反向水文地球化学模拟技术在深层地下水14C年龄校正中的应用--以鄂尔多斯白垩系地下水盆地为例
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2020-03-01
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反向水文地球化学模拟技术在深层地下水
14
C 年龄校
正中的应用——以鄂尔多斯白垩系地下水盆地为例
1
董维红
1,2
，苏小四
1,2
，林学钰
1,2,3
，柳富田
1,2
，易树平
1,2
，苏耀明
1,2
1 吉林大学环境与资源学院，吉林长春（130026）
2 吉林大学水资源与环境研究所，吉林长春（130026）
3 北京师范大学水科学研究院，北京（100875）
E-mail：dongwh2000@tom.com
摘 要：本文以鄂尔多斯白垩系地下水盆地为例，利用反向水文地球化学模拟技术识别出影
响区内深层地下水碳酸演化的主要作用并进行深层地下水
14
C 年龄的校正。结果表明：控制
鄂尔多斯白垩系地下水盆地南区深层地下水化学演化的主要反应路径为碳酸盐矿物、伊利石
或绿泥石的沉淀反应、长石、石膏矿物等的溶解以及 Ca-Na 的离子交换；北区为方解石溶
解、白云石沉淀的非全等溶解反应、伊利石的沉淀反应、长石的溶解反应以及 Ca-Na 的离
子交换。南区地下水流路径上所发生的水文地球化学反应对路径上
14
C 的浓度变化影响较小
而北区影响较大。地下水
14
C 年龄校正结果表明，盆地南区深层地下水
14
C 年龄（22969a）
明显老于北区（3967a）。
关键词：反向地球化学模拟，
14
C 年龄校正，深层地下水，鄂尔多斯
中图分类号：P641.3
1. 引言
14
C 测年是应用地下水的溶解无机碳（DIC）作为示踪剂
[1]
，所以
14
C 测定的是地下水
DIC 的年龄。由于地下水中的溶解无机碳具有多来源、多成因的特点，且不同来源的碳具有
不同的
14
C 浓度，这些溶解无机碳的加入，导致地下水
14
C 视年龄(apparent age)异于地下水
的真实年龄（True age）
[1,2]
，因此，对地下水
14
C 年龄进行校正，成为同位素水文地质学研
究中一个重点和难点问题。
由于地下水中溶解无机碳
14
C 的变化受控于地下水演化中所发生的各种水文地球化学
反应，因此地下水
14
C 年龄校正的关键在于确定地下水演化中的水文地球化学反应路径及其
对地下水
14
C 浓度的影响程度。只有建立在准确的水文地球化学反应路径模拟基础上，才能
进行地下水
14
C 年龄的准确校正并最终得到相对精确的地下水
14
C 年龄。因此，本文拟采用
质量平衡模型和同位素迁移模拟的耦合，采用反向水文地球化学模拟技术对鄂尔多斯白垩系
深层地下水的
14
C 年龄进行校正。
2 研究区概况
鄂尔多斯白垩系地下水盆地位于鄂尔多斯盆地中西部，西部以磴口-平凉断裂为界，东
部以保安群与侏罗系地层接触界线为界，北部以河套南缘断裂为界，南部以保安群与侏罗系
地层接触界线（渭北山地南北分水岭）为界，平面形状似矩形，南北延伸 640km，东西宽
200～265km，面积约为 13.21×10
4
km
2
。
鄂尔多斯白垩系地下水盆地是嵌套在鄂尔多斯盆地内部的次级中生界盆地，由厚达千余
米的白垩系下统保安群陆相碎屑岩组成。根据沉积旋回和含水介质性质，白垩系含水岩组自
上而下可以划分为罗汉洞、环河和洛河三大含水岩组。白垩系上覆为新生界含水岩组。
1
本课题得到教育部博士点基金项目（20030027020）和中国国土资源大调查鄂尔多斯盆地地下水勘查计划
项目（1212010331302）的资助。
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