白洋淀地区沉积物孔隙水化学特征及环境指示研究

The groundwater level in the Baiyangdian District has been continuously decreasing due to human activities. Groundwater from different aquifers is strongly blended, leading to significant changes of regional groundwater chemistry characteristics. This study focuses on the sediment pore water in the Quaternary standard borehole, and the appropriate extraction methods are selected for different testing parameters. Geochemistry and isotopic characteristics of pore water in the multi-layer aquifer and aquitard system are analyzed, as well as the grain size, sporopollen, paleomagnetism of aquitard sediment. Hydrogeochemical graphical method, hydrogeochemical modeling, and ionic ratios of characteristic elements are comprehensively utilized in the whole research. This study aims to achieve three goals: 1) to horizontally and vertically identify the hydrogeochemical process of various aquifers in the Baiyangdian District which is strongly effected by human activities; 2) to reconstruct the chronology frame and paleoclimate evolvement law; 3) to reveal the mechanism of interaction process between aquitard and aquifer layer, which provides basis to protection and modification of groundwater environment and supports rational selection of superior water sources. Meanwhile, this study is meaningful both theoretically and practically to evaluation of hydrogeological causes and evolvement process in the Baiyangdian District.

受人类活动影响，白洋淀地区地下水位持续下降，不同含水层地下水强烈混合，导致区域地下水化学特征发生显著改变。本研究拟以第四系标准钻孔沉积物孔隙水为重点研究对象，选择合适孔隙水提取技术，分别对含水层和弱透水层孔隙水的同位素及水化学特征进行深入分析，结合弱透水层沉积物粒径、孢粉、古地磁等测试手段，综合运用水文地球化学图解、特征元素离子比及Phreeqc水文地球化学模拟等方法，从水平和垂向两方面立体识别人类活动影响下白洋淀流域平原区不同含水层的水文地球化学过程，从岩土样和孔隙水两方面共同构建标准钻孔年代格架、重建研究区古环境古气候的演化规律，揭示典型弱透水层与含水层相互作用过程及机制，并预测开采胁迫下地下水质的演变趋势，为保护和改善地下水环境、合理选取优质水源提供依据。同时，该研究在探讨白洋淀地质-水环境成因与演化过程、从水文地质学角度讲好白洋淀故事等方面具有重要的理论和实际意义。

受气候变化和人类活动的双重影响，近年来雄安新区地下水位持续下降，不同含水层地下水混合增强，区域地下水化学特征发生显著变化。本研究以区域地下水和600米第四系标准钻孔沉积物孔隙水为研究对象，深入研究人类活动影响下雄安新区不同区域、不同含水层的水文地球化学过程和古环境演化规律，基本掌握区域主要含水层地下水质量状况，从水平和垂向两方面立体识别人类活动影响下不同含水层的地下水化学特征和水文地球化学过程，揭示地下水化学成分形成过程、地下水埋藏条件和沉积环境，探究白洋淀地质-水环境成因与演化过程。结果表明，沿地下水径流方向，地下水化学组分总体上没有明显变化，但在垂直方向浅层和深层地下水具有较为显著差异的水化学特征和水文地球化学过程。雄安新区浅层地下水（<150米）矿化程度较大，锰、铁组分含量相对较高，而深层地下水水质较好，溶解性总固体（TDS）一般低于1000毫克/升，高矿化度地下水主要分布在地表以下深度小于70米和大于500米的含水层中。孔隙水氢氧同位素特征显示，含水层孔隙水主要来源于蒸发作用下的大气降水，而弱透水层孔隙水则属于古大气水。此外，通过不同深度沉积物孔隙水的δ18O剖面和孢粉记录，重建了雄安新区近3.10百万年以来的古气候演化规律，推断可得第四纪更新世（0.78～2.58 Ma BP）整体以冰期寒冷干燥气候为主，中间可见三次具有暖湿气候的间冰期。更重要的是，这项研究不仅证明了沉积物孔隙水在水文地球化学研究中的应用可能性，更进一步验证了孔隙水可以保留古沉积水特征的结论。项目研究成果有效支撑雄安新区水资源供水安全保障，为保护和改善地下水环境、合理选取优质水源提供依据，同时白洋淀古环境古气候演化规律研究对于从水文地质学角度讲好白洋淀故事具有重要意义。