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一、内容概述
松辽平原西部地区由中国地质调查局部署开展的北方主要平原盆地地下水与生态环境地质调查工作的地区之一，由沈阳地质矿产研究所承担，辽宁省、吉林省、内蒙古自治区地质调查院参加。松辽平原西部指内蒙古与辽宁西部相接壤的燕山山地辽西低山—丘陵区和内蒙古与吉林西北部相接壤的大兴安岭东麓中低山-丘陵台地区。该区可供利用的地表水贫乏，地下水分布不均匀，为严重缺水区。项目取得的主要成果如下。
1.查明了松辽平原西部水文地质条件
工作区处于燕山山地辽西低山丘陵和大兴安岭东麓中低山丘陵台地区；地质构造位于天山-阴山巨型东西复杂构造带与新华夏构造体系第二沉降带、第三隆起带交接复合部位；不同时代地层出露较齐全，但发育程度不一；水文地质分区可分为大兴安岭东麓中低山-丘陵台地和燕山山地辽西低山-丘陵两个水文地质区；地下水类型分布有基岩裂隙水、碳酸盐岩溶洞溶隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水、松散岩类孔隙水；总结阐述了区内主要蓄水构造类型有水平岩层蓄水构造、褶皱蓄水构造、断裂蓄水构造、接触带蓄水构造、基岩风化壳蓄水构造。
2.利用同位素技术研究了地下水的补、径、排更新机制
运用同位素测试成果研究分析了地下水补给、径流、排泄条件。结果表明大兴安岭东麓中低山-丘陵水文地质区地下水虽然可以从不同途径汇集而来，但均源自近期大气降水；地下水形成时年平均气温在3.2～6.8℃之间，说明地下水形成于略低于现代年平均气温的气候条件下大气降水补给；补给区高程约在525.31～960.2m，结合自然地理条件分析与大兴安岭高程一致；地下水形成年龄在3.26～10.6a之间，即区内地下水形成于1991年以来大气降水补给，显示地下水径流相对较缓。
3.开展了水资源评价研究，提出了地下水资源可持续开发利用建议
分析总结了区内地下水缺水类型可大致分为资源性缺水型、水质性缺水型、经济性缺水型、技术性缺水型、资源-水质性缺水型；合理选用参数，采用水均衡法进行了地下水资源评价，研究探讨了地下水开发利用模式及找水方向和找水方法，提出了地下水资源可持续开发利用建议，对缺水地区找水方向具有指导意义。
4.坚持综合研究与典型示范相结合，实施典型示范工程
在水文地质调查、物探和综合分析研究的基础上，选择重点工作示范区6处，面积3万km2，钻凿示范供水井32眼，总出水量19630.34m3/d，可解决缺水地区约9万人，5万头（只）牲畜饮水困难，可浇灌耕地2万余亩，对缺水地区找水具有典型示范意义。
5.实现了松辽西部水文地质资料信息集成
应用GIS技术自主设计开发了松辽平原西部水文地质空间数据库软件系统，建立了松辽平原西部水文地质空间数据库，实现了松辽西部水文地质资料信息集成，为该地区水文地质分析系统和空间信息系统的建立奠定了基础。
二、应用范围
项目成果可为当地经济社会发展、地下水开发利用与生态环境保护等提供基础资料支撑，为缺水地区、饮水型地方病多发区寻找适宜饮用地下水提供指导。
三、推广转化方式
宣传报道、会议交流、项目合作、技术咨询等。
技术依托单位：中国地质调查局沈阳地质调查中心
联系人：王晓光 赵爱林
通讯地址：沈阳市皇姑区黄河北大街1号
邮政编码：110034
联系电话：024-62606139
电子邮箱：syxiaoguang@yahoo.com.cn，1037043501@qq.com
同位素的基本概念
一、潜水补给来源与补给区
（一）霍林河－洮儿河－绰尔河地下水系统
地下水系统分布于西南部山前倾斜平原和低平原，地下水流动方向为自西部山前向东部低平原。该系统地下水δ180 值自西部边界和南部边界向低平原中部减小，两个低δ18O值区分布在泰来县以北和白城—乾安—大安一带低平原中部，可能反映下部承压水的越流补给影响。在δD－δ18O关系图上（图5—13），该系统地下水样品偏离降水线，沿蒸发线δD=3.31δ18O—42.32‰分布，并且与降水线相交点的δD和δ18O值（—11.01‰，—79‰）稍低于齐齐哈尔降水平均值，反映出补给来源为距离较近的西部降水。
（二）雅鲁河－阿伦河－诺敏河地下水系统
该地下水系统分布北部山前倾斜平原和低平原，地下水流动方向为自西部山前向东部低平原。低δ18O值（＜—10‰）主要分布在齐齐哈尔以北，齐齐哈尔附近δ18O值相对较高（＞—10‰）。在δD－δ18O关系图上（图5—14），该系统地下水样品沿蒸发线δD=3.1δ18O—49.3‰分布，并且与降水线相交点的δD和δ18O值（—12.1‰，—87‰）远低于齐齐哈尔降水平均值；接近山区降水的平均值，反映出补给来源为西部山区降水。根据全球平均18O高程梯度—0.25‰/100 m 计算，平均补给高程比齐齐哈尔高600 m。
图5—13 霍林河－洮儿河地下水系统δD－δ18O关系
图5—14 雅鲁河－阿伦河－诺敏河地下水系统δD－δ18O关系
（三）乌裕尔河－双阳河地下水系统
该地下水系统分布在平原中部，主要接受降水和地表水补给，地下水流动方向为自北、北东部高平原向南、南西低平原流动，排泄于嫩江和松花江。该系统北部高平原乌裕尔河附近地下水δD 和δ18O值偏负，向低平原δ18O值增加。在δD—δ18O关系图上（图5—15），该部分地下水样品偏离当地降水线，蒸发效应明显，样品沿蒸发线δD=3.73δ18O—43.02‰分布，并且与降水线相交于盆地边缘地表水区域，反映出补给来源为来自山区降水的补给。根据全球平均18O高程梯度—0.25‰/100 m 计算，平均补给高程比哈尔滨高1120 m。这部分地下水的氘过量为（—1.6～2.2）‰，反映出强烈的蒸发影响。该系统西南部低平原地下水δD和δ18O值偏正，在δD－δ18（）关系图上，该部分地下水样品沿蒸发线δD=4.97δ18O—24.07‰分布，蒸发线与降水线相交于齐齐哈尔降水稳定氢氧同位素平均值附近，反映出补给来源为当地降水的补给。这部分地下水的氘过量为（1～8.6）‰，反映出当地降水的蒸发影响。
图5—15 乌裕尔河－双阳河地下水系统δD－δ18O关系
（四）讷谟尔河－科洛河地下水系统
该地下水系统分布在平原北部，主要接受降水和地表水补给，该系统地下水δD 和δ18O值偏负，变化范围较小。从δ18O分布特征来看，自东北部嫩江—五大连池一线向西南部讷河附近，δ18O值有增高的趋势，反映了地下水沿流动途径受到一定程度的蒸发影响。在δD－δ18O关系图上（图5—16），该系统地下水样品落在当地降水线附近，稍向右偏移，显示轻微的蒸发效应；样品点集中分布在盆地边缘地表水（代表山区降水）和齐齐哈尔降水平均值之间，反映出补给来源为当地降水与代表山区降水的地表水混合补给。如果忽略山前地下径流，以δD—77‰、δ18O—10.5‰和δD—97‰、δ18O—13.5‰分别代表当地降水与山区河水端元的同位素组成。根据两端元同位素混合模型计算得出当地降水补给平均比例占总补给的60%～73%。山区地表水补给平均比例占总补给的27%～40%。
（五）第二松花江地下水系统
该地下水系统位于东南部高平原，地下水总体自南向北流动，排泄于松花江；地下水的δ18O值由南部平原边缘向西北部低平原增加，在δD－δ18O 关系图上（图5—17），该部分地下水样品偏离当地降水线，蒸发效应明显，样品沿蒸发线δD=5.0δ18O—26.1‰分布，并且与降水线相交点的δD和δ18O值（—11.8‰，—85‰）远低于长春降水平均值，反映出补给来源为远距离的山区降水。根据全球平均18O高程梯度—0.25‰/100 m 计算，平均补给高程比长春高1000 m，为长白山区。
图5—16 讷谟尔河科洛河地下水系统δD－δ18O关系
图5—17 第二松花江地下水系统δD－δ18O关系图
（六）呼兰河－通肯河地下水系统
该地下水系统分布在松花江以北的东部高平原，地下水自系统边界向中南部流动。排泄于松花江。地下水的δD和δ18值由平原边缘向平原内部逐渐增高，δ18O值在绥化—绥棱以东偏负，向西南部逐渐增加，在δD－δ18O关系图上（图5—18），系统东部边缘附近地下水样品落在齐齐哈尔降水平均值以下，具有一定的蒸发趋势，反映了东部高平原降水的补给；西南部地下水样品落在齐齐哈尔降水平均值和长春降水平均值之间的降水线上，蒸发效应不明显，反映出补给来源以当地降水补给为主。
图5—18 呼兰河－通肯河地下水系统δD－δ18O关系
（七）拉林河－阿什河地下水系统
该地下水系统分布在松花江干流以南的东部高平原，地下水总体自南向北流动，排泄于松花江，地下水的δ18O值由平原东边缘向西南部增加，在δD－δ18O关系图上（图5—19），落在齐齐哈尔降水平均值和长春降水平均值之间上，蒸发效应不明显，补给来源以当地降水补给为主。
二、承压含水层地下水补给来源与补给区
（一）第四系承压含水层地下水补给来源与补给区
该含水组地下水的δ18O、δD值与潜水的δ18O、δD值差别不大，在δD－δ18O关系图上（图5—20），西部、北部山前地下水样品沿蒸发线δD=4.9δ18O—31.3‰分布，并且与降水线相交点于山区地表水区域，说明来源于山区降水；而盆地中部地下水样品沿蒸发线δD=3.6δ18O—37.6‰分布，并且与降水线相交点于当地降水平均值附近，说明来源于当地降水。上述特征说明地下水的补给机制有两种，一种是来自山前的地下径流，另一种是来自上层潜水的越流。
（二）新近系承压水补给来源与补给区
新近系泰康组承压水样品主要采自吉林省低平原区，其δD－δ18O关系（图5—21）显示大部分样品沿近平行于降水线，而氘过量为－6‰的直线分布（δD=7.0δ18O—6.0‰），说明了补给时期与现在不同的水文气候条件。由样品的氚含量来看，除西北部齐齐哈尔和东部乾安个别井含有5～15 TU 的氚外，其余样品基本不含氚（<5 TU），为1952年以前补给的年老水；14C测年表明这些水的年龄可达15 ka（BP）。因此，现代补给仅发生在山前和接近东部高平原的局部地区，其余地区地下水为古补给。
图5—19 拉林河－阿什河地下水系统δD－δ18O关系图
图5—20 低平原第四系孔隙承压水δD－δ18O关系图
新近系大安组地下水主要分布在低平原，其δ18O和δD值比上部泰康组的值低，在δD－δ18O关系图上（图5—21），地下水样品分布在降水线的左下方，显示了古水的特征。14C测年表明这些水的年龄可达23 ka（BP），为古补给。尽管样品的氚含量说明此水为1952年以前补给的老水，但14C现代年龄的地下水分布北部讷河和沿山前一带，以及与东部高平原相接地带，说明为地下水的补给区；但是，补给缓慢。
图5—21 新近系泰康组、大安组地下水δD－δ18O关系图
元素的原子核（核素）是由一定数目的质子和中子所组成。凡是原子核内质子数相同而中子数不同的原子，因为它们具有基本相同的化学性质并在元素周期表上占有同一位置，故称为同位素。通常用式子 表示同位素，其中X代表元素的符号；下角码Z为原子序数；A为原子质量数，它等于质子（p）和中子（n）的总数（A=p+n）。例如氢加同位素氕、氘、氚的原子核组成分别表示为： 左下角数字除了表示原子序数外，还表示原子核里的质子数。中子数目为（A-Z）。因 原子序数相同，而原子质量数不同，所以氢元素为同位素（表5-1）。
表5-1 氢的同位素
按同位素产生的条件可分为天然同位素和人工同位素。天然同位素系指宇宙起源的原子核的同位素，如T、D、14C、18O等。人工同位素是通过核反应方法人为制造出的同位素，如人工氚（T）、60Co等。
按同位素原子核结构的稳定性又可分为稳定同位素和非稳定同位素（放射性同位素）。稳定同位素是指原子核不能自发地发生改变的同位素，而非稳定同位素则与此相反，即使不受外在原因的作用，核的结构也能自发地发生变化，转变为另一种元素的同位素。在变化过程中，它从原子核内放出粒子或射线衰变后，最后转为稳定同位素。
环境同位素包括自然环境中原来存在的同位素和在各种人工核反应过程中，进入自然环境的人工同位素。目前，自然界已发现有92种元素，其同位素大约有1000种以上，但是在水文地质工作中，最常用的是轻元素的同位素，主要有：氢同位素（1H,2H,3H）、氧同位素（160,180）、碳同位素（12C,13C,14C）、氮同位素（14N,15N）和硫同位素（32S,34S）等。氢、氧是组成水的元素，而碳、硫、氮是地下水中的常见元素。研究这些元素的同位素对查明地下水的成因等都有重要意义。近年来，某些重元素的同位素也受到人们的重视，如铀、镭、钍、锶等。限于篇幅，我们这里只介绍氢、氧、碳同位素。
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