Pollino孔隙中的水-岩作用地球化学建模过程的国家公园

文摘

这项工作旨在重建水岩相互作用过程控制的地球化学特征浅或相对浅层地下水Pollino国家公园,基于105年的数据获得水样本当地的泉水。反应路径模拟岩石溶解在一个纯粹的化学计量模式进行煤岩类型主要种植在研究区,也就是说,石灰石,Mg-limestone,白云石、蛇纹岩、碳酸calcschist Al-silicate分数,分数calcschist。反应路径建模进行了在一个纯粹的化学计量模式中,已知的利益考虑岩石材料的化学计量学和未知的热力学性质。计算进行了假设一个封闭的系统二次固体阶段而开放的系统被认为气体,O₂(g)和有限公司₂(g)。比较结果的地球化学建模和分析数据获得的地下水Pollino国家公园表明主要溶质的浓度,SiO₂,李、铝和铁的不同化学类型的水域,由解散解释相关的煤岩类型。此外,检测到的浓度,Cl, F,不₃,所以₄阈值内的建议。

1。介绍

水岩相互作用过程控制的物理和chemical-mineralogical转换所有的岩石类型,因此地下水溶解成分的释放(例如,(1- - - - - -4])。由此产生的主要地下水中溶质的浓度取决于最初的雨水的化学特性,地质背景,和水岩相互作用过程的程度,这是与含水层系统中的停留时间有关。当地下水沿着他们的充电放电区域水文地质路径,不同的化学反应,包括dissolution-precipitation反应(我),(2)离子交换吸附/解吸过程,和(3)氧化还原反应(5]。这些过程,往往同时发生,可以通过地球化学建模预测或更精确地通过孔隙中的水-岩作用模拟的反应路径。

提出的反应路径建模是一个强大的地球化学工具Helgeson和同事在1960年代末。(6水岩)描述的关系不可逆转的传质过程的基础上,热力学和化学动力学的基本原则。Helgeson PATHI创建和同事,第一反应路径建模软件代码,用它来预测不同的地球化学过程(例如,7])。后来,几个软件包开发,比如EQ3/6 [8),SOLVEQ /冷却器[9],PHREEQC [10]。今天,使用这些软件包,可以研究地球化学感兴趣的几个过程,包括风化作用(例如,11- - - - - -29日])。研究rock-to-water释放化学成分和化学演化的地下水允许扩大也复杂的水文地质系统的知识。

因为它的大扩展卡拉布里亚北部和南部巴西利卡塔地区及其特殊的地质背景,Pollino国家公园举办一个复杂的水文地质系统由几个地下蓄水层,每个人有自己的地质、水文地质和水文地球化学特征。本文的主要含水层Pollino国家公园研究执行反应路径模拟岩石溶解的六种不同煤岩类型种植在研究区,是石灰岩、Mg-limestones,白云石山脉,蛇纹岩,碳酸calcschists Al-silicate分数,分数calcschists。这个地球化学建模练习进行了采用一种创新的方法,也就是说,允许一些二级固体沉淀阶段,即opal-CT(与共生鳞石英层低温无序方石英)或玉髓,无定形或水晶Al (OH)₃,非晶态或晶体铁(III) -oxy-hydroxide(高频振荡器)。通过这种方式,可以复制的碱度以当地的地下水,而这个目标就不会通过允许碳酸盐矿物的沉淀。

之后,岩石解散的理论趋势与105年的实验数据比较Pollino国家公园地区的地下水采样并确定主要溶质的浓度,SiO₂,李、铝和铁的当地地下水被解散的令人满意的解释认为煤岩类型,从而证明的有效性不仅反应路径建模也采用方法的有关二级固体阶段。我们确信,这种方法也可以出口到其他地区。

2。地质和水文地质背景

Pollino国家公园面积的一部分亚平宁山脉的南部fold-and-thrust带。它是由一个fold-and-thrust belt-foredeep系统记录了east-directed推力运输和逐步的发展和变形年轻turbiditic存款。复杂的地质区域包括一个早第三纪俯冲(Calabro-Lucanian复理层单位和意大利南部的Liguride复杂),中间的中新世前陆层在集团和年轻的序列,和中生代中新世碳酸盐岩台地和斜率(内部Alburni-Cervati-Pollino单位和蒙蒂德拉Maddalena单元);Campano-Lucanian范围,包括上部中新世的中生代深海Lagonegro和Sicilide单位序列,序列外平台(蒙特支单元)和中新世前陆层;Lucanian-Apulia低地,包括上新世至第四纪碎屑岩;和阿普利亚区的膨胀,中生代第四纪碳酸盐岩台地(30.- - - - - -34]。

亚平宁山脉南部的新生代碳酸盐滇池流域的上升结晶岩石接触北部卡拉布里亚的缘(35- - - - - -36(通过一个地区广泛的剪切带的Pollino线(37- - - - - -40])。

根据一些作者,该地区的地层和构造轮廓显示的发生主要叠瓦单位;从下到上,他们是:变质Lungro-Verbicaro单位,由较低的陆源间隔三叠纪早期的年龄,由硬绿泥石和metarenites碳酸盐岩层和上层碳酸盐间隔。这些存款metalimestones紧随其后,泥灰质metalimestones和白云石山脉41]。卡尼阶层显示显著增加硅质碎屑的床间metadolomites, metalimestones和蒸发岩。metalimestones一般粗,水晶和当地展览分层。在此之上岩性间隔是红色的硅质石板和radiolarite床经过粗碳酸企业集团和角砾岩,metapelites。硅质碎屑的metadolomites和蒸发岩层SW占上风,而东北,继承是由碳酸盐的Pollino单位。这碳酸盐继承逆掩Pollino-Ciagola单元导致构造窗口Orsomarso Mts.区域。单位包括碳酸盐和可变地层缺口巨大的存款发生在这些斜坡相继任的问题。晚三叠世是几乎所有由thick-bedded,白色到浅灰色白云石山脉。白云石山脉年级向上石灰岩钙质黑暗,层次分明的,一般循环石灰岩含有化石的内容与特征。他们是由钙屑灰岩(42由中新世)和硅质碎屑的turbiditic存款包括泥灰土、泥质岩、石英砂质岩(42,43]。

在研究区北部,碳酸盐单位是逆掩推覆体属于大陆和海洋领域。的残余结晶基底片麻岩和花岗岩等岩石露头构造组合的顶部或结果变成球状ophiolite-bearing Liguride复杂推覆体。复杂的包括ophiolite-bearing单位由蛇纹岩、辉长岩、玄武岩和枕头;变质Frido单元;和unmetamorphosed北卡拉布里亚的单位44]。后者作物在邻近的NE Pollino地块的部门,在Calabria-Lucania边境地区。Frido单元是由黑色片岩,metarenites,绿色石英岩,calcschists。岩石将岩岩石和推力Calabro-Lucanian复理层单元(31日]。这是最低的几何单元Liguride复杂(44)和作物广泛在东北部的部分地区,地质构造上位于碳酸盐的单位。它由一个厚厚的棕灰色精疲力竭的页岩交替,石英粉砂岩和石英砂岩,泥灰质灰泥岩和砂屑石灰岩。作为一个整体,它显示了破碎的结构和结构特点形成和地质构造的包含块ophiolite-bearing岩石和相对沉积盖层和克里特岛神经形成的块,组成的黑色页岩,石英粉砂岩,石英质石灰岩、灰泥岩和泥灰质的灰岩层的灰色硅质粘土岩。渐新世到中新世沉积物组成的turbiditic钙质沉积和陆源复理石放在一起考虑一系列Jurassic-Miocene年龄(图1)。

在整个构造大厦建立陆源上层Miocene-Pleistocene海洋和大陆intramountain盆地(45,46]。

fold-and-thrust系统增生楔的结果逆掩断层和碰撞过程,意识到东西方推力传播(45,47- - - - - -50]。最新的构造事件主要由走滑断层特征和相关的(积极的和消极的结构39,51]。断层系统(即。,NW-SE, N-S, and NE-SW oriented) are responsible for the severe dissection of the mountain belt into discrete crustal blocks alternating structural high to elongated structural depressions.

特点是水文地质综合研究领域突出不同的流速和深度。在整个地区,可以认识到三个主要水文地质复合物:(我)Carbonate-dolomitic复杂(2)Crystalline-metamorphic复杂(3)Terrigenous-calcareous在复理石相复杂

carbonate-dolomitic复杂包括含水层驻留在石灰岩、白云岩、chert-bearing灰岩和泥灰质的石灰岩。复杂的代表的一个主要来源的饮用水供应在卡拉布里亚,意大利南部[52- - - - - -58]。这些煤岩类型,由于脆弱的人物和罪恶postorogenic构造演化,确定一个主要断裂解理透水含水层。此外,由于他们的典型的化学成分,属于岩溶现象通过溶解雨水的作用倾向于扩大现有的网络骨折。这些特点促进高渗透过程值在85%和95%之间(52]。春天的主要流量的顺序数百l / s (59,60)位于邻近的水文地质边界构成的和不透水存款或流的主要缺点,发挥的作用区域和/或渗透阈值(52,59,60]。

Liguride单位,除了各自的沉积,可分为crystalline-metamorphic复杂(52]。这个团体,如果与carbonate-dolomitic复杂相比,代表了一个次要的水文地质结构。蓄水层的厚度都直接联系片麻岩和花岗岩(变更)和岩体的破碎状态。低级变质岩代表水系统条件和压裂的最重要的垂直岩石的各向异性。

也有地下蓄水层的重要性,由岩石地层单位包括在继承和复理石盆地沉积相,在研究区。这些含水层影响细和粗材料交替和倾向于给multiaquifer水系统与更高的生产率conglomeratic-arenaceous间隔。

3所示。材料和方法

3.1。水取样和分析

共有62个水样收集从Pollino国家公园地区为主要组件在目前的研究和分析。抽样方法已经被(61年- - - - - -66年];然而,报告一个简短描述。物理化学参数,如温度、酸碱度、氧化还原电位(Eh)和电导率(EC)确定使用之前校准multiparametric探针(汉娜仪器嗨- 9828)而总碱度测定盐酸酸量滴定的滴定用0.05 N为滴定剂,甲基橙为指标。每个水样过滤领域通过0.45μ米孔隙大小膜过滤器。样品测定阳离子、SiO₂和微量元素被添加纯酸酸化(1% HNO₃)而样品测定的阴离子存储没有进一步的治疗。钠的浓度⁺K⁺、镁^{2 +}、钙^{2 +}F^{- - - - - -},Cl^{- - - - - -},所以₄^{2 -},没有₃^{- - - - - -}高效液相色谱法测定(高效液相色谱法,Dionex DX 1100)。一些微量元素,如铁和铝是由四极电感耦合等离子体质谱(icp, PerkinElmer / SCIEX ELAN DRC-e)碰撞反应细胞的能力,减少或避免多原子光谱干扰的形成。数据质量评估了电荷平衡为主要离子通过运行NIST 1643 f(±10%)和微量元素与标准参考解决方案偏离认证浓度低于±10%。此外,SiO的浓度₂通过对分光光度法测定。这62水样本添加到先前提供的数据收集(67年](读者应该参考的原创作品作者所使用的水取样和分析方法),和所有105个样本用于这项工作在补充材料(表S1)。

3.2。地球化学建模

反应路径模拟岩石溶解使用软件包EQ3/6[执行8)和修订版本的热力学数据库的68年]。

反应路径模拟岩石溶解在一个纯粹的化学计量模式,进行变量指的是反应进展, ,没有任何时间规定,也就是说,除了不可逆转的水岩的动力学质量交流。这意味着在每一个一步,相应数量的固体反应物添加到系统组成的水溶液和二级固体阶段。添加固体反应物溶解,溶液与瞬间reequilibrated沉淀产品阶段如果任何(69年]。

尽管反应路径建模以化学计量模式意味着所有矿物都假定解散以同样的速度(这当然不是真的),在这种方法中,没有必要指定相关矿物表面区域,它只是猜测在许多情况下,还是dissolution-precipitation利率,受到实验室实验结果往往偏离字段数据。也指出,化学计量方法是合理的单矿物的岩石像碳酸盐岩和蛇纹岩。

在采用方法中,感兴趣的岩石被认为是“特殊的反应物,”,材料的化学计量学和未知的热力学性质69年]。EQ3/6手册的迹象后,在特殊的反应物浓度的化学元素表达摩尔/公斤。

计算进行了假设二次固体阶段的封闭系统。这意味着沉淀固体阶段仍在考虑系统和平衡的水溶液模拟的整个持续时间。因此,他们可以重新溶解,如果溶液变成欠饱和。

一个开放的系统而不是假定为气体,即O₂(g)和有限公司₂(g),以其他的术语来说,这个系统被认为是连接到气体无限两座大型水库,O之一₂(g)和其他公司₂(g),解决这两种气体的分压所选的值。事实上,模拟进行恒温12°C,-2.6日志栏和-25年的日志栏。

3.2.1之上。固体反应物

六种不同的固体反应物被认为:石灰石、Mg-limestone,白云石,和蛇纹岩,碳酸盐岩和Al-silicate endmembers calcschist。这六个岩石取样在Pollino国家公园。通过扫描电子获得的化学成分是Microscopy-Energy-Dispersive光谱(能谱)分析和x射线荧光光谱(光谱仪)分析期间执行这项研究实验室的dib,卡拉布里亚大学和之前提供的调查15,70年,71年]。计算元素组成的六个固体反应物在表1。

3.2.2。固体产品

保持模型以一个简单的层面上,只有少数oxy-hydroxides获准沉淀为二级(变更)阶段,包括硅矿物、氢氧化铝和铁oxy-hydroxide(高频振荡器)。在不同硅矿物,玉髓降水被允许当SiO的可用性₂很低,也就是说,在碳酸盐岩的溶解(白云石、Mg-limestone、石灰石和碳酸盐calcschist的分数),而opal-CT生产时允许SiO的可用性₂高,也就是说,在蛇纹岩的溶解和calcschist Al-silicate分数。作为一般规则,艾尔的无定形oxy-hydroxides和Fe(+ 3)有更高的溶解度比他们的结晶和沉淀率较高。由于较低的溶解度,水晶阶段应该沉淀在无定形oxy-hydroxides之前,但通常这一事件没有发生因为结晶阶段的沉淀动力学是缓慢的。由于缺乏降水的结晶阶段,水溶液可能成为过饱和与无定形的阶段,它沉淀容易由于其快速沉淀动力学。实际上,过程更为复杂,包括可逆、小聚合物和随后的快速增长形成缓慢反应大聚合物铁oxy-hydroxides降水前的(例如,72年])。基于这些考虑,两个截然不同的运行进行对于每个固体反应物,使非晶态Al (OH)的降水₃和非晶态高频振荡器,在一系列的运行,允许生产三水铝矿和水晶高频振荡器在一个单独的一系列的模拟。玉髓,opal-CT三水铝矿,无定形Al (OH)₃,晶体和无定形的高频振荡器被认为是纯净的矿物质。

3.2.3。初始水解决方案

主要溶解成分的浓度在最初的水溶液被重建的化学分析结果的基础上雨水科森扎地区定期取样,除了总碳酸盐浓度被认为是制约电荷平衡。铝浓度与三水铝矿强迫得到的平衡。铁的浓度在雨水中, ,是计算使用简单的关系: 在哪里和雨水和海水的平均Cl浓度,分别和是铁的浓度平均海水。采用平均海水成分是(73年]。方程(1)是基于合理的近似因为雨水在海滨地区,像Pollino国家公园,本质上是严重稀释海水(74年]。的最初的水溶液被假定为-2.6,接近平均值的春泉。有指定的碳酸和总浓度、pH值是固定的,是6.80。氧化还原电位是受限的-0.678,大气的平均值。EQ3竞选初始溶液的结果表2。

3.2.4。翻新的热力学数据库

正如上面已经提到的,反应路径模拟岩石溶解的热力学数据库是指68年),修改采用玉髓的溶解度和opal-CT由(75年]。此外,平衡常数的值oxy-hydroxides铝和铁的溶解反应^{3 +}调整到适当的选择值为支架测量总这些溶解组分的浓度。

4所示。结果与讨论

4.1。水化学

认为春天水出口温度从4.5到17.1°C,意味着11.1°C,中位数11.4°C,和标准偏差2.3°C。这些不同的出口温度在一定程度上控制不同的海拔高度,从212年到1536美国手语,部分反映了不同取样时期。这些地下水几乎矿化显示的电导率值相对较低,从67年到841年不等μS / cm,意味着426μS /厘米,平均402μ140 S /厘米,和标准偏差μS /厘米。导率最高的三个样品都记录了sulfide-bearing Abatemarco弹簧(码16、17,A24),也表现为不同寻常的低嗯S (2) - S(0)值,-139 - -150 mV(计算地球化学建模),和化学。嗯值通过Pt电极测量时间间隔内所有其他弹簧+ 34 + 305 mV,意思是+ 154 mV, + 157 mV,中值和标准偏差65 mV。这些相对较高的氧化还原电位是指示性的一般性地氧化条件,如预期的浅水域。然而,测量不太可能嗯值是由一个电活性氧化还原两对夫妇的Pt电极敏感,即。铁(+ 2)铁(+ 3)和S (2) - S(0)系统(76年),由于低浓度铁和硫物种减少在这些水的解决方案。pH值振荡在中性条件下,从6.83到8.86,平均值为7.65,平均7.6,标准差0.40。的对数计算有限公司₂分压,很大程度上取决于pH值变化从-3.65到-1.60,平均值为-2.39,平均-2.37,标准差0.42(所有日志栏中)。八十三个样本价值观的全球范围内的土壤,日志酒吧(-2.70到-1.4077年),这表明有限公司₂主要是导致水过程发生在土壤,如腐烂的有机物质和根呼吸。剩下的22个样本较低值,但是除了一个高于平均大气 ,-3.50日志栏。因此,很可能这些低值是由气水解决方案和大气之间的交流。

如图所示的三角图主要阴离子(图2(一个)),碳酸氢盐的阴离子在所有的水域的三个样品除了sulfide-bearing Abatemarco弹簧(码16、17,A24),具有类似的浓度₄和HCO₃。普遍存在重碳酸盐患病率表明大多数水域的矿化主要是由岩石解散由转换控制有限公司₂到HCO₃^{- - - - - -}离子。

三角图的主要阳离子(图2 (b)),所有的水样本分布轴连接顶点附近的钙和镁,由于钠和钾的相对浓度的总和小于20 eq % A21除了样本。这个示例导电率最低,67年μS / cm,但异常更高浓度的钠和氯,25 - 24 eq %,分别,这可能是有关marine-atmospheric组件。换句话说,示例A21雨水几乎被水岩相互作用。基于Ca / (Ca + Mg)摩尔比,可以认识到三十钙水,使用值高于0.75,六十三calcic-magnesian水域,与区间值0.50至0.75,和十二个镁水值低于0.50。

考虑图的两个三角形图提供的迹象2,认为春泉暂时归因于以下三个化学类型:Ca-HCO₃Ca (Mg) -HCO₃,Mg-HCO₃。

图的图2 (b)也显示了(i)的预期成分方解石的溶解,与Ca顶点,(ii)解散白云石、位于沿轴连接顶点的钙和镁两个顶点的距离相等,和(3)解散镁,恰逢Mg顶点。因此,可能会得出这样的结论:Ca-HCO₃水的溶解产生的方解石和白云石下属解散,Ca (Mg) -HCO₃水是由主要解散白云石伴随着小方解石的溶解,Mg-HCO₃水是由溶解在不同比例的菱镁矿和白云石。这些推断Ca-HCO也许是对的₃和Ca -HCO(毫克)₃水域是大气水和碳酸盐岩的互动,但他们Ca-HCO可能是错误的₃和Ca -HCO(毫克)₃水相互作用产生的大气水与碳酸盐岩和Al-silicate岩石或岩石像calcschists混合,包括碳酸盐分数和Al-silicate分数,甚至与Al-silicate岩石,因为他们经常包含静脉方解石和白云石。注意,Ca-HCO₃和Ca -HCO(毫克)₃水域和Al-silicate岩石预计相当常见,因为这些煤岩类型扩展到绝大部门Pollino国家公园区域(图1)。此外,Mg-HCO₃水不太可能由菱镁矿的解散,因为单矿物的岩石的身体完全由镁(或几乎如此),类似于石灰石和白云石山脉,是罕见的78年,79年]。

水可能影响选择Al-silicate岩石的溶解是基于TIS / SiO值₂比率低于50,这是总离子盐度的缩写,代表主要的阳离子和阴离子的浓度的总和,在毫克当量/公斤,SiO₂浓度是表达更易/公斤。大部分的弹簧卸这些水域被发现的地区Al-silicate岩石出现。这进一步分类步骤后,春泉终于归因于以下五种化学类型之一:Ca-HCO₃、SiO₂丰富Ca-HCO₃Ca (Mg) -HCO₃、SiO₂丰富的Ca (Mg) -HCO₃,Mg-HCO₃。

阐明Al-silicate岩石的解散,所扮演的角色是明智的考虑Ca-Mg-SiO的三角图₂(图3),的化学特性比较感兴趣的春泉解散的作品预期不仅碳酸盐矿物,而且几个Si-bearing矿物质,这可能是目前在当地Al-silicate岩石,如石英、滑石、顽辉石、蛇纹石、镁橄榄石、斜绿泥石、透闪石、透辉石、硅灰石、钙长石、钠长石。考虑矿物的溶解反应是基于以下两个假设80年]。(1)水岩相互作用过程中,碳酸盐和硅酸盐矿物溶解,可以吸收酸碱滴定,矿物质作为基地,而水有限公司₂是控制过程的酸转化成HCO吗₃^{- - - - - -}离子。(2)铝解散主Al-silicates发布的,如斜绿泥石和斜长石,完全纳入沉淀高岭石,虽然其他次要Al-bearing固体阶段可能形成相反,导致不同的水成分16]。

尽管当地岩石中可能存在其他几个Si-bearing矿物质除了这些被认为是到目前为止,后者是足以解释水样的化学的兴趣。事实上,在图3,大多数制备Ca-HCO₃水是定位在趋势(a),这是由石英和/或其他石英矿物的溶解和/或钠长石,表明这些水域可能相互作用,至少部分,岩石或酸,另外,chert-bearing石灰岩。制备了Ca -HCO(毫克)₃水域和Mg-HCO₃水域之间定位serpentine-calcite结线(b)和clinochlore-dolomite结线(c),这表明它们的化学特征可能是由这四种矿物的溶解。然而,镁橄榄石解散的可能的贡献不能被排除在外,因为它将决定水成分之间的中间控制蛇形和斜绿泥石解散。同时,菱镁矿解散代表一个合理的选择,至少Mg-HCO₃毫克/ SiO水域的特点是高₂比率。制备了Ca -HCO(毫克)₃水可能相互作用,至少部分,与镁铁质或超基性的岩石。

由于三角块数据2和3不传达任何信息总离子盐度,该参数检查通过钙和镁的相关图+ Na + K(图4),是价值观的考虑可以欣赏春泉比较每个样本的位置和斜率为1的直线是iso-TIS线(见[81年为进一步的细节)。事实证明多数春泉是3.6到12.9毫克当量/公斤,无论他们属于化学类型,除了样本A21只有这1毫克当量/公斤和9个样品是14.4到18.4毫克当量/公斤,包括sulfide-bearing Abatemarco弹簧(A24码16、17,)。最后,获得化学信息表明,铝的浓度,Cl, F,不₃,所以₄在阈值由世界卫生组织(世卫组织)推荐(82年)建立了饮用水质量指南。

4.2。反应路径建模

报告的结果反应路径建模到沉淀高频振荡器采用碱度的代理变量反应进展(16]。这个选择是基于前卫摇滚解散这一事实可以被认为是一种酸碱滴定,基地的岩石和酸是有限公司_{2 (aq)}转换为HCO₃^{- - - - - -}离子,指出很久以前的80年]。

4.2.1。准备沉淀固体阶段

基于模拟执行这项工作,沉淀固体阶段逐渐溶解的石灰岩,Mg-limestone,白云石,蛇纹岩,以及碳酸盐和Al-silicate endmembers calcschist总结在表3。

表3表明非晶态或晶态的高频振荡器形成次生矿物质在所有模拟,除了白云石与可能的无定形沉淀溶解矿物质,在水溶液不与非晶态高频振荡器达到饱和。非晶态Al (OH)₃和三水铝矿沉淀所有的模拟除了碳酸盐的溶解endmember calcschist,被认为是Al -和Si-free。Opal-CT固相的模拟中,蛇纹岩和Al-silicate endmember calcschist的溶解。玉髓降水从来没有发生,尽管它被允许在碳酸盐岩的溶解,即。石灰石、白云石、Mg-limestone,和碳酸盐endmember calcschist。显然,水溶液仍欠饱和对玉髓在这些碳酸盐岩的溶解。

4.2.2。水的解决方案

(1)钙和镁。相关图的碱度和钙(图5(一个)),(我)Ca-HCO₃水域和SiO₂丰富Ca-HCO₃水域被发现在或接近石灰石的溶解曲线,Mg-limestone,和碳酸盐endmember calcschist,相互叠加,而(2)Ca -HCO(毫克)₃水域和SiO₂丰富的Ca (Mg) -HCO₃水域位于前面的曲线之间,描述的解体白云石(除了少数例外)。此外,这些水都位于远离的溶解曲线Al-silicate endmember calcschist。这种传播的采样点表示Ca-HCO₃、SiO₂丰富Ca-HCO₃Ca (Mg) -HCO₃、SiO₂丰富的Ca (Mg) -HCO₃水域产生通过不同碳酸盐岩的溶解,在变量比例,而解散Al-silicate endmember的calcschist似乎并没有对这些海域的矿化作出了重大贡献。的Mg-HCO₃水是定位在蛇纹岩溶解曲线,可能由于少量的方解石的存在,很容易溶解,在这些岩石和/或相关的土壤。

对比观察是什么在前面的情节,石灰石的溶解曲线,Mg-limestone,碳酸盐endmember calcschist明显分离的碱度和镁(图的相关图5 (b)),都是位于远低于白云石溶解曲线。正如所料,Ca (Mg) -HCO₃和SiO₂丰富的Ca (Mg) -HCO₃水域被发现接近白云石溶解曲线,而Ca-HCO₃和SiO₂丰富Ca-HCO₃水域(除了一个例外)Mg浓度和较低是坐落在白云石溶解曲线和石灰石溶解曲线之上。这种传播的采样点确认所有这些水域通过这些不同的碳酸盐岩的溶解,在变量比例。的Mg-HCO₃水域的蛇纹岩溶解曲线或接近它,如预期。总之,之间有很好的对应关系的理论岩石溶解曲线和Ca的分析数据,Mg,碱度感兴趣的地下水。

(2)石英和钠。石英和钠的浓度相对较低,预计对碳酸盐岩的溶解,而相对高浓度的石英和钠都是预测的解散Al-silicate endmember calcschist和蛇纹岩,溶解曲线的位置如图所示的这些不同煤岩类型关联图的碱度和硅(图6(一))和碱度与钠(图6 (b))。

一个主要的区别是,Na预计保守的行为在所有考虑岩石的溶解,而SiO₂预计保守行为在碳酸盐岩的溶解,但固定的饱和度对石英矿物在解散Al-silicate endmember calcschist和蛇纹岩。饱和与opal-CT强加在后者的两种情况,但这个条件实际上决定了至上SiO溶解₂浓度,59.0毫克/公斤12°C。另外,饱和程度对可溶性硅矿物较少,比如玉髓或α方石英或moganite,是可能的,与相应的SiO₂浓度的11.8,18.8,和26.7毫克/公斤,分别在12°C。

与岩石溶解曲线的位置一致,大多数Ca-HCO₃和Ca -HCO(毫克)₃水域SiO₂和钠浓度低于SiO₂丰富Ca-HCO₃、SiO₂丰富的Ca (Mg) -HCO₃,Mg-HCO₃水域。然而,一些Ca-HCO₃水域有Na含量高于预期值可能由于高贡献的marine-atmospheric气溶胶或有限的人为污染。

(3)锂、钾。碱度对锂(图的关联图7(一))和碱度和钾(图7 (b))表明,预计这两个碱金属的最高浓度的解散Al-silicate endmember calcschist而低浓度是预见的碳酸盐岩的溶解和蛇纹岩。然而,分析数据的传播是不一致或并不完全符合这些理论预测,表明李的可变性和K浓度在岩石中感兴趣的可能大于显示可用的分析数据。此外,不能排除人为污染的有限影响钾。

(4)铝和铁。大部分地下水Pollino国家公园被发现岩石溶解伴随着降水曲线之间的非晶态铝氢氧化物和岩石溶解曲线与并发水晶三水铝矿的生产,表明铝浓度是由饱和与无定形铝的氢氧化物或水晶三水铝矿Al oxy-hydroxide中间结晶度,无论溶解煤岩类型(图8(一个))。这些Al-controlling固体阶段early-precipitating,坚持固体在水岩相互作用阶段。类似的,大多数的利益定位曲线之间的岩石溶解伴随着降水的非晶态高频振荡器和岩石溶解曲线与并发代水晶高频振荡器,表明铁浓度是由饱和与无定形或水晶高频振荡器或高频振荡器中间结晶度(图8 (b))。高频振荡器的饱和度达到几乎立即在Al-silicate的解体和碳酸盐endmembers calcschist和蛇纹岩,而它是在逐步实现在解散Mg-limestone后期,石灰石和白云石,分别。

4.3。地质和水文地质证据

Pollino国家公园,主要泉水一般局部邻近扮演的水文地质边界流区或渗透阈值。这重要的一点,已经部分中提到2(例如,图1地质剖面示意图)可以欣赏的人物9显示地层之间的关系不同煤岩类型和每种化学类型的排水区域。

在细节,Ca-HCO₃和Ca -HCO(毫克)₃水域通常相关的主要露头三叠纪白云岩和灰岩和经常被发现接近这些岩石之间的联系和不同煤岩类型的低渗透。压裂和岩溶主要控制这些碳酸盐岩含水层的发展通常放电通过弹簧的高流率,尤其是在靠近主要水文地质的联系人。此外,水转移从石灰岩、白云岩储层,反之亦然很容易发生由于岩溶和压裂。反应路径进行建模和可用的分析数据显示,显然这个交换过程的发生在不同的碳酸盐岩含水层中举办。事实上,没有打破连续性Ca-HCO的传播₃和Ca -HCO(毫克)₃水在所有以前检查图,由于这些水域不同碳酸盐岩的交互,即。、石灰石、Mg-limestone和白云岩。这些水域也以小的SiO浓度₂(图6(一)),可能源自Si-bearing矿物质存在杂质在碳酸盐岩或从一个小,期限与siliceous-clastic组件交互的Calabro-Lucano复理层单元(clayey-calcareous砂复杂)和/或Frido单元(peliticschist和calcschist),广泛存在于Pollino国家公园面积在一个层段的位置高于碳酸盐岩复杂(图9)。事实上,SiO₂浓度用理论来解释碳酸盐岩的溶解趋势低于分析数据,表明如果碳酸盐岩必须调用外部的来源解释分析数据。

SiO₂丰富Ca-HCO₃和Ca -HCO(毫克)₃水是影响溶解在相当大的程度上的燧石,石英和/或其他Si-bearing矿物岩石中Calabro-Lucano复理石单元(clayey-calcareous砂复杂)和Frido单元(peliticschist和calcschist)(图9),符合理论的溶解趋势Al-silicate endmember calcschist。最后,Mg-HCO的化学特性₃水域,一般从蛇纹岩岩石,几乎完全控制的解散这个煤岩类型。

5。结论

反应路径进行建模的岩石溶解煤岩类型主要种植在Pollino国家公园,包括石灰石,Mg-limestone,白云石、蛇纹岩、碳酸calcschist Al-silicate分数,分数calcschist。地球化学建模进行了采用一种创新的方法,也就是说,允许一些二级固体沉淀阶段,即opal-CT或玉髓,无定形或水晶Al (OH)₃和非晶或水晶FeOOH。通过这种方式,可以复制的碱度以当地的地下水,而这个目标就不会通过允许碳酸盐矿物的沉淀。

通过比较产生的理论水组合解散考虑岩石与相应的105名当地地下水的化学特征,是确定主要溶质、SiO₂,李、铝和铁、令人满意的解释的解散被认为是煤岩类型和检测到的浓度不超过阈值的建立。这个事实证明了两个反应路径模拟的有效性,在一般情况下,所采取的方法,特别是处理二级固体阶段。

反应路径模拟的结果验证了水文地质证据突出的发生多考虑地下水和几个煤岩类型之间的相互作用。Ca-HCO₃和Ca -HCO(毫克)₃水域由于碳酸盐岩的溶解与小,期限与siliceous-clastic交互组件的Calabro-Lucano复理层单元和/或Frido单位,都是广泛存在于Pollino位置层段高于国家公园地区碳酸盐岩复杂。这些煤岩类型的解散施加强大的控制SiO的化学特征₂丰富Ca-HCO₃和SiO₂丰富的Ca (Mg) -HCO₃Mg-HCO的水域,而化学₃水控制几乎完全溶解的蛇纹岩岩石。

数据可用性

手稿是一种数据独立的文章,从实验室获得的结果分析,提出了整个数据内的文章。然而,如果需要任何额外的信息,这些都可以从相应的作者要求的电子邮件ilaria.fuoco@unical.it。

的利益冲突

作者宣称他们没有竞争的经济利益或个人关系可能出现影响工作报告。

确认

支持的工作合作协议中有关项目”Acque minerali e rocce: Ogni水,安和苏阿roccia。“配置杯D18D19005690001是由联合国教科文组织GeoparkOffice Pollino国家公园的权威。

补充材料

研究了地下水的物理化学参数。(补充材料)

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