废水中物理指标检测方案

智能文字提取功能测试中

地球科学进展ADVANCES IN EARTH SCIENCEVol.27 No.12Dec.，2012第27卷 第12期2012年12月 1345第12期杨吉龙等：环境同位素特征对滨海岩溶地区海水入侵过程的指示意义 杨吉龙，韩冬梅，苏小四，等.环境同位素特征对滨海岩溶地区海水入侵过程的指示意义[.地球科学进展，2012，27(12)：1344-1352.[YangJilong， Han Dongmei， Su Xiaosi， et al. Environmental tracers (82H-8180， 84s， 83C) as indicators of seawater intrusion processes in the coastal karstarea [. Advances in Earth Science，2012，27(12)：13441352.] 环境同位素特征对滨海岩溶地区海水入侵过程的指示意义 杨吉龙，韩冬梅：，苏小四，肖国强，赵长荣，宋庆春，汪 娜 (1.天津地质矿产研究所，天津300170；2.中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程重点实验室，北京100101；3.吉林大学环境与资源学院，吉林 长春 130021：4.辽宁水文地质工程地质勘察院，辽宁大连 116037：5.河北省地矿局第二地质大队，河北 唐山 063000) 摘 要：大连大魏家水源地位于中国北方典型滨海岩溶地区。近30年来，地下淡水的不合理开采造成的地下水位降落漏斗引发了严重的海水入侵。以大魏家水源地为研究对象，通过大量的水文地质调查和水化学及同位素采样测试分析，探讨海水入侵形成的水动力条件，通过分析滨海岩溶含水层中地下水主要水化学和多种同位素(8H-8*0，8*S，8C)组成特征，识别了海水入侵过程中发生的主要水文地球化学作用，并对其进行了定量模拟，从而阐明了岩溶含水层中的海水入侵机理。研究结果表明：大连大魏家海水入侵主要通道为大魏家地区存在的导水断裂、岩溶裂隙以及第四系松散地层。对8H-8180同位素的组成分析表明，研究区地下水主要来自大气降水补给，结合Cl浓度分布，认为除海水入侵淡水含水层后增加了地下水中的盐分外，浅层地下水的蒸发也对地下水中盐分的累积起到了重要作用。根据不同水体中8*Ss0，，8Cnco，等同位素特征，结合水化学成分(如SO’-，Cl-)分析认为，研究区微咸水和咸水并不是地下水淡水和海水简单混合而成。利用反向水文地球化学模拟揭示了控制滨海岩溶含水层中水化学演化的主要水文地球化学反应有方解石、蒙脱石和石膏的溶解作用，伊利石的沉淀作用以及 Ca-Na 离子交换作用，伴随着 CO， 的释放。 关 键 词：地下水；滨海岩溶地区；海水入侵；稳定同位素；水文地球化学 中图分类号：P614.2 文献标志码：A 文章编号：1001-8166(2012)12-1344-09 引 言 在滨海地区连续超采地下水，会造成地下水水位持续下降，引发海水入侵灾害~31。海水进入地下含水层中，使得地下水中矿化度( TDS) 不断升高，最终引起当地地下水水质恶化，淡水资源短缺，并且 会严重影响到地表生态环境4~6。环渤海地区是-个淡水资源比较匮乏的地区，地下淡水资源是居民饮用水及工农业用水的重要组成部分，严重的海水入侵已经破坏了部分滨海水源地，大连大魏家水源地就因为海水入侵而被迫关停。海水入侵已经在很大程度上危害到人类健康、工农业生产及生态环境， ( 收稿日期：2012-03-20；修回日期：2012-06-24. ) ( * 基金项目：中国科学院地理科学与资源研究所“一 三 五”战略科技计划前沿探索项目“北方滨海岩溶地区海水入侵机理研究”(编号：2012QY007)；中国地质调查局项目“天津滨海新区海岸带环境地质调查评价”(编号：1212010814004)资助. ) ( 作者简介：杨吉龙(1980-)，男，甘肃武威人，助理研究员，主要从事水文地质、工程地质研究. E-mail： jilong. y@163.com ) ( *通讯作者：韩冬梅(1978-)，女，新疆焉耆人，助理研究员，主要从事流域水循环与地下水水文过程研究. E-mail： handm@igsnrr. ac. cn ) 亟需对海水入侵地区的地质背景、水动力条件及水化学变化进行研究。水文地球化学结合同位素示踪的方法可以很好地判断海水入侵淡水含水层的行为以及咸淡水的混合关系，沿水流方向Cl和 TDS 浓度变化情况对于海水入侵过程的认识也具有积极的效果。对于大连大魏家水源地海水入侵的研究，前人主要集中于海水入侵机理、入侵模型、预测模型等方面的研究16~8。不同于以往研究方法，本次研究首次综合利用H/SO以及“S和C等同位素数据判别了海水入侵。研究利用实际的野外调查取样和样品测试，准确刻画海水入侵形成的水动力条件；揭示海水入侵过程中的同位素特征以及指示意义；阐明海水入侵过程中可能发生的水文地球化学作用。 2 研究区概况 大连大魏家地区位于大连市金州区西北部，距金州10 km，濒临渤海，面积约100 km (图1)。属北半球暖温带半湿润季风气候区，多年平均降水量约为662 mm，主要集中在每年的6~8月，多年平均蒸发量1450~1600 mm，春季最大，占全年蒸发量的30%~40%。大魏家河是流经本区的唯一一条季节性河流，呈东西向纵贯全区，全年大部分时间干枯，仅大雨、暴雨后产流。研究区主要的含水层为奥陶系和寒武纪系灰岩地层以及第四系砂岩地层，对应的赋存着碳酸盐岩裂隙岩溶水、碎屑岩碳酸盐岩裂隙岩溶水、第四系孔隙水。由于第四系直接覆盖在下部碳酸岩地层上，第四系孔隙水和下部碳酸岩溶裂隙水具有密切的水力联系，形成统一的含水岩体，目前开采时第四系孔隙水基本处于疏干状态。 图1 研究区位置图 Fig.1 Location map of Daweijia wellhead field 大气降水的渗入是各种类型地下水的主要补给来源，从分水岭到河谷方向上，从上游到滨海方向上：表现为由垂直径流交替为主的补给过程。地层岩性、地形地貌及构造条件是岩溶裂隙发育及地下水富集的主要控制因素。区内河谷区为地下水主要富集区，含水层溶洞、裂隙发育。大魏家岩溶水源地曾是大连市最大的地下水水源之一，1969年投产，最大日供水量5×10m³。随着供水时间延长及农业用水开采量增加，自20世纪70年代中期逐渐出现了海水入侵，由于海水入侵造成地下水水质恶化，水源地开采量逐年减少，2001年以后已经被迫停止了城市供水，暂时保留当地部分农业及生活供水。 3 研究方法 本次研究从大魏家地区选取了一条近东西向的典型水文地质剖面，剖面从二十里堡一直延伸到滨海，地下水总体上向海排泄。在研究区(图2)进行了海水入侵动态监测及野外调查取样工作。样品采集主要集中在海水影响区，由海到陆逐次采集，共采集了咸水样品4个，微咸水样品8个，同时还采集了1个海水样和3个地下淡水样分别作为海水和淡水的背景值。pH、温度、电导率等指标在野外直接通过 W-23XD 多功能水质监测仪测试；水化学和H/0同位素组成是在中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程重点实验室完成测试：其中水化学离子由日本岛津液相离子色谱仪进行分析测试，相对测定误差为1%；H/80同位素用德国同位素质谱仪 Thermo Finnigan MAT253进行测定，测定结果以相对于 VSMOW 标准的千分差表示，测定精度分别为±2.0%0和±0.1%0；8C值和8S值在中国科学院地球化学研究所环境与地球化学国家重点实验室完成测试，其中8C 值采用MAT-252质谱仪进行测定，8C测试结果相对于国际标准 PDB(Pee DeeBelemnite) 值，测试精度优于±0.1%c；834S值采用IsoPrime 质谱仪进行测定，8*S 值采用 CDT( CanonDisablo Meteolite)标准，测试精度优于±0.1%0c 4 结果与讨论 4.1 研究区海水入侵形成的水动力条件 根据研究区地质和水文地质条件分析，研究区富水地段主要位于老千山背斜和田家店背斜形成的河谷地段，其间发育有多条北东向和北西向断裂，岩溶的发育受这些构造的控制(图2)。平面上岩溶沿褶皱构造带、断裂构造带以线状为主呈条带状发育。 8 10 1 12 13 14 例 1.正断层；2.逆断层；3.背斜；4.倒转背斜；5.含水岩层；6.隔水岩层；7.海水取样点；8.地下水取样点9.富水区；10.中等富水区；11.贫水区；12.水位等值线：1箭值3.氯离子等值线：14.井深及水位标高 图2 研究区水文地质图 Fig.2 Hydrogeological map of Daweijia wellhead area 垂向上岩溶发育具有成层性，其发育程度具有分带性规律，据研究区钻孔资料揭露，岩溶发育主要集中在-5~-90 m，大魏家水源地开采井深度基本控制在100 m 左右。岩溶的发育为本区地下水富集提供了有力的水文地质条件，同时也为海水入侵提供了通道。 从区域地下水等水位线图(图2)可以看出，由于地下水局部开采量大，在 DW23 和DW34之间以及DW31 和 DW07 之间形成了2个明显水位降落漏斗，咸水体正在向这些漏斗区移动，DW23点Cl值由2009年的104.4 mg/L增大到2010年的157.9mg/L，DW18点Cl 值由2009年的208.4 mg/L增大到2010年的234.3 mg/L。并且由陆到海，Cl浓度呈现逐渐增大的特点。但在漏斗区部分点地下水中的Cl-浓度不符合这一规律，说明研究区海水入侵不是整体向陆推移的，而是局部存在快速入侵通道，如导水断裂、连通性好的岩溶裂隙等，只有近岸低地，海水入侵是按含水层展布呈面状入侵。根据以上结果认为，大魏家地区存在的导水断裂、岩溶裂隙以及第四系松散地层为海水入侵提供了通道，而人为大量开采地下水，造成地下水水位低于海平面是引起海水入侵的主要原因。 4.2 咸水的分布情况及水化学特点 从水化学(图3)可以看出，各类水体无论阳离子还是阴离子变化，都存在明显的不同。总体上，海水水化学类型显示比较明显，由海到陆地下水化学类型由 Cl-Na→Cl-Na · Ca→Cl·HCO，-Na· CaHCOs·Cl-Na· Ca→HCO，-Ca，地下水Cl的变 图3 研究区不同水体水样的 Piper 三线图 Fig.3 Piper diagram of the various water samples 化范围为92.50~893.1 mg/L，海水的Cl浓度为13220 mg/L，地下水矿化度变化范围为481~1890mg/L，海水矿化度高达26648.1 mg/L，矿化度和水化学类型表现出多样性。 通常以Cl为指标来判断海水是否入侵及入侵的范围。Cl作为判定海水入侵指标，国内外大致将这一标准确定为200~300 mg/L"。然而，研究区地下水的Cl~背景值普遍较低，为92 mg/L 左右，而且工作区地下水渗流途径短，Cl-浓度低且稳 定，其浓度的剧烈增加，主要是由于海水入侵造成的。因此，本文以Cl-浓度等于200 mg/L 作为咸水和淡水的划分标准，并且依据此标准区分了研究区的咸淡水界面(图2)。 4.3 气(8H)氧(80)同位素特征 环境同位素用于海水入侵的研究，国外已经取得很多进展3，12~15..海水氢氧稳定同位素组成和地下水同位素组成有着明显的区别(图4)，当发生海水入侵时，地下水中的稳定同位素会受到海水影 图4 研究区不同水体的稳定同位素组成 Fig.4 Stable isotopic composition of the various water samples 图5 研究区CI与80散点关系图 Fig.5 Plots of Cl" vs. 80 of various water samplesfrom the study area 响，而表现出混合水的特性。 本次研究利用中国大气降水同位素观测网络( CERN) 得到锦州站的大气降水线 LMWL：8H=5.57880-11.4I16，考虑到它是距大连大魏家最近的一个观测站，同样也代表滨海气候，基本能够代表大魏家附近的降水线方程。 从图4中可以看出研究区地下水稳定同位素组成点分布在全球降水线 GMWL 和当地降水线LM-WL附近，说明地下水的补给来源主要是大气降水。当地海水的数据明显偏离了全球降水线，说明这些海水经受了一定程度的蒸发作用，造成了氧飘移。研究区微咸水和咸水点介于地下淡水和海水之间：同样偏离了全球降水线和当地降水线，结合Cl浓 度和880同位素值的关系(图5)看，研究区微咸水和咸水是由海水和地下淡水按不同比例混合而成的，并且随着海水混入淡水比例的升高，地下水中880和8H的值也在相应增大。 4.4 硫-34(8*Sso；)碳-13(8CHco；)同位素特征4.4.1 硫-34(8*Sso)同位素特征 硫酸盐在地下水中分布广泛，不同来源的硫酸盐参与到地下水化学的演化过程中，成为地下水化 学组分的一个重要组成部分。不同来源的硫酸盐其8s同位素组成存在较大差异"7~21。从研究区地下水8*Sso与SO浓度散点图(图6a)可以看出，随着8*Sso，的增加，SO含量也在增加。表明地下水中 SO2来源于高8Sso值盐分的混入。由于8*Sso，值与Cl~表现出一定的正相关性(图6b)，说明地下水中硫酸盐主要来自海水。 从图6可以看出，随着Cl~的增大，各个点的 图6 研究区不同水样中8S与SO(a)、Cl(b)关系图 8*Sso值并不是单调的增加，微咸水、咸水并不是地下水淡水和海水简单混合形成的，在混合过程中还发生了如石膏的溶解和沉淀等地球化学作用。Cl是海水中最主要的稳定常量元素，几乎不与地下淡水和含水介质发生反应，它代表的混合比值可以作为研究区海水与淡水的实际混合比例22。利用地下淡水(DW42)、海水(DW29)以及各个采样点处Cl-，SO2离子数据，分别求出以Cl小，SO2离子代表的海水混入地下淡水的比例(表1)，发现DW24，DW23，DWDN 羊样点处 Cl-，SO2离子代表的海水混入地下淡水的比例相当，DW31采样点处SO2离 子代表的混入比例小于Cl离子代表的混入比例，而其他的点SO2 离子代表的混入比例均大于 Cl-离子代表泊混入比例，以上结论更进一步说明，研究区海水入侵过程中除了发生海水与地下淡水的机械混合作用外，还发生了硫酸盐矿物(石膏、无水石膏等)的溶解沉淀作用。 4.4.2 碳-13(8*CHcO；)同位素特征 同位素交换导致海水(HCO，)富集重碳同位素，现代海洋的总溶解无机碳的8C值近似为0%0；而大气(CO，) 富集轻碳同位素，大气 CO，的8C值一般为-7%0~-9%13241。沉积碳酸盐岩和有机碳 表1CI和SO代表的淡水和海水的混合比例(单位：%) Table 1The mix proportion for Cl" and SO2Composition of water samples (unit：%) 样品编号 DW42 DW24 DW23 DWDN DW34 DW31 DW17 DW26 DW07 DW33 DW38 DW29 Cl- 0 0.73 0.50 1.17 1.01 2.51 1.38 1.37 2.95 2.87 3.05 100 So2 0 0.70 0.43 1.22 3.29 1.77 3.83 5.89 3.60 8.99 3.30 100 中，8C值平均值分别为+1%和-23%025~28] 研究区微咸水、咸水的8C值明显大于地下淡水中的8C值，而小于海水的8C值，说明微咸水和咸水中有高值8C的加入，根据Cl和8c关系图(图7)，同样可以说明微咸水和咸水中存在海水的混入，使得地下淡水中8C值增大。微咸水和咸水的8C值没有明显的界限，微咸水区样品的8'c值变化范围小，相对比较集中。这种现象同样揭示了在海水入侵过程中，海水侵入地下淡水后，除了发生混合作用、硫酸盐岩的溶解沉淀作用外，还会发生如碳酸盐的溶解、沉淀等地球化学作用。 图7 研究区不同水样中Cl与8C关系图 Fig. 7 Plots of Clvs. 8’C of various water samplesfrom the study area 4.5 反向地球化学反应路径模拟 反向地球化学反应路径模拟是利用 NETPATH软件完成的，其理论基础是质量平衡反应模型和同位素质量迁移模型型'。进行水一岩作用的反向地球化学反应路径模拟能够定量研究岩溶区海水入侵过程中的地下水演化规律，有助于更深入认识混合咸水和周围环境的相互作用关系，为进一步研究海水入侵对地表生态系统的影响打下坚实的基础。 根据研究区的水化学和同位素分析结果，进行DW42-DW29 的路径模拟。根据可能矿物相以及水化学实测数据，把C，S，Ca，Mg，Na，K6种元素作为模型的约束条件。把方解石、白云石、蒙脱石、伊利石、石膏、CO，和 Ca-Na 阳离子交换作为可能矿物相。本次研究把C同位素作为质量平衡反应模型的约束变量，通过建立反应路径中的质量传输模型，来实现质量平衡反应模型解的优选。 利用 NETPATH 软件模拟的结果如表2所示。 从各水流路径质量平衡模型模拟结果可以看出，C作为一个约束变量，模拟结果和实测结果有很强的一致性(图8)，说明本次模拟结果的可靠性较高。 从模拟结果(表2)可以看出，各个模拟路径上 表2水流路径质量平衡模型结果(单位：mmpl/L) Table 2Modeling results of mass equilibrium along flow path with NETPATH (unit：mmpl/L) 起点1 起点2 终点 海水/淡 矿物相 CO， 白云石 方解石 阳离子交换蒙脱石 伊利石 石膏 GAS 水/% DW29 DW42 DW24 1.57 - 0.66 0.38 1.13 -3.67 -0.03 -0.70 DW29 DW42 DW23 1.05 0.14 1.09 0.36 -1.67 -2.22 -0.05 -0.46 DW29 DW42 DWDN 2.88 -0.12 0.60 8.24 -7.96 0.03 -1.27 反 DW29 DW42 DW34 2.24 一 0.43 0.87 3.38 -4.25 0.88 -0.55 应 DW29 DW42 DW31 6.10 -0.65 1.23 21.44 -15.26 -0.29 -1.10 路 DW29 DW42 DW17 3.54 0.03 0.27 1.13 6.61 -8.81 1.06 -0.83 径 DW29 DW42 DW26 3.30 -0.02 1.66 10.31 -8.24 1.85 -0.70 DW29 DW42 DW07 6.49 一 0.63 1.77 17.80 -12.58 0.21 -0.12 DW29 DW42 DW33 5.60 1.39 2.10 6.71 -8.74 2.01 -1.18 DW29 DW42 DW38 4.84 - 0.27 0.97 11.12 -9.10 0.05 -0.51 注：表中相态为正值表示该相态进入地下水中，负值表示相态离开地下水中“-”表示该相未参加反应 均发生了 Ca-Na 离子交换作用，方解石、蒙脱石和石膏以溶解作用为主，白云石基本没发生溶解、沉淀作用，伊利石均表现为沉淀作用，CO，均表现为从水中释放，这可能是由于脱气作用造成的。 从反应路径上看，各条路径上各个矿物相的反应量并不是随着海水混入地下淡水比例的增大而增大，说明海水入侵过程中，混合咸水和围岩之间的相互作用是一个复杂的水文地球化学作用过程，既要考虑矿物相的饱和指数，也要考虑地下水系统的开放程度。 图8 8%C实测值和模拟值对比图 Fig.8 Relationship between 8C measured value and8C simulated value (by NETPATH) 5 结 论 8H，80，8Sso和8CHcog等同位素可以用于研究滨海岩溶地区海水入侵程度的识别、盐分来源的判断以及入侵机理的阐述。研究区海水入侵主要是人为因素造成的，海水入侵存在多种模式。分析研究地下水中8H和880稳定同位素，不但可以判断地下水的补给来源，还有助于识别不同端源的地下水体，判别海水入侵的发生程度。研究认为大魏家地区的地下水主要来自大气降水入渗补给。8*Sso，，8 CHco；等同位素和水化学特征可指示部分矿物的水文地球化学作用，分析认为研究区海水入侵地下淡水含水层，微咸水和咸水并不是地下水淡水和海水机械混合形成的，在混合作用基础上还发生了如石膏、碳酸盐岩的溶解和沉淀等地球化学作用。 反向水文地球化学模拟结果表明控制研究区岩溶地下水水化学演化的主要反应路径为方解石、蒙脱石和石膏的溶解作用，伊利石的沉淀作用以及 Ca-Na离子交换作用， CO， 均表现为从水中释放，可能是由于脱气作用造成的。研究区海水入侵过程造成地下水中化学成分的改变，必然影响到地表生态系统，从而影响到农业生产，建议在以后的工作中开 展海水入侵对地表生态产生的影响。 致谢：中国科学院地理科学与资源研究所宋献方研究员的研究团队中部分成员、吉林大学环境与资源学院吕航博士以及大连水文地质勘察院徐根成工程师在采样过程中给予了热情帮助，在此一并表示衷心的感谢! ( 参考文献(References)： ) ( 01] A mer A M . Saltwater in t rusion i n c o astal aquifers [ ]. W a ter R e - sources Management， 1995，( 2 )：521-529. ) ( [2] G rassi S， Cortecci G， Squarci P. G roundwater resource degrada-tion incoastal plains： The example of the Cecina area ( T uscany-Central I taly [ . Applied Geochemist r y， 200 7 ， 2 2(11) ： 2273- 2 289. ) ( 3] H an D M ， Claus Kohfahl， Song Xianfang， et a l . Geochemical a nd i sotopic evidence for p alaeo-seawater i n trusion into the south coast aquifer of Laizhou Bay， Chin a [. A pplied Geochemistry，2011， (26) ： 863-883. ) ( [4] Sherif M M ， H a mza K I . Mi t igation of seawater i n trusion b y p um- ping brackish water [] . T ransport Porous Media， 2001， ( 43)： 29-44. ) ( Yin H uaining， Z hang D e jun. Impact o f s e awater invasion o n s oilecology of Daliang Cit y . Research of Soil and W ater C onserva- tion， 2007，14(3)：5-6.[尹怀宁，张德君.大连市地下水海水污染对土壤生态影响研究初报[].水土保持研究，2007，14 (3)：5-6.] ) ( [6] Sheng X uebin， D a i Z h aohua， Ya n g Minghua. Seawater intrusionstatus and p revention proposal for the Y ellow S e a and Bo h ai SeaD]. A cta Ecologica Sinica，1996，16 ( 4)：418-4 2 6.[盛学斌，戴 昭华，杨明华.大渤海区海水入侵态势与防治构想.生态学报，19 9 6，16(4)：418-426.] ) ( [7] Wu Qiang， J i n Y ujie，Li D ean， et al. T he mechanisms of seawater i ntrusion of karst groud water syst e m in Daweijia， D alian C ity and the countermeasures o f its control [. T he Chinese Journal of Ge- ological Hazard and Control，1994，5(1) ： 64-68. [武强，金玉洁，李德安，等.大连大魏家岩溶地下水系统海水入侵机理与对策[.中国地质灾害与防治学报，1994，5(1)：64-68.] ) ( [8] Zou S hengzhang， Zhu Yuanfeng， Chen Honghan， et al. Chemistry process of s eawater intrusion i n l ittoral karst area of D a weijia，Daliang Cit y [. M arine G eology and Quaternary Geology，2004， 24( 1 )：61-67. [邹胜章，朱远峰，陈鸿汉，等.大连大魏家滨海岩溶区海水入侵化学过程.海洋地质与第四纪地质，2004， 24(1)：61-67.] ) ( [9] Xiao Guoqiang，Wang Hong，Zhao Changrong， et al. A ssessment of Vulnerability and I nvestigation o f E nvironment a l G e o logy in the Key S ection of Circum-Bohai-Sea R egion [R]. T ia njin： Ti a njin I nstitute of Geology and Mine r al Resources，2007.[肖国强，王宏， 赵长荣，等.环渤海地区重点地段环境地质调查及脆弱性评价报告[R].天津：天津地质矿产研究所，2007.] ) ( [10] Shen Z haoli， Z hu W anhua， Z h ong Zuoshen. Fu n d amentals ofHydrogeology [ M]. Beijing： Geological Publishing House， 1993. [沈照理，朱婉华，钟佐燊.水文地球化学基础[M]. 北 京：地质出版社，1993.] ) ( [11] X ue Y Q， W u J C， Ye S J ， et al. H ydrogeological and hydrogeo- chemicalstudies for sal t water intrusio n on the South Coast o f L a izhou Bay [. C h ina G r ound Water ，2000，38：38-45. ) ( [12] Zakhem B A ， Hafez R. E n vironmental isotope study of s e awaterintrusion i n t he c oastal a quifer ( S yria)[.Environmental Geolo- gy，2007，51：13291339. ) ( [13] Bear J， Cheng A H D， So r ek S， et al. Se a water Int r usion in Coastal Aquifers-Concepts， M ethods and P r actices [M]. N e ther- lands ： Kluwer Academic， 1999. ) ( [14] Hoefs J. Stable Isotop e Geochemistry (5th edition ) [ M ]. Ber l in：Spinger-Verlag， 2 004. ) ( [15] Clark I， F ritz P . Environmental Isotop e sin Hydrogeology[M]. Springer ，1997. ) ( [16] I AEA/WMO . Global Net w ork of Isotopes in Pr e ci p itation. The GNIP Database ( http： /www. naweb. iaea. org/napc/ih/IHS_ r e- sources _ gnip.htm) [DB]. Vienna， 2 006. ) ( [17] Rees C E，Jenkins W J， Mo n ster J. Th e sulphur iso t opic co m posi-tion of ocean wate r sulfate [] . Geochimica e t Cosmochimica A c- ta， 1978，42：377-381. ) ( [18] Xiao Huayun， Liu C ongqiang， Li S iliang. Geochemic a l charac- t eristics o f sulfur and nitrogen isotopic compositions i n r ains of Guiyang in summer [J ] . Geochimica， 2003，32(3) ：2 48-254. [肖化云，刘丛强，李思亮.贵阳地区夏季雨水硫和氮同位素地球化学特征[.地球化学，2003，32(3)：248-254. ] ) ( [19] Shi Z S， Chen K Y ， Shi J， e t a l. Sulfur iso t opic composition and its geological significance o f t he paleogene sulfate ro c k de p osited in Dongpu D epression [ ]. P e troleum E x ploration and D e velop， 2004，31(6)： 4 4-46. ) ( [20] Dotsika E， Leontiadis I， P outoukis D， et a l . Fluid g e ochemistry of the Chios geotherma l area ， Chio s Island， Gre e ce . J ournal ) ( Volcanology Geothermal Research， 2006，154(3/4)：237-250. ) ( 21] Lang Yunchao， L iu Congqiang， Satake H. 8Cl and 8 3 4S varia- tions of Cl - and SO2 in groundwater and surface water of Guiy- ang Area， China [ . A d v ances in E a rth S c ience， 2008， 2 3 (2) ： 152-159.[朗赟超，刘丛强，Satak e H. 贵阳地表水一地下水的硫和氯同位素组成特征及其污染物示踪意义[].地球科学 进展，2008，23(2)：152-159.] ) ( 22] Appelo C A J，Postma D . G eochemistry，Groundwater and P ollu- tion [M]. Rotterdam： A. A . Balkema，1993. ) ( [23] Levin I， Kromer B ， Wngenbach D， et al. Carbon isotope m e as- urements of a tmospheric C O， at a c o a stal s ta tion i n A n t arctica [. Tellus， 1987，39B(1/2)：89-95. ) ( [24] Tao Zhen， S hen Chengde， Y i W e ixi， et a l . P r ogresses i n t hestudy of carbon isotopes tracing of the soil carbon dynamics [.Advances in Earth Scie n ce，2004， 19(5)：793- 8 00.[陶贞，沈承 德，易惟熙，等.土壤动力学同位素示踪研究进展[.地球 科学进展，2004，19(5)：793-800. ] ) ( [25] Chen J inshi， Chen Zhe n gwen. C arbon I sotope Geology Conspec-tus [M] . Beijing： Geolo g y Publishing Hous e ， 19 83 .[陈锦石，陈 正文.碳同位素地质学概论[M].北京：地质出版社，1983.] ) ( [26] A miotte-Suchet P ， Aubert D， Pro b st J L， et al. 81 C pattern of dissolved，inorganic carbon i n a s mall granitic c atc h ment： Th e strengbachease study( V osges m o untains， Fr a nce) [ J] . Chemical Geology， 1999， 159(1/4)： 1 2 9-145. ) ( 27] Telmer K， V e izer J. C arbon f l uxes， pCO， and su b strate，weathe- ring in a large northern river basin， Canada： Carbon isotopes per-spectives D . Chemical Geology， 1999，159(1/4)：61-86. ) ( [28] Palmer S M， H o pe D， Bil l ett M F ， e t a l. So u rces of organic an d i norgan i c carbon i n a headwater stream： E vidences from c a rbon i - sotopic studies . B iogechemistry， 2001， 52(3)：321-338. ) ( [29] Plummer L N ， P r estemon E C ， Pa r khurst D L. A n Interactive code( N ETPATH) for Modeling Net Ge o chemical Rea c tions Alo n g A Flow Path [M]. U. S. G eological Survey，1994. ) Environmental Tracers (8H-8180， 834S， 8C) as Indicators ofSeawater Intrusion Processes in the Coastal Karst Area Yang Jilong'， Han Dongmei’， Su Xiaosi’， Xiao Guoqiang'，Zhao Changrong， Song Qingchun， Wang Na’ (1.Tianjin Institute of Geology and Mineral Resources， Tianjin 300170， China； 2. Key Laboratory of Water Cycle & Related Land Sarface Processes， Institute of Geographic Sciencesand Natural Resources Research， Chinese Academy of Sciences， Beijing 100101， China；3. College of Enwironment and Resources，Jilin University， Changchun 130026， China； 4. Liaoning Investigation Insititute of Hydrogeology and Engineering Geology， Dalian1116037， China； 5. No.2 Geological Brigade of Hebei Geology and Mineral Exploration Bureau， Tangshan 063000， China) Abstract： Daweijia wellhead field is located at the coastal karst area in north China. Unsustainable groundwa- ter exploitation in recent decades has resulted in severe seawater intrusion in this area. Employing hydrogeologicalinvestigations， hydrodynamic monitoring and hydrogeochemical and isotope data analysis， this study analyzed thegroundwater hydrodynamic conditions partially controlling seawater intrusion processes， and delineated the mecha-nism of seawater intrusion in this area. The characteristics of major hydrochemical composition and multi-stable-iso-topes (8H-8180， 834S， 8C) in groundwater have been used to identify the main hydrogeochemical behaviors；these were also quantitatively simulated by inverse hydrogeochemical reactions. Seawater intrusion occurs primarilyalong the permeable fault zone， karst fissures and loose Quaternary strata. The compositions of 80 and 8H ingroundwater show that the critical groundwater recharge source is precipitation. Combined with the Cl distribution，it can be identified that besides salinity increase accompanying seawater intrusion into fresh water aquifer， evapora-tion of shallow groundwater also plays an important role in the accumulation of salt in groundwater. Joint analysis of8*Sso，， 8Cnco， composition with special anions (e.g.， SO-，Cl) reveals that brackish and saline groundwaterare not the results of a simple mixture between seawater and fresh groundwater. Inverse hydrogeochemical modelingcan be used to reveal the main hydrogeochemical reactions controlling the hydrochemical evolution of coastal karstaquifers in the study area， including the dissolution of calcite， montmorillonite and gypsum， the precipitation of il-lite and Ca-Na cation exchange with CO， extrication.lll ll Key words： Dalian； Coastal karst area； Seawater intrusion； Stable isotopes； Hydrogeochemistry. 《地球科学进展》“973项目研究进展”专栏公告 为了配合宣传国家重点基础研究发展规划对我国基础研究发展所取得的辉煌成就，进一步展示资源环境领域“973”项目的原创性研究成果，扩大交流，提升项目的科学价值，《地球科学进展》编辑部自2005年第11期开辟“973项目研究进展”专栏，我们希望继续不断得到广大“973”项目首席科学家的大力支持和袜跃投稿，扩大刊登“973”项目中有关资源环境和全球变化方面的项目介绍、最新研究成果和进展。该专栏文章可包括以下几方面内容： (1)对已结题的项目，主要围绕该项目取得的研究成果及其应用价值、发展前景、与国际水平的差距等内容。 (2)对正在进行的项目，主要就项目研究的现状、进展、新成果及发展前景等内容。 (3)对刚申请批准的项目，围绕该项目研究的目的、意义、关键科学问题及其要达到的目标等内容。 凡是无项目首席科学家署名的来稿，最好经首席科学家的同意和认可，并签署意见。撰写的文章要求客观、公正、实事求是，内容完整，数据翔实，应有必要的文献、英文文摘等内容。具体格式要求参阅《地球科学进展》的投稿须知。 投稿时请注明“973项目研究进展”栏目，栏目稿件经审核达到发表要求的将尽快刊出，免收审稿费，酌收一定的版面费并致稿酬，同时免费赠送全年期刊一套(1~12期)。 欢迎从事“973”项目研究的科学家、学者赐稿。谢谢对我们工作的支持和帮助。 ( 《地球科学进展》编辑部 ) ◎ China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http：//www.cnki.net