南太行山山前平原地下水硫酸盐来源及迁移转化过程硫和氧同位素示踪研究

地下水溶解性硫酸盐硫和氧同位素常用来识别地下水硫酸盐的来源以及硫在地下水环境中发生的生物地球化学过程。以南太行山山前平原地带(焦作市)地下水为主要研究对象，针对地下水硫酸盐环境污染问题，运用硫和氧同位素地球化学基本理论，元素地球化学方法以及水文地质学等研究手段，判别研究区地下水硫酸盐主要来源；利用地下水硫酸盐硫和氧同位素变化情况，研究细菌还原作用程度，分析硫酸盐硫和氧同位素动力学分馏过程及其主要受控因素；结合水介质氧同位素，研究硫化物氧化过程中氧的来源以及硫酸盐氧同位素与水介质氧同位素平衡分馏过程及其主要受控因素。根据上述研究成果，说明地下水环境中硫酸盐的来源以及硫的迁移转化过程，为研究区地下水环境污染治理以及地下水资源管理提供科学依据，同时阐释硫在地下水圈中的物质循环和作用过程，为全球硫循环研究提供理论依据。

为探讨地下水硫酸盐来源以及硫在地下水环境中迁移转化过程，选择南太行山山前平原地下水作为研究对象，对地下水硫酸盐硫和氧同位素和水化学组成进行了系统研究。结果表明：⑴研究区岩溶地下水以及山前平原补给区地下水水化学组成主要受碳酸盐矿物溶解控制，南部平原地下水水化学组成主要受到硅酸盐矿物溶解以及蒸发盐矿物溶解控制，人为活动对浅层地下水水化学组成影响较大；⑵岩溶地下水硫酸盐硫和氧同位素组成受到膏盐溶解、大气降水和土壤硫酸盐溶解的共同影响，山前平原补给区地下水硫酸盐硫和氧同位素组成受到大气降水和土壤硫酸盐以及人为活动的影响，南部平原排泄区地下水硫酸盐硫和氧同位素组成受到大气降水、土壤硫酸盐、人为活动以及硫酸盐细菌还原作用的影响；⑶ 南部平原排泄区浅层地下水受人类活动影响较大，深层地下水处于还原环境，硫酸盐细菌还原作用导致硫酸盐浓度降低的同时，剩余硫酸盐硫和氧同位素同时升高，富集系数分别为-12.1‰和-4.7‰，分馏系数比为3.2:1。总结上述认识，提出了研究区地下水硫循环模型，为区域地下水污染与防治提供了科学依据。