中国覆盖型岩溶流域多系统地下水流动分异机制：水化学-稳定同位素-222Rn联合示踪研究

本研究针对覆盖型岩溶区地下水流动路径复杂、地表特征缺失的难题，通过整合水化学参数、稳定氢氧同位素（2H/18O）和放射性氡同位素（222Rn）技术，揭示了华南典型覆盖岩溶流域局域、中域和区域三级岩溶水系统的流动分异特征。研究发现：区域系统水流路径长、滞留时间久，以裂隙流为主；局域系统响应迅速且222Rn浓度更高，反映短路径管道流特征。该研究为覆盖岩溶区水资源评价提供了多指标联合解析新范式。

　　

岩溶地下水支撑着全球10%-25%人口的饮用水需求，但覆盖型岩溶区因厚层土壤覆盖和地表岩溶特征缺失，其复杂的地下流动网络犹如"隐形迷宫"。传统单点监测难以捕捉这种高度异质性系统的动态，而人工示踪剂又存在区域尺度解析的局限性。中国地质科学院团队在《Applied Geochemistry》发表的研究，创新性地将水化学指纹、稳定同位素"天然标签"和放射性氡同位素(²²²Rn)的"时间戳"功能相结合，解码了广西武鸣盆地三级岩溶水系统的流动密码。

研究采用三线并进的技术路线：通过泉水流量变异系数(Cv)和不稳定系数(ICD)量化系统响应灵敏度；运用Piper三线图和离子比值解析水化学演化路径；结合δ²H-δ¹⁸O关系判定补给来源；创新性利用²²²Rn半衰期(3.82天)特性反演流动速率。所有样本均采自典型岩溶泉出口，确保数据集成性。

【水文动态特征】
流量监测显示局域系统(QZ泉)变异系数高达1.53，对降雨响应剧烈，反映其"管道式排水"特性；区域系统(LS泉)则呈现0.32的稳定系数，展现"天然调蓄水库"功能。这种级差响应揭示了岩溶发育程度的空间分异。

【水化学指纹解码】
所有泉水均呈现Ca-HCO₃型水特征，但区域系统具有更高的SI_方解石饱和度指数(0.68)和Na⁺/Cl^-比值，暗示其经历更充分的水岩相互作用。局域系统NO₃^-含量(12.3mg/L)显著偏高，暴露人类活动的"水文足迹"。

【同位素示踪】
δ¹⁸O值梯度变化(-7.8‰至-6.5‰)显示区域系统补给高程更高，而局域系统同位素波动幅度达1.2‰，印证其快速补给特性。²²²Rn活度呈现反直觉现象：流动路径最短的局域系统反而浓度最高(18.7Bq/L)，这被解释为短滞留时间抑制了氡的衰变耗散。

【讨论与启示】
研究构建的"三级流动模型"阐明：区域系统以深部裂隙网络主导，水流如"老年期河流"缓慢；而局域系统末端发育"地下暗河"，形成溶质快速传输通道。特别发现²²²Rn活度与流动速率呈负相关，这一现象挑战了传统认知，为识别岩溶管道流提供了新指标。该成果不仅为覆盖岩溶区水资源脆弱性评价提供理论框架，其多指标耦合方法更可推广至全球类似地质区。中国地质科学院团队建议未来研究应关注农业活动对浅层岩溶水的氮污染机制，这对实现联合国可持续发展目标(SDG6)具有现实意义。