摘 要：為探明銀川平原不同深度（５～６００ ｍ）地下水化學(xué)特征及演化過程，采用地下水位動(dòng)態(tài)分析方法、Ｐｅｒｓｏｎ 相關(guān)性分析、飽和指數(shù)和水化學(xué)方法（Ｐｉｐｅｒ 圖、Ｇｉｂｂｓ 圖、離子比例系數(shù)）對(duì)銀川平原不同深度地下水化學(xué)特征和同位素特征進(jìn)行了系統(tǒng)分析，并采用氚和１４Ｃ 定年方法估算了淺層（５～３０ ｍ）和深層（１５０～ ６００ ｍ） 地下水的年齡。結(jié)果表明：研究區(qū)５～ ３０ ｍ 淺層地下水化學(xué)類型為Ｃｌ·ＳＯ４ －Ｎａ·Ｍｇ、ＳＯ４·Ｃｌ·ＨＣＯ３ －Ｎａ·Ｍｇ 型，主要受蒸發(fā)濃縮作用影響，１５０～３００ ｍ、４００～６００ ｍ 深層地下水均為ＨＣＯ３ ·ＣＯ３ －Ｎａ·Ｍｇ、ＨＣＯ３ －Ｎａ·Ｍｇ 型，受巖石風(fēng)化作用控制；５～３０ ｍ 淺層地下水主要受引黃灌溉水補(bǔ)給，地下水年齡９～＞６８ ａ，１５０～６００ ｍ 深層地下水來源于西部山區(qū)，年齡為７ ３２５～２５ ５５４ ａ Ｂ．Ｐ．；地下水中離子主要來自碳酸鹽巖、蒸發(fā)鹽巖、硅酸鹽巖的溶解，陽離子交換作用也影響地下水中化學(xué)組分的變化。

關(guān)鍵詞：地下水動(dòng)態(tài)；水化學(xué)特征；同位素；離子比例系數(shù)；銀川平原

中圖分類號(hào)：ＴＶ２１１．１＋ ２ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２４．１１．０１６

引用格式：方磊，楊凡，趙志鵬，等．銀川平原不同深度地下水化學(xué)演化特征研究［Ｊ］．人民黃河，２０２４，４６（１１）：９９－１０５，１１３．

０ 引言

銀川平原位于我國(guó)西北地區(qū)，地下水是銀川平原農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生活用水的重要來源，掌握不同深度地下水的循環(huán)過程是保障地區(qū)水資源合理利用的基礎(chǔ)。有關(guān)學(xué)者研究了銀川平原地下水位動(dòng)態(tài)變化［１］ 、地下水年齡［２］ 、水化學(xué)演化特征［３－４］ 、水質(zhì)污染風(fēng)險(xiǎn)［５－６］ 等。在水化學(xué)和水質(zhì)方面，荊秀艷等［７］ 分析了銀川平原地下水中氟的分布特征及成因，程中雙等［８］ 分析了銀川平原潛水的氚含量及分布特征， Ｑｉａｎ 等［９］ 采用ＭｏｄＦｌｏｗ 軟件模擬了人類活動(dòng)和自然過程對(duì)銀川平原灌區(qū)地下水質(zhì)的影響。

以上研究主要針對(duì)的是潛水或者埋深在２５０ ｍ 以內(nèi)的深層地下水，缺乏對(duì)更深層地下水的水文地質(zhì)調(diào)查和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。超深層地下水是穩(wěn)定的備用資源，通過對(duì)多層地下水的監(jiān)測(cè)與調(diào)查，認(rèn)識(shí)深層承壓水的運(yùn)移特征和水文地球化學(xué)過程，對(duì)于深層地下水的合理開發(fā)利用和污染防治具有重要意義［１０］ 。因此，本文依托寧夏回族自治區(qū)水文環(huán)境地質(zhì)調(diào)查院２＃監(jiān)測(cè)井組開展研究，該井組是目前銀川平原監(jiān)測(cè)深度最大（６００ ｍ）、監(jiān)測(cè)層位最多（９ 層）的地下水監(jiān)測(cè)井組，通過研究不同深度地下水化學(xué)和同位素特征，揭示不同深度地下水的循環(huán)特征，以助力銀川平原水資源可持續(xù)利用。

１ 研究區(qū)概況與研究方法

１．１ 研究區(qū)概況

銀川平原位于黃河上游、寧夏北部，是一個(gè)南北向展布的巨大斷陷盆地，地形平坦，高程１ ０９０～１ ３５０ ｍ，面積７ ０００ ｋｍ２。根據(jù)中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)銀川站１９７２—２０２１ 年氣象數(shù)據(jù)，銀川市多年平均降水量１８９．１２ ｍｍ，平均年潛在蒸發(fā)能力１ ５０７．２７ ｍｍ［１１］ 。研究區(qū)從西部賀蘭山山前洪積傾斜平原、沖洪積平原過渡到東部沖湖積平原（見圖１），含水層結(jié)構(gòu)由洪積扇及沖積扇的卵礫石、砂礫石組成的單一潛水區(qū)過渡到河湖積平原區(qū)的細(xì)砂、黏砂土相間的多層含水結(jié)構(gòu)。地下水類型為第四系松散巖類孔隙水，勘探井探測(cè)深度大于６００ ｍ，具有潛水－承壓水多層結(jié)構(gòu)，其中：潛水埋深２～３ ｍ，為灌溉型；承壓水為開采型，主要作為生活飲用水源，近年來銀川市為了治理地下水超采，采用黃河水替代地下水，控制地下水開采后，承壓水位呈明顯回升態(tài)勢(shì)。

１．２ 多層地下水監(jiān)測(cè)與樣品采集

為了研究不同深度地下水的循環(huán)特征，寧夏回族自治區(qū)水文環(huán)境地質(zhì)調(diào)查院在銀川市西北部建設(shè)了多層地下水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（２＃監(jiān)測(cè)井組），該系統(tǒng)位于銀川平原腹地，所在區(qū)域是沖湖積平原多層地下水含水層垂向分布的典型代表。系統(tǒng)由６ 個(gè)井組成，其中３ 個(gè)井為巢式井（１ 井同時(shí)監(jiān)測(cè)２ 層地下水），共監(jiān)測(cè)地表以下５、１５、３０、１５０、２００、３００、４００、５００、６００ ｍ 共９ 層不同深度地下水，監(jiān)測(cè)井編號(hào)分別為２ － １＃、２ － ２＃、…、２－９＃。在２０２２ 年、２０２３ 年，采用中科光大地下水位監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)地下水位，監(jiān)測(cè)頻率為１ 次／ ｈ。同時(shí)，采集地下水樣品進(jìn)行水質(zhì)指標(biāo)、氘氧同位素、氚同位素、１４ Ｃ等測(cè)試，其中水質(zhì)指標(biāo)在寧夏回族自治區(qū)基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查院按照《地下水質(zhì)分析方法》（ＤＺ／ Ｔ ００６４—２０２１）進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果根據(jù)離子平衡原理進(jìn)行誤差分析，樣品化學(xué)分析誤差均小于５％；氘氧同位素和氚同位素在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所分別采用液態(tài)水同位素激光光譜儀（Ｌ２１３０ｉ）和低本底液體閃爍譜儀（Ｑｕａｎｔｕｌｕｓ１２２０）進(jìn)行測(cè)試；１３Ｃ、１４Ｃ 分別采用元素分析儀－穩(wěn)定同位素比例質(zhì)譜儀（ＥＡ－ＩＲＭＳ）和加速器質(zhì)譜儀（ＡＭＳ）進(jìn)行測(cè)試。

１．３ 數(shù)據(jù)分析方法

１）氚同位素估算地下水年齡。銀川平原大氣降水氚含量數(shù)據(jù)只有１９８８—１９９２ 年和１９９９—２０００ 年國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（ＩＡＥＡ）銀川站點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為了應(yīng)用模型定量估算地下水的平均滯留時(shí)間，需要對(duì)缺失的大氣降水氚含量數(shù)據(jù)采用差值相關(guān)法、因子分析法、三角形外推法、維也納相關(guān)法等［１２－１３］ 進(jìn)行填補(bǔ)，結(jié)果見圖２。

根據(jù)銀川平原大氣降水氚濃度背景值和研究區(qū)水文地質(zhì)條件，選擇指數(shù)模型計(jì)算地下水氚濃度與地下水年齡的關(guān)系。

式中： Ｃｏｕｔ（ｔ） 為地下水系統(tǒng)３Ｈ 的輸出函數(shù)；ｔ 為取樣時(shí)間；τ 為３Ｈ 的輸出時(shí)間，即地下水的年齡；Ｃｉｎ（ｔ － τ） 為地下水系統(tǒng)３Ｈ 的輸入函數(shù)，即ｔ － τ 時(shí)刻補(bǔ)給水的３Ｈ濃度；ｅ－λτ 為同位素衰減因子，其中λ 為衰變常數(shù)，取值０．０５５ ７６４；ｈ（τ） 為３Ｈ 在地下水系統(tǒng)中年齡的分配函數(shù)；τｍ 為地下水的平均滯留時(shí)間。

２）１４ Ｃ 估算地下水年齡。采用１４ Ｃ 估算深層地下水年齡是目前常用的一種地下水定年方法。采用１４ Ｃ測(cè)年，需要對(duì)地下水中１４ Ｃ 含量和年齡進(jìn)行校正，本研究采用同位素混合模型（Ｐｅａｒｓｏｎ 模型）進(jìn)行校正［１４］ ，計(jì)算公式為

式中：ｔ 為地下水校準(zhǔn)年齡，１４ＣＤＩＣ 為水樣總?cè)芙鉄o機(jī)碳中１４Ｃ 的含量，１４Ｃｇ 為土壤中氣態(tài)ＣＯ２的１４Ｃ 含量， ｑ 為校準(zhǔn)系數(shù)， δ１３ＣＤＩＣ 為水樣總?cè)芙鉄o機(jī)碳中δ１３Ｃ 值，δ１３ＣＳ 為固態(tài)碳酸鹽巖中δ１３Ｃ值（通常為０），δ１３Ｃｇ 為土壤中氣態(tài)ＣＯ２的δ１３Ｃ 值（通常為－２５‰）。

３）礦物飽和指數(shù)（ＳＩ）。礦物飽和指數(shù)可以用于評(píng)估水和礦物之間的平衡關(guān)系，指示水巖相互作用［１５］ 。ＳＩ＞０ 表示過飽和，礦物可能會(huì)沉淀；ＳＩ ＝ ０ 表示飽和，溶液處于平衡狀態(tài)。本研究使用ＰＨＲＥＥＱＣ３．０ 軟件計(jì)算礦物飽和指數(shù)，ＳＩ 計(jì)算公式：

式中：ＩＡＰ 為溶液中離子的活度積，Ｋ 為一定溫度下礦物的平衡常數(shù)。

２ 地下水同位素與水化學(xué)特征分析

２．１ 地下水動(dòng)態(tài)特征

觀測(cè)期內(nèi)，地下水動(dòng)態(tài)存在明顯垂向差異，呈現(xiàn)出典型的二元特征。３０ ｍ 以淺的淺層地下水埋深１．３４～２．９３ ｍ，平均２．４０ ｍ，年變幅為１．２７ ｍ，最小地下水埋深發(fā)生在２０２１ 年８ 月，最大地下水埋深發(fā)生在２０２１年１０ 月底。地下水動(dòng)態(tài)類型為典型的灌溉型，每年夏灌期（５—８ 月）、冬灌期（１１ 月底）灌溉水位升高，灌溉結(jié)束后水位逐漸降低。從地下水埋深動(dòng)態(tài)變化曲線可以分析出每年的灌溉次數(shù)，兩年間地下水埋深總體動(dòng)態(tài)穩(wěn)定，年際間無明顯上升和下降趨勢(shì)，這與Ｙａｎｇ等［１１］ 在銀川永寧灌區(qū)監(jiān)測(cè)到的灌溉型淺層地下水埋深動(dòng)態(tài)變化情況具有一致性。

埋深大于１５０ ｍ 的深層地下水動(dòng)態(tài)類型為開采型，呈現(xiàn)Ｖ 形分布特征，地下水埋深在５．０３～１３．０１ ｍ之間，平均為９．２２ ｍ，年變幅為７．４６ ｍ。每年４—９ 月為地下水開采期，地下水位呈下降趨勢(shì)；９ 月至次年３月為地下水恢復(fù)期，地下水位呈上升趨勢(shì)。地下水埋深從２０２１ 年１ 月的１０．３４ ｍ 減小到２０２２ 年１２ 月的５．３６ ｍ，水位回升了４．９８ ｍ，呈快速上升的趨勢(shì)，主要原因是銀川市治理地下水超采，采用黃河水替代地下水，地下水開采量減少。

２．２ 氘氧穩(wěn)定同位素特征

根據(jù)銀川站１９８８—２０００ 年的月降水量得到銀川大氣降水線為δＤ ＝ ７．２１δ１８ Ｏ＋５．５０（確定系數(shù)Ｒ２ ＝０．９６）。２０２３ 年５ 月５ ～ ３０ ｍ 的淺層地下水δＤ 為－８０‰～－５５‰，δ１８ Ｏ 為－１０．７‰～ －７．９‰，見圖３、表１。氘氧同位素含量隨著地下水從淺到深逐漸貧化，５、１５ ｍ深地下水氘氧同位素含量比黃河灌溉水的偏富集［１６］ ，并且位于當(dāng)?shù)卮髿饨邓€右側(cè)，表明１５ ｍ 以內(nèi)的淺層地下水在接受引黃灌溉水入滲補(bǔ)給過程中，受蒸發(fā)濃縮作用影響明顯。３０ ｍ 以內(nèi)淺層地下水氘氧同位素組分比黃河灌溉水偏貧化，但比深層地下水偏富集，與上部淺層地下水和深層地下水有明顯差異，這可能與深層地下水來源于弱透水巖組有關(guān)。１５０～６００ ｍ 深層地下水δＤ 為－ ９７‰ ～ － ９２‰， δ１８ Ｏ 為－ １３． ５‰ ～－１２．９‰，與淺層地下水明顯不同，呈現(xiàn)地下水埋深越大越貧化現(xiàn)象。根據(jù)同位素的特征值，可以將深層含水層細(xì)化為兩層，一層埋深為１５０～３００ ｍ，δＤ、δ１８ Ｏ 平均值分別為－９２‰、１２．９‰；另外一層埋深為４００～６００ ｍ，δＤ、δ１８Ｏ 平均值分別為９６‰、１３．４‰。兩層地下水氘氧同位素值均不在當(dāng)?shù)卮髿饨邓€上，說明１５０～３００ ｍ 和４００～６００ ｍ 深層地下水的來源不是當(dāng)?shù)亟邓?，而是西部山區(qū)［１７］ 。

２．３ 水化學(xué)特征

研究區(qū)地下水樣總?cè)芙庑怨腆wＴＤＳ 含量為１９７～２ ８２６ ｍｇ／ Ｌ，其中３０ ｍ 淺層地下水ＴＤＳ 含量最高，５００ ｍ深層地下水ＴＤＳ 含量最低，５～３０ ｍ 淺層地下水ＴＤＳ含量平均值為１ ８１５ ｍｇ／ Ｌ，１５０～３００ ｍ 和４００～６００ ｍ深層地下水ＴＤＳ 含量平均值分別為２６４、２３０ ｍｇ／ Ｌ，隨著地下水深度的增加，４００～６００ ｍ 深層地下水比淺層地下水ＴＤＳ 含量平均值下降了８７．３％。地下水中主要陽離子平均含量Ｎａ＋ ＞Ｍｇ２ ＋ ＞Ｃａ２ ＋ ＞Ｋ＋，主要陰離子平均含量在各層不同，５ ～３０ ｍ 淺層地下水陰離子含量ＳＯ２－４ ＞Ｃｌ－ ＞ＨＣＯ－３ ＞ＮＯ－３ ，１５０～３００ ｍ 和４００～６００ ｍ 深層地下水陰離子含量ＨＣＯ－３ ＞ ＣＯ２－３ ＞ Ｃｌ－ ＞ ＳＯ２－４ ＞ ＮＯ－３ 。ＮＨ４ －Ｎ、ＮＯ－２ 、ＣＯＤＭｎ在１５０～３００ ｍ 深層地下水中平均含量分別為０．７１、０．００１、１．４１ ｍｇ／ Ｌ，４００～６００ ｍ 深層地下水中平均含量分別為０．１２、０．００１、１．１４ ｍｇ／ Ｌ，均低于《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（ＧＢ／ Ｔ １４８４８—２０１７）Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)限值?？傆捕龋ǎ裕龋?、Ｆｅ 在５～３０ ｍ 淺層地下水中平均含量分別為５５３．７、０．９１２ｍｇ／ Ｌ，超過了Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)限值，ＴＨ、Ｆｅ 在１５０～３００ ｍ 和４００～６００ ｍ 深層地下水中平均含量分別為７７．３、０．１３７ ｍｇ／ Ｌ 和８５．１、０．１３１ ｍｇ／ Ｌ。Ｈ２ＳｉＯ３質(zhì)量濃度最大為１３．１０ ｍｇ／ Ｌ，位于１５ ｍ 淺層地下水；最小為０．９８ ｍｇ／ Ｌ，位于５００ ｍ 深層地下水。

繪制水化學(xué)Ｐｉｐｅｒ 三線圖（見圖４）可以看出，５～３０ ｍ 淺層地下水主要落在菱形域右上，其化學(xué)特征為強(qiáng)酸根大于弱酸根，主要水化學(xué)類型為Ｃｌ·ＳＯ４ －Ｎａ·Ｍｇ、ＳＯ４·Ｃｌ·ＨＣＯ３ －Ｎａ·Ｍｇ 型，表現(xiàn)出了黃河水補(bǔ)給地下水過程中的蒸發(fā)濃縮作用。１５０ ～ ３００ ｍ 和４００～６００ ｍ 深層地下水主要水化學(xué)類型為ＨＣＯ３ ·ＣＯ３ －Ｎａ·Ｍｇ、ＨＣＯ３ －Ｎａ·Ｍｇ 型，陰離子中ＨＣＯ－３ 、ＣＯ２－３ 含量大，摩爾濃度百分?jǐn)?shù)達(dá)８０％，為主控離子；陽離子中Ｎａ＋、Ｍｇ２＋含量較大，Ｋ＋ 含量小，表明碳酸鹽巖的溶解是地下水溶質(zhì)的重要來源。

Ｇｉｂｂｓ 圖可以直觀表征自然水體主要離子的化學(xué)組成是受降水、巖石風(fēng)化作用控制，還是蒸發(fā)濃縮作用控制［１８－１９］ 。由圖５ 可知，５～３０ ｍ 淺層地下水主要分布在Ｇｉｂｂｓ 圖右上部，水樣ＴＤＳ 含量為３００ ～ １ ０００ｍｇ／ Ｌ，地下水ρＣｌ－ ／ ρ（Ｃｌ－ ＋ＨＣＯ２－３ ）（ρ 為離子質(zhì)量濃度）值介于０．４０～０．６９ 之間，表明水化學(xué)離子組成主要受蒸發(fā)濃縮作用控制；１５０～３００ ｍ 和４００～６００ ｍ 深層地下水分布于Ｇｉｂｂｓ 圖中部，ＴＤＳ 含量較淺層地下水小，水化學(xué)離子組成受蒸發(fā)濃縮作用弱于淺層地下水，主要受巖石風(fēng)化作用控制。

２．４ 地下水年齡

９ 個(gè)監(jiān)測(cè)井的氚濃度為＜１．０～１２．３ ＴＵ，１５０～６００ ｍ深層地下水氚濃度＜１．０ ＴＵ，３０ ｍ 以內(nèi)淺層地下水氚濃度為１．８～１２．３ ＴＵ，隨著地下水埋深的增加氚濃度逐漸減小。地下水氚年齡估算結(jié)果見表１，５、１５ ｍ 淺層地下水年齡分別為９、２４ ａ；３０ ｍ 淺層地下水氚濃度小于５ ＴＵ，地下水年齡大于６８ ａ，滯留時(shí)間較長(zhǎng)。

從碳同位素分析結(jié)果看，水樣中１４Ｃ 含量為１．４０～６２．１６ ｐＭＣ，明顯低于現(xiàn)代大氣水平，δ１３ Ｃ 含量為－１１．０‰～－７．７‰，采用同位素模型進(jìn)行校準(zhǔn)后，１５０～３００ ｍ 深層地下水年齡介于７ ３２５ ～１２ ２０９ ａ Ｂ．Ｐ．之間，４００～６００ ｍ 深層地下水年齡介于１６ ７７３～２５ ５５４ ａＢ．Ｐ．之間，表明各含水層地下水更新速度十分緩慢，較難在短時(shí)間內(nèi)更新。隨著地下水埋深的增加，地下水年齡逐漸增加，可以用以下方程進(jìn)行擬合：ｙ ＝ ０．３５９ ８ｘ ＋３ １０７．５，其中ｙ 為地下水年齡、ｘ 為地下水埋深，Ｒ２ ＝０．９６。

根據(jù)地下水氘氧同位素可知，深層地下水１５０ ～３００ ｍ 和４００～６００ ｍ 兩個(gè)分層具有相同的來源，但由于地下水的流動(dòng)路徑不同，因此各層地下水的年齡不同，埋深６００ ｍ 地下水比埋深４００ ｍ 地下水古老９ ０００ ａ左右，地下水埋深越大，水流動(dòng)路徑越長(zhǎng)，滯留時(shí)間也越長(zhǎng)，地下水年齡越大，這與Ｌｉ 等［１７］ 在銀川平原中部剖面上研究所得地下水流動(dòng)過程具有一致性。

３ 水化學(xué)演化分析

３．１ 飽和指數(shù)變化特征

礦物成分影響地下水的水化學(xué)組分，飽和指數(shù)ＳＩ可以表征礦物在地下水中處于溶解狀態(tài)還是沉淀狀態(tài)，解釋水化學(xué)成分的變化過程，研究區(qū)礦物飽和指數(shù)計(jì)算結(jié)果見表２。研究區(qū)地下水中文石、方解石、白云石的飽和指數(shù)大于０，說明這３ 種礦物處于過飽和狀態(tài)，在地下水中發(fā)生了沉淀，其中白云石的飽和指數(shù)最大，說明白云石的沉淀作用更顯著，地下水中Ｍｇ２＋ 含量較高。石膏和硬石膏在５～３０ ｍ 淺層地下水中基本處于平衡狀態(tài)，但在１５０～６００ ｍ 深層地下水中飽和指數(shù)小于０，說明這兩種礦物處于溶解狀態(tài)，但是溶解作用在１５０～３００ ｍ 地下水中弱于４００ ～６００ ｍ 地下水。巖鹽、鉀鹽的飽和指數(shù)小于０，５ ～ ３０ ｍ、１５０ ～ ３００ ｍ、４００～６００ ｍ 地下水中飽和指數(shù)依次減小，說明淺層地下水隨著蒸發(fā)濃縮作用的增強(qiáng)，Ｎａ＋ 和Ｃｌ－ 濃度逐漸增大，飽和指數(shù)也逐漸增大，但未達(dá)到飽和。

３．２ 離子相關(guān)性

對(duì)地下水中離子含量進(jìn)行Ｐｅａｒｓｏｎ 相關(guān)性分析，結(jié)果顯示ＴＤＳ 與Ｎａ＋、Ｍｇ２＋、Ｃｌ－、ＳＯ２－４ 和ＨＣＯ２－３ 在９９％置信區(qū)間顯著相關(guān)，ＴＤＳ 與Ｃｌ－ 的相關(guān)系數(shù)最大，為０．９９６，其次為ＴＤＳ 與ＳＯ２－４ 、Ｎａ＋ 的， 分別為０． ９８５、０．９７４，說明這些離子對(duì)ＴＤＳ 具有重要影響。主要陽離子Ｎａ＋、Ｍｇ２＋和主要陰離子Ｃｌ－、ＳＯ２－４ 具有較強(qiáng)的相關(guān)性，說明兩者有相同的來源。Ｃｌ－ 與Ｎａ＋ 的相關(guān)系數(shù)為０．９７５，表明地下水中Ｃｌ－ 和Ｎａ＋ 主要來源于巖鹽溶解，Ｃｌ－和Ｎａ＋毫克當(dāng)量比值在５～３０ ｍ 淺層地下水、１５０～６００ ｍ 深層地下水中分別為０．６４～０．９７、０．１４～３．３４，平均值分別為１．７５、０．１７，波動(dòng)較大，表明深層地下水中Ｎａ＋除了來源于巖鹽溶解，還受其他因素的影響，如含水層中硅酸鹽水解釋放的Ｎａ＋、Ｎａ＋ －Ｃａ２＋交換等。

３．３ 離子比例系數(shù)反映的水文地球化學(xué)作用

地下水化學(xué)離子間的比值可以反映地下水化學(xué)形成及演化特征。γ（Ｎａ＋ ＋Ｋ＋ ） ／ γＣｌ－（γ 表示離子的毫克當(dāng)量） 可以反映Ｎａ＋ 和Ｋ＋ 的來源［２０－２１］ ，當(dāng)γ （Ｎａ＋ ＋Ｋ＋） ／ γＣｌ－大于１ 時(shí)，表示發(fā)生了巖鹽溶解；當(dāng)γ（Ｎａ＋ ＋Ｋ＋） ／ γＣｌ－小于１ 時(shí)，表示發(fā)生了硅酸巖溶解。由圖６（ａ）可以看出，研究區(qū)５～３０ ｍ、１５０～３００ ｍ、４００～６００ ｍ地下水都位于γ（Ｎａ＋ ＋Ｋ＋ ） ／ γＣｌ－ ＝１ 線的上方，說明研究區(qū)Ｎａ＋和Ｋ＋主要來自巖鹽溶解［２２］ 。

地下水中的Ｃａ２＋ 和Ｍｇ２＋ 主要來自碳酸鹽巖或硅酸鹽巖及蒸發(fā)鹽巖的溶解，因此可以用γ（Ｃａ２＋ Ｍｇ２＋ ） ／γ（ＨＣＯ－３ ＋ＳＯ２－４ ） 判斷Ｃａ２＋ 和Ｍｇ２＋ 的主要來源［２３－２４］ 。根據(jù)圖６（ｂ），５～３０ ｍ、１５０～３００ ｍ、４００～６００ ｍ 地下水γ（Ｃａ２＋ ＋Ｍｇ２＋） ／ γ（ＨＣＯ－３ ＋ＳＯ２－４ ）分別介于０．４８～１．０２、０．３３～０．４５、０．３７～０．５４ 之間，隨著深度的增加，數(shù)值呈減小趨勢(shì)，５ ｍ 淺層地下水中Ｃａ２＋ 和Ｍｇ２＋ 主要來源于碳酸鹽巖的溶解，其他層地下水中Ｃａ２＋ 和Ｍｇ２＋ 主要來源于硅酸鹽巖和蒸發(fā)鹽巖（硫酸鹽巖）的溶解，部分來自碳酸鹽巖的溶解。

地下水中γ（ＳＯ２－４ ＋Ｃｌ－ ） ／ γ（ＨＣＯ－３ ＋ＣＯ２－３ ）可以反映地下水中碳酸鹽巖的溶解情況。如圖６（ｃ）所示，５～３０ ｍ 地下水主要分布于γ（ＳＯ２－４ ＋Ｃｌ－ ） ／ γ（ＨＣＯ－３ ＋ＣＯ２－３ ）＝ １ 線上部，表明Ｃｌ－ 和ＳＯ２－４ 來源主要為蒸發(fā)鹽巖（石膏、芒硝等）的溶解；１５０～３００ ｍ、４００～６００ ｍ 地下水均分布于γ（ＳＯ２－４ ＋Ｃｌ－ ） ／ γ（ＨＣＯ－３ ＋ＣＯ２－３ ）＝ １ 線下部，表明部分Ｃｌ－和ＳＯ２－４ 來源于碳酸鹽巖的溶解。

利用γ （ Ｎａ＋ ＋ Ｋ＋ － Ｃｌ－ ） ／ γ （ Ｃａ２＋ ＋ Ｍｇ２＋ － ＳＯ２－４ －ＨＣＯ－３ ）可以判斷地下水運(yùn)移過程中陽離子交換是否起主導(dǎo)作用［２５］ 。如圖６（ｄ）所示，地下水中γ（Ｎａ＋ ＋Ｋ＋ －Ｃｌ－）與γ（Ｃａ２＋ ＋Ｍｇ２＋ －ＳＯ２４－ －ＨＣＯ－３ ）表現(xiàn)出顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，水樣均分布在斜率為－０．９４ 的直線附近，說明地下水中發(fā)生了陽離子交換。由于地下水中陽離子的吸附能力由強(qiáng)到弱為Ｃａ２＋ ＞Ｍｇ２＋ ＞Ｋ＋ ＞Ｎａ＋，因此吸附能力又與相對(duì)濃度正相關(guān)，即離子濃度越大，吸附能力越強(qiáng)。研究區(qū)５～３０ ｍ、１５０～３００ ｍ、４００～６００ ｍ 地下水中離子濃度表現(xiàn)為Ｎａ＋ ＞Ｍｇ２＋ ＞Ｃａ２＋ ＞Ｋ＋，３ 層地下水中Ｎａ＋濃度分別是Ｃａ２ ＋的３５．７、１０．３、９．９ 倍，說明地下水中陽離子交換作用主要體現(xiàn)在Ｎａ＋ 和Ｃａ２＋，地下水中Ｃａ２＋的強(qiáng)吸附力置換出了礦物表面的Ｎａ＋，從而使地下水中Ｎａ＋濃度增大、Ｃａ２＋濃度減小。

４ 結(jié)論

研究區(qū)淺層地下水（埋深５～３０ ｍ）水位隨季節(jié)性灌溉而出現(xiàn)波動(dòng)，深層地下水（埋深１５０～６００ ｍ）水位受壓采影響呈周期性波動(dòng)上升趨勢(shì)；地下水同位素特征表明淺層地下水明顯受灌溉水補(bǔ)給，補(bǔ)給過程中受到強(qiáng)烈蒸發(fā)，地下水年齡為９～＞６８ ａ，深層地下水主要來源于西部山區(qū)，地下水年齡為７ ３２５～２５ ５５４ ａ Ｂ．Ｐ．。

研究區(qū)５～３０ ｍ 淺層地下水化學(xué)類型為Ｃｌ·ＳＯ４ －Ｎａ·Ｍｇ、ＳＯ４ ·Ｃｌ·ＨＣＯ３ －Ｎａ·Ｍｇ 型，主要受蒸發(fā)濃縮作用影響；１５０～３００ ｍ、４００～６００ ｍ 深層地下水化學(xué)類型均為ＨＣＯ３·ＣＯ３ －Ｎａ·Ｍｇ、ＨＣＯ３ －Ｎａ·Ｍｇ 型，受巖石風(fēng)化作用控制。水－巖相互作用控制地下水中的離子組分，地下水礦物飽和指數(shù)指示地下水中白云石處于過飽和狀態(tài)，巖鹽、鉀鹽處于不飽和狀態(tài)；地下水中優(yōu)勢(shì)離子主要源于碳酸鹽巖、蒸發(fā)鹽巖、硅酸鹽巖的溶解，陽離子交換作用使得地下水中的Ｎａ＋ 濃度增大、Ｃａ２＋濃度減小，同時(shí)影響地下水化學(xué)組分的變化。

參考文獻(xiàn)：

［１］ 羅杰，王文科，段磊，等．銀川平原地下水位變化特征及其成因分析［Ｊ］．西北地質(zhì)，２０２０，５３（１）：１９５－２０４．

［２］ 賈秀梅，孫繼朝，陳璽，等．銀川平原承壓水氫氧同位素組成與１４Ｃ 年齡分布特征［Ｊ］． 現(xiàn)代地質(zhì)，２００９，２３（１）：１５－２２．

［３］ ＷＡＮＧ Ｈｕａｌｉｎ，ＹＡＮＧ Ｑｉｎｇｃｈｕｎ，ＭＡ Ｈｏｎｇｙｕｎ，ｅｔ ａｌ．Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ ａｎｄ Ｉｔｓ Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ Ｃｈａｒ?ａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ Ｄｕｅ ｔｏ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ ｉｎ Ｙｉｎｃｈｕａｎ Ｐｌａｉｎ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ｃｈｉｎａ［Ｊ］．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２０２１，２００：１１１４４９．

［４］ ＬＩＵ Ｆｅｎｇｘｉａ，ＱＩＡＮ Ｈｕｉ，ＳＨＩ Ｚｉｗｅｉ，ｅｔ ａｌ．Ｌｏｎｇ?Ｔｅｒｍ Ｍｏｎｉｔｏ?ｒｉｎｇ ｏｆ Ｈｙｄｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ Ｎｉｔｒｏｇｅｎ Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ Ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ ｏｆ Ｙｉｎｃｈｕａｎ Ａｒｅａ，Ｙｉｎｃｈｕａｎ Ｂａｓｉｎ ｏｆ Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ｃｈｉｎａ［Ｊ］．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅａｒｔｈ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，２０１９，７８（１３）：１１０７－１１２４．

［５］ ＺＨＵ Ｌｉａｎｇ，ＹＡＮＧ Ｍｉｎｇｎａｎ，ＣＨＥＮ Ｘｉ，ｅｔ ａｌ．Ｈｅａｌｔｈ Ｒｉｓｋ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ａｎｄ Ｒｉｓｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ：Ｄｒｉｎｋｉｎｇ Ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ ｉｎ Ｙｉｎ?ｃｈｕａｎ Ｐｌａｉｎ，Ｃｈｉｎａ［Ｊ］．Ｅｘｐｏｓｕｒｅ ａｎｄ Ｈｅａｌｔｈ，２０１９，１１（１）：５９－７２．

［６］ ＬＩ Ｘｉｎｙａｎ，ＷＵ Ｈａｏ，ＱＩＡＮ Ｈｕｉ．Ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ Ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ Ｒｉｓｋ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ Ｕｓｉｎｇ Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｖｕｌｎｅｒａｂｉｌｉｔｙ， Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ Ｌｏａｄｉｎｇ ａｎｄ Ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ Ｖａｌｕｅ：Ａ Ｃａｓｅ Ｓｔｕｄｙ ｉｎ Ｙｉｎｃｈｕａｎ Ｐｌａｉｎ，Ｃｈｉｎａ［Ｊ］． Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ Ｒｅ?ｓｅａｒｃｈ，２０２０，２７（３６）：４５５９１－４５６０４．

［７］ 荊秀艷，李小珍，王文姬，等．銀川平原地下水中氟分布特征及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)［Ｊ］．環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，２０２２，４５（２）：１７４－１８１．

［８］ 程中雙，李英，陳宗宇，等．銀川平原潛水氚分布特征與年齡［Ｊ］．干旱區(qū)資源與環(huán)境，２０１９，３３（２）：１３９－１４５．

［９］ ＱＩＡＮ Ｈｕｉ，ＣＨＥＮ Ｊｉｅ，ＨＯＷＡＲＤ Ｋｅｎ Ｗ Ｆ．Ａｓｓｅｓｓｉｎｇ Ｇｒｏｕｎｄｗ?ａｔｅｒ Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｉｎ ａ Ｍｕｌｔｉ?Ｌａｙｅｒ Ａｑｕｉｆｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ，２０２０，２６３（ＰＡ）：１１４６６９．

［１０］ 李文鵬．“水文地質(zhì)與水資源調(diào)查計(jì)劃”進(jìn)展［Ｊ］．水文地質(zhì)工程地質(zhì)，２０２２，４９（２）：１－６．

［１１］ ＹＡＮＧ Ｌｉｈｕ，ＳＯＮＧ Ｘｉａｎｆａｎｇ，ＭＡ Ｙｕｘｕｅ，ｅｔ ａｌ．Ｓｏｉｌ Ｗａｔｅｒ Ｍｏｖｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ Ｒｅｃｈａｒｇｅ Ｕｎｄｅｒ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｌａｎｄ Ｕｓｅｓ ｉｎ ａ Ｆｌｏｏｄ?Ｉｒｒｉｇａｔｅｄ Ａｒｅａ［Ｊ］．Ｇｒｏｕｎｄ Ｗａｔｅｒ，２０２４，６２（２）：２１２－２２５．

［１２］ 連炎清．大氣降水氚含量恢復(fù)的多元統(tǒng)計(jì)學(xué)方法：以臨汾地區(qū)降水氚值恢復(fù)為例［Ｊ］．中國(guó)巖溶，１９９０，９（２）：５５－６４．

［１３］ ＺＨＡＮＧ Ｙａｎｈｏｎｇ，ＹＥ Ｓｈｕｊｕｎ，ＷＵ Ｊｉｃｈｕｎ．Ａ Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｇｌｏｂａｌ Ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇ ｔｈｅ Ｔｒｉｔｉｕｍ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｉｎ Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ，１９６０ － ２００５ ［ Ｊ］． Ｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ， ２０１１， ２５ （ １５）：２３７９－２３９２．

［１４］ ＧＥＹＨ Ｍ Ａ．Ａｎ Ｏｖｅｒｖｉｅｗ ｏｆ １４Ｃ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ［Ｊ］．Ｒａｄｉｏｃａｒｂｏｎ，２０００，４２（１）：９９－１１４．

［１５］ ＭＯＯＲＥ Ｊ Ｗ，ＳＥＭＭＥＮＳ Ｂ Ｘ． Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ Ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ ａｎｄ Ｐｒｉｏｒ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｎｔｏ Ｓｔａｂｌｅ Ｉｓｏｔｏｐｅ Ｍｉｘｉｎｇ Ｍｏｄｅｌｓ ［Ｊ］．Ｅｃｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，２００８，１１（５）：４７０－４８０．

［１６］ 趙志鵬，楊麗虎，公亮，等．永寧引黃灌區(qū)土壤水分運(yùn)移的同位素特征研究［Ｊ］．灌溉排水學(xué)報(bào)，２０２０，３９（１０）：４２－４９．

［１７］ ＬＩ Ｙｉｎｇ，ＷＵ Ｐｉｎｇ，ＨＵＡＮＧ Ｘｉａｏｑｉｎ，ｅｔ ａｌ．Ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ Ｓｏｕｒｃｅｓ，Ｆｌｏｗ Ｐａｔｔｅｒｎｓ，ａｎｄ Ｈｙｄｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｅｎｔｒａｌ Ｙｉｎｃｈｕａｎ Ｐｌａｉｎ，Ｃｈｉｎａ［Ｊ］．Ｈｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｙ Ｊｏｕｒｎａｌ，２０２１，２９（２）：１－１６．

［１８］ ＹＡＮＧ Ｌｉｈｕ，ＳＯＮＧ Ｘｉａｎｆａｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｙｉｎｇｈｕａ，ｅｔ ａｌ．Ａ Ｈｙｄｒｏ?ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ ａｎｄ Ｗａｔｅｒ Ｑｕａｌｉｔｙ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ Ｒｉｖｅｒ Ｗａｔｅｒ ｉｎ ｔｈｅ Ｕｐｐｅｒ Ｒｅａｃｈｅｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｈｕａｉ Ｒｉｖｅｒ Ｂａｓｉｎ，Ｃｈｉｎａ［Ｊ］．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅａｒｔｈ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，２０１２，６７（７）：２１４１－２１５３．

［１９］ ＦＥＴＨ Ｊ Ｈ，ＧＩＢＢＳ Ｒ Ｊ．Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ Ｗｏｒｌｄ Ｗａｔｅｒ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ：Ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ?Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９７１，１７２（３９８５）：８７０－８７２．

［２０］ 姜鳳，周金龍，周殷竹，等．巴伊盆地平原區(qū)地下水水化學(xué)特征及污染源識(shí)別［Ｊ］．環(huán)境科學(xué)，２０２３，４４（１１）：６０５０－６０６１．

［２１］ 欒風(fēng)嬌，周金龍，賈瑞亮，等．新疆巴里坤－伊吾盆地地下水水化學(xué)特征及成因［Ｊ］． 環(huán)境化學(xué)，２０１７，３６ （２）：３８０－３８９．

［２２］ 王浩然，李海明，李夢(mèng)娣，等．北大港水庫水體和地下水水化學(xué)特征及成因［Ｊ］．人民黃河，２０２３，４５（８）：１０７－１１３．

［２３］ ＬＩ Ｃｈｅｎｇｃｈｅｎｇ，ＧＡＯ Ｘｕｂｏ，ＷＡＮＧ Ｙａｎｘｉｎ．Ｈｙｄｒｏｇｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｈｉｇｈ?Ｆｌｕｏｒｉｄｅ Ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ ａｔ Ｙｕｎｃｈｅｎｇ Ｂａｓｉｎ，Ｎｏｒｔｈｅｒｎ Ｃｈｉｎａ ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｔｏｔａｌ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，２０１５，５０８：１５５－１６５．

［２４］ 李建華，徐向東，劉鵬，等．定邊縣山前平原地下水水化學(xué)特征分析及水質(zhì)評(píng)價(jià)［Ｊ］．人民黃河，２０２３，４５（１１）：１１１－１１７．

［２５］ ＬＩＵ Ｆｅｉ，ＺＯＵ Ｊｉａｗｅｎ，ＬＩＵ Ｊｉｎｇｒａｎ，ｅｔ ａｌ．Ｆａｃｔｏｒｓ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ Ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ Ｉｍｐａｃｔ ｏｆ Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｃａｔｅｎａ，２０２２，２１４：１０６２６１．

【責(zé)任編輯 呂艷梅】

基金項(xiàng)目：寧夏生態(tài)地質(zhì)調(diào)查示范項(xiàng)目（ＮＸＣＺ２０２２２０１）；寧夏科技基礎(chǔ)建設(shè)項(xiàng)目（２０２３ＫＸＧＣ００４）；寧夏騰格里湖與湖岸帶地下水轉(zhuǎn)化關(guān)系研究項(xiàng)目（２０２３ＡＡＣ０３７８５）