浅析孔雀河中下游一带地下水同位素特征

2018-07-30孙忠伟

西部探矿工程 2018年7期

孙忠伟

（新疆地矿局第二水文工程地质大队，新疆昌吉831100）

孔雀河发源于博斯腾湖，出铁门关峡谷后经库尔勒城区向西流至包头湖农场转向南，绕过普惠农场又转向东南，过尉犁县境内，最终流入罗布泊湖，属自然兼人工调节型河流。本次以库尔勒西南一带的孔雀河流域作为分析对象。

1 水体环境同位素特征

大气降水氢氧稳定同位素组成特征：采用研究区所在的东天山地区大气降水线（孔彦龙，2013），其方程为δ2H=7.05 δ18O+0.6（R2=0.98）。该降水线斜率（7.05）和截距（0.6‰）均小于全球大气降水线，表现出干旱区降水同位素组成典型特征。

地表水氢氧稳定同位素组成特征：研究区河水氢氧稳定同位素样品均落在当地大气降水线上，从上游出山口附近到下游包头湖农场河段，河水稳定同位素变化不明显，δ2H介于-60.55‰～-53.32‰之间（图1）。河水同位素组成较为一致，这可能是由于在采样时段内，河水流速较大，河水同位素组成受蒸发影响较为微弱。

地下水氢氧稳定同位素组成特征：研究区井水及钻孔取样点落在当地大气降水线下方，明显受到蒸发影响。其中，潜水蒸发线为δ2H=5.02δ18O-16.73（R2=0.93）。地下水蒸发线与当地大气降水线的交点表明地下水源水的平均组成，其值为δ18O=-8.21‰，δ2H=-57.94‰，与河水平均组成十分接近，表明地下水接受河水直接渗漏补给。

2 地表水和地下水的补给与转化

2.1 地表水和地下水的补给来源

图1 研究区河水δ2H沿程变化图

从大气降水、地表水、地下水氢氧稳定同位素组成可以看出，区内地表水和地下水均落在当地大气降水线（LMWL）附近或其右侧，结合研究区气象、水文和水文地质分析可知，区内地下水、地表水的补给来源均可归结为大气降水。其中，深层承压水氢氧稳定同位素组成显著亏损，可能为更新世时气温较低时期补给；潜水同位素受蒸发影响显著，其主要接受河水和灌溉回归水和降水补给；浅层承压水主要接受侧向径流和潜水越流补给，其同位素组成与潜水接近，表明二者联系密切。

2.2 地表水与地下水转化关系确定

区内地表水、地下水之间的水力联系可从水体水化学和同位素组成特征上反映出来。区内地下水主要补给来源为河水，在研究区水体EC-δ2H关系图（图2）中，大部分潜水和承压水样品均落在以河水为端点的三角形内。其中，由河水指向西尼尔水库水的直线段代表地表水体的蒸发线，由河水指向潜水样品点U 10的直线段代表潜水的蒸发线。三角形内样品点为以河水、蒸发后河水和蒸发后潜水、浅层承压水的混合水。

图2 研究区水体EC-δ2H关系图

3 地下水年龄

3.1 地下水3H年龄

据活塞流模型和全混合模型地下水年龄计算可知，冲洪积扇扇顶含水层岩性较粗，为砂砾石、砂卵砾石等，渗透性较好，潜水接受大量河水渗漏补给，径流较快。反映在潜水样品氚浓度与河水接近，为近期补给；向洪积扇两侧边缘，潜水年龄变老，在研究区北侧山前，潜水样品U 13的氚浓度为45.9TU，显然接受了现代降水补给，其补给年代可能在1966～1969年左右，年龄为（45～49）aB.P.。

3.2 地下水14C年龄

据表观年龄、Vogel统计模型、Pearson模型分别计算研究区地下水年龄，研究区地下水14C年龄，除潜水样品U 22表观年龄最老为11695aB.P.外，其余样品年龄皆为千年尺度，其中潜水表观年龄一般为（1000～4300）aB.P.，承压水表观年龄较潜水老，约为（1000～6300）aB.P.。

从空间分布上看，承压水14C年龄总体上从山前的冲洪积扇扇顶向扇缘逐渐变老。扇顶为1000aB.P.左右，扇中为4000aB.P.左右，扇东缘和南缘为6000aB.P.左右。且沿着古河道位置，14C年龄较两侧新，这可能反映了古河道处岩性较粗，渗透性好，地下水流动较两侧快。

4 地下水更新速率

根据基于地下水放射性同位素质量平衡的年更新速率计算方法，由全混合模型计算结果可知，潜水年更新速率在冲洪积扇东部较高，为0.8%～1.0%；洪积扇中部的古河道区，潜水年更新速率较高，为0.04%～0.05%；向洪积扇南部和西部边缘，年更新速率减小，为0.004%～0.02%。承压水年更新速率在冲洪积扇东缘较低，为0.01%左右；在冲洪积扇中部古河道区，为0.1%～0.7%；向西侧和南侧扇缘，降低至0.02%～0.03%（见图3）。