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本文为了得到相对准确的地下水年龄数据,研究展开了如下工作:首先通过对太原市地下水动力场、水化学场以及同位素特征的研究与分析,确定了地下水的水流路径、矿物相的组成以及水流补给来源。然后在此基础之上,利用现代地球化学模拟技术NETPATH软件,通过地下水化学质量平衡模型和同位素质量迁移模型的耦合,对研究区水流路径上的地下水的化学演化进行反向地球化学模拟,揭示地下水溶解无机碳的行为机制,识别出影响地下水演化过程<14>C浓度变化的反应路径。最后利用NETPATH软件对地下水<14>C年龄进行精确校正,并对研究区域的地下水可更新能力作出评价。
通过以上的研究主要得出以下几点结论:
1、对地下水水动力场的分析与研究,得出深层孔隙水受地方开采的影响较大,形成降落漏斗,区域的水流形式改由北向南径流为由四周向漏斗中心径流;岩溶水水位也受到不同程度的影响,总体上岩溶水水位呈不断下降趋势。整个岩溶水流动系统包括东山、西山以及一部分北山岩溶水分别以不同流速、不同渠道向盆地凹陷方向径流,对盆地进行侧向补给,盆地内水流路径基本是由北至南。
2、由水化学特征的分析结果可知,深层孔隙水的水化学类型分布从山前到盆地依次有SO<,4>-HCO<,3>、HCO<,3>-SO<,4>型、HCO<,3>型等水化学类型,部分形成的水质很差的孔隙水与当地的农业灌溉以及人为因素的影响有关。研究区域的岩溶水基本上与孔隙水不存在明显的水力联系,总体上岩溶水水化学类型分为两人类,一类是硫酸型水,主要为分布于神堂沟热水区域DR03和盆地凹陷区域DR06两点,另一类是主要是硫酸-碳酸型水,为分布于两边山西北方向径流区域的DR08、西边山断裂带处的DR05和DRl0两点以及东边山伞儿树热田区域的DR09点,其中DR08属于径流区域,水化学类型相对其他岩溶水样而言,水质较好。DR03和DR06两点的硫酸根离子浓度最高,主要是岩溶水在径流的过程中溶解石膏的缘故,使得硫酸根离子浓度偏大。同时DR03、DR06和DR09三处的温度相对偏高,是典型的岩溶热水,其硅平和氟离子含量与温度密切相关都比较高。
3、对同位素的研究,通过测试的低氚值结果、作出的氧氘值的关系图以及计算出的补给高度值,可知岩溶水基本不受石炭二叠系煤系水的影响,地下水埋藏深度大、径流途径远,基本上没有现代水的补给,是水循环速度十分缓慢的古水。岩溶水主要由大气降水补给,其补给来源都是来自山区较高点,但来源有可能各自不同,不过说明了一点就是含水层的补给区都是在较远的山区一带。
4、通过比较水温、氟离子含量、硅含量以及现代碳百分比的值,在加上对区域的水文地质的认识,初步选定出了水流路径,同时在矿物项和约束条件也选定的情况下进行NETPATH反向地球化学模拟,首先由DB程序计算得出了饱和指数的值,通过模拟得出了基本的水化学反应,即在整个水流路径上,石膏的溶解占主导地位,由于石膏以及少部分萤石的溶解使得水中钙离子浓度增大,在同离子效应支配下,CaCO<,3>沉淀。
5、用NETPATH进行研究区域地下水的<14>C年龄校正,最后测出的年龄值是介于初始水样DRO8到终端水样DR03的滞留时间,对于DR03的最终年龄还要加上初始水样DR08的年龄值,因此最后得出的DR03年龄为12328年。比实测的年龄小5000千年左右,主要原因是实测的没有考虑水流流经过程中所发生的反应,没有考虑到地下水溶解了过多的“死碳”稀释了<’14>C的浓度,因而不加校正测得的年龄就偏老。NTEPAHT就是全面考虑到了这些反应的影响,从而进行精确的地下水<14>C年龄校正。
在用NETPATH校正年龄的同时,也进行了传统的校正模型计算,由于资料少的缘故,NETPATH计算出来的年龄值不能与传统的校正模型进行比较。但是通过传统的校正模型计算出来的研究区域所有水样的<14>C年龄,可以发现,水样取样深度不一,年龄也相差甚远,这与水流交替作用的影响是密不可分的。