苏锡常地区地下水同位素研究新进展

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  姜月华¹ 吴登定^2，3 贾元¹ 许乃政¹ 王敬东¹

  （1.南京地质矿产研究所，南京210016；2.中国地质，北京100083；3.中国地质调查局，北京100011）

  摘要：通过对苏锡常地区地下水同位素（氘、氧、硫、氮、氚和碳－14）地球化学研究，发现苏锡常深层承压水总体上未受到污染，而浅层地下水则受到了不同程度污染；认为常州地区和苏州无锡地区深层地下水（主采层）可能属于两个不同的含水层系统，含水层系统互相不连通或连通不畅；苏锡常地区由于长期过量超采深层地下水，地下水侧向迳流显示出向开采中心流动的特征，但是地下水流动仍是极其缓慢；深层地下水总体处于半封闭－封闭状态，深层地下水年龄在1.0～3.8万年不等，其中，沿苏锡常三城市一线（即开采中心区域）地下水年龄最老，向两侧地下水年龄则逐渐变新。

  关键词：苏锡常；地下水；氢氧同位素；硫同位素；氮同位素；碳同位素

  1 引言

  苏锡常地区位于中国长江三角洲南缘平原区，面积1.6万km²。该区基岩出露零星，第四纪地层广泛分布。第四纪地层沉积厚度自西向东、自南向北由80～230m，自下而上从下更新统至全新统发育齐全。根据地下水赋存的含水介质和水力特性，苏锡常平原地区第四纪松散岩类中可划分出四个含水层组：潜水、微承压含水层组、第1承压含水层组、第2承压含水层组和第3承压含水层组。各层次地下水深度为潜水5～8m、微承压含水层15～18m、第1承压水38～50m、第2承压水94～123m、第3承压水110～176m。

  本次工作主要通过对苏锡常地区地下水环境同位素（氘、氧、硫和氮）和放射性同位素（氚和碳－14）组成的研究，探索苏锡常地区地下水补迳排条件、超采地下水引起的流场变化以及苏锡常地区地下水污染状况。

  2 取样和测试

  本次工作共采集放射性同位素碳（¹⁴C）27组、氚（³H）88组，环境同位素氘（²H）、氧（¹⁸O）88个，硫（³⁴S）56组，根中氮、氧同位素（¹⁵N－NO₃、¹⁵O－NO₃）30组，此外，还采集了88组水质全分析样。取样原则是以地下水为主，适量采集地表江、河、湖水和大气降水；以区域地下水主采层（第2承压水）和潜水为主，同时兼顾采集其他不同层次的地下水。放射性同位素碳（¹⁴C）和氚（³H）在中国地震局地质研究所地震动力学重点实验室测试，环境同位素氘（²H）、氧（¹⁸O）和硫（³⁴S）在中国地质科学院矿床地质研究所同位素实验室测试，根中氮、氧同位素（¹⁵N－NO₃、¹⁵O－NO₃）在中国地质环境学院同位素实验室测试，水质全分析样在南京地质矿产研究所实验室测试。

  3 讨论和结论

  3.1 氘、氧同位素

  地下水氘、氧同位素研究表明，常州地区深层承压含水层组：δD：－64.3‰～－71.2‰，δ¹⁸O：－8.3‰～－6.4‰；苏州无锡地区深层承压含水层组以及部分潜水、微承压含水层组：δD：－58‰～－41‰，δ¹⁸O：－8.4‰～－6.0‰。苏锡常地区潜水、微承压含水层和大气降水：δD：－55‰～－41‰，δ¹⁸O：－3.0‰～－5.0‰；部分常州地区和苏州无锡地区各含水层组的样品：δD：－62‰～－42‰，δ¹⁸O：－6.5‰～－5.0‰。常州地区的潜水、微承压水和承压水样品与苏州无锡地区潜水和微承压水样品的样点均落在大气降水线下方，反映这些地下水均来自在大气降水或地表迳流补给，补给之前均受到不同程度的蒸发；而苏州无锡地区深层承压水和部分潜水、微承压水样品的水样点均落在大气降水线上或附近，可能由于水岩相互作用－水解作用，使重同位素氧－18耗损所致。

  苏锡常地区地下水补给来源主要是大气降水和部分地表水，人工开采和蒸发是其主要排泄方式。苏锡常地区深层地下水径流十分缓慢，总体上处于封闭－半封闭状态。常州地区和苏州无锡地区深层地下水含水层（主采层）可能系两个不同的含水层系统，两含水层系统互相不连通或连通不畅，这也与当时古地理背景、放射性氚和碳同位素特征相吻合。

  3.2 氚同位素

  氚同位素研究表明，苏锡常地区潜水氚值范围在3.74～27.43TU之间；微承压水氚值1.98～26.68TU；第1承压水氚值6.05～13.52TU；第2和第3承压水氚值0.04～23.27TU。潜水、微承压和第1承压含水层受降水和地表水混合程度较第2、3承压含水层高。从氚、氧同位素关系可知，苏州无锡地区深层地下水样品氚小于3TU，δ¹⁸O界于－6.2‰～－9.0‰，表示地下水与远古的补给有关，而与现代水含水系统无关；苏锡常地区潜水和微承压水氚值总体在19～28TU之间，δ¹⁸O在－3.8‰～－6.0‰之间，为现代水，与50年代以来降水和地表水补给有关。

  3.3 14C同位素

  对苏锡常地区地下水¹⁴C同位素研究表明，深层含水层地下水年龄总体在1.0万～3.8万年之间。在地面沉降中心的常州地区深层地下水年龄为2.0万～3.0万年，苏州无锡地区为3.0万～3.8万年。深层地下水年龄结果表明沿苏锡常三城市一线（即开采中心区域）地下水年龄最老，向两侧地下水年龄则逐渐变新，反映了区域地下水流场变化为在苏锡常三城市一线的北东侧，地下水向西南方向流动；在苏锡常三城市一线的西南侧，地下水向北东方向流动，但是，这种流动是极其缓慢的。

  3.4 硫同位素

  通过对苏州无锡地区不同含水层组样品的硫同位素研究，发现浅层地下水和深层地下水δ³⁴S值差异十分显著。深层承压含水层样品中δ³⁴S值含量最高，范围在50‰～75‰之间；潜水和地表水δ³⁴S值含量最低，范围在5‰～19‰之间；微承压和第Ⅰ承压含水层介于中间，范围在20‰～45‰之间。从地表水和潜水→第1承压水和微承压含水→第2承压水明显反映了δ³⁴S值呈现逐渐升高的趋势。地下水中δ³⁴S值与

  华东地区地质调查成果论文集:1999~2005

  含量呈明显的反比关系，即浅层地下水及地表水中

  华东地区地质调查成果论文集:1999~2005

  含量越高，δ³⁴S值越低，深层承压水中

  华东地区地质调查成果论文集:1999~2005

  含量越低，δ³⁴S值越高。硫同位素研究结果表明，苏州无锡地区深层承压水及部分微承压水未受到污染（δ³⁴S值绝大多数均小于＋20‰）；而潜水和地表水大多数δ³⁴S值含量低

  华东地区地质调查成果论文集:1999~2005

  含量高，表明了潜水和地表水明显受到污染，污染主要系雨影响，与当地发达大量燃煤使SO₂进入大气后溶入降水而达地下有关。

  3.5 氮同位素

  通过对常州地区不同含水层组样品的氮同位素研究，发现常州地区浅层地下水δ¹⁵N检出率（90％）远远大于深层地下水（40％），这与地下水样品中的 含量实际测试结果浅层地下水 含量大于深层地下水相吻合，反映了浅层地下水中明显受到 的污染，而深层地下水则几乎未受到污染。常州地区潜水δ¹⁵N平均值（18.27）＞微承压水δ¹⁵N平均值（12.13）＞第1承压水δ¹⁵N平均值（2.16）＞第2承压水δ¹⁵N平均值（5.58）＞第3承压水δ¹⁵N平均值（4.95）。根中的氮同位素与根离子之间呈现出明显的正相关关系，根中的氧同位素与根离子之间呈现出显著的负相关关系。

  潜水和微承压含水层组样品δ¹⁵N为10.03‰～32.83‰，δ¹⁸O12.50‰～20.76‰，反映了多数潜水和微承压水受到了厩肥和污水污染；中深层承压含水层样品（第1承压水、第2承压水、第3承压水）δ¹⁵N为2.163‰～6.208‰，δ¹⁸O17.051‰～23.201‰，以及部分潜水和微承压含水层样品δ¹⁵N为4.818‰～5.160‰，δ¹⁸O17.034‰～18.818‰，反映了 来源于化肥或大气降水。

  参考文献

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  New Research Advance of Groundwater Isotope in Suzhou, Wuxi and Changzhou Area

  Jiang Yuehua¹, Wu Dengding^2,3, Jia Junyuan¹,Xu Naizheng¹, Wang Jingdong¹

  (1. Nanjing Institute of Geology and Mineral Resources, Nanjing 210016;2. China University of Geosciences, Beijing 100083; 3. China Geological Survey, Beijing 100011 )

  Abstract: Based on the study of groundwater isotope (²H and ¹⁸O, ³⁴S, ¹⁵N, ³H, ¹⁴C) in Changzhou, Wuxi and Suzhou area, the authors discover that the deep confined groundwater has no pollution on the whole, but the shallow groundwater are polluted in the different degree in the area. The deep confined aquifers ( main exploitation aquifers) in Changzhou area and in Wuxi and Suzhou area likely belong to two different aquifers. The main exploitation aquifers in Changzhou area are not connected with those in Wuxi and Suzhou area, or they are connected but not expedite. The lateral run-off of groundwater are at present charactered by flowing to exploitation center because of overexploitation deep groundwater during the long time, but the flowing speed of groundwater is still slow wondrously. The deep confined groundwater is in close-semiclose state, the age of groundwater varies from 10000 a to 38000 a. The nearest exploitation center (along the line of three cities of Changzhou, Wuxi and Suzhou), the oldest the age of groundwater; the furthest exploitation center, the newest the age of groundwater.

  Key words: Changzhou; Wuxi and Suzhou area; Groundwater; ²H and ¹⁸O; ³⁴S; ¹⁵N; ³H; ¹⁴C

  浏览 500赞 110时间 2022-09-07