北方典型盆地同位素水文地質(zhì)學(xué)方法應(yīng)用

前言

我國(guó)北方地下水的開發(fā)利用保證了該區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的持續(xù)發(fā)展。近幾十年來，由于氣候變化和人為因素的干擾，水循環(huán)條件發(fā)生了明顯變化，大規(guī)模超采地下水已造成區(qū)域地下水位持續(xù)下降，并衍生如地面沉降、水質(zhì)惡化等諸多環(huán)境地質(zhì)問題，其嚴(yán)重程度已引起國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。為保障地下水資源的可持續(xù)開發(fā)和生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)，我們必須回答與區(qū)域地下水更新和可持續(xù)性相關(guān)的科學(xué)問題。同位素水文地質(zhì)學(xué)為我們洞察和解決這些科學(xué)問題提供了獨(dú)特的技術(shù)方法，它是隨著現(xiàn)代核技術(shù)科學(xué)發(fā)展而形成的一門新興學(xué)科，其主要特色是以參與水循環(huán)的同位素作為標(biāo)記，從宏觀和微觀上闡明水文地質(zhì)過程的機(jī)理。過去的40年里，在所有流域水文過程的研究中，同位素技術(shù)被廣泛應(yīng)用于研究水的起源、年齡和流動(dòng)途徑等，是近些年來研究水文循環(huán)較為先進(jìn)而有效的方法。本書是作者近十幾年來承擔(dān)的科研項(xiàng)目的成果總結(jié)，這些科研項(xiàng)目包括：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“華北地下水中三萬(wàn)五千年來古水文氣候旋回研究”（批準(zhǔn)號(hào)：49871079）、“從華北含水層中的古環(huán)境信息研究地下水循環(huán)和更新”（批準(zhǔn)號(hào)：40472125）、“利用松嫩平原地下水環(huán)境示蹤劑重建古補(bǔ)給和古溫度”（批準(zhǔn)號(hào)：40872153）；國(guó)土資源部科技專項(xiàng)計(jì)劃項(xiàng)目“西北典型內(nèi)流盆地水循環(huán)規(guī)律與地下水資源形成演化模式”（項(xiàng)目編號(hào)：200010301）；中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目“華北平原地下水資源可持續(xù)利用調(diào)查評(píng)價(jià)”（項(xiàng)目編號(hào)：1212010430351）、“松嫩平原地下水循環(huán)演化及更新能力研究”（項(xiàng)目編號(hào)：200310400035）；973計(jì)劃項(xiàng)目課題“深層含水層系統(tǒng)變異與地下水可更新能力演變機(jī)理”（項(xiàng)目編號(hào)：2010CTM28803）。本書旨在系統(tǒng)地總結(jié)同位素水文地質(zhì)學(xué)方法在地下水研究方面的理論與實(shí)踐，主要是以我國(guó)干旱半干旱區(qū)典型盆地或平原為研究實(shí)例，通過應(yīng)用同位素水文地質(zhì)學(xué)方法，探索與地下水可持續(xù)開發(fā)相關(guān)的地下水系統(tǒng)基本特征、地下水演變規(guī)律，評(píng)價(jià)地下水系統(tǒng)的更新能力，進(jìn)而確定現(xiàn)行開采量的可持續(xù)性，從而為我國(guó)干旱半干旱區(qū)地下水資源的可持續(xù)開發(fā)與管理提供科學(xué)依據(jù)。本書內(nèi)容不僅包含理論方法介紹，而且列舉出不同類型區(qū)的研究實(shí)例。希望本書能夠?qū)ξ覈?guó)水文地質(zhì)學(xué)和同位素水文地質(zhì)學(xué)的發(fā)展起到一定的促進(jìn)作用。本書共包含六章，每一章自成體系，代表了盆地或流域尺度的地下水同位素研究成果，各章集成起來構(gòu)筑了我國(guó)北方大陸尺度盆地地下水的宏觀規(guī)律。第1章緒論部分簡(jiǎn)單介紹了同位素水文地質(zhì)學(xué)的歷史和發(fā)展趨勢(shì)，由陳宗宇執(zhí)筆撰寫。

內(nèi)容概要

本書針對(duì)我國(guó)北方典型盆地地下水資源及相關(guān)環(huán)境問題，詳細(xì)介紹了應(yīng)用同位素水文地質(zhì)學(xué)方法來研究地下水循環(huán)和更新等相關(guān)問題的最新成果。著重論述了含水層古氣候檔案、第四系地下水的循環(huán)演化特征及其對(duì)氣候變化的響應(yīng)、地下水的同位素年齡與資源屬性、地下水系統(tǒng)的現(xiàn)代補(bǔ)給強(qiáng)度及更新能力、干旱區(qū)內(nèi)陸盆地地下水的補(bǔ)給來源和補(bǔ)給機(jī)制以及盆地內(nèi)部和盆地之間的地下水流動(dòng)特征、地下水可持續(xù)性等相關(guān)方面的研究成果，為我國(guó)盆地地下水資源的可持續(xù)開發(fā)與管理提供科學(xué)依據(jù)?！　”緯晒┧乃Y源學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)、環(huán)境地質(zhì)學(xué)、環(huán)境生態(tài)學(xué)、同位素地球化學(xué)等相關(guān)專業(yè)的高等院校師生、研究人員，以及從事水利、資源開發(fā)、生態(tài)和環(huán)境保護(hù)等部門的管理人員參考。

書籍目錄

前言第1章 緒論　1.1 環(huán)境同位素與同位素水文地質(zhì)學(xué)　1.2 干旱半干旱區(qū)地下水調(diào)查中的同位素技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展　1.3 本書成果的研究背景與主要內(nèi)容　參考文獻(xiàn)第2章 同位素水文地質(zhì)學(xué)基本原理　2.1 穩(wěn)定同位素　2.2 放射性同位素　2.3 地下水同位素測(cè)年方法概述　　2.3.1 地下水年齡及同位素測(cè)年　　2.3.2 年輕地下水環(huán)境示蹤劑測(cè)年　　2.3.3 年老地下水“C測(cè)年”　　2.3.4 年老地下水“C1年”　2.4 地下水同位素采樣方案設(shè)計(jì)原則　　2.4.1 同位素方法選擇　　2.4.2 采樣點(diǎn)布設(shè)方法　參考文獻(xiàn)第3章 華北平原地下水循環(huán)演化與可持續(xù)性　3.1 問題的提出　3.2 研究區(qū)地質(zhì)及水文地質(zhì)條件　　3.2.1 自然地理概況　　3.2.2 水文地質(zhì)條件概況　3.3 第四系地下水的同位素分布特征　　3.3.1 區(qū)域地下水的同位素分布特征　　3.3.2 地下水子系統(tǒng)同位素分布特征　3.4 華北平原地下水的年齡結(jié)構(gòu)　　3.4.1 石家莊-渤海剖面多種測(cè)年方法結(jié)果對(duì)比　　3.4.2 華北平原地下水年齡結(jié)構(gòu)及其分布特征　3.5 華北平原地下水古氣候檔案　　3.5.1 含水層古氣候檔案的研究進(jìn)展　　3.5.2 含水層古氣候檔案研究方法　　3.5.3 華北平原含水層中的氫氧穩(wěn)定同位素古氣候信息　　3.5.4 華北平原地下水中的惰性氣體古溫度記錄　3.6 更新世以來大尺度地下水循環(huán)演化特征　　3.6.1 自然環(huán)境變化背景和水文循環(huán)特征　　3.6.2 地下水形成演化規(guī)律與機(jī)制　3.7 華北平原地下水可持續(xù)性的環(huán)境示蹤劑指示　　3.7.1 潛水含水層的補(bǔ)給來源與補(bǔ)給強(qiáng)度　　3.7.2 山前平原含水層脆弱性的同位素分析　　3.7.3 深層地下水的補(bǔ)給機(jī)制　　3.7.4 沿黃河地區(qū)黃河補(bǔ)給影響帶　　3.7.5 區(qū)域地下水流動(dòng)模式與人為干擾　　3.7.6 深層地下水的更新與資源屬性　參考文獻(xiàn)第4章 松嫩平原地下水補(bǔ)給模式及更新能力　4.1 研究背景　4.2 研究區(qū)概況　　4.2.1 自然地理概況　　4.2.2 地質(zhì)條件概況　　4.2.3 地下水系統(tǒng)　4.3 松嫩平原天然水同位素特征　　4.3.1 同位素?cái)?shù)據(jù)采集與測(cè)試　　4.3.2 大氣降水同位素特征　　4.3.3 地表水同位素特征　　4.3.4 地下水同位素特征　4.4 松嫩平原地下水的放射性同位素年齡　　4.4.1 年輕地下水的平均滯留時(shí)間　　4.4.2 年老地下水的放射性C年齡解釋　4.5 松嫩平原地下水補(bǔ)給來源的同位素解釋　　4.5.1 潛水補(bǔ)給來源與補(bǔ)給區(qū)　　4.5.2 承壓含水層地下水補(bǔ)給來源與補(bǔ)給區(qū)　4.6 松嫩平原地下水補(bǔ)給強(qiáng)度估算　　4.6.1 基本方法　　4.6.2 潛水含水層補(bǔ)給強(qiáng)度估算　　4.6.3 承壓含水層補(bǔ)給強(qiáng)度估算　4.7 松嫩平原地下水流動(dòng)特征的同位素解釋　　4.7.1 地下水流動(dòng)系統(tǒng)　　4.7.2 淺層局部地下水流系統(tǒng)　　4.7.3 區(qū)域地下水流系統(tǒng)　　4.7.4 含水層系統(tǒng)之間的水力聯(lián)系　　4.7.5 松遼邊界性質(zhì)的同位素指示　　4.7.6 嫩江與地下水補(bǔ)排關(guān)系的同位素證據(jù)　4.8 松嫩平原水文地質(zhì)概念模式　　4.8.1 補(bǔ)給來源與機(jī)制　　4.8.2 地下水流動(dòng)與邊界特征　　4.8.3 補(bǔ)給強(qiáng)度和地下水更新　參考文獻(xiàn)第5章 黑河流域地下水補(bǔ)給機(jī)制和流動(dòng)模式　5.1 問題的提出　5.2 研究區(qū)地質(zhì)及水文地質(zhì)條件　　5.2.1 自然地理概況　　5.2.2 社會(huì)經(jīng)濟(jì)與用水狀況　　5.2.3 地質(zhì)、構(gòu)造概況　　5.2.4 水文地質(zhì)條件概況　　5.2.5 區(qū)域水循環(huán)條件變化　5.3 黑河流域水化學(xué)和同位素分布特征　　5.3.1 樣品采集與測(cè)試　　5.3.2 水化學(xué)分布特征　　5.3.3 同位素分布特征　5.4 地下水的放射性同位素年齡　　5.4.1 地下水氚年齡　　5.4.2 地下水“C年齡　5.5 地下水補(bǔ)給和流動(dòng)模式同位素解釋　　5.5.1 地下水的補(bǔ)給　　5.5.2 地下水的流動(dòng)　　5.5.3 地表水與地下水的相互轉(zhuǎn)化　　5.5.4 地下水流系統(tǒng)　　5.5.5 地下水系統(tǒng)的更新性分析　參考文獻(xiàn)第6章 中國(guó)北方盆地地下水同位素特征及其水文地質(zhì)意義　6.1 北方盆地地下水的基本特征　6.2 北方盆地地下水的同位素分布特征　6.3 北方盆地地下水同位素分層的古水文-氣候解釋　6.4 北方盆地地下水的補(bǔ)給機(jī)制與可持續(xù)開發(fā)利用參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：該區(qū)氣候?qū)僦芯暥却箨懶园敫珊导撅L(fēng)氣候，多年平均氣溫為10～14℃，氣溫年差變化27～32～C°氣溫自南而北逐步降低，但相差不大，冬夏和晝夜溫差較大，前者29～32℃，后者10℃。年平均降水量為500～600mm。年降水分配不均，多集中在6～8月，占60％以上。年均蒸發(fā)量為1100～1800mm。研究區(qū)河流分屬海河、灤河、薊運(yùn)河三大水系。海河水系包括南運(yùn)河、子牙河、大清河、永定河、北運(yùn)河；灤河水系包括小灤河、伊遜河、武烈河、青龍河等；薊運(yùn)河水系包括洵河、還鄉(xiāng)河等。大部分河流僅在汛期過水。3.2.2 水文地質(zhì)條件概況華北平原為自新生代以來持續(xù)沉降的斷陷盆地。由于受不同時(shí)期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，該區(qū)形成了不同方向的構(gòu)造線及相應(yīng)的大斷裂，自西向東為北京拗陷、冀中拗陷，滄縣隆起、黃驊拗陷和埕寧隆起。結(jié)晶基底厚達(dá)數(shù)千米，由太古代片麻巖，中、新元古界碳酸巖組成，石炭、二疊系假整合于其上，中間缺失上奧陶統(tǒng)、志留系和下石炭統(tǒng)。中生界侏羅系和白堊系主要為煤系地層和火山巖，缺失三疊系。燕山運(yùn)動(dòng)使華北平原沉降并接受新生代沉積，喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)第二幕加劇了沉降分異，奠定了現(xiàn)今華北平原地下水系統(tǒng)空間分布的基礎(chǔ)。新生界由巨厚的湖相第三系及河、湖相的第四系沉積物組成。第四系沉積物成因類型復(fù)雜，厚度變化大，在拗陷區(qū)為500～600m，隆起區(qū)為350～450m，近山前地帶為150～250m。山前洪積扇平原以洪積或冰水堆積為主，上部以黃土狀亞黏土為主，下部為厚層砂礫石；中部沖積平原多以交替的沖積、湖積物為主；濱海平原以沖積為主，夾有數(shù)層海相地層。華北平原第四系是一套幾何形態(tài)復(fù)雜、多種沉積類型交叉疊置的含水巖系（張兆吉等，2009；陳望和，1999）。根據(jù)巖性特征、沉積年代、含水層和隔水層分布以及水動(dòng)力條件，劃分為四個(gè)含水層組。第一與第二含水層組、第三含水層組分別形成兩個(gè)沉積亞旋回，含水層粒度從細(xì)到粗多次交替，其中第三含水層組粒度較粗。在中部平原第四系自上而下由多個(gè)粉砂到細(xì)砂、中砂、粗砂韻律段構(gòu)成，仍以第三含水層組較粗。在濱海平原含水層以粉砂、細(xì)砂、中砂為主，巖性韻律不明顯。第四系含水層厚度在山前平原一般為70～80m，在安陽(yáng)以南、石家莊東北、保定以東、潮白河永定河沖洪積扇軸部、天津?qū)幒蛹耙詵|、灤河沖洪積扇軸部等地可達(dá)到150～200m；含水砂層厚度與地層厚度之比一般為40％～50％，沖洪積扇軸部可以達(dá)到80％～90％。但在河北邯邢山前平原，特別是扇間地帶，含水層總厚度僅為40～60m，含水砂層厚度與地層厚度之比為20％～30％，第三含水層組可達(dá)30％以上。

編輯推薦

《北方典型盆地同位素水文地質(zhì)學(xué)方法應(yīng)用》是由科學(xué)出版社出版的。

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