內蒙古阿拉善左旗巴彥浩特鎮地下水同位素分析

李艷龍 秦冬時 李佳洋

內蒙古自治區地質調查院 呼和浩特 010020

巴彥浩特鎮位于賀蘭山西麓沖洪積平原，地下水的補給、徑流和排泄明顯受地質構造、地貌條件、氣象等因素的嚴格控制，取決于大氣降水的強度、地下水系統的結構特征、巖性特點以及與地表水體的水量交換關系和人類活動的影響強度。

區內地下水的徑流方向、徑流途徑和強度受巖性、地形地貌與地下水賦存空間等因素的影響和控制。地下水總體上由東部向巴彥浩特鎮內徑流，補給巴彥浩特鎮內地下水。東部邊界是區內最主要的側向徑流補給邊界，東部賀蘭山區基巖裂隙水通過地下徑流補給巴彥浩特鎮內地下水。與腰壩盆地只有東側邊界的側向補給不同，格靈布隆盆地地下水還接受一定的西部沙地地下水的側向補給。受地下水分水嶺控制，腰壩盆地和格靈布隆盆地流場特征差異明顯，腰壩盆地在本區具獨立完整的補給—徑流—排泄系統，東部賀蘭山區為地下水補給帶，山前沖洪積平原為地下水徑流帶，沖洪積平原前緣巴彥達萊湖地區為地下水的匯集排泄區。受開采影響，在腰壩的農業開采區已經形成較大范圍的降落漏斗，使腰壩盆地地下水流場形成了近似“啞鈴形”的形態，工作區內水力坡度從東部的2‰左右逐漸變化到中部的0.5‰左右。

除少量的大氣降水入滲補給外，地下水主要接受賀蘭山區地下水的側向徑流補給。

大氣降水是巴彥浩特鎮內地下水主要補給來源之一。巴彥浩特鎮大部分地區地下水埋深較大,不利于大氣降水的入滲補給。大氣降水補給區主要分布在巴彥浩特鎮西部地下水淺埋區,該區域地下水埋深小于10m,包氣帶巖性以粉細砂、細砂為主,利于降水滲入。

影響大氣降水對地下水補給的因素主要有：降水性質、包氣帶的巖性、厚度、地形和植被等。

降水量的大小對地下水的補給起著控制作用，工作區位于干旱——半干旱氣候帶，年降水量200mm左右，降水相對不足、降水量年內分配不均，變率大是本地區大氣降水的基本特征。

巴彥浩特鎮地區屬我國典型干旱區，干旱少雨，風大沙多，冬寒夏熱，四季氣候特征明顯，晝夜溫差大。據阿拉善左旗巴彥浩特氣象站資料，多年平均降水量203mm。

極端最低氣溫-36.4℃；極端最高氣溫41.7℃。無霜期130～165天。降雨多以暴雨形式，集中于6～9四個月（見圖1），約占全年降水量的62.7%。多年平均蒸發量2347.4mm；為多年平均降水量的11.5倍。多年平均氣溫7.4℃。每年3～5月為風季，最大風速34m/s。

區內受地形影響，降水量由東向西逐漸減少。賀蘭山頂高山氣象站可達426mm；到西部沙漠區遞減為146.1mm；蒸發量在平面分布上，與降水量相反，由東向西逐漸增大，從賀蘭山區的1，400mm，到西部沙漠區漸增為23，16.5mm。

圖1 巴彥浩特鎮多年月平均氣象要素值

巴彥浩特鎮內降水量年際變化較大，根據阿拉善左旗巴彥浩特氣象站資料，最大348mm（1977年），最小112mm（1965年）。

根據阿拉善左旗氣象站資料，區內大氣降水多以暴雨的形式出現，根據前人研究成果，降水強度較大的次降水（暴雨），對地下水的補給具有重要意義。但2009年由于降水偏少（僅130mm），對補給地下水有影響的次降水量＞10mm的降水僅占總降水量的69%。

表1 巴彥浩特鎮多年月平均氣象要素一覽表

區內大氣降水的波動規律性較強，年際間降水量較大時，大氣降水對地下水的補給強度也較大，反之，則較小。本次工作調查結果，就反映了這種的規律，2009年降水量較2008年降水量小50%左右，對應的地下水位，2010年5月較2009年5月地下水位平均下降0.06m左右（強開采區除外）。

為了研究巴彥浩特鎮地下水的形成環境、年齡；地下水的補給、徑流、排泄條件；地表水（湖水）與地下水的補排關系，在充分分析已有資料的基礎上，在該區共采集同位素樣（T、D、18O樣）17組，其中大氣降水樣1組，湖水樣1組，地下水樣15組，所有樣品均同時采集水質全分析樣。

同位素測試結果見表2。

表2 同位素測試結果一覽表

在水循環的每一階段，受大氣蒸汽源的同位素組成、水汽凝結和蒸發過程中的同位素分餾作用、土壤和地表水的蒸發作用以及不同水體的混合作用等影響，水中的18O和D具有不同的演化規律和組成特征。

1.大氣降水與地表水的同位素特征

巴彥浩特鎮內沒有開展過系統的同位素研究工作，不能建立當地大氣降水穩定同位素雨水線方程，僅以鄰近本區的銀川地區大氣降水穩定同位素雨水線方

程作為本地區的參考方程。

δDSMOW=6.48δ18OSMOW-7.069（n=8）

在巴彥浩特鎮中部采集了雨水同位素樣1件，測試結果為δD-65.78‰，δ18O-9.3‰。結果大致落在銀川地區大氣降水穩定同位素雨水線上（見圖2）。

圖2 地下水、雨水及地表水δ18O與δD關系圖

在巴彥達萊湖分別采集了一件同位素樣，測試結果分布在當地雨水線的右下方，相比于地下水，湖水的重同位素要富集許多,表明湖水受蒸發作用影響強烈。

2.地下水的同位素特征

采集地下水同位素樣測試結果表明，其同位素分布范圍δD為-45.04‰～-86.03‰、δ18O為-6.123‰～-11.78‰，同時，地下水中δ18O和δD值多位于雨水線的下方，表明地下水主要由東部賀蘭山區大氣降水、融雪水和基巖裂隙水補給，或者說相對與大氣降水，來自賀蘭山區的基巖裂隙水的補給量占絕對優勢。

在腰壩盆地，沿地下水徑流方向,環境同位素逐漸富集,尤其δ18O更為明顯,環境同位素含量偏低，而隨著徑流途徑的增加，地下水位埋深逐漸減小，表現出一定的蒸發效應（見圖3），環境同位素含量逐漸富積，在農場牧業隊以西，還表現出δ18O和δD濃度的背離。而格靈布隆盆地，在取樣剖面上，穩定同位素濃度變化不大，可能與取樣點水位埋深較大，徑流途徑較短有關。

在ZK07、ZK10孔中分段采集了同位素樣，從測試結果可以看出,下段地下水中D、18O濃度較上段都略有減少，但相差不大，尤其ZK07孔，上下段水D、18O濃度極為接近，而ZK10孔，上下段水D、18O濃度有一定的差異，上段水相對富集，其主要原因是該處地下水埋深較小，上段水受一定的蒸發影響，同時能夠接受大氣降水的直接補給。

圖3 腰壩盆地沿地下水徑流方向同位素濃度變化曲線

三、地下水氚年齡

根據地下水是否受到核爆試驗期間產生的大量核爆氚的標記，可將地下水形成時間劃分為核爆試驗前和核爆試驗后兩個階段。核爆試驗前（1953年前）天然情況下大氣降水的氚濃度為10TU，這種含氚的降水入滲進入地下水之后，按照同位素放射性衰變方程，到取樣時間時，地下水的氚濃度衰減為0.5TU以下，小于氚的測試本底。因此若地下水的氚濃度小于此數值，一般可認為其年齡大于50年；若地下水的氚濃度大于0.5TU，則表明地下水為核爆試驗開始后補給的，其年齡小于50年。

地下水中氚的濃度變化因素受多種因素的影響，不僅與大氣降水及地表水輸入到地下水中的氚濃度有關，還與含水介質的構造、巖石性質、地下水運動規律等因素有一定的關系。

從本次采集樣品測試結果可以看出潛水中的氚值與大氣降水中的氚值大多相差較大,除巴彥浩特鎮外圍扇頂部所采集樣品測試結果>10TU,接近于大氣降水外,區內地下水測試結果都<5TU,說明大氣降水補給直接補給區內地下水較為困難，地下水中氚含量最小為1.03TU，其年齡較大，但也應為核爆試驗開始后補給的，其年齡也應小于50年。