西藏內(nèi)流區(qū)地下水滲漏量估算

西藏內(nèi)流區(qū)地下水滲漏量估算

大氣降水、地表水、土壤水和地下水之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系被稱為“四水轉(zhuǎn)換”。土壤水是“四水轉(zhuǎn)換”研究的薄弱環(huán)節(jié)，屬于黑箱子系統(tǒng)。根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)循環(huán)理論,地下水是同一流域山區(qū)的降水入滲所補給的,流域內(nèi)的降水量等于蒸發(fā)量、地表徑流、地下徑流三者之和,地下水僅是本區(qū)域內(nèi)降水入滲補給的結(jié)果,于是土壤水似乎僅是降水入滲地下水的一個中間過程而已。但是,同位素分析發(fā)現(xiàn),北方干旱區(qū)降2H,18O加權(quán)平均值與河水、泉水、井水、湖水存在明顯的差異,而河水、泉水、井水與湖水的2H,18O同位素特征相近,這表明地下水可能存在跨流域的補給。前人通過測定地下水中的14C、36Cl,獲得了北方地下水的年齡在幾百a~3萬a之間,屬于沒有現(xiàn)代補給的“古水”。但是調(diào)查發(fā)現(xiàn),由于來自地殼深部大量的CO2等含碳?xì)怏w溶入到地下水中,14C不能滿足同位素測年的基本條件,地下水為“古水”的結(jié)論是錯誤的。關(guān)于北方地下水的補給都是通過概念模型得到的,認(rèn)為當(dāng)?shù)亟邓堑叵滤闹饕a給源,這個結(jié)論并沒有得到現(xiàn)場的土壤水入滲試驗證據(jù)的支撐。與此相反,更多的試驗證據(jù)表明,北方當(dāng)?shù)氐慕邓⒉皇堑叵滤闹饕a給源。筆者根據(jù)同位素與地下水的補徑排關(guān)系,討論鄂爾多斯、內(nèi)蒙高原、華北平原等北方干旱區(qū)地下水的補給源問題,希望能夠通過討論與辯論,提高對北方地下水補給源的認(rèn)識。1北方干旱地區(qū)的降水、泉河和河水之間的補充排水關(guān)系1.1試驗結(jié)果中國北方的鄂爾多斯、內(nèi)蒙古高原、太行山、大興安嶺以及松遼盆地屬于干旱或半干旱地區(qū),降水量僅在150~650mm之間,且70%的降水集中在7—9月,但是這些地區(qū)的地下水非常豐富,內(nèi)蒙高原到松嫩平原一帶大型的湖泊呈串珠狀分布,例如,烏梁素海、岱海、黃旗海、達(dá)里湖、東北的水泡子等;在鄂爾多斯到內(nèi)蒙高原還發(fā)育著渭河、涇河、汾河、無定河、西拉木倫河等眾多的河流,僅渭河的流量就達(dá)到了100億m3/a。調(diào)查發(fā)現(xiàn),河流與湖泊的穩(wěn)定補給源來自于泉水,降水僅在汛期對河流存在補給。據(jù)不完全統(tǒng)計,僅太行山南部一帶巖溶泉的數(shù)量就十分可觀,其中天然流量在1m3/s以上的大泉約60個,其流量超過了200m3/s。例如,在降水量小于400mm的山西陽泉,娘子關(guān)泉群的多年平均流量為10.93m3/s;娘子關(guān)水簾洞泉在1980年時氚含量高達(dá)85.19TU,1986年約降低為16.21TU,1993年降低為6.9~8.6TU,泉水中的高氚值對應(yīng)著1963年核試驗期間氚的峰值,于是可以計算出水簾洞泉水的循環(huán)周期大約為17a。在大氣水、地表水、土壤水與地下水之間的“四水”轉(zhuǎn)換中,土壤水是地表水轉(zhuǎn)換為地下水的重要過程。通過對土壤水入滲地下水的研究,就可以得到水循環(huán)經(jīng)歷的過程。1985年,張之淦等應(yīng)用環(huán)境氚法在山西平定張莊進行了黃土包氣帶中氚含量的測定,該地區(qū)的年平均降雨量538~578mm,1953年以來含核爆氚的雨水下滲的影響范圍不超過10m,其中1963年的氚高峰值表現(xiàn)更為清晰,氚的峰值出現(xiàn)在地表以下5m的包氣帶中,根據(jù)氚的峰值可以計算出降水的入滲速率為0.23m/a。1997年LIN等在張之淦等的剖面附近做了新的剖面,再次研究了降水中的氚在黃土中的運移,得到了相同的結(jié)論。這兩個試驗結(jié)果表明,核試驗期間高氚的降水仍然還在土壤中,直到1997年高氚水還沒有進入到地下水中,但是娘子關(guān)泉群在1986年出現(xiàn)了與核試驗相對應(yīng)的高氚值,這表明,北方的泉水是來自于當(dāng)?shù)亟邓挠^點沒有被試驗所證實。WANG等利用氚和溴鹽在華北平原不同地點選擇39個剖面并獲得了不同條件下的入滲速率:大水漫灌(0.15~0.21m/a)和噴灌(0.06~0.08m/a),無秸稈覆蓋(0.20~0.29m/a)和秸稈覆蓋(0.16~0.22m/a),蔬菜(如中國白菜和大蒜,0.26m/a)和小麥玉米(0.14m/a),花生(0.19m/a)和桃子(0.16m/a)。文獻(xiàn)的結(jié)果與張之淦等的試驗結(jié)果相同,證實了華北平原地表水的下滲速度也非常慢。試驗證實,當(dāng)?shù)叵聺撍淮笥?m,降水一般入滲不到潛水中,在漫長的入滲過程中,滲水受到蒸發(fā)后重新返回了大氣。調(diào)查發(fā)現(xiàn),湖泊與河流的穩(wěn)定補給源都是泉水,降水僅是在汛期對湖泊與河流存在暫短的補給過程,湖泊周圍及湖底存在大量的泉眼,且河流的源頭都曾是泉水集中的地帶,很多河道本身就是斷裂帶,在河床岸邊能夠發(fā)現(xiàn)眾多的泉水補給河流,即使是在連續(xù)干旱的季節(jié),補給的泉水流量也從不減少。1.2北京干旱區(qū)的地下水水化特征筆者分析了娘子關(guān)泉群中的δ2H和δ18O,泉水的同位素均值比當(dāng)?shù)亟邓耐凰丶訖?quán)平均值分別偏負(fù)20‰和2.5‰,排除了泉水來自當(dāng)?shù)亟邓a給的可能性。筆者采集了鄂爾多斯、集寧、赤峰、錫林郭勒等地區(qū)的土壤剖面,抽取了土壤中的水分,進行了δ2H、δ18O同位素與離子濃度分析,結(jié)果表明降水入滲的深度不超過4m。主要有兩個原因:(1)在地表以下4m以內(nèi)的土壤中總?cè)芙庑怨腆w(TDS)、Cl-離子濃度等普遍出現(xiàn)峰值,入滲降水不可能超過峰值的位置;(2)熵必須滿足S≥0,鹽分出現(xiàn)積累后,如果入滲仍然能夠補給到潛水中就意味著S<0,顯然違反了熱力學(xué)第二定律。通過土壤水、地下水與降水之間的同位素分析得出,超過90%的土壤水并非來自于入滲降水,而是來自于潛水。土壤水與地下水具有相同的同位素組成,而與降水的同位素存在明顯差異,由此得出,地下水通過薄膜水層補給土壤水,北方的降水不是地下水的主要補給源。筆者調(diào)查了渭河、涇河、洛河、無定河、窟野河、西拉木倫河、錫林河等15條河流以及河流周邊的泉水與井水。在冬季與夏季兩次共采集河水樣58個、泉水樣74個、井水樣165個、土壤水樣315個。由表1可見,土壤樣平均的ρ(TDS)為3763mg/L,比河水(468mg/L)、泉水(391mg/L)、井水(418mg/L)的ρ(TDS)均值高出接近一個數(shù)量級,如果地下水是來自當(dāng)?shù)亟邓娜霛B補給,地下水中的TDS濃度值應(yīng)該大于等于土壤水中的TDS均值,淡水性質(zhì)排除了地下水來自當(dāng)?shù)亟邓目赡苄浴Ｍㄟ^對比分析可以看出,北方干旱區(qū)的河水中的δ2H、δ18O(-69.7‰、-8.8‰)與泉水中的δ2H、δ18O均值(-68.2‰、-8.93‰)極為接近(表1),這也驗證了北方河流主要是由泉水補給的觀察結(jié)果。雖然北方井水中的δ2H均值(-76.1‰)、δ18O均值(-9.76‰)略比河水與泉水偏負(fù),但是,井水、河水、泉水與土壤水的δ2H、δ18O值都落在同一條蒸發(fā)線上,表明它們的降水補給區(qū)是相同的。由圖1(其中,北京地表水、井水、泉水的數(shù)據(jù)來源于文獻(xiàn))可見,北方地區(qū)降水的2H、18O加權(quán)平均值比地下水明顯偏正,太原(-61.0‰、-8.5‰)、銀川(-45.6‰、-6.9‰)、蘭州(-39.8‰、-5.9‰)、張掖(-42.8‰、-6.0‰)、西安(-49.1‰、-7.5‰)、石家莊(-56.7‰、-8.1‰)、天津(-50.0‰、-7.7‰)、煙臺(-50.8‰、-7.2‰)、鄭州(-52.8‰、-7.3‰)、包頭(-55.3‰、-7.8‰)表明北方地區(qū)的降水與泉水、河水、井水之間不存在補給關(guān)系。河水中的氚的均值(17.5TU)高于泉水的均值(12.5TU),這是因為補給河流的泉水量不同所致,水量大的泉水循環(huán)周期更短一些,對河流的貢獻(xiàn)也更大一些;井水中的氚均值(36.9TU)比泉水、河水更大,這是因為在內(nèi)蒙古高原井中測量到了5個高氚值。包氣帶土壤水的δ2H、δ18O均值落在泉水、河水、井水的同一條蒸發(fā)線上,表明包氣帶土壤水分的主要來源也是地下水,筆者認(rèn)為,地下水是經(jīng)過土壤顆粒表面的薄膜層上升到了地表,薄膜水在上升的過程中受到了蒸發(fā)。北方井水、泉水、河水與土壤水的δ2H、δ18O均值落在同一條蒸發(fā)線上,將這條蒸發(fā)線反向延伸與全球降水線相交,交點恰好是羌塘盆地降水的重同位素均值(-83.9‰、-11.7‰),這就意味著羌塘盆地的滲漏水與北方的地下水具有完全相同的δ2H、δ18O值,而且,滲漏水在入滲地下之前,曾經(jīng)程度不同地受到了蒸發(fā)。鄂爾多斯地區(qū)地下水位并沒有按照降雨量的大小來分布,地下水位的高低與降水量基本上是無關(guān)的,很多的河流發(fā)育在降水量很少的地區(qū),例如,在降水量小于200mm的鄂爾多斯西北部仍然發(fā)育著穩(wěn)定的河流———都思兔河。通過對比發(fā)現(xiàn),鄂爾多斯地下水的分水嶺與基底斷裂分布存在很好的對應(yīng)關(guān)系,分水嶺的分布與基底斷裂帶的走向基本上是重合的,見圖2。鄂爾多斯地區(qū)地下分水嶺與斷裂帶完全重合的現(xiàn)象可能并不是一種巧合,筆者認(rèn)為,補給泉水的地下水可能都是來自于這些斷裂帶,斷裂帶中的地下水來自鄂爾多斯以外的地區(qū),在斷裂帶的深部存在一些導(dǎo)水通道。1.3地下水開采量與降水華北平原的降水分布從西北至東南,降水量從200mm到800mm呈增加趨勢。但地下水的分布與降水完全相反,降水量稀少的西北山區(qū)地下水極為豐富,而降水量偏多的東南地區(qū)地下水資源卻相對匱乏。研究表明,西北山區(qū)的地下水通過地下徑流方式向東南補給,過量抽水形成的大漏斗也主要集中在滄州、天津等東南部城市一帶。根據(jù)水利部水文局提供的數(shù)據(jù),華北地區(qū)年用水量約為300億m3/a,其中地下水開采量超過了200億m3/a。華北地區(qū)的地下水分為潛水與承壓水,其中衡水地區(qū)潛水中的ρ(TDS)約為9g/L,而承壓水中的ρ(TDS)平均僅為0.7g/L,咸水不可能入滲后變?yōu)榈?根據(jù)熱力學(xué)原理,地層中不可能存在所謂的能夠吸附鹽分的溶濾層,所以,承壓水不可能來自當(dāng)?shù)氐慕邓?。潛水與承壓水中的δ2H、δ18O均值分別為-72.7‰、-10.2‰與-82.8‰、-11.2‰,明顯低于降水中的加權(quán)平均值-56.7‰、-8.1‰,潛水的同位素值比深層承壓水偏正,但還是遠(yuǎn)小于降水,這表明潛水是承壓水與入滲降水的混合,潛水主要來自于承壓水,但潛水中的高鹽分顯然是入滲的地表水所帶來的。王仕琴等在衡水進行了降水入滲試驗,通過分析包氣帶土壤水中的δ2H、δ18O研究降水入滲,發(fā)現(xiàn)降水入滲范圍主要集中在地表下30cm以內(nèi),超過30cm土壤水中的δ2H、δ18O均值逐漸偏負(fù),地下水可能存在其他的補給源。2草地、地下水由于北方地區(qū)地下水中的2H、18O同位素均值與西藏羌塘盆地降水的均值相同,筆者懷疑北方的地下水有可能是來自西藏內(nèi)流區(qū)地表水的滲漏,2005年起,筆者對西藏高原及其周邊地區(qū)的地表水、地下水進行了調(diào)查。2.1西藏內(nèi)流區(qū)河流的自然徑流西藏高原在水文上被分為外流區(qū)(59萬km2)與內(nèi)流區(qū)(61萬km2)。外流區(qū)是長江、黃河、雅魯藏布江等河流的發(fā)源地,徑流量達(dá)到了4280億m3;西南河流的徑流量大,東北河流的徑流量小,但是流量最小的昆侖山北坡的克里雅河、和田河等河流的平均天然徑流量與河流附近泉水量之和達(dá)到了100億m3/a。西藏內(nèi)流區(qū)與外流區(qū)的情況完全相反,基本上無常年性河流,越向內(nèi)部,河流越稀疏短小,通過湖泊與河流的蒸發(fā)量換算得到的補給量僅為202億m3/a?，F(xiàn)場考察發(fā)現(xiàn),內(nèi)流區(qū)的河流存在嚴(yán)重的滲漏,例如,昆侖山卡拉米蘭山口南坡幾十條小河流匯集成的寬度超過1km的大型河流并未匯聚成一條更大的河流或最終形成尾閭湖,僅流經(jīng)了幾十千米便在地表消失了,參見圖3。筆者對西藏外流區(qū)降水量偏少的北部、東部地區(qū)的徑流量作了調(diào)查(表2)。由此可得降水量偏少的外流區(qū)平均的加權(quán)徑流深為103mm,該值是西藏內(nèi)流區(qū)水資源量的3.1倍,所以,通過蒸發(fā)量得出的內(nèi)流區(qū)水資源總量被嚴(yán)重低估。2.2湖泊的滲漏特征西藏內(nèi)流區(qū)最大的湖泊是納木錯湖。納木錯位于羌塘高原的東南部,湖面海拔約4718m,呈西南-東北向,東西長約70km,南北寬約30km,湖面積約2000km2,總集水面積約10610km2。筆者對其水量與鹽分平衡進行調(diào)查,結(jié)果表明,湖水的ρ(TDS)值基本上保持在1.7g/L左右,稍高于1960年前的TDS值。該湖總?cè)萘繛?28億m3,可以得到湖泊鹽分總量為388億kg。納木錯入湖河流ρ(TDS)值在0.15~0.18g/L,若該湖不存在滲漏,湖泊蒸發(fā)量應(yīng)該等于入湖水量,那么3萬年以來流入納木錯總鹽分的下限值為81000億kg,比目前湖泊中的總鹽量高出了200多倍,湖水的低鹽分表明存在滲漏。除納木錯外,羌塘盆地還有14個ρ(TDS)在0.3~1.0g/L的淡水湖泊,總面積超過3000km2,顯然,這些湖泊都應(yīng)該存在滲漏。周石石喬對納木錯湖進行了水位、降水量、蒸發(fā)量等參數(shù)的連續(xù)測量,納木錯湖2007年的年降水量為399.16mm,2007年1月初到3月底納木錯為冰封期,5月初的湖水位達(dá)到了全年的最低值,隨著降水量和融雪量的增加湖水位持續(xù)上漲,9月12日達(dá)到高水位并保持一段時間,9月26日水位開始下降。值得指出,2007年12月17—25日8d湖水位下降了10cm,由于湖水中存在著巨大的熱量,湖面此時尚沒有結(jié)冰,水位測量值是可靠的,湖面蒸發(fā)量在0.087~3.17m/d之間,扣除冰封期2007年的總蒸發(fā)量為760.8mm。在12月17日—25日8d中的的蒸發(fā)量接近實測的下限值,湖面在這8d期間的總蒸發(fā)量小于500萬m3,但8d期間的湖水量總共減少了2.0億m3,由于湖泊水位下降期間還存在入湖的地表徑流,可以計算出全年的滲漏量大于91億m3。西藏淡水湖泊的總面積超過3048km2,這些湖泊的滲漏速率與面積的比值肯定比納木錯大,由此可以計算出淡水湖泊的滲漏量大于146億m3/a。根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局(USGS)提供的青藏高原SRTMDEM3(90m分辨率)數(shù)據(jù),應(yīng)用GIS技術(shù),并結(jié)合區(qū)內(nèi)所屬的92個氣象站的觀察數(shù)據(jù),模擬出的降水量呈現(xiàn)出東部大西部小的趨勢,降水量小于200mm/a的面積大約為15萬km2,占到內(nèi)流區(qū)面積的25%,東部山區(qū)的降水量高達(dá)800~1000mm,西藏內(nèi)流區(qū)平均的降水量大于200mm/a,由此可以得出內(nèi)流區(qū)的總降水量大于1200億m3/a,減去湖泊、河流與陸地的蒸發(fā)量后,超過800億m3/a的降水滲漏到了地下。2.3h、18o同位素分布西藏內(nèi)流區(qū)的2H、18O同位素南部最為貧化,拉薩降水中δ2H、δ18O加權(quán)平均值分別為-112.1‰、-15.2‰,與北部昆侖山河水值的δ2H、δ18O(-55.7‰、-8.18‰)相比可以看出,降水中的2H、18O值從南向北逐漸富集。西藏高原降水中的2H、18O同位素變化主要受到季風(fēng)影響,西藏內(nèi)流區(qū)主要的降水來自于南部印度洋季風(fēng)、北方環(huán)流以及內(nèi)陸蒸發(fā)造成的二次降水,印度季風(fēng)帶來的降水在向北部遷移的過程中發(fā)生了同位素分餾,降水中的2H,18O逐漸減少,在拉薩及其周邊降水中的2H,18O值降到了最低。從同位素分布可以看出,羌塘盆地從南向北由印度洋季風(fēng)帶來的降水量逐漸減少。羌塘盆地的大湖泊幾乎都分布在南部,北部湖泊稀少,河流短小,從湖泊與河流的分布來看,滲漏主要發(fā)生地區(qū)應(yīng)該在北羌塘一帶,恰好這一帶降水的同位素與北方干旱區(qū)地下水中的一致,西藏內(nèi)流區(qū)δ2H、δ18O的均值(-83.9‰、-11.7‰)與北方地下水、河水的均值落在相同的蒸發(fā)線上(圖1),表明它們之間可能存在補給與排泄關(guān)系。3關(guān)于北方干旱地區(qū)地下水的來源3.11對北方地下水的年齡定位問題20世紀(jì)80年代以來,隨著放射性同位素測定地下水年齡技術(shù)的發(fā)展,中國北方的華北平原、鄂爾多斯、河西走廊等地區(qū)的地下水都采用14C技術(shù)進行了定年,通過14C測定的地下水的年齡幾乎都集中在幾百a~3萬a之間,地下水的年齡隨著深度逐漸增大,認(rèn)為地下水是地質(zhì)歷史時期當(dāng)?shù)亟邓娜霛B。但是,在這些所謂的“古水”中,仍然可以測量到氚,這在邏輯上是矛盾的,因為14C的半衰期是5730a,而氚只有12.43a,“古水”中的氚早就衰變到測量水平以下了,學(xué)者們對這種奇怪現(xiàn)象的解釋是:地下水中存在氚是“古水”與現(xiàn)代水混合的產(chǎn)物。筆者曾經(jīng)撰文討論了所謂的“古水”與“現(xiàn)代水”混合的實例,建立兩種水的混合模型,將相同水樣中的14C與氚代入模型計算后發(fā)現(xiàn),有一半的“古水”實際上是根本不能存在的,因為水量出現(xiàn)了負(fù)值。這個實例表明,在應(yīng)用示蹤劑測定年齡之前一定要確認(rèn)所選定的示蹤劑是否能滿足定年的條件,也就是說降水中所攜帶的示蹤劑進入地層后是不允許有其他來源的相同物質(zhì)進入地下水中,否則這種示蹤劑就不能用來定年。研究發(fā)現(xiàn),世界上較大的CO2氣藏主要分布在環(huán)太平洋西岸,集中在我國吉林、河北、山東、安徽、江蘇等地,以及印度尼西亞等地。地球的排氣作用已經(jīng)受到廣泛的關(guān)注,地球深部的CH4、CO2、N2、H2、Ar、He、H2S、HCl、HF等氣體通過斷裂構(gòu)造源源不斷地向地表輸出,地球內(nèi)部的CO2中的C是12C與13C,因為14C在地質(zhì)歷史時期基本上都已衰變,C原子中幾乎不含14C。大量來自深部巖石圈的CO2溶解到了地下水中,將造成溶解在地下水中的C含量增加,所以,溶解在地下水中的CO2中14C/C的比值的降低并非是14C衰變的結(jié)果,而是12C、13C增加的結(jié)果。由于很多學(xué)者沒有搞清楚14C/C的比值降低的原因,將總C的增加理解為14C的衰變,從而造成了對北方地下水年齡的誤判,將補給周期僅為20~30a的地下水錯誤地解釋為幾百a至3萬a的“古水”,這種誤判嚴(yán)重地影響了北方水資源的開發(fā)利用以及相應(yīng)政策法規(guī)的制定。3He、4He、36Cl等示蹤劑定年存在相同的問題,由于地球內(nèi)部不斷地有He、Cl元素進入到地下水中,它們也不適合作為定年用的同位素。而氚的情況不同,雖然也有H2S、CH4等含H氣體也進入到了水中,但是溶入水中H的含量與水體本身的H比較而言,是一個非常小的量。例如,1L水中水分子中H的含量為125g,而溶解在水中的H2S、CH4等氣體的總量一般小于0.3g,氣體中H的總量則小于0.1g,對定年精度的影響小于0.1%,所以,完全可以忽略不計。由此可見,氚定年受到的干擾最小,是比較可信的。3.2溶劑和白云石的鐵的性質(zhì)華北平原、鄂爾多斯、河西走廊等地都發(fā)現(xiàn)的咸水層位于淡水層之上,有些學(xué)者為了解釋深層水是由當(dāng)?shù)氐牡乇硭霛B補給到深部,他們假設(shè)了在地層中存在著所謂的“溶濾層”,組成“溶濾層”的顆粒表面的電子可以將咸水中的鹽分子吸附在土層中,水分子下滲形成深部的淡水層。前面已經(jīng)討論過,“溶濾層”的觀點不滿足S≥0,違反了熱力學(xué)第二定理,所以,“溶濾層”是不可能存在的。從另一個角度也可以判定這種觀點是錯誤的,如果“溶濾層”能夠吸附鹽分子,“古水”在下滲的過程中攜帶的鹽分應(yīng)該沉積在“溶濾層”中,那么“溶濾層”中鹽分早就達(dá)到飽和濃度而成為鹽層了,而不是現(xiàn)在的咸水層。部分學(xué)者們顯然已經(jīng)注意到了這個問題,于是提出了另外的一種觀點:深堿性淡水是由山前補給區(qū)HCO3—Ca·Mg水逐步演化而來,從山前至中部平原,在地下水環(huán)境由開放轉(zhuǎn)為封閉的過程中,方解石、白云石溶解和沉淀,減少了地下水中鈣、鎂含量。這種觀點仍然沒有理論依據(jù),且不滿足熱力學(xué)第二定律,水中鹽分的降低意味著S<0,這是不可能發(fā)生的事件,因為液態(tài)中的熵大于固態(tài)的熵;另外,常溫下白云石是不可能形成的,根據(jù)鄂爾多斯白云巖包裹體的研究,白云巖的成巖溫度在45~355℃之間,認(rèn)為19℃的溫度形成白云石沉淀的觀點沒有理論依據(jù),是不可能發(fā)生的事件。所以,華北平原地下水淡水不可能由咸水通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化而來。3.3水質(zhì)、地下水、水源前人在討論地下水來源時經(jīng)常采用鉆孔中測定到的氚、14C等年齡,來證明華北平原、鄂爾多斯、內(nèi)蒙高原等地區(qū)的地下水的年齡隨著深度增大。筆者也進行過類似的調(diào)查,研究發(fā)現(xiàn),地下水的年齡與井深并沒有相關(guān)性,經(jīng)常抽水的井,地下水的年齡小,位于地下水分水嶺附近井水的年齡小一些;水質(zhì)較差、涌水量小的井年齡一般偏大。筆者分析了烏梁素海、岱海、黃旗海、達(dá)里湖以及東北水泡子中的同位素2H、18O值比北方的降水明顯偏負(fù),這些以串珠狀形式分布的大型湖泊幾乎都沒有河流的補給,泉水成為湖泊的主要補給源。烏蘭察布市的備用水源地———泉玉林水庫的面積超過1km2,庫水的補給源是庫底的6個泉眼,冬季6個泉眼附近是不結(jié)冰的,所以很容易識別;補給泉玉林水庫唯一的一條河流的源頭也是一個泉眼。筆者在湖泊周圍采集了土壤剖面,通過土壤水的2H、18O分析得出,當(dāng)?shù)亟邓畬ν寥浪畮缀鯖]有補給,河水、湖泊水與地下水的來源相同,比當(dāng)?shù)亟邓碾跬凰孛黠@偏負(fù)。由于河水、湖泊水與井水具有相同的補給源,都比當(dāng)?shù)亟邓黠@偏負(fù),而且封存在地層中的水不可能成為穩(wěn)定河流的主要補給,所以,認(rèn)為地下水為冰川時期封存水的觀點是不能成立的。根據(jù)泉水、河水、湖泊水與地下水具有相同的氘氧同位素性質(zhì),只能得到唯一的答案,即北方地區(qū)的河流、湖泊、泉水以及地下水都是來自于外源水的補給。另一個例子是北京市的降水、地表水、地下水與泉水之間的氘氧值,參見圖1,大氣降水明顯偏正,如果地表水(25組樣)完全是來自于大氣降水,那么地表水由于受到蒸發(fā)作用影響氘氧應(yīng)該比大氣降水偏正,但是地表水比大氣降水偏負(fù),其值落在大氣降水與地下水之間,這表明地表水是大氣降水與泉水的混合;泉水(13組樣)的均值與井水(99組樣)的氘、氧值完全落在相同的范圍,表明它們的來源相同,泉水(13組樣)中δ2H與δ18O的均值分別為-9.6‰與-65.2‰,分別比降水的平均值偏負(fù)4.5‰與26.8‰,泉水顯然與當(dāng)?shù)亟邓疅o關(guān)。由此可見,北京市的地下水也是來自于外源水,都可能是來自于西藏內(nèi)流區(qū)河流與湖泊的滲漏水。3.4高導(dǎo)低頻層與導(dǎo)水帶通過上述分析可知,鄂爾多斯、華北平原、內(nèi)蒙高原等地的地下水的補給源不是當(dāng)?shù)氐慕邓?在這些串珠狀的河流與湖泊的下部可能存在著導(dǎo)水通道,筆者懷疑,中地殼中的高導(dǎo)低速構(gòu)造可能就是遠(yuǎn)距離輸水的通道。鄂爾多斯、華北平原中地殼存在著高導(dǎo)低速構(gòu)造,高導(dǎo)層有4種可能性,熔融的巖漿、石墨地層、金屬礦和含水地層。研究表明,華北盆地中地殼的高導(dǎo)低速層的溫度偏低,不可能是熔融的巖漿層,如果是石墨地層與金屬礦則地球物理探測將會發(fā)現(xiàn)異常,只有含水層能夠滿足高導(dǎo)低速的條件。我國很低的地溫梯度主要分布在華北平原、鄂爾多斯、內(nèi)蒙高原、青藏高原北緣一帶,地溫梯度低于13.3℃/km的分布參見表3,這些地區(qū)雖然降水量稀少,但是河流與湖泊發(fā)育,地溫梯度偏低的地區(qū)都是河流的發(fā)源地,是泉水發(fā)育地區(qū)。高導(dǎo)低速層的頂部位于地表之下10~15km,厚度大約5~10km,根據(jù)溫度梯度可以計算出河流、湖泊發(fā)育地帶的高導(dǎo)低速層中的溫度最高不