龍門山?jīng)_斷帶盆山體系地下水循環(huán)特征分析

鄭童心 漆繼紅 許模 譚謠 謝杭

摘要：山區(qū)與平原區(qū)水資源聯(lián)系密切，探究山區(qū)-盆地地下水循環(huán)可為水資源開發(fā)和合理利用提供科學(xué)依據(jù)。龍門山?jīng)_斷帶及川西前陸盆地是中國(guó)典型的盆山系統(tǒng)代表，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)采樣及前人研究結(jié)果，采用水文地質(zhì)調(diào)查、水化學(xué)特征、氫氧同位素和聚類分析等技術(shù)方法，闡明了綿竹市境內(nèi)石亭江流域龍門山?jīng)_斷推覆體與前陸盆地形成的盆山體系的地下水循環(huán)特征。研究認(rèn)為：大氣降水為山區(qū)及平原區(qū)淺層地下水的主要補(bǔ)給來源，其中J₃l³地層還接受石亭江水的側(cè)向補(bǔ)給；地形對(duì)山區(qū)淺層地下水徑流具有主控作用，主要沿北西、南東方向發(fā)生徑流，對(duì)近平原區(qū)的淺層地下水給予少量補(bǔ)給；平原區(qū)淺層還接受地表水、河渠水補(bǔ)給，地下水自北西向南東發(fā)生運(yùn)移，在玉泉鎮(zhèn)至板橋鎮(zhèn)附近以泉的形式進(jìn)行排泄。NW向斷裂構(gòu)造溝通盆山體系，來源于研究區(qū)北西側(cè)更高山區(qū)的地下水沿?cái)嗔褞纬缮畈繌搅鲙В纬删哂休^高礦化度的熱水。研究成果可為類似山區(qū)-盆地地下水循環(huán)系統(tǒng)研究提供參考。

關(guān) 鍵 詞：地下水循環(huán)；水化學(xué)特征；氫氧同位素；盆山系統(tǒng)；石亭江流域；龍門山?jīng)_斷帶

中圖法分類號(hào)：P641

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.05.017

0 引 言

在自然界的水循環(huán)過程中，一般認(rèn)為山區(qū)相比較于低海拔地區(qū)會(huì)接受更多的大氣降水補(bǔ)給和更少的蒸散發(fā)過程，山區(qū)水資源通常是平原或盆地水資源的重要補(bǔ)給來源^［1-2］。在水資源緊缺地區(qū)，山區(qū)及平原區(qū)地下水流系統(tǒng)是維持該地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和日常生活的重要保障。因此，探究山區(qū)-盆地地下水循環(huán)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)水資源合理開發(fā)的重要前提，對(duì)該地區(qū)堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展理念具有重要意義。

龍門山?jīng)_斷帶及川西前陸盆地是中國(guó)中西部陸內(nèi)盆山系統(tǒng)的典型代表^［3-4］，其形成和發(fā)展過程及構(gòu)造背景一直備受眾多地質(zhì)學(xué)家的重視和關(guān)注^［5-11］。由于經(jīng)歷了多次構(gòu)造變革，龍門山盆山體系中山區(qū)斷裂縱橫、構(gòu)造豐富，從而產(chǎn)生了復(fù)雜的水文地質(zhì)情況；前陸盆地為沖洪積地層，富含大量可利用的淺層地下水資源。目前，針對(duì)盆地地下水系統(tǒng)和龍門山區(qū)地下水系統(tǒng)，前人已經(jīng)進(jìn)行了大量的調(diào)查研究。其中，對(duì)于盆地地下水系統(tǒng)的研究主要以淺層地下水為主，具有水資源利用價(jià)值。張敏^［12］、高東東^［13］等通過水文地質(zhì)條件、水化學(xué)特征等對(duì)德陽(yáng)市淺層地下水進(jìn)行環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)及可持續(xù)發(fā)展利用研究；陳盟等^［14］利用礦物風(fēng)化系統(tǒng)分析、相關(guān)性分析、主成分分析和PhreeQC 反向水文地球化學(xué)模擬等方法分析了廣漢市平原區(qū)淺層地下水水化學(xué)演化及控制因素，并對(duì)飲用水質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)價(jià)；唐金平等^［15-16］對(duì)湔江沖洪積扇淺層地下水化學(xué)及控制因素進(jìn)行分析，并利用三維數(shù)值模擬建立淺層地下水循環(huán)模式，揭示地下水循環(huán)規(guī)律。對(duì)于山區(qū)地下水系統(tǒng)的研究主要以淺層地下水和深層熱水為主，龐練^［17］通過現(xiàn)場(chǎng)水文地質(zhì)調(diào)查，對(duì)成蘭鐵路龍門山段淺層巖溶水文地質(zhì)條件進(jìn)行研究并對(duì)隧道進(jìn)行了涌水量評(píng)價(jià)；顏玉聰^［18］、徐艷秋^［19］等從地質(zhì)構(gòu)造及水文地球化學(xué)等方面入手，建立溫泉水文循環(huán)模型，探究深層熱水的成因模式。徐進(jìn)勇^［20］、尚英男^［21］、孫光旭^［22］等依據(jù)遙感地質(zhì)解譯、水化學(xué)和同位素等方法對(duì)麓棠、廣濟(jì)-洛水地區(qū)龍門山前緣熱水形成機(jī)制進(jìn)行分析，得出該地區(qū)熱水主要來源于大氣降水沿龍門山區(qū)的裂隙通道進(jìn)行深循環(huán)至龍門山山前排泄。

龍門山?jīng)_斷帶及前陸盆地地下水聯(lián)系密切，但前人對(duì)該地區(qū)地下水的研究主要集中于山區(qū)或平原區(qū)，沒有將二者結(jié)合進(jìn)行系統(tǒng)的山區(qū)-盆地地下水循環(huán)研究。因此，本文在前人研究的基礎(chǔ)上，以綿竹市境內(nèi)石亭江流域龍門山?jīng)_斷推覆體與前陸盆地交接地帶為例，采用水化學(xué)和氫氧同位素技術(shù)，闡明該區(qū)域山區(qū)與平原區(qū)地下水和地表水循環(huán)模式，探討山區(qū)-盆地地下水循環(huán)規(guī)律，以為類似的山區(qū)-盆地地下水循環(huán)系統(tǒng)研究提供借鑒。同時(shí)，由于山區(qū)及平原區(qū)不同的地形特征，該地區(qū)地下水循環(huán)情況復(fù)雜，對(duì)該地區(qū)地下工程建設(shè)具有一定的影響，因此對(duì)該地區(qū)地下水循環(huán)的研究，可為當(dāng)?shù)氐叵滤Y源的調(diào)查評(píng)價(jià)、合理開發(fā)及地下工程建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于四川盆地西北部綿竹市內(nèi)，地處成都平原與其西北側(cè)山區(qū)地段的交接地帶，以龍門山四大逆沖斷裂之一的關(guān)口隱伏斷裂為分界線，北西側(cè)為山地，南東側(cè)為平原盆地^［22］，區(qū)內(nèi)發(fā)育梅子溝隱伏斷層，與關(guān)口隱伏斷裂正交^［21］。研究區(qū)內(nèi)地表水系發(fā)育，其中主要河流石亭江屬沱江上游主干支流，是長(zhǎng)江的源頭之一。河流進(jìn)入平原后切割砂礫卵石層，與地下水水力聯(lián)系密切。

研究區(qū)內(nèi)山體大致呈北東-南西走向展布，主要出露侏羅系上統(tǒng)蓮花口組地層（J₃l），為一套山前沖洪積相沉積，該地層整體傾向南東，為一單斜巖層，依據(jù)巖溶水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)的劃分依據(jù)，可將研究區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)類型歸納為單斜山型水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)^［23］。依據(jù)巖性可將蓮花口組地層進(jìn)一步分為4段，底部蓮花口組1段（J₃l¹）和3段（J₃l³）巖性為鈣質(zhì)礫巖；蓮花口組2段（J₃l²）地層為鈣質(zhì)砂巖，為相對(duì)隔水層；頂部蓮花口組4段（J₃l⁴）覆蓋于第四系地層之下，出露較少，為長(zhǎng)石砂巖、粉砂巖、泥巖互層。依據(jù)研究區(qū)地層巖性、含水巖組、溶蝕裂隙發(fā)育情況以及地下水的賦存形式，可將蓮花口組1段和3段劃分為含水層，2段和4段為相對(duì)隔水層，地下水類型主要為裂隙溶隙水。

山前平原區(qū)為第四系地層，主要賦存松散巖類孔隙水，為一套沖積、沖洪積和冰水堆積及冰漬堆積層^［24］，除山前小部分地區(qū)分布中、下更新統(tǒng)（Q₁₊₂）的砂質(zhì)黏土和含砂泥礫外，大部分地區(qū)均為全新統(tǒng)沖洪積層（Q₄）地層，其上部為黃色砂土、黏質(zhì)砂土，下部為砂卵礫石層。

2 樣品采集與分析

基于對(duì)研究區(qū)地形地貌，地下水含水層類型的認(rèn)識(shí)，本次研究于2022年10月對(duì)山區(qū)、山前、沖洪積扇扇頂、扇中和扇緣方向淺層地下水及地表水進(jìn)行采樣，并參考了前人在該區(qū)域?qū)ι畈裤@井S1井的研究^［21］，采樣點(diǎn)及參考點(diǎn)的位置見圖1。山區(qū)地下水樣采自泉點(diǎn)或暗河，平原區(qū)水樣采自泉點(diǎn)、民井及灌溉井，地表水采自水庫(kù)水和河流，現(xiàn)場(chǎng)采用WTW Multi3410便攜式多參數(shù)水質(zhì)檢測(cè)儀對(duì)水樣的T（水溫）、pH、Eh和TDS進(jìn)行及時(shí)測(cè)定。本次研究將部分水樣送至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析測(cè)試，測(cè)定的參數(shù)包括Na⁺+K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-、Cl^-、HCO^-₃、pH、TDS和δD、δ¹⁸O值等，檢測(cè)方法依據(jù)DZ/T0064-2021《地下水質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)》，Na⁺、K⁺使用差減法得出，Ca²⁺、Mg²⁺、HCO^-₃采用滴定法測(cè)出，SO₄^2-和Cl^-使用離子色譜法測(cè)出，TDS由計(jì)算得出，氫氧同位素使用液態(tài)水同位素分析儀測(cè)出，測(cè)定結(jié)果以相對(duì)于V-SMOW標(biāo)準(zhǔn)的千分差表示。

3 結(jié)果分析與討論

3.1 水化學(xué)組分特征

研究區(qū)采樣點(diǎn)水化學(xué)分析結(jié)果及參考研究結(jié)果如表1所列，山區(qū)、平原區(qū)淺層地下水、地表水和S1井地下熱水pH介于6.84～8.82之間，均值7.79，其中弱堿性水占92.6%，弱酸性水占7.4%且均在平原區(qū)。山區(qū)地下水TDS為204～481 mg/L，平原區(qū)地下水TDS介于403～600 mg/L，地表水TDS介于256～424 mg/L，均屬于淡水范疇；S1井地下熱水TDS高達(dá)980.6 mg/L，接近于微咸水。依據(jù)地下水特征、存在形式和出露地層，可將水樣分為山區(qū)地下水、平原區(qū)地下水、地表水和地下熱水4種類型，山區(qū)地下水依據(jù)含水層又可分為J₃l¹地下水、J₃l²地下水和J₃l³地下水。

根據(jù)水樣檢測(cè)結(jié)果，繪制Piper三線圖，如圖2所示。從圖2中可以看出，研究區(qū)內(nèi)從山區(qū)到平原沖洪積扇扇緣部位，地下水基本符合一般的演化規(guī)律，淺層地下水與S1井地下熱水水化學(xué)類型呈現(xiàn)明顯差異。淺層地下水及地表水陽(yáng)離子以Ca²⁺和Mg²⁺為主，陰離子以HCO₃^-和SO₄^2-為主，根據(jù)舒卡列夫分類方法可分為HCO₃-Ca、HCO₃-Ca·Mg和HCO₃·SO₄-Ca·Mg等類型；而S1井地下熱水以Na⁺和HCO₃^-為主，且Na⁺含量較淺層地下水和地表水高出10倍左右，水化學(xué)類型為HCO₃-Na型，表明該地區(qū)淺層地下水與S1井地下熱水的補(bǔ)給和徑流屬于完全不同的兩個(gè)系統(tǒng)。S1井地下熱水產(chǎn)自1 563.5 m深處的蓮花口組礫巖中^［25］，可排除人為污染的影響因素，Cl^-濃度高達(dá)40.78 mg/L，水中的高氯化物是地下水通過深部循環(huán)發(fā)生水巖作用導(dǎo)致的^［21］，所以S1井地下熱水的水化學(xué)特征可反應(yīng)該地區(qū)深部地下水特征。

平原區(qū)淺層地下水、地表水和山區(qū)的淺層地下水水化學(xué)具有差異性。山區(qū)地下水除個(gè)別泉點(diǎn)（S12、S13、S14）外均落在圖中①區(qū)，屬于HCO₃-Ca和HCO₃-Ca·Mg型水。而平原區(qū)地下水、地表水和泉點(diǎn)（S12、S13、S14）均落在圖中②區(qū)，水化學(xué)類型以HCO₃·SO₄-Ca·Mg為主，與山區(qū)地下水相比其差異主要體現(xiàn)在SO₄^2-離子上。Piper三線圖的主菱形圖上顯示研究區(qū)水樣以堿土金屬和弱酸根離子為主^［26］，在陽(yáng)離子三角圖中，山區(qū)地下水和平原區(qū)地下水離子的分布不存在明顯的差異，大都集中在Ca²⁺區(qū)域；在陰離子三角圖中，平原區(qū)地下水的SO₄^2-占比落在18％～40％之間，山區(qū)地下水的SO₄^2-占比均小于18％，進(jìn)一步說明陰離子的濃度差異是影響山區(qū)和平原區(qū)地下水類型分異的關(guān)鍵因素。山區(qū)泉點(diǎn)S12、S13、S14為三箭水泉及其附近泉水，與山區(qū)其他泉點(diǎn)相比其補(bǔ)給來源除接受大氣降水外，還接受石亭江的側(cè)向補(bǔ)給，從而發(fā)生混合作用，其水化學(xué)成分不能代表山區(qū)淺層地下水化學(xué)特征。在Piper三線圖中，點(diǎn)S12、S13、S14落在②區(qū)，更靠近平原區(qū)地表水和地下水，說明其接受石亭江地表水的補(bǔ)給量大于山區(qū)地下水的補(bǔ)給量。

為了進(jìn)一步探討山區(qū)淺層地下水、平原區(qū)淺層地下水和地表水的水化學(xué)特征和循環(huán)關(guān)系，對(duì)研究區(qū)內(nèi)所取得的26組水樣進(jìn)行聚類分析，用來突出不同水樣點(diǎn)之間的空間關(guān)系，將樣本按照它們?cè)谛再|(zhì)上的相似程度進(jìn)行分類^［27-29］。本次研究選取26組水樣樣本，7個(gè)變量，分別為TDS、Na⁺+K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、SO₄^2-和HCO₃^-。聚類分析前通過標(biāo)準(zhǔn)化使得變量的平均值為0，標(biāo)準(zhǔn)離差為1。本次聚類方法選取Ward（離差平方和）法，平方歐式距離，將樣本進(jìn)行逐一歸類，具體計(jì)算由軟件SPSS 21.0進(jìn)行，聚類結(jié)果見圖3和表2。由圖3可以看出，26組水樣分類效果較好，當(dāng)重心距離為5時(shí)，水樣可分為4類，同時(shí)根據(jù)各組內(nèi)水體樣品離子含量的平均值繪制Stiff圖。

Ⅰ類水包括8個(gè)山區(qū)泉點(diǎn)，1個(gè)山區(qū)地表水，石亭江下游水和困牛山水庫(kù)水。其中，6個(gè)出露于J₃l¹和J₃l³的鈣質(zhì)礫巖段泉點(diǎn)均屬于此類，地下水直接接受大氣降水補(bǔ)給，由于鈣質(zhì)礫巖段易發(fā)生溶蝕，落水洞、洼地較為發(fā)育，補(bǔ)給條件較好，地下水流動(dòng)較快，且受地表污染較少，J₃l¹和J₃l³的泉點(diǎn)具有礦化度較低、各種離子含量相差較小等特點(diǎn)。2個(gè)出露于J₃l²的泉水也屬于此類，主要由于地下水切層流動(dòng)，徑流途徑短，水中離子含量較低，所以屬于此類。山區(qū)地表水補(bǔ)給來源與泉點(diǎn)相似，因此具有相似的水化學(xué)性質(zhì)，也都屬于Ⅰ類。困牛山水庫(kù)攔蓄地表水，其主要來源為石亭江江水，礦化度和各種離子含量也相對(duì)較低，都屬于Ⅰ類。

Ⅱ類水包括5個(gè)山區(qū)泉點(diǎn)和1個(gè)山區(qū)地表水。這些泉點(diǎn)均出露于J₃l²的鈣質(zhì)砂巖段內(nèi)，相較于1段和3段地下水，由于這類地下水順層流動(dòng)，徑流途徑長(zhǎng)或在含水層中滯留時(shí)間長(zhǎng)，使得水中各種離子含量偏高，且這些泉點(diǎn)都分布于云蓋村附近，補(bǔ)徑排途徑相似，因此具有相似的性質(zhì)。

Ⅲ類水主要包括石亭江上游和下游水，困牛山水庫(kù)的引水渠水，S12三箭水泉和井水S26。此類水水化學(xué)成分相似，均為HCO₃·SO₄-Ca·Mg型。其中引水渠水來自于石亭江上游，與石亭江上游水具有相同的水化學(xué)性質(zhì)。三箭水泉流量較大，其主要補(bǔ)給來源大部分為石亭江引水，少部分來自于山區(qū)地下水，因此三箭水泉與石亭江上游水具有相似的水化學(xué)性質(zhì)。井水S26位于山區(qū)與平原的交界地帶，且接近困牛山水庫(kù)，而困牛山水庫(kù)和三箭水泉的主要補(bǔ)給來源均為石亭江水，因此S26可能接受困牛山水庫(kù)的滲漏補(bǔ)給和三箭水泉的補(bǔ)給，因此與三箭水泉同屬于一類。

Ⅳ類水均為平原區(qū)井水和泉點(diǎn)，分布于沖洪積扇扇中和扇緣部位，其地下水水化學(xué)性質(zhì)與前三類水有很大區(qū)別。平原區(qū)地下水與山區(qū)地下水相比較，具有較高的TDS和離子含量，Na⁺+K⁺含量達(dá)到22.7～52.4 mg/L，Cl^-也高達(dá)14.1 mg/L，SO₄^2-明顯高于山區(qū)地下水，與地表水相當(dāng)。除這些易受人為污染干擾的離子外，其Ca²⁺和Mg²⁺含量也與山區(qū)地下水不同。

根據(jù)聚類結(jié)果及上述分析，研究區(qū)內(nèi)山區(qū)淺層地下水與部分平原區(qū)淺層地下水具有水力聯(lián)系，山區(qū)地下水又可分為J₃l¹和J₃l³的鈣質(zhì)礫巖段含水層和J₃l²的鈣質(zhì)砂巖段含水層。山區(qū)淺層地下水主要接受大氣降水的補(bǔ)給，J₃l¹和J₃l³的鈣質(zhì)礫巖含水系統(tǒng)水化學(xué)特征反映的是補(bǔ)給徑流條件好，水循環(huán)較快；大部分J₃l²的鈣質(zhì)砂巖段含水系統(tǒng)水化學(xué)特征反映的是地下水順層流動(dòng)，徑流途徑較長(zhǎng)，徑流環(huán)境較為開放，多為HCO^-₃型水。平原區(qū)地下水系統(tǒng)主要接受降雨入滲補(bǔ)給、河、渠水入滲補(bǔ)給和少量的山區(qū)地下水側(cè)向補(bǔ)給，徑流途徑長(zhǎng)，并且存在人為作用對(duì)水化學(xué)的影響。

3.2 氫氧同位素特征

由于降水在蒸發(fā)和凝結(jié)過程中會(huì)發(fā)生同位素分餾，使得大氣降水的氫氧同位素之間存在線性關(guān)系。受當(dāng)?shù)亟邓亩握舭l(fā)、水蒸汽氣團(tuán)的起源等影響，不同地區(qū)的大氣降水線會(huì)存在一定的差異。胡月等^［30］通過對(duì)成都地區(qū)113場(chǎng)降水樣品氫氧同位素的分析，得出成都的大氣降水線方程（CDLMWL）：δD=7.83δ¹⁸O+8.79。

山區(qū)地下水δ¹⁸O變化范圍為-9.98‰～-8.59‰，平均值為-9.39‰，δD變化范圍為-65.1‰～-58.25‰，平均值為-61.66‰；平原區(qū)地下水δ¹⁸O變化范圍為-9.81‰～-7.54‰，平均值為-8.63‰，δD變化范圍為-66.11‰～-49.59‰，平均值為 -57.06‰。根據(jù)研究區(qū)氫氧同位素分析測(cè)試及前人研究結(jié)果，繪制δD-δ¹⁸O關(guān)系圖（圖4）。從圖4中可以看出，研究區(qū)內(nèi)大部分水樣點(diǎn)分布在成都市大氣降水線的左上方，表明研究區(qū)地下水來源均為大氣降水且受蒸發(fā)作用影響微弱^［31］。S1井地下熱水位于關(guān)系圖的左下方，靠近大氣降水線，表明其來源主要為大氣降水，且與其他水體相比，其δD值要負(fù)得多。根據(jù)氫氧同位素高程效應(yīng)原理，地下水的δD值隨著補(bǔ)給高程的增加而呈現(xiàn)出更負(fù)的趨勢(shì)，因此可以確定S1井地下熱水的補(bǔ)給來源應(yīng)該是研究區(qū)北西側(cè)更高的山區(qū)^［20］。

依據(jù)在研究區(qū)采集到的不同水體的氫氧同位素，分別對(duì)山區(qū)及平原區(qū)的δD和δ¹⁸O進(jìn)行線性擬合，得到山區(qū)線性方程為δD=5.7δ¹⁸O-8.13（R²=0.87），平原區(qū)線性方程為δD=7.29δ¹⁸O+5.83（R²=0.99），與大氣降水線分布接近，再次表明研究區(qū)地下水均來源于大氣降水補(bǔ)給^［32］。大部分山區(qū)淺層地下水的樣品在δD-δ¹⁸O關(guān)系圖中同位素值接近，表明山區(qū)地下水有相似的補(bǔ)給來源^［33］。S12三箭水泉位于δD-δ¹⁸O 關(guān)系圖的左下方，呈現(xiàn)與其他山區(qū)地下水泉點(diǎn)相比較為偏負(fù)的現(xiàn)象，更接近于石亭江的δD、δ¹⁸O值，且S12三箭水泉和石亭江水水化學(xué)類型均為HCO₃·SO₄-Ca·Mg型，說明S12三箭水泉及其附近地下水大部分補(bǔ)給來源為石亭江的側(cè)向補(bǔ)給。平原區(qū)地下水在氫氧同位素散點(diǎn)圖上分布比較分散，山前中部平原由北向南地下水的同位素含量差別較大，表明平原區(qū)淺層地下水具有多種補(bǔ)給途徑，主要表現(xiàn)為北側(cè)井點(diǎn)S24、S25的δD、δ¹⁸O同位素值較大，且水化學(xué)類型均為HCO₃-Ca·Na型；南側(cè)井點(diǎn)S23的δD、δ¹⁸O同位素值較小，其水化學(xué)類型為HCO₃-Ca· Mg。結(jié)合水文地質(zhì)條件分析，從山區(qū)地下水、困牛山水庫(kù)水到平原區(qū)北側(cè)井點(diǎn)S24、S25，δ¹⁸O值越來越高，表明其補(bǔ)給高程相對(duì)較低，水庫(kù)水和近處高程較低的山區(qū)地下水存在共同補(bǔ)給S24、S25的可能，同時(shí)結(jié)合水化學(xué)成分及聚類結(jié)果分析，S24和S25的Na⁺含量較高，推測(cè)該點(diǎn)δD、δ¹⁸O值也可能受到人為因素影響。南側(cè)井點(diǎn)S23在δD-δ¹⁸O關(guān)系圖中更靠近石亭江水，推測(cè)其主要補(bǔ)給來源可能為石亭江的側(cè)向補(bǔ)給。

山區(qū)淺層地下水氘盈余值介于10.46‰～14.75‰，平均值為13.46‰，平原區(qū)淺層地下水氘盈余值介于10.69‰～12.56‰，平均值為11.94‰（圖5），與全國(guó)氘盈余（d=8%～12%）^［34-35］接近，各泉點(diǎn)氘盈余變化較小，可能是由于地下水補(bǔ)給源構(gòu)成穩(wěn)定。大氣降水補(bǔ)給進(jìn)入到地下后，隨著水巖作用的發(fā)生，同位素將發(fā)生交換。一般情況下，水巖作用不會(huì)影響水體的δD值，但可以導(dǎo)致水體相對(duì)富含δ¹⁸O，從而使d值降低，且水巖作用越強(qiáng)烈，地下水的d值就越小^［36］。研究區(qū)山區(qū)淺層地下水氘盈余值略大于平原區(qū)淺層地下水，不排除山區(qū)地下水及石亭江水對(duì)平原區(qū)補(bǔ)給作用過程中發(fā)生水巖作用導(dǎo)致d值減小的可能。

3.3 山區(qū)和平原區(qū)地下水循環(huán)模式

綜合以上分析，研究區(qū)地下水循環(huán)模式為：大氣降水及地表水是研究區(qū)山區(qū)及平原區(qū)淺層地下水的主要補(bǔ)給來源，且蒸發(fā)作用微弱。山區(qū)淺層地下水受地形地貌、地層巖性、含水巖組空間組合特征的影響，在接受大氣降水補(bǔ)給后，分別向北東、南西沿垂向裂隙及層間溶隙發(fā)生徑流。其中J₃l²段地下水在接受大氣降水補(bǔ)給后，少部分切層流動(dòng)補(bǔ)給J₃l³段地下水，大部分向北東、南西順層徑流形成較高TDS的地下水；J₃l³段在接受大氣降水補(bǔ)給的同時(shí)，還接受石亭江的側(cè)向補(bǔ)給，沿垂向裂隙及層間溶隙發(fā)生徑流。山區(qū)深層地下水補(bǔ)給源為研究區(qū)北西側(cè)更高的山區(qū)，在接受大氣降水后沿構(gòu)造帶循環(huán)至深部，經(jīng)熱儲(chǔ)層再經(jīng)機(jī)井開掘，形成溫泉井。平原區(qū)淺層地下水除接受大氣降水外，還接受地表水、渠水、和北西側(cè)山區(qū)裂隙溶隙水的少量補(bǔ)給，地下水自北西向南東運(yùn)移形成地下徑流帶，在玉泉鎮(zhèn)至板橋鎮(zhèn)附近的溢出帶以泉的形式進(jìn)行排泄（圖6）。

4 結(jié) 論

（1）基于水化學(xué)成分及聚類結(jié)果對(duì)研究區(qū)不同水體地下水進(jìn)行分析，深層地下水和淺層地下水水化學(xué)組成呈現(xiàn)出顯著的差異，淺層地下水表現(xiàn)為北西側(cè)山區(qū)至南東側(cè)平原，地下水由HCO₃-Ca和HCO₃-Ca·Mg 型過渡為HCO₃·SO₄-Ca·Mg型；深層地下水主要為HCO₃-Na型。三箭水泉（S12）及其附近泉點(diǎn)水化學(xué)類型呈現(xiàn)與石亭江地表水水化學(xué)類型相似，表明石亭江對(duì)三箭水泉具有一定的側(cè)向補(bǔ)給。

（2）山區(qū)和平原區(qū)淺層地下水的氫氧同位素組成表明地下水接受大氣降水的補(bǔ)給，蒸發(fā)作用微弱；深層地下水主要為北西側(cè)龍門山脈更高的山區(qū)接受大氣降水并沿?cái)嗔褞霛B循環(huán)至此。山區(qū)淺層地下水氫氧同位素值較為集中，其補(bǔ)給來源相似，其中三箭水泉的δD、δ¹⁸O值與其他山區(qū)淺層地下水相比，更靠近石亭江水，再次證明石亭江水對(duì)山區(qū)地下水存在側(cè)向補(bǔ)給；平原區(qū)淺層地下水δD、δ¹⁸O值較為分散，推測(cè)由于主要補(bǔ)給來源不同造成，證明平原區(qū)淺層地下水具有多種補(bǔ)給來源。同時(shí)山區(qū)與平原區(qū)的氘盈余值證明山區(qū)地下水對(duì)平原區(qū)地下水具有補(bǔ)給作用。

（3）研究區(qū)山區(qū)地下水與平原區(qū)地下水補(bǔ)給過程受地質(zhì)條件、地形地貌等多種因素控制，僅通過水文地球化學(xué)及同位素技術(shù)難以定量化識(shí)別地下水循環(huán)模式，后期可結(jié)合數(shù)值模擬等方法建立概念模型，可進(jìn)一步深入認(rèn)識(shí)地下水循環(huán)規(guī)律。

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（編輯：劉 媛）

Characteristics of groundwater circulation in basin-mountain system of Longmenshan

alluvial belt：case of Mianzhu section of Shiting River Basin

ZHENG Tongxin，QI Jihong，XU Mo，TAN Yao，XIE Hang

（State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China）

Abstract：The water resources of mountainous and plain areas are closely connected，and the investigation on the mountain-basin groundwater cycle can provide a scientific basis for the development and rational utilization of water resources.The Longmenshan alluvial belt and the western Sichuan foreland basin are typical representatives of the basin-mountain system in China.Combined with the field sampling and the results of previous studies，the groundwater circulation characteristics of the basin-mountain system formed by the Longmenshan alluvial overburden and the foreland basin in the Shiting River Basin in the territory of Mianzhu section were clarified by using hydrogeological investigation，hydrochemical characterization，hydrogen and oxygen isotopes，and cluster analysis methods.The study concludes that atmospheric precipitation is the main recharge source of shallow groundwater in the mountainous areas and plains，in which the J₃l³stratum also receives lateral recharge from the Shiting River.Topography has a dominant role in controlling the shallow groundwater runoff in the mountainous areas，which mainly occurs along the north-west and south-east directions，and has a small amount of recharge of the shallow groundwater in the near-plain areas.The shallow layer in the plains also receives recharge from surface water and river and canal water，and the groundwater moves from northwest to southeast，finally it discharges in the form of springs along Yuquan Town to Banqiao Town.As the NW fracture structure connects with the basin-mountain system，the groundwater from the higher mountainous areas in the NW side of the study area forms a deep runoff zone along the fracture zone，forming hot water with high mineralization.The study results can be used as a reference for similar studies of mountain-basin groundwater circulation systems.

Key words：groundwater circulation；hydrochemical characteristics；hydrogen and oxygen isotopes；basin-mountain system；Shiting River Basin；Longmenshan alluvial belt