尼日尔西南部Dosso地区Iullemmeden盆地多层系统地下水资源的多元评估：矿物化控制因素与管理启示

研究人员针对尼日尔西南部Dosso地区Iullemmeden盆地(ISB)多层地下水系统的水质管理与资源可持续利用问题，通过多元统计分析与经典水文地球化学方法，揭示了以硅酸盐风化、碳酸盐溶解和盐分迁移为主导的矿物化过程，识别出Ca/Mg-HCO3、Na-Cl和混合型三类地下水化学模式，发现Ct2含水层存在古海水残留的高盐度特征，为半干旱区含水层管理提供了科学依据。

　　

在撒哈拉以南非洲地区，地下水是87%人口的生命线，但日益增长的农业灌溉、畜牧和家庭用水需求正使尼日尔Iullemmeden盆地(ISB)这一关键含水层系统承受巨大压力。这片镶嵌着古老海相沉积层的多层地下水系统，蕴藏着从淡水到高盐水的复杂水质谱系，而人类活动与地质历史的双重烙印更让水质演化机制扑朔迷离。

由尼日尔Dosso地区水利部门联合开展的研究，首次采用多元统计与水文地球化学耦合的方法，对ISB盆地 Continental terminal (Ct¹-Ct³)和Continental hamadien (Ch)四层含水系统的88个钻孔水样展开全景式解析。研究揭示该盆地地下水呈现酸性到碱性的动态平衡，电导率(EC)跨度达20-2810 μS/cm，部分区域出现远超饮用水标准的矿化异常。令人振奋的是，系统内广泛分布着优质饮用水资源，但Ct²层中残留的古代海水印记，以及农业化肥、畜牧排泄带来的硝酸盐污染，正悄然改变着水化学平衡。这项发表于《HydroResearch》的成果，为西非萨赫勒地带的水资源安全提供了关键科学支撑。

研究团队运用了三大技术支柱：1)野外多参数测定(EC/pH/盐度)与实验室原子吸收光谱(检测Ca²⁺/Mg²⁺/Na⁺/K⁺)结合离子色谱(检测Cl^-/SO₄^2-)的完整水化学分析；2)通过Piper图解、Schoeller-Berkaloff图等经典水文地球化学工具识别水化学相；3)采用R型因子分析(R-mode FA)和层次聚类分析(HCA)等多元统计方法解析控制因子。

3.1 水化学特征
数据显示ISB系统呈现Na⁺>Ca²⁺>Mg²⁺>K⁺和HCO₃^->Cl^->SO₄^2-的离子优势序列。Ct²层表现出极端矿化(EC达2810 μS/cm)，而Ch层保持低矿化特征(EC均值229 μS/cm)，揭示封闭与开放系统的显著差异。

3.3 地下水类型
Piper图解识别出三大类水化学相：混合型(Ca/Mg-HCO₃占36%)、氯化物型(Na-Cl占33%)和碳酸氢盐型(Na-HCO₃占31%)。值得注意的是，Ct²层中Na-Cl相与古海水残留相关，而Ct³层的Mg-HCO₃相则指示现代入渗作用。

3.4 层次聚类
HCA将水样分为4类：C1(富Mg²⁺-Cl^-的Ct³层)、C2(低矿化HCO₃^-型)、C3(过渡型)和C4(高Na-Cl的Ct¹/Ct²层)。这种聚类与含水层结构高度吻合，证实了水文地球化学分带性。

4.2 矿化机制
碳酸盐溶解(方解石/白云石)和硅酸盐风化(斜长石/角闪石)是主要离子来源。Ct²层中Na/Cl摩尔比0.86(接近海水值)与反向阳离子交换(Ca²⁺置换Na⁺)现象，证实了晚白垩世海侵事件的地球化学遗产。

这项研究不仅绘制了ISB盆地地下水化学的立体图谱，更揭示了人类世背景下"地质记忆"与"现代干扰"的博弈。古海水残留与化肥污染的叠加效应，使得Ct²这类半封闭含水层成为生态敏感区。研究提出的混合水化学相识别方法，为跨界含水层管理提供了新范式，而其建立的GWQI(地下水质量指数)评估体系，正被西非多国采纳为饮用水安全标准。当干旱区的生命之源遇上千年地质密码与现代发展需求，这项研究恰似一把解开三重矛盾的钥匙。