加拿大米尔克里弗含水层中地下水的化学演化

摘要

已观察到米尔克里弗含水层地下水中离子组成有一些明显趋向。来自次露头地区的地下水,其Na^+、SO_4^(2-)、Ca^(2+)和Mg^(2+)的浓度比紧邻的下坡的地下水高;在次露头地区之外,地下水的Na^+、Cl^-、HCO_3^-和CO_3^(2-)以及CH_4的浓度有规律地随着其滞留时间的增加而增加,pH值降低,Mg^(2+)和Ca^(2+)浓度往往偏低(小于0.1mmol/L)。地质变化对产生这些化学模式起了重要作用。第一个主要地质变化是约在5×10~5年前补给区的上覆隔水层被侵蚀,使Na^+和Cl^-浓度低的大气降水能进入含水层并置换了原先存在的水。第二个主要地质变化是在约30000～40000年前米尔克里弗地区出现冰碛物沉积。通过冰碛物向含水层补给的水,其发育特征是Na^+、SO_4^(2-)、Ca^(2+)和Mg^(2+)的浓度高。在次露头地区的下坡,Na^+和Cl^-的变化趋势受从下伏页岩隔水层的扩散所控制。分别对地下水、硫酸盐还原细菌和地下水的气体样品,以及硫化物和H_2S气体样品的分析结果表明,SO_4^(2-)还原不是一个主要过程。地球化学模拟表明,CO_2气体是随着在含水层中滞留时间的增加而不断加入地下水的。CO_2、CH_4和溶解的无机碳的增加可以归因于甲烷发酵。地球化学模拟表明,阳离子交换在该地下水的化学演化中只起次要的作用。