同位素分析技術(shù)研究地下水演化規律

　　1 引言

　　同位素分析技術(shù)已成為現代水文地質(zhì)學(xué)的研究方法之一，并已經(jīng)大量成功地應用于地下水循環(huán)演化規律研究.例如，應用環(huán)境同位素在確定地下水來(lái)源及組成究地下水補徑排條件，揭示含水層之間的水力聯(lián)系和地表水與地下水的相互作用，以及示蹤地下水運動(dòng)等諸多方面具有重要作用.

　　地下水的同位素組成主要取決于地下水的來(lái)源，不同來(lái)源水的同位素組成的差異及其含量的時(shí)空變化是應用環(huán)境同位素方法解決地下水補給循環(huán)特征的基礎.研究地下水循環(huán)規律時(shí)常用到的有穩定同位素(δ2H、δ18O、δ13C)和放射性同位素(3H、14C)等.地下水是古氣候信息的載體，應用地下水的同位素資料可以研究古氣溫的變化，計算地下水的形成年齡，確定地下水的補給期，反映區域地下水流動(dòng)模式，以及對人類(lèi)干擾的響應.

　　江蘇沿海平原東瀕黃海，《江蘇沿海地區發(fā)展規劃》于2009年被提升為國家戰略，該地區由此成為中國東部重要的經(jīng)濟增長(cháng)極，但也是江蘇省域水資源量最欠缺的地區，水質(zhì)優(yōu)良的深層地下水是本區經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展的重要支柱.在經(jīng)濟發(fā)達的沿海地帶，由于缺乏對地下水形成演化規律的正確認識，過(guò)量抽取地下水，破壞了濱海地帶地下水的循環(huán)過(guò)程，導致江蘇沿海平原地下水資源衰減、地質(zhì)環(huán)境惡化.根據2012年起開(kāi)展的水文地質(zhì)調查資料表明，江蘇沿海平原區主采層第Ⅲ、IV承壓水出現地下水位不斷降低、水質(zhì)咸化、礦化度增高，以及誘發(fā)地面沉降與海水入侵等系列問(wèn)題.目前，人們對高強度開(kāi)發(fā)地下水條件下的沿海地區的水文演化問(wèn)題缺乏系統認識，由于地下水開(kāi)采引發(fā)的地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題亟待解決：高強度開(kāi)發(fā)地下水條件下水資源量和水質(zhì)演變的過(guò)程與機理如何?高強度開(kāi)發(fā)地下水導致含水層系統結構發(fā)生變異的機理與趨勢如何?區域地下水系統如何響應區域水循環(huán)的變化?

　　20 世紀60年代至今，針對江蘇省域開(kāi)展的大量水文地質(zhì)研究主要集中在長(cháng)江南翼，在北翼的江蘇沿海平原研究薄弱.例如，李從先等(2000;2009)、哈承佑等(1990)先后對區域古地理背景和水文地質(zhì)條件作過(guò)總結劃分.應用地下水的環(huán)境同位素(δ2D、δ18O、3H、14C)研究了地下水的循環(huán)過(guò)程及其形成年代.基于同位素δ2D、δ18O和水化學(xué)系數分析，開(kāi)展過(guò)南通地區地下水補給源、水化學(xué)變化特征研究.針對深層地下水開(kāi)發(fā)利用引發(fā)的系列環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題，也有過(guò)簡(jiǎn)單的成因分析.針對江蘇沿海平原開(kāi)展的地下水演化循環(huán)過(guò)程研究工作，主要集中在淺層地下水，對深層地下水水文地質(zhì)研究較為粗略.同時(shí)，深層地下水采集的同位素樣品種類(lèi)數量少，以往研究中深井水樣大多為上下多層含水層的混合水，這就使得同位素及化學(xué)成分混雜不清，而無(wú)法進(jìn)行細致的示蹤研究.

　　江蘇沿海平原是省域水資源脆弱帶，正確認識區域地下水水文化學(xué)演變過(guò)程是合理持續利用地下水資源的基礎.由于影響地下水同位素組成的因素很多，單一的同位素提供的信息有其局限性，聯(lián)合運用多種環(huán)境同位素提供的信息可相互應證，更能展現地下水循環(huán)演化過(guò)程的全貌.因此，本研究利用近期獲得的鉆孔剖面地層對比數據資料，系統地對水文地質(zhì)鉆孔(深孔)進(jìn)行取樣分析，以期準確標定研究區深層地下水含水層的環(huán)境同位素的指紋特征.同時(shí)，通過(guò)對區域地下水穩定同位素(δ2D、δ18O)和放射性同位素(3H、14C)組成的研究，探索江蘇沿海平原地區地下水補徑排條件、超采地下水引起的流場(chǎng)變化，以便為濱海含水層地下水資源合理開(kāi)發(fā)利用、污染治理提供基礎資料和理論依據.

　　2 材料與方法

　　2.1 研究區概況

　　江蘇省洋口港區位于江蘇省的東部沿海，隸屬江蘇省南通市如東縣(圖 1)，東瀕黃海，地勢平坦，地面標高一般為1~5 m，地面微向東傾.研究區氣候溫和濕潤，屬濕潤的亞熱帶季風(fēng)氣候區，四季分明，雨熱同季，無(wú)霜期長(cháng)，具典型的海洋性氣候.年均氣溫14.8 ℃，一月份平均氣溫2.1 ℃，最低氣溫-10.6 ℃;七月份平均氣溫27.3 ℃，最高氣溫38.6 ℃.年平均降雨量1025 mm.

　　研究區位于揚子陸塊下?lián)P子地塊北東部，地表為第四紀松散沉積物覆蓋.發(fā)育地層有上古生界中志留統-上泥盆統(S2-D3)、石炭系-二疊系(C-P)、中生界白堊系浦口組(K2p)、新生界古近系泰州組(E1t)、阜寧組(E1f)、三垛組(E2-3s)和新近系鹽城組(N1-2yc).

　　根據地下水賦存介質(zhì)，松散巖類(lèi)孔隙含水巖組為研究區主要含水巖組.根據地層的時(shí)代將含水層組由上到下分別為潛水、第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ承壓含水層組.考慮到研究區的潛水含水層和第Ⅰ、Ⅱ承壓含水層易于受到降水補給，水力聯(lián)系緊密，地下水徑流速度快，更新能力較強，將潛水含水層和Ⅰ、Ⅱ承壓含水層歸入淺層孔隙水含水系統.第 Ⅲ、Ⅳ承壓含水層是研究區地下水主采層，地下水徑流速度慢，更新能力弱，將Ⅲ、Ⅳ承壓含水層歸入深層孔隙水含水系統.

　　2.2 采樣測試分析

　　本研究采樣點(diǎn)大致沿地下水流向(自西向東)分布，針對本區地下水分層專(zhuān)門(mén)監測井進(jìn)行取樣分析，分別采集地表水、潛水、承壓水，以第Ⅲ、Ⅳ承壓水為重點(diǎn).于2014年10—11月采集深層地下水21件，其中，第Ⅲ承壓水同位素(δ2D、δ18O、3H、14C)14組，第Ⅳ承壓水7組;采集淺層地下水同位素(δ2D、δ18O)樣品7件;采集地表水同位素(δ2D、δ18O)樣品5件，其中，如泰運河河水樣品3件，入�？诤Ｋ畼悠�2件.具體采樣位置見(jiàn)圖 1.

 圖1 江蘇洋口港研究區位置及采樣點(diǎn)分布圖

　　氫氧同位素分析：樣品水分別采集在250 mL聚乙烯塑料瓶中，確保瓶?jì)葻o(wú)氣泡后，用封口膠密封，常溫避光保存，送至國土資源部南京地質(zhì)礦產(chǎn)研究所實(shí)驗室測試.用鋅還原法制備氫氣，供質(zhì)譜氫同位素分析;用CO2-H2O平衡法制備供氧同位素分析的CO2氣體.氫、氧同位素分析是在 MAT 253質(zhì)譜計上進(jìn)行，相對V-SMOW標準.氫同位素分析精度為±2‰(1σ)，氧同位素分析精度為±0.1‰(1σ).放射性同位素3H樣品采集在1250 mL聚乙烯塑料瓶中，確保瓶?jì)葻o(wú)氣泡后，用封口膠密封，常溫避光保存，分析測試由中國地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所實(shí)驗室完成.利用Qnantulus1220 超低本液體閃爍譜儀測定氚含量.

　　14C測定：放射性同位素14C樣品采集后利用沉淀桶制備水樣，沉淀液存放在5 L聚乙烯塑料桶中，用封口膠密封，常溫避光保存，分析測試由中國地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所實(shí)驗室完成.標準采用中國糖碳，14C半衰期采用5730 a，起始計年為 1950年，液閃儀(Quantulus-1220(LKB)測定.

　　18O、2H樣品測試都在2014年前完成，3H、14C測定樣品測試都在2015年5月前完成.為示蹤研究地下水的來(lái)源及建立地下水的循環(huán)模式，還收集了本地區相關(guān)的大氣降水的同位素資料.

　　統計分析以SPSS19.0為平臺進(jìn)行相關(guān)分析、曲線(xiàn)擬合.趨勢線(xiàn)方程根據測試數據進(jìn)行曲線(xiàn)擬合，評價(jià)擬合優(yōu)度，求得線(xiàn)性方程.圖形以Arcgis 10、Coreldraw X4 為平臺制作.

　　3 測試結果及分析

　　3.1 氫氧同位素組成

　　3.1.1 研究區參考雨水線(xiàn)

　　根據全球大氣降水監測數據庫(GNIP)參考站點(diǎn)資料，綜合考慮參考站點(diǎn)與研究區地理位置、氣候分區、地形地貌的相似性，選擇南京站作為本區降水同位素的參考站點(diǎn).根據GNIP南京站點(diǎn)1987—1992年的58個(gè)降水同位素數據，大氣降水穩定同位素δ18O值介于-11.83‰~-0.09‰之間，平均為-7.36‰，δD介于-83.5‰~17.9‰之間，平均為-44.89‰.根據南京站降水同位素的監測數據可以得到本區雨水線(xiàn)方程為: δD=8.49δ18O+17.71(N=58，R2=0.967，p<0.01)，與全球大氣雨水線(xiàn)(δD=8δ18O+10)、中國的雨水線(xiàn)方程(δD=7.9δ18O+8.2)相比，其斜率和截距偏高(圖 2).雨水氫氧同位素主要由氣候特點(diǎn)和地理位置決定的.南京地區離海洋較近，其降水主要受太平洋季風(fēng)的影響，海洋水汽是其降水的主要來(lái)源.南京地區雨水線(xiàn)斜率、截距偏高反映了區域濕潤多雨的氣候特點(diǎn).

 圖2 研究區δD-δ¹⁸O分布圖

　　3.1.2 地表水、地下水的氫氧同位素組成

　　研究區采集的地表水、淺層地下水、深層地下水樣品的δ18O、δD、3H、14C值見(jiàn)表 1.

表1 江蘇洋口港地區地表水地下水δD、δ¹⁸O、³H、¹⁴C同位素測試數據表

　　河水是地下水的重要補給來(lái)源之一，討論地表水的變化特征及形成規律是進(jìn)一步開(kāi)展本區地下水形成演化規律研究的前提.如泰運河河水從馬塘鎮到入�？讦腄、δ18O的變化范圍分別為-50.45‰~-10.42‰、-7.18‰~-1.15‰，均值分別為-34.91‰、-4.57‰.地表水氫氧同位素空間差異明顯，表現出氫氧同位素沿河流流向富集.在 δD-δ18O關(guān)系圖中，河水的同位素組成均落在雨水線(xiàn)的右下方(距離雨水線(xiàn)較近)，并位于同一條直線(xiàn)上，說(shuō)明河水沿著(zhù)徑流方向受到海水影響而增大，并受到了一定的蒸發(fā)作用影響.

　　研究區地下水δ18O值介于-7.22‰~-3.25‰，均值為-5.43‰，δD值介于-55.31‰~-28.15‰，均值為-41.97‰.淺層地下水樣品的δ18O值介于-6.39‰~-3.91‰，均值為-5.03‰，δD值介于-42.83‰~-30.69‰，均值為-36.17‰;深層地下水樣品的δ18O值介于-7.22‰~-3.25‰，均值為-5.57‰，δD值介于-55.31‰~-28.15‰，均值為-43.90‰.淺層地下水沿徑流方向總體表現為沿程富集，淺層地下水樣品的δ18O、δD值普遍比深層地下水偏正.

　　結合采樣點(diǎn)的數據特征(表 1)和圖 2可見(jiàn)，地下水中的δD值和δ18O值及兩者之間的關(guān)系呈以下特征：①δD、δ18O值的變化區間均比大氣降水的相應值小得多;②δD、δ18O的均值均比大氣降水的相應值大;③表示深層地下水的點(diǎn)大都分布在當地降水線(xiàn)附近并靠近左下角，顯示古氣候效應;④潛水、第 Ⅲ、Ⅳ承壓水沿著(zhù)主徑流方向由西至東，δD和δ18O值總體上增大;⑤在垂直方向上，隨著(zhù)深度增加，δ18O和δD值逐漸降低.

　　以上諸特征聯(lián)合表明：①地下水主要來(lái)源于大氣降水的入滲補給;②大氣降水在補給地下水過(guò)程中，經(jīng)歷了明顯的蒸發(fā)過(guò)程，淺層地下水與深層地下水在補給過(guò)程中經(jīng)過(guò)不同程度的蒸發(fā)影響;③淺層地下水與深層地下水補給來(lái)源可能存在溫度差異，深層地下水的補給來(lái)源溫度較低;④沿徑流方向，補給地下水蒸發(fā)作用越趨強烈;⑤深、淺層地下水之間同位素組成的明顯差異表明深、淺層地下水之間的相互影響較微弱;⑥可看出同一地點(diǎn)各層位的氫氧同位素數據具有明顯的呈層性.

　　3.2 深層地下水氚分布特征及其指示意義

　　3.2.1 研究區大氣降水氚濃度的恢復

　　氚的半衰期為12.43 a，在水中以HTO形式存在，成為天然水的一部分而參加水循環(huán)，因此，成為追蹤各種水文地質(zhì)作用的一種理想示蹤劑，特別是它的放射性計時(shí)性，使之成為測定地下水年齡的重要技術(shù)手段，并對于研究大氣降水入滲、現代滲入起源、地下水補給、賦存及運動(dòng)具有重要意義.利用氚研究地下水的運動(dòng)規律時(shí)，必然會(huì )遇到氚的輸入背景值問(wèn)題.大氣降水中的氚有兩個(gè)來(lái)源：一是來(lái)源于大氣層上層宇宙射線(xiàn)形成的中子和氮原子的相互作用而形成的宇宙氚;二是來(lái)源于1952 年以來(lái)的熱核爆炸，1963年達到高峰.隨后由于國際公約對核試驗的限制，降水中氚濃度以指數形式遞減，21世紀初已恢復到自然水平.為查明大氣降水氚濃度的時(shí)空分布規律，國際原子能機構()和世界氣象組織(WMO)在世界各地建立了觀(guān)測站，而我國的背景值監測工作起步較晚，缺少1953—1978年20多年的系列觀(guān)測資料.由于實(shí)測資料不能滿(mǎn)足應用要求，因而需應用合適的數學(xué)方法對大氣降水的氚濃度進(jìn)行恢復.目前應用的恢復方法主要有關(guān)秉鈞法、插值法、雙參考曲線(xiàn)法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )法、因子分析法等.本次研究基于應用因子分析法，建立了南京地區的全球大氣降水氚恢復曲線(xiàn)(圖 3)，以提供研究區降水氚的背景資料.

 圖3 南京大氣降水氚濃度 1960—2010 年恢復曲線(xiàn)

　　3.2.2 研究區深層地下水氚濃度分析

　　根據南京地區降水氚恢復曲線(xiàn)，1963年南京地區大氣降水中的氚濃度可達1746 TU，60年代一般在200 TU以上，70年代一般在60~150 TU之間，80年代逐漸恢復到自然水平.根據不同時(shí)期形成的地下水的平均氚值，根據衰變定律，可推測到地下水各水體中氚的演化路徑.

　　江蘇洋口港地區深層承壓地下水中大部分氚含量為<2 TU(表 1)，均為低氚水，表明洋口港地區深層承壓地下水形成于地質(zhì)歷史時(shí)期.研究區部分深井受到人為建井而引起上下含水層貫通進(jìn)而引起越流補給而出現含氚水.洋口港南部三余鎮沿海地區第III承壓水氚含量為15.80 TU，根據衰變定律可以推斷，地下水混入了20世紀60年代降水.如東縣豐利鎮、掘港鎮部分深井氚含量為5~9 TU，可以推斷，混入了60—70年代初期降水.如東縣馬塘鎮是研究區水位降落中心，所測深井第III承壓水氚含量超過(guò)12 TU，可以推斷水位降落中心混入了60年代高氚含量降水.部分深井地下水出現高氚含量，應該視為超采地下水誘發(fā)的現代水補給.由于超采深層地下水，深層地下水水位遠低于淺層地下水水位，形成了較大的水位差，大氣降水與淺層水參與到深層水的循環(huán)中來(lái)，淺層水與深層水之間的水力聯(lián)系加強，水循環(huán)速率與氚值增大.

　　3.3 深層地下水放射性14C年齡分析

　　研究區深層承壓地下水的14C年齡的變化范圍為7410~26140 a，均值為18330 a(n=15)，其中，第III承壓水14C年齡的變化范圍為7410~26140 a，均值為17805 a;第Ⅳ承壓水14C年齡的變化范圍為16140~25890 a，均值為19775 a(n=4)(表 1).14C年齡在垂直方向上由淺部至深部逐漸增大;沿著(zhù)地下水的流向自西向東，含水層埋深越大，地下水交替越差，14C年齡總體上逐漸增大.

　　分析發(fā)現，14C年齡與δ18O顯著(zhù)負相關(guān)，相關(guān)系數為-0.901(n=15，p<0.01)，研究區地下水形成年齡越老，δ18O愈加偏負(圖 4)，這與區域第四紀氣候演變有著(zhù)密切的關(guān)系.距今13000~60000 a 的玉木冰期，δ18O 值比現在平均低約10‰，我國東部沿海地區地下水樣品在全新世和晚更新世不同時(shí)期降水中δ18O 差值也大概在 2‰左右.據此可確定，研究區大部分深井地下水為末次冰期(大理冰期)的降水補給，只有極少部分深井為全新世早期的降水補給.

 圖4 江蘇洋口港地區δ¹⁸O與¹⁴C年齡關(guān)系分析

　　研究區豐利鎮第III承壓水為咸水，14C測得的年齡小于10000 a，可能是全新世高溫期大陸鹽化作用的產(chǎn)物.

　　3.4 地下水來(lái)源演化研究

　　3.4.1 地下水補給來(lái)源分析

　　瑞利蒸餾過(guò)程影響著(zhù)降水中的同位素組成，水在蒸發(fā)過(guò)程中重同位素傾向于保留在相對于水蒸氣分子來(lái)說(shuō)活性較低的液態(tài)水中，使殘留溶液的δD、δ18O值偏正.在蒸發(fā)濃縮作用下，研究區淺層地下水礦化度普遍要比深層地下水高.淺層地下水主要來(lái)源于現代大氣降水的入滲補給，其蒸發(fā)作用要比深層地下水強烈得多，淺層地下水中的重同位素在較強的蒸發(fā)作用下相對富集，因此，δD、δ18O值偏正，而深層地下水中δD、δ18O值相對來(lái)說(shuō)則偏負.沿海一帶淺層地下水δD、δ18O值普遍比中西部地區偏正，是由于沿海地區地下水受到一定程度δD、δ18O值偏正的現代海水影響.

　　地下水趨勢線(xiàn)(蒸發(fā)線(xiàn))與當地雨水線(xiàn)的交點(diǎn)可以代表補給地下水時(shí)的源區降水氘氧同位素的平均組成.代表深層水補給源的B點(diǎn)位于淺層水補給源A點(diǎn)之下(圖 2)，表明深層地下水接受補給的降水δ18O、δD 值比淺層水偏負，推測深層地下水是在氣溫較低的條件下接受的降水補給.

　　大氣降水的年平均δ18O、δD 值與該區的地面平均氣溫正相關(guān).中國的地面平均氣溫與現代大氣降水的δ值建立了如下關(guān)系式：

　　式中，t為地面平均氣溫(℃).

　　根據本次采樣的地下水氫氧穩定同位素資料，對深層含水組進(jìn)行統計，根據求得的δ18O-δD關(guān)系式，通過(guò)求解方程從而獲得相應補給時(shí)期大氣降水的δ18O和δD值.然后代入式(1)和(2)，求出地下水補給期的地面平均氣溫.

　　根據氫氧穩定同位素資料，求得的淺層地下水、深層地下水的δ18O-δD關(guān)系式為：

　　δD=4.69δ18O-12.61(N=7，R2=0.928，p<0.01)

　　δD=6.19δ18O-9.42(N=21，R2=0.892，p<0.01)

　　通過(guò)求解方程從而獲得深層地下相應補給時(shí)期大氣降水的δ18O和δD值分別為-11.80‰和-82.46‰.代入公式(1)、(2)求得深層地下水補給期的地面平均氣溫介于3.4~4.1 ℃，比現代氣溫(14.8℃)低約11℃.

　　根據放射性同位素14C測年(表 1)，研究區深層含水系統的大部分地下水形成于15000~26000 a，處于晚更新世末期，該時(shí)期氣溫較低，降水δ18O、δD 值偏負.據此類(lèi)比，可以判斷研究區深層地下水的補給源形成于末次冰期(大理冰期)盛期較寒冷的大氣降水淋濾補給.

　　3.4.2 地下水循環(huán)特征與可更新性

　　處于水循環(huán)系統中不同的水體，因成因不同而具富集程度不同的氫氧同位素.不同水體中的同位素濃度變化可示蹤其形成和運移方式，認識變化環(huán)境下的水循環(huán)規律及水體間的相互關(guān)系.從研究區地表水、淺層地下水、第III承壓水、第IV承壓水的δD、δ18O平均值來(lái)看，發(fā)現地表水的同位素均值最大、淺層地下水次之、深層地下水最小(表 2);沿著(zhù)地表水-淺層地下水-深層地下水空間梯度，隨著(zhù)地下水埋藏深度增加，水體中的δD、δ18O值總體上呈下降趨勢.地表水、淺層地下水沿徑流方向都表現為沿程富集，而且氫氧均值差異較小，表明它們之間的水體聯(lián)系較為緊密，淺層地下水以垂向流動(dòng)為主.深、淺層地下水及第III承壓水、第IV承壓水之間同位素組成的明顯差異，表明深層地下水各水體之間的相互影響較微弱.

 表2 江蘇洋口港地區各水體氫氧碳同位素分布

　　地下水δD、δ18O 值結合地下水埋深深度可以有效地標記地下水的徑流條件與更新?tīng)顩r.第Ⅲ承壓水是研究區主要開(kāi)采層位，根據水位監測資料，由于多年開(kāi)采第Ⅲ承壓水，形成了以馬塘鎮為中心的水位降落漏斗，水位下降區范圍達698 km2，其中心水位埋深超過(guò)40 m(圖 5).

  圖5 江蘇洋口港地區第Ⅲ承壓水水位埋深空間分布

　　本次研究利用Arcgis的DEM模型作的δD、δ18O空間分布圖(圖 6)顯示，研究區第Ⅲ承壓水氘氧同位素的分布區域大致與降落漏斗分布一致.反映出隨著(zhù)地下水位下降，開(kāi)采的深部年老水且δD、δ18O值相對較小水的比例增加.研究區地形平坦，水力坡度非常小;深層含水層之間發(fā)育滲透系數較小的粘土類(lèi)地層，因此，深層承壓地下水基本保持相對封閉狀態(tài)，以側向水平徑流為主，徑流滯緩，總體上處于封閉-半封閉狀態(tài)，可更新能力弱，具有不可再生資源的屬性.

 圖6 江蘇洋口港地區第Ⅲ承壓水δD(a)與δ¹⁸O空間分布(b)

　　3.4.3 地下水的演化

　　江蘇洋口港地區天然地下水流動(dòng)是自晚更新世末期以來(lái)，伴隨著(zhù)冰退、海平面上升及海洋性氣候的變化而調整到目前的模式.距今約25000~15000 a的末次盛冰期，海平面低于現今約120m(張人權等，2013).由于不存在全新世地層，現在的深層含水層埋藏較淺，與大氣降水和地表水聯(lián)系密切，水循環(huán)交替積極，地下水流動(dòng)速度快，補給條件好，降水及地表水的補給有足夠長(cháng)的時(shí)間交替出含水層中老的地下水，使含水層中保存有距今30000~10000 a的地下水.在形成及徑流過(guò)程中，遭遇較強烈的蒸發(fā)作用和陽(yáng)離子交換作用，具有氫氧穩定同位素值低，氚含量低的同位素特點(diǎn).隨著(zhù)全新世暖期的到來(lái)，海平面升高，排泄基準面抬升，伴隨著(zhù)地層的沉積形成，地下水流動(dòng)減緩，冰期的地下水未受海水入侵影響滯留于含水層之中而得以保存.

　　自 20 世紀 70 年代開(kāi)始，研究區大量深層地下水開(kāi)發(fā)利用，深層承壓地下水水位持續下降，水位降落漏斗產(chǎn)生并不斷擴展，地下水流動(dòng)模式發(fā)生變化，淺層與深層地下水之間的水力聯(lián)系加強，部分地區含水層貫通引起越流補給而出現含氚水.根據馬塘鎮水位降落漏斗區的δ18O和δD同位素數據，應用二端元法計算漏斗區補給第Ⅲ承壓水的淺層地下水比例約為20%.具體參見(jiàn)污水寶商城資料或http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　4 結論

　　1)根據全球大氣降水監測數據庫建立研究區降水線(xiàn)方程為 δD=8.49δ18O+17.71(N=58，R2= 0.967，p<0.01).在δD-δ18O關(guān)系圖中，河水沿著(zhù)徑流方向受到海水與蒸發(fā)作用的影響，表現出氘氧同位素的沿程富集.

　　2)研究區淺層地下水為現代氣候條件下的大氣降水補給.深部承壓含水層地下水的放射性14C年齡主要為15000~26000 a，其穩定同位素δ18O和δD值比現代地下水低，不含氚，是晚更新世末次冰期(大理冰期)的盛冰期降水入滲補給.

　　3)研究區地下水具有明顯的呈層性，層間聯(lián)系較差，不同含水層地下水中δD、δ18O空間差異明顯.淺層地下水徑流速度快，可更新能力較強.深層地下水開(kāi)采的主要為儲存資源，自然狀態(tài)下，深層地下水不受現代降水影響，徑流緩慢，總體上處于封閉-半封閉狀態(tài)，可更新能力弱.

　　4)研究區天然地下水流動(dòng)是自晚更新世末期以來(lái)，伴隨著(zhù)冰退、海平面上升而調整到目前的模式.末次盛冰期以來(lái)的自然地理及地質(zhì)發(fā)展史，決定著(zhù)江蘇沿海平原第四系地下水流系統演變格局，現代人類(lèi)活動(dòng)加強了淺層與深層地下水之間的水力聯(lián)系，部分地區水位下降明顯，含水層貫通引起越流補給而出現含氚水.