【科研进展】Science Advances：晚更新世以来珠江三角洲及其邻近陆架地下水系统的演化

文章标题：Evolution of groundwater system in the Pearl River Delta and its adjacent shelf since the late Pleistocene

期刊：Science Advances

作者：Chong Sheng等

单位：香港大学等

出版日期：2024 年 4 月 10 日

doi：10.1126/sciadv.adn3924

本文主要探讨了珠江三角洲及其邻近陆架晚更新世以来地下水系统的演化。

我们广泛的实地研究表明，珠江三角洲及其邻近陆架的同一含水层系统中，内陆咸水地下水与近海淡化的地下水同时存在。这一违反直觉的现象挑战了通常认为陆上地下水为淡水、近海地下水为咸水的假设。为填补这一知识空白，我们开展了一系列复杂的古水文地质模型研究，以探索内陆 - 陆架系统中地下水系统的形成机制和演化过程。我们的研究结果显示，近海淡化的地下水在晚更新世低海平面时期形成，而陆上咸水地下水则是在全新世海侵期间由古海水入侵产生。这表明在地质时间尺度上，陆地和近海地下水系统发生了交替变化。地下水系统对古气候变化的响应存在滞后性，滞后时间为 7 ~ 8 千年，这意味着古气候强迫对现今地下水系统仍有显著的残留影响。

大河三角洲河口及其邻近大陆架是重要的海陆交互区域，淡水地下水对满足人口增长和城市化带来的用水需求至关重要，但易受自然和人为因素影响。以往研究表明沿海三角洲受第四纪海侵和海退影响，陆地上存在咸水地下水，大陆架存在淡化的地下水，但对这种现象的综合研究较少。本研究旨在通过对珠江三角洲及邻近陆架的研究，揭示地下水系统的形成机制和演化过程。

近海地下水盐度分布： 近海中间区域（如 PR1，离岸 30km）地下 12.5mbsf 以下盐度为 4~5g/L，且盐度可能随离岸距离和沉积深度呈下降趋势，如 BH5 井最小盐度为 1g/L。在离岸 180km 的 MargS-001 井 39.4~106.7mbsf 深度也发现大量淡化的地下水（盐度≤10g/L）。

长期演化趋势： 假设气候条件不变，模拟结果显示陆地咸水-半咸水在 100ka 内逐渐变淡，近海淡化的地下水逐渐消失，这是由于上层低渗透性粘土层或粉砂层影响，导致过程缓慢。

地下水体积变化与海平面波动关系：以 1g/L 和 10g/L 为阈值定义淡化和咸水地下水体积，其变化与海平面波动相关。淡化地下水体积随大陆架暴露面积增加而增加，但地下水系统响应滞后海平面变化 7 ~ 8ka。

“跷跷板” 模式：海平面变化、降水等因素影响下，陆地与近海地下水系统的转换类似 “跷跷板” 模式，海岸线为 “支点”，含水层系统中盐度变化周期约 100ka，受海平面波动驱动。