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研究区位于罗布泊罗北凹地西侧的台地,由于新构造运动及其独特地形地貌特征,为第四系冲洪积和湖泊的碎屑沉积、湖泊的化学沉积等演变发展提供了有利的空间。区内地层结构复杂、岩性多变、所含地下水介质类型较多。
本论文结合“新疆若羌县新庆台地钾盐矿详查”这一课题,在野外地质调查和地下水化学数据分析的基础上,在新庆台地1450.45km2的研究区内共汇总了263组水样测试数据,利用这些水化学数据资料详细研究了罗布泊新庆台地地下卤水水化学特征及演化机制。同时,运用水文地球化学模拟软件PHREEQC对研究区地下卤水水化学场进行了水文地球化学模拟。主要研究内容和结论如下:
1、通过对新庆台地地下卤水水化学类型、宏量组分水平变化分析,新庆台地在宏观大的区域上目前的卤水水化学类型基本属于钠镁硫酸盐亚型。在卤水的形成演化过程中,蒸发浓缩作用下,镁、氯及硫酸根上升较为明显,钾略微上升,而钠离子则呈现出下降趋势,这些元素受蒸发作用控制较强;另外,研究区卤水中钙离子呈无规律性变化,受多元补给影响较大。
2、新庆台地承压卤水浓缩中心位于研究区中偏北部,卤水中化学元素浓度增高多与卤水的浓缩有关,近现代浅层卤水受到侧向低盐度水及大气降水补给的影响,侧向补给主要来源于研究区北部山区、东南部罗北凹地、中部边界通过深部天窗形成分水岭的侧向补给。
3、通过对罗布泊地区地表及地F水氢、氧同位素的比值分析,认为罗布泊地区湖水主要由地表水(河水,如塔里木河)补给,新庆台地地下卤水则是由这些补给水经较强烈的蒸发浓缩形成。罗布泊地区几个卤水样品的87Sr/86Sr比值均大于0.71,平均为0.71066,代表了大陆地表水来源,说明该区水体起源于大陆地表水。硫同位素研究证明,第四纪罗布泊湖水硫酸根主要来自塔里木中西部及南天山中新生代地层,尤其第三系石膏、钙芒硝层风化产物。
4、研究区地下卤水离子演化的特点主要是溶滤作用和蒸发浓缩作用的结合。对新庆台地承压卤水化学组分做相关分析,可以看出地下卤水矿化度TDS与SO42-显著相关,与Na+也呈现出正相关关系。对于Ca2+、Cl-两种离子,这两种离子与TDS呈现出负相关关系。Mg2+的增加伴随着Na+的减少,这与新庆台地区域地下水由硫酸钠亚型发展为硫酸镁亚型趋势相符。
5、利用PHREEQC水化学软件对研究区地下卤水进行了水文地球化学模拟。通过对地下卤水组分的存在形式和矿物饱和指数的计算,结果显示出随着矿化度的不断增大,镁与硫均以硫酸镁形式存在的比重越来越大。另外,沿地下卤水不同流向在不同的地貌单元内进行了反向地球化学模拟。模拟结果显示:在新庆台地径流区水流路径上,溶滤作用比较明显,易溶矿物相不断溶解到卤水中。
本文结合区域地质、水文地质条件,全面系统地研究了新庆台地地下卤水的组分变化、水化学场特征及其演化规律等。再次对研究区地下卤水化学场进行了全面分析研究,对新庆地区地下卤水化学场的特征有了更具体的了解。在对区域地质、地下卤水化学特征详细系统分析的基础上,结合水文地球化学模拟方法,首次定量的研究了新庆台地地下卤水流场反应路径上的水一岩相互作用,为后续进行研究区卤水化学场演化趋势预测研究做好基础工作,也对科学合理开采新庆台地地下卤水资源具有重要的指导意义。