摘要
为了确定辽宁地区水文地球化学背景和地下水的来源及其与地震的关系,于2015年5-12月、2016年08月、2017年10月和2018年08月在辽宁地区10处井、泉观测点采集了11次水样,测定了95个井泉水样的水化学组分(Li~+、Na~+、K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、F~-、Cl~-、Br~-、SO_4~(2-)、NO_3~-、HCO_3~-和CO_3~(2-))的含量和氢氧(δD和δ~(18)O)同位素的组成。测量结果表明95个水样的水温和总溶解固体(TDS)分别为12.7~60.3℃和89.88~1120.59 mg/L。根据C.A.舒卡列夫的分类法,将地下水划分为10种类型:Na-HCO_3·SO_4、Na-SO_4·HCO_3、Na·Ca-HCO_3、Na-HCO_3、Ca·Na-HCO_3、Ca·Mg·Na-HCO_3、Ca·Na·Mg-HCO_3、Ca·Mg-HCO_3、Ca-SO_4·HCO_3和Ca·Mg-Cl。井/泉水样的δD、δ~(18)O分布在当地大气降水线周边,表征研究区的地下流体主要是大气降水补给,还有少量来源于深部流体的补给,但也有少数点偏离了大气降水线,具有轻微的氧漂移,可能是在地下水深部循环过程中水-岩反应及深部流体的混入。辽宁地区地热水样的水文地球化学特征及热储温度存在着一定的空间特征分布。地热水补给高程在1380~2080 m之间,与实际的地形对比分析,地热水的补给区位于辽宁东部的长白山区。在花岗岩分布区,大气降水经水-岩相互作用演化成F~-含量较高的Na-HCO_3、Na-HCO_3、Na-HCO_3·SO_4型水,为典型的花岗岩裂隙水特征;以Ca-SO_4·HCO_3型为主的多受碳酸盐岩溶解及含硫化物氧化的影响;北关泉(BGQ)的水样因受碳酸盐岩层影响和海水入侵形成Ca·Mg-Cl型水;第三系砂砾岩中粘土矿物间离子互换作用和长石类矿物的水解使得Ca~(2+)、Na~+相对富集形成了Na·Ca-HCO_3型和Ca·Mg-HCO_3型水,并受碳酸盐岩及含钠硅酸盐溶解的影响。所采样品中γ(Ca~(2+)+Mg~(2+))/γ(HCO_3~-+SO_4~(2-))值接近1的表征地下水在径流过程中主要来源于硫酸盐和碳酸盐矿物的溶解;γNa~+/γCl~-值变化最小,更适合运用于地球化学异常信息的提取。采样期间研究区共发生7次4级以上地震,主要集中在海城-盖州-大石桥和朝阳地区,还有山东海域附近的海城隐伏断裂带、朝阳断裂带和郯庐断裂辽东湾段隐伏断裂带上,所有采样点的震中距在20~300 km的范围内。地震发生前后一段时间内,部分泉/井出现了K~+、F~-和Cl~-等离子浓度明显异常,这可能是由于深部流体在地应力的作用下向上混入浅层地下水中。K~+、Mg~(2+)、Ca~(2+)、Cl~-离子浓度异常变化对辽宁地震活动的响应较好,在安波、徐家堡、狄家堡、汤池、凤城采样点震前异常涨幅显著,响应敏感。研究区的整体水质较差。狄家堡(DJP)、凤城(FC)、辽阳(LY)、盘锦(PJ)、徐家堡(XJP)采样点的地下水水质状况变化较大,可能因为在孕震过程中,水-岩反应或深部流体的混入,各采样点部分离子组分发生了变化,导致水质发生变化。研究结果可用于辽宁地区的流体地球化学地震监测、预测和水环境等方面的研究。