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      應用案例

      首頁      應用案例      2H/1?O/1?O-      Picarro L2140-i(滇東黔西典型巖溶流域地下水中鍶富集特征及成因分析)

      Picarro L2140-i(滇東黔西典型巖溶流域地下水中鍶富集特征及成因分析)

      發表時間:2024-04-17瀏覽量:64

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      鍶是人體生理功能所必需的微量元素之一,對維持人體生理機能具有重要的意義。各類巖石中幾乎都含有鍶元素,尤其在閃長巖、富鈣花崗巖、黏土巖以及碳酸鹽巖中相對富集,是鍶元素物質來源的主要母巖。礦泉水中鍶的含量與含水層鍶豐度存在正相關關系,并且碳酸鹽巖地層含鍶最高,碎屑巖地層次之。鍶在地下水動力作用下遷移和轉化,通過巖石礦物的風化作用、水解溶濾作用等進入地下水中。

       

      滇東黔西地區地下水中鍶較為富集,達到了鍶礦泉水的含量限值。經初步判斷,富鍶地下水主要位于永寧鎮組(T1yn)和關嶺組(T2g)碳酸鹽巖地層中。本文以滇東黔西地區典型巖溶流域為研究對象,深入分析該區富鍶地下水的富集環境和形成機理,以期進一步為天然富鍶礦泉水的開發利用提供科學依據。

       

       
       
       

      樣品采集與測試

       
       
       

       

      為研究岔河流域地下水的中鍶的來源,闡明富鍶地下水分布特征和富集機理,在實地調查的基礎上,以天然泉水露頭和地表溪溝為主,于2020年9月系統采集了基巖裂隙水、碳酸鹽類巖溶水、碳酸鹽巖夾碎屑巖類巖溶水、地表水等樣品,采集水樣共27件,采集&delta;D、&delta;18O和87Sr/86Sr同位素樣品9件,采樣位置見圖1。

       

      圖 1  研究區水文地質簡圖和采樣點分布圖

       

      采樣前先用蒸餾水把聚乙烯塑料瓶清洗干凈,采樣時再用水樣潤洗3次,將取樣瓶放入水中裝滿,其中用于測試鍶元素的水樣現場加入1:1硝酸5mL,使pH<2,并用石蠟密封瓶口。取樣時用便攜式多參數水質測定儀(dzb-718型)現場測定ph、水溫(t)、溶解氧(do)、溶解性總固體(tds)等水化學參數。常規組分由國土資源部成都礦產資源監督檢測中心采用離子色譜儀和電感耦合等離子體發射光譜儀測完成,其中87Sr/86Sr 采用MAT262固體質譜儀測定,&delta;D、&delta;18O采用美國Picarro公司波長掃描光腔衰蕩光譜儀(Wave Scan-Cavity Ring Down Spectrometer)測定,測試精度均滿足分析要求。采集不同地層巖性巖石化學樣品49件,測試巖石中各種微量元素尤其是鍶含量特征。

       

       

       
       
       

      富鍶地下水補給來源

       
       
       

       

      氘(D)、氧(18O)同位素含義為樣品中氘、氧-18與標準平均海水中氘、氧-18同位素比值的相對偏差,&delta;D、&delta;18O值可反映地下水補給來源,識別地下水徑流過程中與圍巖發生的水巖相互作用過程。本次共采集了9 組水樣用于氫氧同位素和87Sr/86Sr同位素的測試,測試結果見表4。研究區地表水和地下水中&delta;18O值范圍為&minus;10.51&permil;~&minus;9.62&permil;,均值為&minus;9.86&permil;;&delta;D值范圍為&minus;72.34&permil;~&minus;65.93&permil;,均值為&minus;69&permil;。將所有水樣氫氧同位素值投影到&delta;D-&delta;18O關系圖中(圖2),可以看出區內所有樣品均落在昆明大氣降雨曲線上,說明研究區地表水和地下水均以當地大氣降水補給為主。

       

      表 1  地表水、地下水同位素數據

      Table 1.  Isotopic sample data of surface water and groundwater

       

      圖 2  研究區水樣品氫氧同位素組成

       

      (全球大氣降水線方程:&delta;D = 8&delta;18O+10;昆明地區大氣降雨線方程:&delta;D = 7.87&delta;18O + 11.09;右下圖為主圖投影點的放大顯示)

       

      氘盈余參數d值(d=&delta;D-8&delta;18O)是示蹤水汽源區的一個重要參數,主要受蒸發作用的影響,蒸發越強,氘盈余值越小。區內d&permil;值在10.4&permil;~13.1&permil;之間,其中地下水均值11.83&permil;,地表水均值11.34&permil;(表1),均接近昆明地區大氣降水均值d(11.09&permil;),表明大氣降水水源區蒸發強度與昆明地區相近,地表水蒸發強度略大于地下水,地下水主要受水-巖作用控制,蒸發濃縮作用對其影響較小。

       

       

       
       
       

      富鍶地下水成因機制探討

       
       
       

       

      天然礦泉水中鍶的富集主要受含水介質中鍶的豐度、與大型構造的關系和水巖作用等的綜合影響。研究區斷裂構造發育較早,但研究區地下水主要以淺循環為主,地下水中鍶質量濃度與構造關系并不明顯。另一方面,研究區地表水和地下水均為大氣降雨補給,不同含水巖組中鍶質量濃度有較大的差別,表明鍶并非來自大氣降雨。綜合分析表明,研究區地下水中鍶的富集主要受到含水介質中鍶的豐度和水巖作用的綜合控制。區內T1yn-T2g含水層地下水中鍶質量濃度普遍較高,鍶主要來源于該地層中方解石的風化溶解,石膏和白云石的溶解對地下水中鍶的富集也有一定貢獻。但就研究區來說,區內白云石和石膏含量均不高,尤其石膏含量很少,兩者都處于不飽和狀態,隨著二者飽和指數的增加,鍶質量濃度有增加的趨勢,但相關關系不是很明顯,表明二者對區內地下水中鍶的貢獻較低。同時,研究區地下水中存在一定的陽離子交換作用,事實上,結合相關分析,Ca2+與Na+、K+相關系數分別為-0.57和-0.26,而Mg2+與Na+、K+相關系數分別為0.09和0.23,表明陽離子交換作用主要為地下水中Ca2+置換含水介質中的Na+、K+,這與方解石飽和而白云石不飽和是一致的。當地下水中Ca2+置換含水介質中的Na+、K+離子時,不利于地下水中鍶的富集;當地下水中的Na+、K+置換含水介質中的Ca2+離子時,則有利于含水介質中鍶的釋出。但工作區陽離子交換作用強度有限,對地下水中鍶的富集影響也有限。另外,人類活動產生的SO42&minus;和NO3&minus;可以加速碳酸鹽巖的風化溶解,有利于含水介質中鍶的釋出,但工作區人類活動對地下水的影響有限,故對地下水中鍶的富集影響可以忽略。

       

       

       

       
       
       

       

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