甘肃北山地区是我国高放废物地质处置库首选预选区，前人对该区地质、水文地质条件做过较为深入的研究，取得了一些突破性的认识。然而，对深部地下水化学特征及成因研究主要限于北山预选区范围的调查成果，对其南部祁连山-河西走廊地区和东北部额济纳旗地区地下水与北山地下水之间关系的研究工作尚不够全面。因此，本论文以“北山预选区重点地段地下水化学特征及深部地下水成因研究”(编号21104001100)课题为依托，系统开展了北山预选区重点地段及邻区深部地下水水文地球化学特征与形成机制研究，研究成果对评价北山高放核废物地质处置库安全性具有重要意义。
　　本论文以祁连山北麓-河西走廊、北山和黑河三个地下水系统的地下水化学及同位素水文地球化学特征为研究主线，通过水文地球化学调查与水-岩相互作用水文地球化学模拟，确定了研究区地下水水化学、氢氧同位素、Sr同位素和稀有气体同位素特征，建立了研究区大气降水线方程与大气降水同位素高程效应方程，测定地下水年龄，计算了深部地下水补给高程，对深部地下水成因机制进行了探讨。
　　研究结果表明，研究区大气降水线方程与同位素高程效应方程分别为δD=7.71δ18O+8.71，δ18O=-0.00558H+7.30、δD=-0.04476H+66.68。祁连山北麓-河西走廊地区赋存于碎屑沉积岩含水层中的深部地下水水化学类型为SO4·Cl-Mg·Ca型或SO4·Cl-Na·Mg·Ca型，补给来源为大气降水、祁连山冰雪融化水和浅部地下水，补给高程为2507~3276m，14C平均年龄为7250a。北山地下水系统赋存于花岗岩裂隙中的深部地下水水化学类型主要为Cl·SO4-Na型，其补给来源为西部音凹峡地区浅部地下水，也可能接受河西走廊北部花海地区深部地下水补给，补给高程低于2385~3274m，14C平均年龄为11672a。黑河地下水系统埋藏于巨厚冲洪积含水层中的深部地下水水化学类型为SO4·Cl-Na型、SO4-Na·Mg型和SO4·Cl·HCO3-Na·Mg型，补给来源为大气降水和浅部地下水，补给高程在2443~3091m，其14C年龄为3107~35505a。
　　本论文从地下水化学、同位素地球化学及水文地球化学模拟角度，阐明了祁连山-河西走廊地区、北山地区及黑河流域深部地下水的水化学与同位素地球化学特征，确定了北山深部地下水补给高程与地下水年龄，揭示了北山花岗岩深部地下水主要来自其西部音凹峡地区浅部地下水补给的形成机制。这些研究成果可以为北山预选区重点地段高放核废物地质处置库安全性评价提供科学依据。