导语：测量地下水中不同同位素含量
关键词：水；地质；采矿；地下水
地下水是一种为全世界几十亿人提供饮用水的重要资源。而在澳大利亚这一全世界最干旱的大陆，水显得尤为珍贵，因此我们需要认真管理。
然而，采矿及其它地下工程可能影响地下水。在悉尼盆地，地下煤矿就在悉尼市供水水库的附近开采。在其它地区，煤层瓦斯的开采尽量减小了对附近含水层的影响。
一些矿井也在湿地和敏感生态系统的地下作业。在别的地区，铜、金和煤矿在地下更深处，我们对它们与地下水的相互作用机制知之甚少。
因此，增进对地下水与地表水和含水层之间联系的了解是很有必要的，这也正是我们在新南威尔士大学Connected Waters Initiative（CWI）研究中心做的工作。
激光嗅探器
地下水最好的示踪剂是水本身。在最近的研究中，我们测量了岩石所含水中的不同同位素。我们可以从中获知地表水和地下水在过去是如何相互作用的，并且为将来的任何改变提供重要的参考。
为搜集样本，我们穿透了300米的砂岩、泥沙岩和泥岩，取得了岩芯。为了保存岩石中含有的水分，这些岩芯要仔细地打包密封好。
包裹好来自地下几百米的岩芯以保存其小孔中的水分。图片来源：作者提供
回到实验室后,我们得准备好装有潮湿岩石样品和干燥空气的袋子。然后用一种称为离轴积分腔输出光谱（Off-Axis Integrated Cavity Output Spectroscopy，简称OA-ICOS）的特殊激光技术将袋子中的空气吸出，以确定其组成。它使用了一系列的镜子测量不同质量的水分子吸收的激光能量，然后辨认含有不同同位素的水。
我们用这种新技术首次测量了悉尼盆地地层岩石孔隙中的水，将其同位素成分与已知的雨水、地表水以及其它已知水资源中的天然示踪元素进行对比。
这样我们就能搞清楚水的来源。我们同时鉴定了四个不同地层或者水文地质区域的岩石，它们控制着悉尼盆地中地下水的流动。
在进行研究之前，我们对悉尼盆地中深层地下水知之甚少。有了我们的记录，如果在将来采矿影响了地下水，我们就可以使用孔隙水同位素记录作为一种新型的基准以判断其影响程度。
深层水
水是从这种岩石样品中提取出来的。图片来源：作者提供
水在地下流动非常缓慢，它到达300米的深度需要很长时间。地下水的来源是雨水，或是在下雨的时候直接渗入大地或是从河流、湖泊和沼泽间接地渗入大地。
我们发现深层水同位素成分与现在雨水相似，这表明悉尼盆地的地下水在成千上万年的补充过程中所处的环境基本不变。这为我们提供了悉尼盆地地下水的基本环境。
要是没有这一水示踪新技术，鉴定水文地质区域以及评估其特征是不可能的。
这种新技术的又一优点是可以快速且廉价地分析来自单一岩芯的几百个岩石样本，从而避免在不同深度打钻。这种新方法也可以用于地下水很深或地下水被紧紧地吸附在岩石空隙中的地区。
它也可以用于地面运动会损害水监测孔的地区。这种技术可以帮助追踪地表水流入地下的地区以及地表水和地下水之间存在联系的地区（小溪和湿地生态系统）。
本研究提供了一种测量基准线的方法，它可以用于评估在未来采矿、抽取地下水或气候变化等活动对地下水的影响。这种技术可以在世界上任何地区使用。
考虑到地下水对局地和区域非常重要，需要进行进一步的研究来更好地理解这种宝贵资源。
作者简介：
Katarina David，水文地质学家、澳大利亚新南威尔士大学博士生。
Andy Baker，澳大利亚新南威尔士大学Connected Waters Initiative研究中心主任。
Wendy Timms，澳大利亚新南威尔士大学采矿工程系研究生课程主任。
（翻译：张文泰；审校：杨玉洁）
原文链接：
https://theconversation.com/deep-water-a-new-technology-probes-sydneys-groundwater-for-the-first-time-47697
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