桂西大型岩溶地下河系统离子来源及碳稳定同位素信息——以坡心地下河流域为例

摘要

为探讨坡心地下河系统内地表和地下水体的水化学离子特征、来源及其控制因素,无机碳来源及其稳定性.运用水化学计量法和同位素法对采自坡心地下河流域的38个采样点的水化学和碳稳定同位素样品数据进行分析.结果表明,地下河干流沿程受到局部岩性和支流稀释作用的影响明显,各水化学离子均有所变化.化学离子比例分析发现:大气降水对部分泉水的Cl-和Na+影响较大;碳酸盐岩溶解类型主要以灰岩溶解为主,地表水和地下河天窗的Mg2+/Ca2+摩尔比值与HCO3-呈负相关,说明在宏观上灰岩溶解程度越强烈,HCO3-值就越高,并且H2SO4和HNO3积极参与流域内碳酸盐岩风化.硅酸盐岩的风化对地表和地下水体的Ca2+、Mg2+、Na+、K+有一定的贡献.此外,人为采矿活动和农业活动对SO42-和NO3-的产生有较大的影响.质量平衡正推模型结果显示:受到区域岩性和水文条件的影响,地表和地下河天窗水体主要受碳酸盐岩溶解影响,硅酸盐岩溶解和大气输入也有一定的贡献,三大来源的相对比例在空间上变化较大.水体内的可溶性无机碳(DIC)主要来源于碳酸盐岩的溶解和土壤内CO2的贡献.地表水和地下水的DIC浓度和δ13CDIC值差别较大,DIC值与δ13CDIC呈反相关关系,这说明来自土壤CO2贡献的DIC越多,其对碳酸盐岩矿物的溶解能力越强.根据本研究区的数据与前人在西江干流的上、中、下游进行对比,结果表明碳酸盐岩风化产生的DIC可以被西江干流的水生植物利用,从而形成稳定的碳汇.