埃及东部沙漠地下水年龄与盐度模式解析：揭示红海沿岸含水层演化机制

本研究针对埃及东部沙漠地区因灌溉和海水淡化活动加剧导致的地下水超采与盐化问题，通过系统采集红海丘陵带水样（δ18O/δ2H/14C分析），首次揭示6类地下水成因类型及其与更新世补给、蒸发卤水混合的关系，为干旱区水资源可持续开发提供关键同位素地球化学依据。

　　

在埃及水资源赤字高达135亿立方米/年的严峻形势下，红海沿岸地下水超采引发的海水入侵问题日益突出。这片干旱区年均降水不足50毫米，却支撑着80%的农业灌溉用水，沿海井水盐度已达海水90%。更令人担忧的是，5000米深部开采的高盐地下水需经大型淡化厂处理，而区域含水层补给机制和盐分来源仍存在诸多谜团。这项由国内科研团队开展的研究，首次系统解析了红海丘陵带400公里范围内地下水系统的时空演化规律，相关成果发表在《Applied Geochemistry》上。

研究团队采用多同位素联用技术（δ¹⁸O/δ²H/³H/¹⁴C）结合水文地球化学分析，在2016-2021年间采集了49组水样（包括井泉、雨水和洪水）。通过CRDS Picarro L1102-i测定稳定同位素，LSC液闪法测氚，AMS加速器质谱测放射性碳，并运用海水标准化蛛网图进行水化学分类。样本覆盖Wadi Araba谷地、Abu Shaar高原等典型地貌单元，重点解析了Nubian砂岩含水层与结晶基岩接触带的物质交换过程。

【4.1 水化学特征】研究发现6类特征迥异的地下水：1型（Wadi Araba泉水）具有极轻同位素（δ¹⁸O:-7.6‰）和低Na/Cl比（0.89-1.58），指示更新世补给背景下长石风化；2型（沿海平原水）呈现Br/Cl>1的蒸发卤水特征；4型（Karashat井）盐度达86.8 mS/cm，其Na/Cl=0.84揭示深部地壳卤水贡献。温度梯度显示，25°C的冷泉与37°C的深部热水分别对应不同补给时期。

【4.2 稳定同位素】同位素证据表明：现代降水δ²H=22‰（El Gouna）与古地下水（δ²H:-50‰）形成鲜明对比。沿海水样偏离LMWL（当地大气水线）的蒸发趋势线，暗示其经历了强烈的蒸发浓缩过程。Melaha绿洲地表水δ¹⁸O从-6.2‰升至1.8‰的演化轨迹，直观展示了干旱区地表水的蒸发富集效应。

【4.3 放射性碳年代】¹⁴C测年揭示两个明显补给期：更新世水（3.9-8.2 pMC，距今19,000-25,000年）温度普遍>30°C；全新世水（50.8-58.8 pMC）温度接近环境温度。值得注意的是，Quseir北部3号井水样兼具年轻年龄（4,255 a B.P.）与现代降水同位素特征，证明局部存在活跃的现代补给系统。

这项研究开创性地建立了红海沿岸地下水演化模型：更新世湿润期入渗的淡水在Nubian砂岩中长期滞留，与深部蒸发卤水通过断裂带发生混合；而沿海平原含水层则记录了过去2万年来海平面波动导致的盐分侵入历史。研究提出的6类水化学分型方案，为识别不可再生水资源提供了δ¹³C/¹⁴C同位素指纹。特别是发现深部卤水对Karashat井（H12）的贡献率达82%，这一发现警示超深井开采可能激活封存的地质卤水。该成果不仅为埃及"沙漠绿化"工程的水源甄别提供科学依据，其建立的同位素-温度-水化学多维判别体系，也为全球干旱区古水文研究树立了新范式。