Sr同位素在地下工程水文地质中的示踪意义——以锦屏一级水电站坝区地下水为例

季 备，康 江

(1.中铁第一勘察设计院集团有限公司 地质路基处，陕西 西安710000;2.陕西省地矿局 陕西工程勘察研究院，陕西西安710068)

Sr同位素在地下工程水文地质中的示踪意义
——以锦屏一级水电站坝区地下水为例

季 备1，康 江2

(1.中铁第一勘察设计院集团有限公司 地质路基处，陕西 西安710000;2.陕西省地矿局 陕西工程勘察研究院，陕西西安710068)

天然水中的Sr同位素比值是环境地质、水文地质作用重要的示踪剂。研究地下水中的Sr同位素比值(87Sr/86Sr)能够较好的反映地下水的水岩相互作用。通过对研究区Sr同位素比值(87Sr/86Sr)的分析，能够在一定程度上说明研究区含水系统的地下水补给、径流、排泄特征。从而为地下工程的防治水措施及排水方案的设计提供可靠依据。本文以锦屏一级水电站坝区地下水为例，探讨了天然水中87Sr/86Sr的分布特征以及水文地质示踪意义。为坝区地下工程开挖的涌水问题中的涌水水源问题提供了较为可靠的依据。

87Sr/86Sr;地下水;锦屏一级水电站

锦屏一级水电站是雅砻江干流上的重要梯级电站，工程规模巨大，位于普斯罗沟与手爬沟间1.5 km长的河段上，坝高300 m，电站装机容量3 600 MW，安装6台600 MW的水轮发电机组，引水发电系统及泄洪洞均布置在右岸，地下引水发电系统洞室群规模巨大。由于地下工程的开挖大量集中于右岸，右岸水文地质条件的分析尤为重要。

坝区主要出露的岩层为中上三叠统杂谷脑组第二段大理岩(T2－3Z2)及杂谷脑组第三段砂板岩(T2－3z3)(图1)，从区域地层情况来看，坝址区不存在较大的深部地下水对工程的影响，主要是地下工程所处的地层中地下水及其有水力联系的周边的其他地下水系统对工程的影响。

图1 三滩向斜构造示意剖面图

1 坝区地下水Sr同位素测试结果

坝区Sr环境同位素取样点总计13个，送中国地调局宜昌地质矿产研究所测试中心检测，测试结果如表1。

2 87Sr/86Sr同位素分析

自然界岩石矿物中的锶同位素组成特征并不是一定的，它随时间在不断的变化着。因为同位素87Rb与87Sr之间存在一个衰变过程，使得岩石矿物中的87Sr含量随时间不断的增加。这样导致岩石矿物中的87Sr/86Sr比值主要受以下两因素控制:岩石矿物中的Rb/Sr;岩石矿物的形成时间。地下水中的87Sr/86Sr比值主要受地下水流经岩石矿物的类型决定。地下水的Sr含量低，易受所流经区域岩石、矿物成分及同位素交换作用的影响。当地下水与流程中的矿物发生反应时，溶解进入水体中的Sr具有与该矿物相近的87Sr/86Sr比值，不同岩石中锶含量有明显差异。所以，地下水锶同位素比值反映其补给水源、所流经区域岩石、矿物的同位素成分特征，换句话说，地下水中87Sr/86Sr比值的变化可以反映不同的环境特征。

从图2分析得出以下结果:

1)左右岸的87Sr/86Sr值分析结果显示:砂板岩地下水＞普斯罗沟水＞雅砻江河水＞左岸大理岩地下水＞右岸F13断层以里大理岩地下水＞右岸F13与F14断层之间大理岩地下水＞右岸F14断层以外大理岩地下水＞大理岩。

砂板岩虽然没有进行87Sr/86Sr测试，但据项目组在卡基娃水电站的研究结果，砂板岩中87Sr/86Sr值较高，均大于0.72。

左岸砂板岩裂隙水中的87Sr/86Sr值较高，主要是由于补给的砂岩裂隙水在砂岩中径流的过程中，与砂岩接触并与砂岩中的矿物进行同位素交换，由于砂岩中矿物的87Sr/86Sr值较高，使得砂岩裂隙水中的87Sr/86Sr值也较高。

(2)左岸大理岩中的地下水的87Sr/86Sr值较右岸大理岩裂隙水的值要高，主要是由于受左岸砂岩裂隙水的混合作用的影响，使得该区域的87Sr/86Sr值较高。

(3)普斯罗沟地表水的87Sr/86Sr值最大，为0.713 14，代表汇水区大气降水特征，视为右岸大理岩地下水的补给水源。大理岩岩石的87Sr/86Sr值最低，为0.707～0.708 9

(4)坝址区水体与岩样87Sr/86Sr值的相对大小排列:山坡高处地表普斯罗沟沟水＞右岸F13断层以里大理岩地下水＞右岸F13与F14断层之间大理岩地下水＞右岸F14断层以外大理岩地下水＞大理岩。说明大理岩含水系统中的裂隙水在接受降水入渗补给(高87Sr/86Sr值)后，在地下径流过程中，由于水—岩相互作用，与低含量的(87Sr/86Sr值)岩石溶解混合，使裂隙水中87Sr/86Sr含量降低。因此，地下水中87Sr/86Sr值越低反映地下水径流较缓慢、地下水平均滞留时间长，即地下水—岩作用越强;反之，地下水中87Sr/86Sr值越高，地下水径流较快、水循环交替迅速，平均滞留时间越短，水—岩作用越弱。

(5)厂房区大理岩裂隙水87Sr/86Sr值的特点:在第一层排水廊道地下水样中的87Sr/86Sr比值也与F13断层和F14断层分布有关。F13断层以里地下水87Sr/86Sr比值高于F14断层以外地下水的比值(图3)，更接近于普斯罗沟水中的87Sr/86Sr比值，这也说明F13断层具有阻水性质。F13断层以里受上游普斯罗沟地表水补给影响，地下水径流较快，水循环交替迅速。下水系统，而定点取样测试的87Sr/86Sr比值只能反映取样时开挖条件下的地下水系统的87Sr/86Sr比值特征，而地下工程是一个动态的过程，不同的开挖条件，所对应的地下水系统特征也不净相同。

表1 坝区水样点Sr同位素测试结果

图2 坝区不同地质环境下87Sr/86Sr值特征

基于此，我认为对取样点的观测应该要进行动态观测，记录不同时间断及不同开挖情况下的流量数据，如发现流量有突变的情况，应该重新取样进行分析，这样才能做到真实的反映区域的地下水特征，更好的为工程服务。

3 结论

通过对坝区不同区域地下水中87Sr/86Sr比值的分析，可以较为清楚的了解到不同区域地下水以及地下水、地表水的相互影响关系。从而为不同区域开挖过程的防排水设计提供了可靠的依据。

不过，该方法在工程实际的运用过程中也存在一定的不足。由于地下水中87Sr/86Sr比值是在一定条件下稳定的地下水系统中形成的。由于工程的过度开挖，可能破坏原有的地

［1］王大纯，张人权等.水文地质学基础［M］.北京:地质出版社.1994.

［2］李学礼.水文地球化学［M］.北京:原子能出版社.1982.

［3］刘存富.王恒纯.环境同位素水文地质学基础［M］.武汉:武汉地质学院水文地质教研室.1984.

［4］张人权等编译.同位素方法在水文地质中的应用［M］.北京:地质出版社.1983.

［5］周炼，刘存富等.Sr同位素在水文地质中的示踪意义—以冀中坳陷地下水为例［J］.地球科学.1997.

P641.72

B

1004－1184(2012)03－0184－02

2012－03－30

季 备(1984－)，男，湖北监利人，助理工程师，主要从事水文地质，工程地质方面工作。