商丹盆地地下水水化學特征及成因機制

摘 要：為探究商丹盆地地下水水化學特征及其形成作用，支撐商洛市商丹循環工業經濟園區建設，選擇２０２３ 年商丹盆地地下水資源調查獲得的２４ 組地下水水化學數據，綜合運用數理統計、Ｐｉｐｅｒ 三線圖、Ｇｉｂｂｓ 圖、離子比分析和主成分分析等方法進行水文地球化學分析，結果表明：研究區地下水為淡水，整體呈中性，總硬度為２００～６９８ ｍｇ／ Ｌ，平均值為４２７．７９ ｍｇ／ Ｌ；溶解性總固體含量為２４３～９６０ ｍｇ／ Ｌ，平均值為５４５．２９ ｍｇ／ Ｌ；地下水水化學類型以ＨＣＯ３ －Ｃａ 型為主，水化學成分受碳酸鹽巖和硅酸鹽巖風化溶解作用共同控制；地下水中Ｎａ＋和Ｋ＋主要受鹽巖溶解作用控制，Ｃａ２＋和Ｍｇ２＋主要受碳酸鹽巖和硫酸鹽巖風化溶解作用控制；地下水水化學特征受水巖相互作用、陽離子交換作用和人類活動的共同影響，地下水在運移過程中以正向陽離子交換為主，礦業開采、農業生產和生活污水排放等人類活動對地下水化學成分影響較大。

關鍵詞：地下水；水化學特征；水巖相互作用；主成分分析；商丹盆地

中圖分類號：Ｐ６４１ 文獻標志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２４．１２．０１６

引用格式：趙浩，李曉明，趙立磊，等．商丹盆地地下水水化學特征及成因機制［Ｊ］．人民黃河，２０２４，４６（１２）：９８－１０４．

地下水是區域水資源的重要組成部分，作為人類生產和生活的重要水源，地下水在維系水生態系統平衡、工農業生產和人類生存發展等方面發揮著重要作用［１－３］ 。地下水質量事關人民健康和經濟社會穩定發展，地下水水化學成分與賦存環境關系密切［４］ 。地下水化學組分監測有利于分析地下水水化學演化過程和潛在影響因素［５］ 。有學者從水巖相互作用［６］ 、陽離子交換［７－８］ 、人類活動影響［９］ 等方面對地下水水化學特征的形成和演化進行了大量研究。

商丹盆地位于商洛市，是南水北調中線工程水源區丹江流域的重要城鎮聚集地，水資源保障是支撐商丹盆地經濟社會可持續發展的關鍵。隨著區域內城鎮化進程的加快和工業園區的建設，生產生活用水增加，農業面源污染和工業廢水排放等對地下水水質造成影響，查明區域地下水水化學特征并分析其成因機制具有重要意義。鑒于此，以２０２３ 年商丹盆地采集的２４組地下水水質數據為基礎，運用數理統計、Ｐｉｐｅｒ 三線圖、Ｇｉｂｂｓ 模型、離子比值和主成分分析等方法進行水文地球化學綜合研究，分析研究區地下水水化學特征及成因機制，以期為商丹盆地地下水資源管理提供依據，助力商丹循環工業經濟園區建設。

１ 研究區概況

商丹盆地地處秦嶺南麓、丹江上游，大地構造受商丹大斷裂控制，屬山間斷陷型構造盆地。商丹盆地東西長約６０ ｋｍ，南北寬約５ ｋｍ，丹江沿北西—南東方向流經盆地，河寬１５０～２５０ ｍ，谷寬１ ０００～３ ０００ ｍ，平均比降３‰。丹江河道迂回曲折，受河流長期下切作用影響，丹江兩岸斷續分布１～４ 級階地，構成了現今比較開闊的彎道盆地［１０－１１］ 。商丹盆地屬北亞熱帶和暖溫帶過渡性季風氣候區，溫暖濕潤、四季分明，河流水系發育，年均氣溫７．８～１３．９ ℃，多年平均（１９５８—２０１９年）降水量７００．８６ ｍｍ，降水季節分布不均，主要集中在６—９ 月。

研究區地下水類型主要為松散巖類孔隙水和碎屑巖類孔隙裂隙水。松散巖類孔隙水主要分布于丹江兩岸河漫灘及一級階地，含水層以第四系松散堆積的砂、卵礫石層為主，水位埋深１．２～１９．２ ｍ，水量豐富；碎屑巖類孔隙裂隙水主要分布于丹江河谷兩側山前地帶，含水巖組以第三系砂礫巖為主。地下水主要接受兩側基巖山區的側向補給、大氣降水入滲補給、河水入滲補給和農田灌溉入滲補給，排泄方式以地下水徑流排泄和人工開采為主，徑流方向為沿盆地邊緣向中部流動。根據《商洛市水資源公報》（２０２０ 年），盆地地下水供水量（商州區、丹鳳縣）約占總供水量的３０．６９％。地下水主要用于生產生活和農田灌溉，其中商州區以居民生活用水（１ ０２６ 萬ｍ３）和工業用水（６８１ 萬ｍ３ ）為主，丹鳳縣以農田灌溉用水（４８０ 萬ｍ３）和居民生活用水（２４４ 萬ｍ３）為主。２０２２ 年，研究區常住人口約７１．３萬人，國民生產總值約２６８ 億元。

２ 樣品采集與測試方法

２０２３ 年６ 月，在水文地質調查的基礎上共采集盆地區地下水樣品２４ 組，樣品主要來源于飲用水井和灌溉井，采樣點分布見圖１。嚴格按照《地下水環境監測技術規范》（ＨＪ １６４—２０２０）進行樣品采集、保存和運輸。取樣器材為５ Ｌ 聚乙烯塑料瓶，采樣前先用水樣將取樣瓶和瓶蓋潤洗３～４ 次，不添加任何保護劑，采樣完成后擰緊瓶蓋，粘貼標簽，標明采樣時間、樣品編號等。

本次研究主要測試指標包括ｐＨ 值、總硬度（ＴＨ）及溶解性總固體（ ＴＤＳ）、Ｋ＋、Ｎａ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｃｌ－、ＳＯ２－４ 、ＨＣＯ－３ 、ＮＯ－３ 含量等，其中ｐＨ 值現場測定，其余指標測試由陜西省地質礦產實驗研究所有限公司完成。ＴＨ 和ＴＤＳ 根據《生活飲用水標準檢驗方法感官性狀和物理指標》（ＧＢ／ Ｔ ５７５０．４—２００６），采用電子天平和滴定管測定，檢出限分別為１．０、４．０ ｍｇ／ Ｌ；Ｋ＋、Ｎａ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋含量根據《水質３２ 種元素的測定電感耦合等離子體發射光譜法》（ＨＪ ７７６—２０１５）測定，測試儀器為Ａｇｉｌｅｎｔ ５１１０ 電感耦合等離子體光譜儀，檢出限分別為０．０５、０．１２、０．０２、０．００３ ｍｇ／ Ｌ；Ｃｌ－、ＳＯ２－４ 、ＮＯ－３ 含量根據《水質無機陰離子的測定離子色譜法》（ＨＪ８４—２０１６）測定，測試儀器為ＩＣＳ１１００ 離子色譜儀，檢出限分別為１．０、１．０、０．４５ ｍｇ／ Ｌ；ＨＣＯ－３ 含量根據《食品安全國家標準飲用天然礦泉水檢驗方法》（ＧＢ ８５３８—２０１６），使用滴定管測定，檢出限為３．０ ｍｇ／ Ｌ。各指標檢出限及測試結果均滿足要求。

３ 結果與討論

３．１ 地下水水化學特征

１）水化學成分。商丹盆地地下水水化學參數特征值統計結果見表１。地下水ｐＨ 值為６．７７～７．９４，均值為７．２１，呈中性，空間變異小［１］ ；總硬度為２００～６９８ｍｇ／ Ｌ，平均值為４２７．７９ ｍｇ／ Ｌ，微硬水、硬水、極硬水占比分別為１６．６６％、４１．６７％、４１．６７％；ＴＤＳ 為２４３ ～ ９６０ｍｇ／ Ｌ，平均值為５４５．２９ ｍｇ／ Ｌ，屬于淡水。地下水中陰離子含量表現為ＨＣＯ－３ ＞ＳＯ２－４ ＞ＮＯ－３ ＞Ｃｌ－，陽離子含量表現為Ｃａ＋ ＞Ｎａ＋ ＞Ｍｇ＋ ＞Ｋ＋，陰陽離子中占主要優勢的分別是ＨＣＯ－３ 和Ｃａ＋。ＴＨ、ＴＤＳ 和其他各離子的變異系數為２６．９５％～８８．７６％，表明各離子變異性較強且空間差異性較大。其中，ＮＯ－３ 的變異系數最大，超過《地下水質量標準》（ＧＢ／ Ｔ１４８４８—２０１７） Ⅲ類水標準８８．５８ｍｇ／ Ｌ（以ＮＯ－３ 計）和《生活飲用水衛生標準（ＧＢ５７４９—２０２２）》４４．２９ ｍｇ／ Ｌ（以ＮＯ－３ 計） 的樣品占比分別為２５．００％、５４．１７％，說明研究區地下水水質可能受到人類活動的影響。

２）水化學類型。運用ｏｒｉｇｉｎ 軟件繪制研究區地下水水化學Ｐｉｐｅｒ 三線圖（見圖２），分析地下水水化學類型及特征［１，１２］ 。主菱形圖中樣點主要落在左上方，表明地下水中堿土金屬離子毫克當量百分比超過堿金屬離子，弱酸根離子毫克當量百分比大部分超過強酸根離子，碳酸鹽硬度＞５０％；在陽離子圖中，樣點集中分布于Ｃａ２＋軸和Ｍｇ２＋軸相交端，表明地下水中陽離子以Ｃａ２＋為主；在陰離子圖中，樣點主要分布于ＨＣＯ－３ ＋ＣＯ２－３軸和Ｃｌ－ 軸相交端且靠近ＨＣＯ－３ ＋ＣＯ２－３ 軸，表明研究區大部分地下水ＨＣＯ－３ 含量遠大于ＳＯ２－４ 和Ｃｌ－，可初步反圖２ 地下水水化學Ｐｉｐｅｒ 三線圖映研究區地下水化學組分主要來源于碳酸鹽巖的溶解。采用舒卡列夫分類法［１］ 進行地下水水化學類型劃分，結果表明研究區地下水水化學類型主要為ＨＣＯ３ －Ｃａ 型，占比７９．１６％（１９ 組）；其次為ＨＣＯ３ ·ＳＯ４ －Ｃａ 型，占比為１２．５０％（３ 組）；還有ＨＣＯ３ ·ＳＯ４ －Ｃａ·Ｍｇ 型和ＨＣＯ３ ·Ｃｌ－Ｃａ 型水各一組，占比都為４．１７％。盆地部分區域出現以Ｃｌ－ 和ＳＯ２－４ 為主導離子的地下水，表明地下水受多種水化學作用和人類活動的共同影響［１３］ 。

３）水化學指標相關性分析。采用相關性分析方法研究地下水水化學組分之間的相互關系和影響程度，識別不同離子組分是否為同一來源或具有相近的遷移轉化途徑［１４－１５］ 。研究區地下水水化學組分相關系數統計（見表２）可知，ＴＤＳ 與Ｎａ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｃｌ－、ＳＯ２－４ 、ＮＯ－３ 顯著正相關，相關系數依次為０．８０１、０．９７６、０．８８９、０．８２４、０．７６３、０．８２４，表明這些離子對ＴＤＳ 貢獻較大，其中Ｃａ２＋ 和Ｍｇ２＋ 貢獻尤為突出；ＨＣＯ－３ 與Ｎａ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋顯著正相關，相關系數分別為０．６５１、０．６６７、０．５２６，表明四者具有相對一致的來源；Ｃａ２＋ 與Ｍｇ２＋ 相關系數為０．８３１，兩者極顯著正相關，表明兩種離子具有相同的來源；ＳＯ２－４ 與Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋ 顯著正相關，相關系數分別為０．６６１、０．８３９，表明部分Ｃａ２＋和Ｍｇ２＋可能來自于硫酸鹽礦物的溶解；ＳＯ２－４ 與Ｎａ＋、Ｃｌ－ 也顯著正相關，相關系數分別為０．５６０ 和０．５７９，說明蒸發巖對地下水離子具有一定貢獻；Ｃｌ－ 與ＮＯ－３ 相關系數為０．７９０，兩者極顯著正相關，表明兩者具有相似的物質來源。

３．２ 水化學特征成因分析

１）水巖模型分析。常用Ｇｉｂｂｓ 圖研究水巖相互作用對地下水水化學組分的影響機制，利用ＴＤＳ 含量與ρＣｌ－ ／ ρ（Ｃｌ－ ＋ＨＣＯ－３ ）或ρ Ｎａ＋ ／ ρ （Ｎａ＋ ＋Ｃａ２＋ ）（ρ 表示離子質量濃度）的關系將天然水化學組分的演化分為巖石風化控制型、大氣降水控制型和蒸發濃縮控制型［５，１６］ 。研究區地下水ＴＤＳ 含量為２４３～９６０ ｍｇ／ Ｌ，陽離子ρ Ｎａ＋ ／ ρ （ Ｎａ＋ ＋Ｃａ２＋ ） 和陰離子ρ Ｃｌ－ ／ ρ （ Ｃｌ－ ＋ＨＣＯ－３ ）分別為０．１２～０．２５ 和０．０３～０．２３，見圖３。陰陽離子質量濃度比值均小于０．５０，水樣點全部落在巖石風化控制區，且遠離蒸發濃縮控制區和大氣降水控制區，說明巖石風化作用是研究區地下水水化學組成的主要控制因素，大氣降水和蒸發濃縮作用的影響很小。

碳酸鹽巖、硅酸鹽巖和蒸發鹽巖礦物風化溶解產物ρ Ｃａ２＋ ／ ρＮａ＋、ρ Ｍｇ２＋ ／ ρＮａ＋、ρ ＨＣＯ－３ ／ ρＮａ＋ 不受流速、稀釋和蒸發作用的影響，通過地下水不同巖性端元間的對比可以判斷不同水巖相互作用關系，揭示水化學成因和主要離子來源［１７］ 。由圖４ 可知，研究區樣品點均落在硅酸鹽巖和碳酸鹽巖端元之間且相對集中，說明地下水中離子的來源受碳酸鹽巖和硅酸鹽巖風化溶解作用共同控制，而受蒸發鹽巖的作用相對較小。

２）主要離子來源。根據地下水水巖相互作用可以分析水體溶濾作用和地下水中各化學成分的來源［５－７］ 。地下水中Ｃｌ－ 和ＳＯ２－４ 主要來源于蒸發鹽巖的風化溶解和含硫礦物的氧化，而ＨＣＯ－３ 則來源于碳酸鹽巖和硅酸鹽巖的溶解，可以利用γ （ ＳＯ２－４ ＋ Ｃｌ－ ） ／γ ＨＣＯ－３ （γ為離子毫克當量）的關系分析水化學成分的主要來源［５，７］ 。研究區γ（ＳＯ２－４ ＋Ｃｌ－ ） ／ γＨＣＯ－３ 為０．１７～１．０９，均值為０．４４。由圖５（ａ）可知，地下水中９１．６７％的取樣點位于１ ∶ １ 直線下方，說明地下水中化學成分主要來自碳酸鹽巖和硅酸鹽巖的溶解。

Ｎａ＋的主要來源是鹽巖和硅酸鹽巖溶解以及大氣降水，可以通過γ Ｎａ＋ ／ γＣｌ－ 的關系判斷Ｎａ＋ 富集程度和來源。一般而言，大氣降水中γＮａ＋ ／ γＣｌ－ 與海水接近，為０．８６，當γ Ｎａ＋ ／ γＣｌ－ 大于１ 時Ｎａ＋ 來源以鹽巖溶解為主，小于１ 時以硅酸鹽巖溶解為主［１８］ 。研究區采樣點γ Ｎａ＋ ／ γ Ｃｌ－ 為０．４７ ～ ２．５６，均值為１．６６。由圖５（ｂ）可知，研究區７９．１７％的采樣點γ Ｎａ＋ ／ γＣｌ－ 大于１，說明鹽巖溶解是Ｎａ＋ 的主要來源，硅酸鹽巖溶解和大氣降水的貢獻較小。通過γ（Ｎａ＋ ＋Ｋ＋ ） ／ γＣｌ－ 的關系可以進一步確定是否存在硅酸鹽礦物的溶解，由圖５（ｃ）可知，大部分水樣落在了１ ∶ １ 直線上方，說明區域水巖作用過程中發生鹽巖溶解的同時，發生了其他含Ｎａ＋、Ｋ＋的硅酸鹽礦物溶解［５］ 。

根據γ（Ｃａ２＋ ＋Ｍｇ２＋ ） ／ γ（ＳＯ２－４ ＋ＨＣＯ－３ ）的關系可以判斷地下水中Ｃａ２＋ 和Ｍｇ２＋ 的主要來源，當γ （Ｃａ２＋ ＋Ｍｇ２＋） ／ γ（ＳＯ２－４ ＋ＨＣＯ－３ ）在１ ∶ １ 直線附近時，Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋主要來自方解石、白云石及石膏等碳酸鹽巖、硫酸鹽巖的溶解，比值小于１ 時則主要來自硅酸鹽巖和蒸發鹽巖的溶解［７－８，１９］ 。由圖５（ｄ）可知，地下水中有７０．８３％的采樣點γ（Ｃａ２＋ ＋Ｍｇ２＋ ） ／ γ（ＳＯ２－４ ＋ＨＣＯ－３ ）接近于１ ∶ １直線，且大于１ 的采樣點也都靠近１ ∶ １ 直線，說明研究區地下水中Ｃａ２＋ 和Ｍｇ２＋ 主要來自碳酸鹽巖和硫酸鹽巖的溶解，但仍有少部分需要硅酸鹽巖和蒸發鹽巖的溶解來保持離子平衡［４］ 。在碳酸鹽巖溶解區，一般用γＭｇ２＋ ／ γＣａ２＋與γＨＣＯ－３ 的關系來判斷白云石和方解石的貢獻率［１３］ 。研究區采樣點γ Ｍｇ２＋ ／ γ Ｃａ２＋ 為０．１８ ～０．４２，均小于０．５０。由圖５（ｅ）可知，采樣點全部落在方解石溶蝕區，說明Ｃａ２＋ 和Ｍｇ２＋ 主要來源是方解石溶解。

３）陽離子交換作用。陽離子交換作用是指巖石和地下水相互作用過程中，在一定條件下顆粒吸附地下水中某些陽離子，并將原來吸附的部分陽離子轉化為地下水中的組分［５，２０］ 。Ｎａ＋ ＋Ｋ＋ －Ｃｌ－ 與Ｃａ２＋ ＋Ｍｇ２＋ －ＳＯ２－４ －ＨＣＯ－３ 的毫克當量比值關系可以反映是否發生了陽離子交換作用［７－８］ 。由圖６（ａ）可知，采樣點分布在ｙ ＝－０．３７１ ｘ＋０．６９３（Ｒ２ ＝ ０．６５５）直線兩側，且部分采樣點沿著ｙ ＝－ｘ直線分布，說明地下水在運移過程中發生了陽離子交換作用。氯堿指數（ＣＡＩ－Ⅰ和ＣＡＩ－Ⅱ）可以進一步探究陽離子交換作用的方向和強度。通常情況下，當ＣＡＩ－Ⅰ和ＣＡＩ－Ⅱ均為負值時，說明發生了正向的陽離子交換作用，此時地下水中的Ｃａ２＋ 和Ｍｇ２＋ 將含水層礦物中的Ｎａ＋ 和Ｋ＋ 交換出來，地下水中的Ｎａ＋ 和Ｋ＋含量增加；當ＣＡＩ－Ⅰ和ＣＡＩ－Ⅱ均為正值時，則發生了反向的陽離子交換作用，即地下水中的Ｎａ＋ 和Ｋ＋ 將含水層礦物中的Ｃａ２＋ 和Ｍｇ２＋ 交換出來，地下水中的Ｃａ２＋和Ｍｇ２＋含量增加［２１］ 。根據圖６（ｂ），有８３．３３％的采樣點ＣＡＩ－Ⅰ和ＣＡＩ－Ⅱ為負值，表明研究區地下水主要發生了正向的陽離子交換作用，導致地下水中Ｎａ＋和Ｋ＋含量增加，這與溶濾作用分析的結論（Ｎａ＋ 的主要來源為鹽巖溶解）一致。

４）人類活動影響。除受自然因素作用外，人類活動一定程度上影響著地下水水化學組分的演化。通過水樣γ（Ｃａ２＋ ＋Ｍｇ２＋ ） ／ γＨＣＯ－３ 與γ（Ｎａ＋ ＋Ｋ＋ ） ／ γＨＣＯ－３ 的關系可以反映碳酸鹽巖、硅酸鹽巖風化以及人類活動對水化學組成的相對貢獻，γ（Ｃａ２＋ ＋Ｍｇ２＋ ） ／ γＨＣＯ－３ 代表碳酸鹽巖和硅酸鹽巖風化的Ｃａ２＋和Ｍｇ２＋相對含量，其比值應該小于１；γ（Ｎａ＋ ＋Ｋ＋） ／ γＨＣＯ－３ 也代表碳酸鹽巖和硅酸鹽巖的風化［２２－２３］ 。

由圖７（ａ）可知，研究區大部分采樣點落在γ（Ｎａ＋ ＋Ｋ＋） ／ γＨＣＯ－３ ＝ ０ 和γ （Ｃａ２＋ ＋Ｍｇ２＋ ） ／ γＨＣＯ－３ ＝ １ 交叉點附近，且位于硅酸鹽巖風化線右側，說明水化學組分以碳酸鹽巖風化溶解為主，硅酸鹽巖風化溶解貢獻較小；有６２．５０％的采樣點落在第一象限，說明γ（Ｃａ２＋ ＋Ｍｇ２＋ ）和γ（Ｎａ＋ ＋Ｋ＋ ）均大于γ ＨＣＯ－３ ，超出的這部分陽離子（Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｎａ＋、Ｋ＋）可能來源于人類活動的輸入，其陰離子可能以Ｃｌ－ 或ＮＯ－３ 的形式存在；另外有１６．６７％的采樣點落在第四象限，說明存在大量Ｃｌ－ 的輸入，這部分離子也可能主要來源于人類活動。

通過γＳＯ２－４ ／ γＣａ２＋ 和γＮＯ－３ ／ γＣａ２＋ 的關系可以進一步分析地下水水化學組成受人類活動影響的程度［５］ 。當γＳＯ２－４ ／ γＣａ２＋大于γＮＯ－３ ／ γＣａ２＋時，代表地下水受工礦生產活動影響較大；反之地下水受農業活動和生活污水排放的影響較大［１３］ 。研究區采樣點γＳＯ２－４ ／ γＣａ２＋ 為０．１２～０．５７，均值為０．２４；γ ＮＯ－３ ／ γＣａ２＋ 為０．０５～０．３９，均值為０．１５。由圖７（ｂ）可知，地下水中６６．６７％的采樣點γＳＯ２－４ ／ γＣａ２＋大于γＮＯ－３ ／ γＣａ２＋，表明研究區地下水主要受到工礦生產活動的影響，這與區域采礦活動以及盆地內金屬冶煉廠、化工廠等工業生產污水排放有關，其余３３．３３％ 的采樣點γ ＳＯ２－４ ／ γ Ｃａ２＋ 小于γＮＯ－３ ／γ Ｃａ２＋，總體靠近１ ∶ １ 直線，說明部分區域地下水污染受農業生產和生活污水排放的影響，但影響相對較小。由圖７（ｃ） 可知，研究區γ ＮＯ－３ ／ γ ＨＣＯ－３ 與γ Ｃｌ－ ／γＨＣＯ－３ 線性擬合較好（ｙ ＝０．６４４ｘ＋０．０４３，Ｒ２ ＝ ０．６２６），相關性較強，表明地下水中Ｃｌ－和ＮＯ－３ 可能具有相同的來源，即都受到農業生產和生活污水排放的影響。

３．３ 水化學控制因素分析

采用主成分分析法將水化學數據進行降維處理，進而提取主要變量來解釋水化學主要控制因素［１５］ 。研究區水化學組分相關矩陣ＫＭＯ 檢驗值為０．５７５（＞０．５），Ｂａｒｔｌｅｔｔ 球形度檢驗統計量Ｓｉｇ ＝ ０（＜０．０１），表明適合進行主成分分析。利用ＳＰＳＳ２７ 軟件因子分析模塊，按照特征值大于１ 的原則，采用最大方差法進行成分旋轉， 共提取３ 個主成分， 累計方差貢獻率為８９．０４８％（見表３），可以解釋研究區地下水水化學主要控制因素。

主成分Ｆ１ 貢獻率為６３．５２８％，主要載荷為ＴＤＳ、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｃｌ－、ＳＯ２－４ 和ＮＯ－３ 。其中：ＮＯ－３ 是人類活動中農業化肥施用、生活污水排放等的代表性離子；Ｃｌ－ 除來自蒸發鹽巖風化溶解外，同樣為生活污水排放的特征性離子，由表２ 可知Ｃｌ－ 與ＮＯ－３ 顯著正相關，說明研究區地下水中Ｃｌ－受人類活動影響較大；ＳＯ２－４ 主要來自含硫礦物并受研究區礦業活動影響較大；Ｃａ２＋ 和Ｍｇ２＋與ＳＯ２－４ 顯著正相關，且Ｍｇ２＋與ＳＯ２－４ 的相關性高于Ｃａ２＋與ＳＯ２－４ ，此處Ｃａ２＋和Ｍｇ２＋可能主要來源于硫酸鹽礦物的溶解。綜上表明Ｆ１ 表示研究區地下水水化學主要受人類活動及硫酸鹽礦物風化溶解的影響。

主成分Ｆ２ 貢獻率為１４．７７７％，主要載荷為Ｎａ＋和ＨＣＯ－３ ，其次為Ｃａ２＋和Ｍｇ２＋。Ｎａ＋主要來源于鹽巖的溶解，同時受陽離子交換作用影響；ＨＣＯ－３ 主要來源于碳酸鹽巖的風化溶解；Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋和ＨＣＯ－３ 顯著正相關，且Ｃａ２＋與ＨＣＯ－３ 的相關性高于Ｍｇ２＋與ＨＣＯ－３ ，此處Ｃａ２＋和Ｍｇ２＋可能主要來源于碳酸鹽巖的風化溶解。因此，Ｆ２ 表示研究區地下水主要受碳酸鹽巖的風化溶解及陽離子交換作用的影響。

主成分Ｆ３ 貢獻率為１０．７４３％，主要載荷為Ｋ＋。Ｋ＋主要來源于硅酸鹽巖的風化溶解及含鉀化肥的施用［ ２４］ 。由表２ 可知Ｋ＋ 與其他離子均不相關，故推測Ｆ３ 代表硅酸鹽巖的風化溶解對地下水水化學組分的影響。

４ 結論

研究區地下水為淡水，整體呈中性，ＴＨ 均值為４２７．７９ ｍｇ／ Ｌ，ＴＤＳ 均值為５４５．２９ ｍｇ／ Ｌ。優勢陰離子、陽離子分別為ＨＣＯ－３ 、Ｃａ２ ＋，陰離子含量表現為ＨＣＯ－３ ＞ＳＯ２－４ ＞ＮＯ－３ ＞Ｃｌ－，陽離子含量表現為Ｃａ２ ＋ ＞Ｎａ＋ ＞Ｍｇ２ ＋ ＞Ｋ＋。地下水水化學類型主要為ＨＣＯ３ －Ｃａ，其次為ＨＣＯ３·ＳＯ４ －Ｃａ、ＨＣＯ３·ＳＯ４ －Ｃａ·Ｍｇ、ＨＣＯ３·Ｃｌ－Ｃａ，水化學離子組成受多種水化學作用和人類活動的共同影響。

研究區地下水水化學特征以巖石風化作用控制為主，水化學成分主要來自碳酸鹽巖和硅酸鹽巖的風化溶解。地下水中Ｎａ＋和Ｋ＋ 主要受鹽巖溶解作用控制，同時受陽離子交換作用影響；Ｃａ２＋ 和Ｍｇ２＋ 主要受碳酸鹽巖和硫酸鹽巖溶解作用控制。人類活動對研究區地下水化學成分影響較大，主要與研究區礦業活動有關，且局部受農業生產和生活污水排放的影響。政府管理部門應加強環境綜合治理，加大礦山環境綜合整治力度，并對點源和面源污染進行有效控制。

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【責任編輯 呂艷梅】

基金項目：中國地質調查局地質調查項目（ ＤＤ２０２３０４８１，ＤＤ２０２４２４６１）