第七届青年地学论坛

珠江三角洲弱透水层孔隙水水化学特征及演变机理

       弱透水层在珠江三角洲地区分布广泛，由于其渗透性很差，可作为珠江三角洲地区含水层的天然屏障。近年来，随着珠三角地区城市经济发展，地下水污染，地下水过度开采及海水入侵等环境地质问题日益严峻，对区域的地下水资源构成了威胁。珠江三角洲弱透水层位于该区域承压水和地表水之间，其水文地质演化过程对相邻含水层有一定影响，研究弱透水层的水化学特征及其在溶质垂向运移规方面的作用具有重要的科学和现实意义（Hendry et al., 2000）。
      本文通过分层采集中山市民众镇ZKC钻孔（113°32′24.23″E，22°38′9.69″N）沉积物样品，采用机械压榨法提取沉积物中孔隙水（李静，2014），对孔隙水中的离子进行了测试，利用Piper图、离子比例系数和Gibbs分析，揭示了孔隙水水化学类型、成因及水岩相互作用过程。此外，结合沉积物14C测年数据确定各个深度沉积时间，然后基于PHREEQC软件模拟钻孔剖面Cl-和总溶解固体（TDS）的一维溶质运移过程。主要的研究方法与结论如下：
     1）孔隙水水化学特征。ZKC钻孔孔隙水总溶解固体（TDS）随着深度增加而变大，范围为4126-30500mg/L，属于咸水。孔隙水Pipe图分析显示Na+、Mg2+、Ca2+在阳离子中占主导地位，阴离子则主要为Cl-、SO42-，主要化学组分与海水基本相同，孔隙水水化学类型总体为Cl-Na型。Gibbs图显示孔隙水水样恰好分布在海水区，主要受高矿化度海水的影响。

       2）孔隙水成因及水岩相互作用。基于γNa /γCl、Cl/Br两个离子比例系数对孔隙水的成因进行了解释，孔隙水γNa /γCl的范围为0.76-0.87，与标准海水的γNa /γCl系数平均值0.85相当，表明孔隙水为海相沉积水。Cl/Br系数是海水的特征系数，孔隙水Cl/Br系数平均值为299（沈照理等，1999），基本与海水中Cl/Br系数300一致，说明孔隙水主要来源于标准海水。孔隙水γNa /γCl的系数小于0.85，且与Ca/Cl呈现相反的变化趋势，下部海相沉积孔隙水中含量较高的Na+在往上扩散过程中与沉积物中吸附的Ca2+发生了阳离子交换作用（刘彦等，2021）。

       3）基于水文地球化学软件PHREEQC软件建立了全新世以来弱透水层Cl-和总溶解固体TDS的一维溶质运移过程。根据模型上边界条件的变化，模拟分为三个阶段：全新世早期海平面快速上升期（约12-6ka cal BP）、海平面稳定后处于海陆过渡期（6ka-0.3ka cal BP）、陆地阶段（0.3ka cal BP-至今）; （Kuang et al. 2015）。溶质运移参数在前人研究的基础上采用理论公式和模型校正的方式综合确定，模拟结果与实测数据拟合效果较好，指示扩散作用是该地区孔隙水中Cl-和总溶解固体（TDS）的主要运移机制。