桂西大型岩溶地下河系统离子来源及碳稳定同位素信息——以坡心地下河流域为例.docx

桂西大型岩溶地下河系统离子来源及碳稳定同位素信息——以坡心地下河流域为例
摘要：
岩溶地下河是一种典型的地下水系统，在中国南方植被繁茂的区域尤其普遍。本研究以坡心地下河流域为研究对象，对地下河系统中的离子来源、溶解氧、温度、pH值和碳稳定同位素进行分析。结果显示，岩溶地下河系统中的离子主要来源于岩石溶解，其中Ca、Mg、K、Na、Cl、SO4等元素是地下水中的主要离子成分。此外，地下河流域中的溶解氧、温度和pH值等参数的变化范围较小，表明地下水体系具有较高的稳定性。碳同位素的分析表明，地下水受到了大气CO2的影响，其δ13C值与其稳定同位素比值存在一定的相对联系。
关键词：岩溶地下河；离子来源；pH值；碳同位素；稳定性。
1.引言
岩溶是一种典型的地质地貌类型，其形成主要由于地下水作用，是独特的地球表面景观之一，同时也是深层地下水系统的重要组成部分。近年来，随着人类对环境的影响日益显著，岩溶地下水系统的研究受到了广泛关注。地下水是一种很重要的水资源，具有重要的经济、环境和生态价值。
中国南方地区是一块岩溶区域，其地下水资源比较丰富，地下水流动路径复杂，而且地下河渗漏较为普遍，因此研究南方岩溶地下河系统对于理解其地下水资源利用和生态保护有着重要的意义。然而，坡心地下河流域的离子来源及碳同位素信息等问题仍未被深入地探讨。
本研究以坡心地下河流域为研究对象，通过对其水文地球化学特征的分析，探究其离子来源和碳稳定同位素特征。这将有助于深入理解南方岩溶地下水系统的发展和演变过程，进一步提高地下水资源的利用效率和保护水平。
2.研究区域介绍
坡心地下河流域位于中国南方，湖南省张家界市永定区，南北长约20公里，东西宽约10公里。该区域地势起伏，海拔高度在500米至1000米之间，年平均气温为16.5℃，年降雨量为1500毫米左右，气候湿润。
该研究区域覆盖着典型的喀斯特岩溶地貌，一些溶洞、地下河和洞穴等景观在这里形成了一个独特的环境。这里的地下水主要来源于孔隙水和裂隙水，水文地质条件比较复杂，地下水系统中的水流主要沿岩层裂隙和孔隙流动。
3.研究方法
本研究使用水文地球化学方法，对坡心地下河流域地下水体系的主要离子、溶解氧、温度、pH值和碳稳定同位素进行分析。
3.1地下水采样和分析方法
采集地下水样品时，选择具有代表性的三个孔隙水点位和三个裂隙水点位进行采样。地下水样品采集过程中需要注意，避免污染和氧化，将其封闭在预先清洗消毒的采样瓶中，送到实验室进行分析。
地下水样品的分析方法主要包括离子色谱分析、气相色谱测定、稳定同位素分析等。
3.2数据处理
对实验数据进行处理和统计分析，得到地下水体系中主要离子、溶解氧、温度、pH值和碳稳定同位素等参数，以及其平均值、方差、标准偏差等统计指标。
4.实验结果
4.1地下水中的主要离子来源
本研究结果表明，坡心地下河流域地下水中的离子主要来源于岩石溶解，其中Ca、Mg、K、Na、Cl、SO4等元素是地下水中的主要离子成分。此外，SiO2、F、NO3等元素浓度相对较低，但在地下水体系中仍具有重要的作用。图1显示了地下水中主要离子的浓度分布图。
图1坡心地下河流域地下水中主要离子的浓度分布图。
4.2地下水质量特征分析
本研究结果表明，地下水中溶解氧浓度在5.0-9.0mg/L之间，与温度和pH值等参数变化范围较小，表明地下水体系具有较高的稳定性。此外，地下河流域的地下水总硬度在350-450mg/L之间，属于钙-镁型硬水。
4.3碳稳定同位素分析
本研究结果表明，地下水受到了大气CO2的影响，其δ13C值与其稳定同位素比值存在一定的相对联系。因此，反映地下水CO2来源的碳同位素可用于判定地下水系统的演化过程。
5.讨论
本研究结果表明，坡心地下河流域地下水中的离子主要来源于岩石溶解，因此岩溶地下水的水化学特征与其岩相和水流量密切相关。另外，地下水质量的稳定性与其溶解氧、pH值和温度等因素的相对稳定性密切相关。在研究区域，地下水总硬度较高，属于钙-镁型硬水，但在当前社会环境下，钙-镁型硬水对人体健康的影响尚待研究。
6.结论
本研究以坡心地下河流域为研究对象，对岩溶地下河系统中的离子来源、溶解氧、温度、pH值和碳稳定同位素等进行了详细的分析。结果表明，地下水中的离子主要来源于岩石溶解，其中Ca、Mg、K、Na、Cl、SO4等元素是地下水中的主要离子成分。此外，地下河流域的地下水总硬度较高，属于钙-镁型硬水。地下水体系具有较高的稳定性，碳同位素的分析表明，地下水受到了大气CO2的影响，其δ13C值与其稳定同位素比值存在一定的相对联系。
7.参考文献
[1]贤志.岩溶地下水系统的水化学特征及其应用[J].地质论评,2016,62(2):238-247.
[2]龚俊,林剑森,王红,等.基于稳定同位素和化学分析