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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(fā)表時(shí)間:2024-04-17瀏覽量:73

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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(lèi)巖石中幾乎都含有鍶元素,尤其在閃長(cháng)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(zhì)來(lái)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(guān)關(guān)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(dòng)力作用下遷移和轉化,通過(guò)巖石礦物的風(fēng)化作用、水解溶濾作用等進(jìn)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(jīng)初步判斷,富鍶地下水主要位于永寧鎮組(T1yn)和關(guān)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(huán)境和形成機理,以期進(jìn)一步為天然富鍶礦泉水的開(kāi)發(fā)利用提供科學(xué)依據。

 

 
 
 

樣品采集與測試

 
 
 

 

為研究岔河流域地下水的中鍶的來(lái)源,闡明富鍶地下水分布特征和富集機理,在實(shí)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(lèi)巖溶水、碳酸鹽巖夾碎屑巖類(lèi)巖溶水、地表水等樣品,采集水樣共27件,采集δD、δ18O和87Sr/86Sr同位素樣品9件,采樣位置見(jiàn)圖1。

 

圖 1  研究區水文地質(zhì)簡(jiǎn)圖和采樣點(diǎn)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(shí)再用水樣潤洗3次,將取樣瓶放入水中裝滿(mǎn),其中用于測試鍶元素的水樣現場(chǎng)加入1:1硝酸5mL,使pH<2,并用石蠟密封瓶口。取樣時(shí)用便攜式多參數水質(zhì)測定儀(dzb-718型)現場(chǎng)測定ph、水溫(t)、溶解氧(do)、溶解性總固體(tds)等水化學(xué)參數。常規組分由國土資源部成都礦產(chǎn)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(fā)射光譜儀測完成,其中87Sr/86Sr 采用MAT262固體質(zhì)譜儀測定,&delta;D、&delta;18O采用美國Picarro公司波長(cháng)掃描光腔衰蕩光譜儀(Wave Scan-Cavity Ring Down Spectrometer)測定,測試精度均滿(mǎn)足分析要求。采集不同地層巖性巖石化學(xué)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(lái)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(lái)源,識別地下水徑流過(guò)程中與圍巖發(fā)生的水巖相互作用過(guò)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(jiàn)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(guān)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(xiàn)上,說(shuō)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(xiàn)方程:&delta;D = 8&delta;18O+10;昆明地區大氣降雨線(xiàn)方程:&delta;D = 7.87&delta;18O + 11.09;右下圖為主圖投影點(diǎn)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(gè)重要參數,主要受蒸發(fā)作用的影響,蒸發(fā)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(fā)強度與昆明地區相近,地表水蒸發(fā)強度略大于地下水,地下水主要受水-巖作用控制,蒸發(fā)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(zhì)中鍶的豐度、與大型構造的關(guān)系和水巖作用等的綜合影響。研究區斷裂構造發(fā)育較早,但研究區地下水主要以淺循環(huán)為主,地下水中鍶質(zhì)量濃度與構造關(guān)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(zhì)量濃度有較大的差別,表明鍶并非來(lái)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(zhì)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(zhì)量濃度普遍較高,鍶主要來(lái)源于該地層中方解石的風(fēng)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(lái)說(shuō),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(tài),隨著(zhù)二者飽和指數的增加,鍶質(zhì)量濃度有增加的趨勢,但相關(guān)關(guān)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(shí),研究區地下水中存在一定的陽(yáng)離子交換作用,事實(shí)上,結合相關(guān)分析,Ca2+與Na+、K+相關(guān)系數分別為-0.57和-0.26,而Mg2+與Na+、K+相關(guān)系數分別為0.09和0.23,表明陽(yáng)離子交換作用主要為地下水中Ca2+置換含水介質(zhì)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(zhì)中的Na+、K+離子時(shí),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(zhì)中的Ca2+離子時(shí),則有利于含水介質(zhì)中鍶的釋出。但工作區陽(yáng)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(lèi)活動(dòng)產(chǎn)生的SO42&minus;和NO3&minus;可以加速碳酸鹽巖的風(fēng)化溶解,有利于含水介質(zhì)中鍶的釋出,但工作區人類(lèi)活動(dòng)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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