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2100 | 末次盛冰期以來長(zhǎng)江中游沉積環(huán)境驅(qū)動(dòng)的地下水流系統(tǒng)演化

日期: 2022-08-29
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2100 | 末次盛冰期以來長(zhǎng)江中游沉積環(huán)境驅(qū)動(dòng)的地下水流系統(tǒng)演化

地下水是水文循環(huán)的重要組成部分,廣泛用于飲用水、工農(nóng)業(yè)活動(dòng)以及戰(zhàn)略儲(chǔ)備。然而,人類活動(dòng)的加?。ㄈ缢こ探ㄔO(shè)、地下水過度開采、農(nóng)藥和生活污水排放)以及天然劣質(zhì)地下水在大型流域中的廣泛分布,導(dǎo)致地下水環(huán)境惡化。因此,水資源的合理管理和水環(huán)境的有效保護(hù)至關(guān)重要,基于地下水流系統(tǒng)(GFS)理論,全面理解地下水流模式(即更新速率、流徑及演化趨勢(shì))有助于準(zhǔn)確評(píng)估水文通量和預(yù)測(cè)污染物分布。漢江平原是長(zhǎng)江流經(jīng)三峽后第一個(gè)接收沉積物的大型河湖盆地。復(fù)雜的沉積環(huán)境、地下水-地表水強(qiáng)烈相互作用以及人為改造自然環(huán)境的共同作用,形成了漢江平原獨(dú)特的GFS格局。了解漢江平原地下水循環(huán)演化及其控制機(jī)制,對(duì)于促進(jìn)GFS的實(shí)際應(yīng)用和該地區(qū)地下水資源保護(hù)具有高度緊迫性和挑戰(zhàn)性。

基于此,在本研究中,來自中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)的研究團(tuán)隊(duì)在漢江平原腹地和過渡區(qū)進(jìn)行了相關(guān)研究,旨在:(1)基于沉積物粒度特征、粘土孔隙水穩(wěn)定同位素和古氣候指標(biāo)重建漢江平原第四紀(jì)含水層系統(tǒng)的沉積環(huán)境;(2)深入理解末次盛冰期(LGM)以來沉積環(huán)境驅(qū)動(dòng)的GFS演化模式。

作者于2015年和2017年在漢江平原腹地和過渡區(qū)鉆了兩個(gè)鉆孔G01和G05,深度分別為200 m和185 m。從鉆孔中收集沉積物樣品,分析其粒度分布,地球化學(xué)和礦物成分。并從鉆孔G01和G05中分別采集了19個(gè)和17個(gè)粘土樣品,利用全自動(dòng)真空冷凝抽提系統(tǒng)(LI-2100,北京理加聯(lián)合科技有限公司)提取粘土孔隙水,并進(jìn)一步分析其δ18O。

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江漢平原第四紀(jì)沉積相、河系和主要鉆孔分布。

【結(jié)果】

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G01(a)和G05(b)鉆孔孔隙水δ18O、沉積物OSL年齡、粘土礦物和

地球化學(xué)指標(biāo)的垂向分布以及第四紀(jì)古氣候演化階段。


古氣候階段G01和G05鉆孔孔隙水δ18O值、 粘土礦物和沉積物地球化學(xué)指標(biāo)。

2100 | 末次盛冰期以來長(zhǎng)江中游沉積環(huán)境驅(qū)動(dòng)的地下水流系統(tǒng)演化

【結(jié)論】

基于水文地質(zhì)條件、粒度分布特征、沉積物年代學(xué)、古氣候指標(biāo)和現(xiàn)存地下水年齡等綜合分析,闡明了江漢平原沉積環(huán)境驅(qū)動(dòng)的GFS演化模式。該研究的主要發(fā)現(xiàn)總結(jié)如下:

在江漢平原第四紀(jì)含水層沉積環(huán)境的演化歷史中,沉積相主要為河流相、湖泊相和河湖相,由中深層含水層的粗粒相過渡到淺層含水層的細(xì)粒相。這意味著水動(dòng)力條件逐漸減弱并趨于穩(wěn)定。此外,湖泊相沉積層厚度向平原腹地方向增加。

自LGM以來,江漢平原氣候演化和沉積相之間具有一定的耦合關(guān)系。沉積環(huán)境從LGM期間深下切侵蝕環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)槟┐伪冢↙DP)快速?zèng)_填粗粒沉積物的河流相環(huán)境,然后轉(zhuǎn)變?yōu)槿率琅冢℉WP)具有細(xì)粒沉積物的穩(wěn)定湖泊相環(huán)境。這些變化與長(zhǎng)江水位的波動(dòng)密切相關(guān)。

基于江漢平原現(xiàn)存地下水年齡的分布,自LGM以來,GFS的演化模式可分為三個(gè)階段。階段I(22-13 ka B.P.),長(zhǎng)江水位急劇下降造成的強(qiáng)水勢(shì)差增加了地下水的驅(qū)動(dòng)力,極大促進(jìn)了該階段區(qū)域GFS充分發(fā)展,其環(huán)流深度達(dá)到第四紀(jì)底部。隨著階段II地下水驅(qū)動(dòng)力的快速削弱(13-9 ka B.P.),區(qū)域GFS再循環(huán)深度下降至深層含水層上部,而階段I的區(qū)域GFS逐漸深埋于盆地中。作為階段III(9 ka B.P.至今)穩(wěn)定在低水位地下水驅(qū)動(dòng)力,階段I和階段II的區(qū)域GFS保存在盆地深處,被認(rèn)為是一個(gè)停滯系統(tǒng)(地下水年齡在10 -20 ka之間)。此外,區(qū)域GFS(地下水年齡為4-10 ka)和中間GFS(地下水年齡為1-6 ka)共同被認(rèn)為是穩(wěn)定體系。隨著微地形的充分發(fā)育,垂直于河流方向的淺層地下水流形成了活躍的局部GFS(地下水年齡 < 100 a)。


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