCO₃^-/(mg/L)	222.07	398.43	299.52	50.16	16.75	248.20		630.30	407.74	84.25	20.66
NO₃^-/(mg/L)	1.80	24.51	6.33	6.25	98.74	1.78		43.14	5.12	7.45	145.47
Sr/(mg/L)	0.24	0.67	0.38	0.11	30.34	0.30		8.47	2.76	2.29	83.01
ZT⁺/(meq/L)	3.66	7.12	5.50	1.14	20.72	4.40		13.03	7.96	2.04	25.60
ZT^-/(meq/L)	3.84	7.05	5.49	1.08	19.71	4.45		13.08	8.04	2.06	25.66
NICB/%	-2.30	1.44	0.04	0.93	2 376.02	-2.06		1.40	-0.53	0.82	-152.54

项目	下降泉(n=21)						机井(n=30)
项目	最小值	最大值	平均值	标准差	变异系数/%		最小值	最大值	平均值	标准差	变异系数/%
pH	6.76	7.81	7.07	0.30	4.25	6.74		7.90	7.20	0.27	3.79
TDS/(mg/L)	201.48	395.92	291.57	63.27	21.70	239.74		732.81	425.66	114.87	26.99
硬度/(mg/L)	181.71	351.57	262.61	53.04	20.20	82.02		612.20	318.84	101.03	31.69
K⁺/(mg/L)	0.07	3.82	1.06	1.17	110.88	0.36		19.17	2.51	3.42	135.91
Na⁺/(mg/L)	0.52	15.68	3.56	4.57	128.53	0.87		219.72	35.05	47.30	134.96
Ca²⁺/(mg/L)	69.16	131.14	100.13	18.17	18.15	14.85		156.95	88.04	34.49	39.18
Mg²⁺/(mg/L)	2.04	6.76	3.98	1.60	40.24	4.08		58.22	24.03	15.56	64.73
Cl^-/(mg/L)	1.40	19.66	4.96	5.14	103.59	1.68		88.78	16.64	18.28	109.87
SO₄^2-/(mg/L)	5.29	41.78	16.35	11.58	70.83	5.18		236.34	38.84	42.33	108.98
HCO₃^-/(mg/L)	222.07	398.43	299.52	50.16	16.75	248.20		630.30	407.74	84.25	20.66
NO₃^-/(mg/L)	1.80	24.51	6.33	6.25	98.74	1.78		43.14	5.12	7.45	145.47
Sr/(mg/L)	0.24	0.67	0.38	0.11	30.34	0.30		8.47	2.76	2.29	83.01
ZT⁺/(meq/L)	3.66	7.12	5.50	1.14	20.72	4.40		13.03	7.96	2.04	25.60
ZT^-/(meq/L)	3.84	7.05	5.49	1.08	19.71	4.45		13.08	8.04	2.06	25.66
NICB/%	-2.30	1.44	0.04	0.93	2 376.02	-2.06		1.40	-0.53	0.82	-152.54

项目	Sr	K⁺	Na⁺	Ca²⁺	Mg²⁺	Cl^-	SO₄^2-	HCO₃^-	NO₃^-	pH	TDS	TH
Sr	1
K⁺	-0.124
Na⁺	0.176	0.834^**	1
Ca²⁺	0.587^**	0.447^*	0.446^*	1
Mg²⁺	0.747^**	0.321	0.394	0.848^**	1
Cl^-	0.011	0.920^**	0.953^**	0.458^*	0.300	1
SO₄^2-	0.379	0.795^**	0.840^**	0.677^**	0.694^**	0.815^**	1
HCO₃^-	0.642^**	0.260	0.299	0.963^**	0.828^**	0.276	0.498^*	1
NO₃^-	0.079	0.679^**	0.657^**	0.382	0.359	0.706^**	0.677^**	0.184	1
pH	0.006	-0.073	-0.070	-0.081	0.100	-0.090	0.060	-0.123	0.217	1
TDS	0.542^*	0.637^**	0.671^**	0.959^**	0.843^**	0.664^**	0.835^**	0.876^**	0.554^**	-0.055	1
TH	0.618^**	0.439^*	0.447^*	0.998^**	0.882^**	0.445^*	0.691^**	0.962^**	0.385	-0.059	0.961^**	1

项目	Sr	K⁺	Na⁺	Ca²⁺	Mg²⁺	Cl^-	SO₄^2-	HCO₃^-	NO₃^-	pH	TDS	TH
Sr	1
K⁺	-0.124
Na⁺	0.176	0.834^**	1
Ca²⁺	0.587^**	0.447^*	0.446^*	1
Mg²⁺	0.747^**	0.321	0.394	0.848^**	1
Cl^-	0.011	0.920^**	0.953^**	0.458^*	0.300	1
SO₄^2-	0.379	0.795^**	0.840^**	0.677^**	0.694^**	0.815^**	1
HCO₃^-	0.642^**	0.260	0.299	0.963^**	0.828^**	0.276	0.498^*	1
NO₃^-	0.079	0.679^**	0.657^**	0.382	0.359	0.706^**	0.677^**	0.184	1
pH	0.006	-0.073	-0.070	-0.081	0.100	-0.090	0.060	-0.123	0.217	1
TDS	0.542^*	0.637^**	0.671^**	0.959^**	0.843^**	0.664^**	0.835^**	0.876^**	0.554^**	-0.055	1
TH	0.618^**	0.439^*	0.447^*	0.998^**	0.882^**	0.445^*	0.691^**	0.962^**	0.385	-0.059	0.961^**	1

项目	Sr	K⁺	Na⁺	Ca²⁺	Mg²⁺	Cl^-	SO₄^2-	HCO₃^-	NO₃^-	pH	TDS	TH
Sr	1
K⁺	0.017	1
Na⁺	0.395^*	0.071	1
Ca²⁺	-0.480^**	0.183	-0.700^**	1
Mg²⁺	0.814^**	0.029	0.134	-0.119	1
Cl^-	0.354	0.269	0.147	0.193	0.414^*	1
SO₄^2-	0.169	0.249	0.029	0.378^*	0.521^**	0.362^*	1
HCO₃^-	0.559^**	0.114	0.723^**	-0.271	0.517^**	0.256	0.243	1
NO₃^-	-0.074	0.907^**	-0.068	0.239	-0.148	0.180	0.040	-0.043	1
pH	0.203	-0.081	0.618^**	-0.758^**	0.034	-0.131	-0.215	0.227	-0.175	1
TDS	0.453^*	0.355	0.535^**	0.073	0.593^**	0.579^**	0.719^**	0.797^**	0.138	0.012	1
TH	0.107	0.175	-0.512^**	0.777^**	0.533^**	0.427^*	0.653^**	0.096	0.110	-0.625^**	0.439^*	1

湖南新田富锶地下水水化学特征与成因分析

Hydrochemical Characteristics and Formation Mechanism of Strontium-rich Groundwater in Xintian County,Hunan Province

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 12

参考文献 30

相关文章 12

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	李泽岩, 曹文庚, 王卓然, 李谨丞, 任宇. 内蒙古河套灌区浅层地下水化学特征和灌溉适宜性分析[J]. 现代地质, 2022, 36(02): 418-426.
[2]	李波, 吴璇, 张翼飞, 徐聪聪, 刘春伟, 关琴, 罗斐. 山东柴汶河下游古近系朱家沟组含水岩组水文地质特征及地下水富集模式[J]. 现代地质, 2021, 35(03): 675-681.
[3]	张振国, 何江涛, 王磊, 彭聪. 衡水地区深层地下水水化学特征及其演化过程[J]. 现代地质, 2018, 32(03): 565-573.
[4]	吴初, 武雄, 钱程, 朱阁. 内蒙古杭锦旗气田区地下水化学特征及其形成机制[J]. 现代地质, 2017, 31(03): 629-636.
[5]	赵凯，郭华明，高存荣. 北方典型内陆盆地高砷地下水的水化学特征及处理技术[J]. 现代地质, 2015, 29(2): 351-360.
[6]	刘元晴，曾溅辉，周乐，翟圣佳. 惠民凹陷沙河街组地层水化学特征及其成因[J]. 现代地质, 2013, 27(5): 1110-1119.
[7]	万继涛, 郝奇琛, 巩贵仁, 苏晨, 崔亚莉，刘倩. 鲁西南地区高氟水分布规律与成因分析[J]. 现代地质, 2013, 27(2): 448-453.
[8]	沈杨，何江涛，王俊杰，杨广元，刘丽雅. 基于多元统计方法的地下水水化学特征分析：以沈阳市李官堡傍河水源地为例[J]. 现代地质, 2013, 27(2): 440-447.
[9]	林晓英, 曾溅辉, 杨海军, 张宝收, 曲正阳. 塔里木盆地哈得逊油田石炭系地层水化学特征及成因[J]. 现代地质, 2012, 26(2): 377-383.
[10]	黄平华, 陈建生, 宁超, 韩素敏. 焦作矿区地下水水化学特征及其地球化学模拟[J]. 现代地质, 2010, 24(2): 369-376.
[11]	李向全，侯新伟，周志超，刘玲霞. 太原盆地地下水系统水化学特征及形成演化机制[J]. 现代地质, 2009, 23(1): 1-8.
[12]	张森琦，李惠娣，许国成，石维栋，周金元，尚小刚. 青海西宁城南新区杜家庄地热田地下水的地球化学特征[J]. 现代地质, 2007, 21(1): 163-169.