地下水循环过程中发生了多种水化学反应,伴随的稳定同位素分馏为识别水化学反应过程提供了有效手段。本论文在全面分析鄂尔多斯高原白垩系地下水循环规律及可能的水化学反应基础上,选取合适的同位素开展地下水循环不同环节水化学反应的识别方法和定量计算研究。为了揭示HCO₃^-是研究区绝大多数样品的优势阴离子这一现象的机理,选取Sr²⁺同位素分析了其来源。对于补给区地下水,选取雨水、硅酸盐矿物及方解石作为端元,对于排泄区地下水,选取补给区地下水和方解石作为端元,定量计算了各个端元对Sr²⁺同位素的贡献。计算结果表明,补给区地下水中的Sr²⁺主要来源于硅酸盐风化,而排泄区地下水中的Sr²⁺则主要来源于碳酸盐溶解。为了揭示补给区至排泄区中部地下水中Mg²⁺、K⁺等阳离子显著下降的成因,借助Mg同位素分析了其去除机理。选取补给区地下水及方解石为端元,定量计算了方解石溶解对δ²⁶Mg的影响;基于瑞利分馏过程,定量计算了粘土矿物形成和脱碳酸作用对Mg²⁺去除及δ²⁶Mg的影响。粘土矿物形成这一过程也造成了K⁺的去除。通过对比排泄区不同组别地下水样品点的滞留时间,发现滞留时间对于Mg同位素分馏程度的控制作用。在排泄区深部,存在着SO₄^2-、Ca²⁺以及Na⁺离子浓度随深度显著增大的现象,通过分析排泄区S同位素,选取排泄区中部地下水及下伏侏罗系地下水为端元,识别了侏罗系越流补给白垩系现象;基于瑞利分馏方程计算了脱硫酸作用对排泄区地下水SO₄^2-离子及δ³⁴S的影响。为了揭示水动力场对水化学场的控制作用,对地下水采样点进行了反向质点追踪,得到了流线距白垩系底板距离。通过对比排泄区地下水样品点的这一距离与δ³⁴S值,进一步确认了侏罗系越流对白垩系深部地下水化学组分的影响。本论文利用多种同位素分析地下水循环不同环节的水化学反应,加深了对地下水循环的水动力过程和水化学演化过程的认识,对研究其他地区地下水循环具有重要的参考价值。