[发明专利]基于同位素与水化学矿区深部地下水循环示踪方法

权利要求书

1.基于同位素与水化学矿区深部地下水循环示踪方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤A：开展矿区深部地下水样采取，对水样进行常规水化学指标和稳定同位素测试，其中，所述稳定同位素包括氢氧稳定同位素δD-δ¹⁸O、碳稳定同位素δ¹³C_DIC、硫稳定同位素δ³⁴Sso₄中的一种或组合；

步骤B：根据矿区深部水样氢氧稳定同位素特征，获取深部含水层地下水的补给来源；

步骤C：利用Gibbs图定性判断矿区地下水化学影响机制，揭示地下水化学组分控制机制；

步骤D：应用PHREEQC计算地下水中的矿物饱和指数，用以确定矿物在水中的溶解与沉淀状态；

步骤E：利用硫稳定同位素特征结合离子比例分析，揭示矿区深部地下水中硫酸盐的来源和相关混合过程；

步骤F：通过碳稳定同位素特征分析结合水文地质条件，揭示矿区深部地下水中碳的转化及示踪DIC的迁移。

2.根据权利要求1所述的基于同位素与水化学矿区深部地下水循环示踪方法，其特征在于，所述常规水化学指标包括：

Na⁺浓度、K⁺浓度、Ca²⁺浓度、Mg²⁺浓度、Cl^-浓度、SO₄^2-浓度、HCO₃^-浓度、CO₃^2-浓度、地下水pH和TDS值中的一种或组合。

3.根据权利要求2所述的基于同位素与水化学矿区深部地下水循环示踪方法，其特征在于，所述步骤B包括：

B1：确定矿区当地大气降水线和蒸发线；

B2：以氢氧稳定同位素中的氧同位素δ¹⁸O值为横坐标，氢同位素δD值为纵坐标，根据蒸发斜率图、矿区当地的大气降水线和蒸发线绘制水样的氢氧稳定同位素关系图；

B3：根据水样的氢氧稳定同位素关系图，判断地下水来源；

B4：在地下水来源为大气降水的情况下，对水样氢氧稳定同位素值进行拟合，根据当地下水样点分布在区域大气降水线之间的相对位置，获取地下水形成原因。

4.根据权利要求3所述的基于同位素与水化学矿区深部地下水循环示踪方法，其特征在于，所述步骤C包括：

将水样数据绘制到Gibbs图上，根据水样点的分布区域，获取含水层地下水水化学组分的成因机制。

5.根据权利要求4所述的基于同位素与水化学矿区深部地下水循环示踪方法，其特征在于，所述步骤D包括：

D1：针对每一种矿物，应用PHREEQC软件，基于公式，计算地下水饱和指数，其中，

SI为饱和指数SI值；lg为以10为底的对数函数；IAP为地下水离子活度积；K为与岩石、矿物之间的动态反应平衡常数；

D2：在地下水饱和指数SI0时，则判定矿物处于非饱和状态，还将继续溶解；在地下水饱和指数SI＝0时，则判定矿物处于平衡状态，既不溶解也不沉淀；在地下水饱和指数SI0时，则判定矿物处于过饱和状态，将会出现沉淀；在-0.2地下水饱和指数SI0.2，判定地下水为准平衡状态；

D3：以TDS值为横坐标，矿物饱和指数(SI_方解石、SI_白云石、SI_石膏)为纵坐标，利用TDS值与各矿物饱和指数间的关系，表征径流路径上各矿物的溶解状态。