中国北方地下水古气候记录及其补给演替

In this project, aquifers in basins along a transect from east to west in northern China will be studied as the climate archives. A wide range of environmental tracer methods are used together with classical hydrogeological information to study the groundwater records of paleoclimate.The age structure of groundwater in each basin along the flow path will be recognised by using groundwater age-dating techniques such as chlorofluorocarbons (CFCs),tritium-based methods and radiocarbone-14 method. The climatic signals of the paleogroundwater in these aquifers are expected to be obtained from the isotopic and chemical proxy indicators in deep confined aquifers. And the temperature records during the last glacial period in northern China will be estimated beased on the stable isotope oxygen-18 and noble gas thermometer. Moreover,a series of aquifer archives for climatic and environmental changes are built and use for undersanding the temperature and monsoon intensity since the last glacial period in northern China. Based on the above results，the main hydrological factors affecting the groundwater renewal will be identified from stable isotopic proxy data and therefore used to reconstruct the response of paleorecharge to paleoclimate change and estimate recharge rates under current climatic conditions. The results of this project should present new data for global change and provide key information for the adapation and management of the precious groundwater resources in this area.

本项研究串联东北-华北-西北典型盆地构成研究断面，以地下水作为古水文和古气候变化的"信息载体"，利用地下水测年技术建立地下水年代序列剖面，联合应用大范围的环境示踪剂和传统水文地质学方法，提取晚更新世末期以来地下水中的古气候信息，获得地下水惰性气体古温度，建立中国北方含水层古气候档案和末次冰期北方大陆古温度变化，揭示末次冰期以来我国北方降水来源与季风强度的变化。在此基础上，重建晚更新世末期以来地下水补给演替过程及其对气候变化的响应，估算不同时期地下水补给通量的变化，确定自然条件下深层地下水资源的更新周期，探讨现行地下水资源开采的可持续性，为古气候和地下水演变研究提供新的数据，为地下水对气候变化的适应性研究提供理论基础。

本项研究以中国北方不同地区的典型盆地为研究对象，开展了中国北方地下水形成演化相关问题研究，着重研究了盆地地下水的年龄结构、地下水中的古气候记录及惰性气体古温度、古水文补给演替过程及演变特征。取得主要成果如下：. （1）构建了我国北方典型盆地的地下水年龄结构，发现北方主要盆地地下水年龄绝大多数为几千年至距今40000年，测得了迄今为止我国华北平原最老的地下水年龄数据为0.99Ma，将我国地下水测年上限拓展到1Ma，为正确认识学术界目前存有争议的深层地下水资源属性提供了理论依据，对地下水科学及水循环研究有着重要意义。. （2）识别出了主要盆地30000年以来地下水中的古气候变化信息，获得了典型盆地全新世和晚更新世地下水惰性气体古温度数据序列，发现东北平原和华北平原全新世平均气温比晚更新世平均气温升高4～5℃，而河套平原升高了2～3℃。河北平原大约在距今12000～13000年气候开始转暖,而在西北干旱区大约在距今10000～11000年气候才开始转暖。提高了我国在地下水惰性气体研究方面学术影响，为全球变化研究提供了新的数据。. （3）晚更新世末期以来中国北方盆地地下水的补给及其演替表现为补给期与补给间断期交替出现的规律，补给期对应于气候温暖湿润期，补给间断期对应寒冷干燥的气候时期。主要补给期发生在30～20 kaB.P.、15～10 kaB.P.、10～5.5kaB.P.。近50年来，盆地地下水补给发生明显变化，主要补给带向中下游移动，天然补给减少，人工灌溉补给增加，总补给量呈现逐渐减少的趋势。西北诸盆地的变化始于20 世纪60 年代中期， 20世纪80 年代末期发生突变， 表现为补给强度的急剧减小。华北平原和松嫩平原补给演变开始于20 世纪60年代初期， 20 世纪70 年代中后期期发生突变，标志为补给强度的急剧减小。该成果为地下水资源可持续性开发管理提供依据，为地下水对气候变化的适应性研究提供理论基础。