锶元素地球化学在水文地质研究中的应用进展(3)

地球化学

第4期王增银等:锶元素地球化学在水文地质研究中的应用进展

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c(Mg)、c(Sr) c(Ca)值分布和形成条件的研究得

出,随着地下水径流途径的增长,水—岩相互作用时

间的增加,Sr2+浓度逐渐增高。从补给区到径流区、排泄区,c(Sr) c(Mg)、c(Sr) c(Ca)值总体上是增加的。地下水滞缓区的水—岩作用时间最长,故c(Sr) c(Mg)、c(Sr) c(Ca)值最高。在同一流动系统中,c(Sr) c(Mg)、c(Sr) c(Ca)值因地下水径流强弱而不同。水—岩接触时间不同,c(Sr) c(Mg)、c(Sr) c(Ca)值也不同,且c(Sr) c(Mg)、c(Sr) c(Ca)值受人为活动的影响较小。因此,它们能较好地反映岩溶水的天然径流条件,可作为岩溶水系统研究的天然示踪剂。水子系统,取得了较理想的效果86

水中所占的比例;最后用n(87Sr) n(Sr)作为计算合理性检验的指标。据此定量研究不同植被条件下岩溶水的转化过程,评价不同植被条件下表层岩溶带的富水程度,为岩溶水资源评价和合理开发利用,特别是为解决该区人畜饮水困难提供科学依据。

(2)xi=

1-(ca cb)mcjb-cja

=xk

(

bja-1)+ckajb(-m(cib-cjb)+cja-ciacb

xj=1-xi-xk

(3)(4)

3　　我国西南岩溶山区广泛分布着古生界和中生界厚层灰岩,构成特殊的含水层结构。地下水主要赋存于深部地下河中,造成地表水(河流)极不发育,地表严重干旱缺水,人们生活相当贫困。最新统计资料显示,该地区还有2000多万人连生活用水都很困难。

已有的研究资料表明[51],我国西南岩溶山区的表层岩溶带发育。大气降水首先补给表层岩溶带,其中一部分通过裂隙渗流补给深部饱水层,然后再渗流补给地下河系统;另一部分在适当位置溢出流入落水洞,补给地下河。只有降水超过表层岩溶带的调蓄能力时,才形成地表坡流汇入落水洞补给地下河。因此,地下河水主要由地表坡流水、表层岩溶带水和饱水层裂隙水三部分组成。岩溶水中普遍含有2+2+2+Ca、Mg、Sr,根据我们在延河泉岩溶水系统的研究经验,选择c(Sr) c(Ca)、c(Sr) c(Mg)作为示踪剂可以求得地表坡流水、表层岩溶带水和饱水层裂隙水在地下河水中所占的比例,评价表层岩溶带的富水程度。据此可以定量研究岩溶水的变化规律,评价表层岩溶带的富水程度及开发利用价值。该研究主要探讨不同植被条件下地下河水的组成及变化规律,为岩溶山区植被恢复及重建提供理论支撑。因此拟在广西桂林地区选择三个植被条件不同的地下河作为研究对象,分别采集大气降水(代表地表坡流水)、表层岩溶带水、饱水带裂隙水和地下河水水样,在离子色谱仪(DX2120)、等离子体质谱仪(ICP2MS)和同位素质谱仪(MAT2261)上分别测定水中

86

的常量组分,微量组分和n(87Sr) n(Sr)值;然后代入按照质量守恒定律建立的三个端元水化学混合数

(3)、(4)式中,计算出各类型水在地下河学模型(2)、

式中:xi,xj,xk分别为i,j,k端元水在地下河水中所

占的比例;ca,cb分别为水中a,b组分的浓度(mol L);cia,cja,cka分别为a组分i,j,k端元水的浓度(mol L);cib,cjb,ckb分别为b组分i,j,k端元水的浓度(mol L);(ca cb)m为混合水中a,b组分的比值;a为Sr,b为Ca和Mg。

4　展　望

不同岩石所含锶元素含量不同,大气降水降落在地面后流经不同岩石,致使地表水体中锶元素浓度和同位素比值不同。由于锶同位素不受质量分馏的影响,因此目前广泛利用锶同位素来研究地表水组成的来源和流域的侵蚀速率。实际上,地下水在与围岩接触的过程中,岩石中的锶元素以Sr2+形式进入地下水,成为地下水的组分之一。由于径流条件不同,水—岩接触时间不同,使得地下水中的Sr2+浓

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度和n(87Sr) n(Sr)值也不同,而且地下水中普遍

2+

含有Ca2+、Mg,因此用c(Sr) c(Ca)、c(Sr)

同时,锶c(Mg)可以反映地下水的形成和径流条件。

是稳定元素,地下水中Sr2+浓度一般不受人为作用的影响,c(Sr) c(Ca)、c(Sr) c(Mg)能较好地反映天然形成条件,所以c(Sr) c(Ca)、c(Sr) c(Mg)是较理想的天然示踪剂,在水文地质勘察和地下水资源评价中将有广泛的应用前景。同时,现代医学研究表明,锶与人体健康有密切的关系,是人体生理功能所必需的微量元素,能起到加强骨骼和牙齿强度的作用,并有利于维持正常的心血管功能以及神经和肌肉的兴奋性,降低心血管病的死亡率。但是,若水中锶浓度过高,长期饮用会在体内产生锶积聚,也会引起某些病理变化,对人体健康不利[52]。饮用水中含有适量锶对人体健康是有益的。因此锶矿泉水是