地下水是水文循環的重要組成部分，廣泛用于飲用水、工農業活動以及戰略儲備。然而，人類活動的加劇（如水利工程建設、地下水過度開采、農藥和生活污水排放）以及天然劣質地下水在大型流域中的廣泛分布，導致地下水環境惡化。因此，水資源的合理管理和水環境的有效保護至關重要，基于地下水流系統（GFS）理論，全面理解地下水流模式（即更新速率、流徑及演化趨勢）有助于準確評估水文通量和預測污染物分布。漢江平原是長江流經三峽后第一個接收沉積物的大型河湖盆地。復雜的沉積環境、地下水-地表水強烈相互作用以及人為改造自然環境的共同作用，形成了漢江平原獨特的GFS格局。了解漢江平原地下水循環演化及其控制機制，對于促進GFS的實際應用和該地區地下水資源保護具有高度緊迫性和挑戰性。
 

基于此，在本研究中，來自中國地質大學（武漢）的研究團隊在漢江平原腹地和過渡區進行了相關研究，旨在：（1）基于沉積物粒度特征、粘土孔隙水穩定同位素和古氣候指標重建漢江平原第四紀含水層系統的沉積環境；（2）深入理解末次盛冰期（LGM）以來沉積環境驅動的GFS演化模式。
 

作者于2015年和2017年在漢江平原腹地和過渡區鉆了兩個鉆孔G01和G05，深度分別為200 m和185 m。從鉆孔中收集沉積物樣品，分析其粒度分布，地球化學和礦物成分。并從鉆孔G01和G05中分別采集了19個和17個粘土樣品，利用全自動真空冷凝抽提系統（LI-2100，北京理加聯合科技有限公司）提取粘土孔隙水，并進一步分析其δ18O。

【結果】
 

G01（a）和G05（b）鉆孔孔隙水δ18O、沉積物OSL年齡、粘土礦物和地球化學指標的垂向分布以及第四紀古氣候演化階段。

古氣候階段G01和G05鉆孔孔隙水δ18O值、 粘土礦物和沉積物地球化學指標。

 

【結論】
 

基于水文地質條件、粒度分布特征、沉積物年代學、古氣候指標和現存地下水年齡等綜合分析，闡明了江漢平原沉積環境驅動的GFS演化模式。該研究的主要發現總結如下：
 

在江漢平原第四紀含水層沉積環境的演化歷史中，沉積相主要為河流相、湖泊相和河湖相，由中深層含水層的粗粒相過渡到淺層含水層的細粒相。這意味著水動力條件逐漸減弱并趨于穩定。此外，湖泊相沉積層厚度向平原腹地方向增加。
 

自LGM以來，江漢平原氣候演化和沉積相之間具有一定的耦合關系。沉積環境從LGM期間深下切侵蝕環境轉變為末次冰消期（LDP）快速沖填粗粒沉積物的河流相環境，然后轉變為全新世暖期（HWP）具有細粒沉積物的穩定湖泊相環境。這些變化與長江水位的波動密切相關。
 

基于江漢平原現存地下水年齡的分布，自LGM以來，GFS的演化模式可分為三個階段。階段I（22-13 ka B.P.），長江水位急劇下降造成的強水勢差增加了地下水的驅動力，極大促進了該階段區域GFS充分發展，其環流深度達到第四紀底部。隨著階段II地下水驅動力的快速削弱（13-9 ka B.P.），區域GFS再循環深度下降至深層含水層上部，而階段I的區域GFS逐漸深埋于盆地中。作為階段III（9 ka B.P.至今）穩定在低水位地下水驅動力，階段I和階段II的區域GFS保存在盆地深處，被認為是一個停滯系統（地下水年齡在10 -20 ka之間）。此外，區域GFS（地下水年齡為4-10 ka）和中間GFS（地下水年齡為1-6 ka）共同被認為是穩定體系。隨著微地形的充分發育，垂直于河流方向的淺層地下水流形成了活躍的局部GFS（地下水年齡 < 100 a）。