研究利用机载电磁测量“透视”大盐湖:东南岸下方或存深层淡水蓄水层

一项针对美国犹他州大盐湖的最新研究显示,在湖面高盐度水体之下,东南岸法明顿湾及羚羊岛附近的沉积物中可能存在规模可观的深层淡水蓄水层。研究团队通过机载电磁(AEM)测量对相关区域进行探测,并结合磁力数据反演,尝试厘清盐水与淡水的空间分布及其下方基底结构。

研究由犹他大学地球物理学家牵头。团队表示,数据分析结果显示,淡水浸润了盐水层下方的沉积物,深度可达3至4公里(约1万至1.3万英尺)。相关直升机搭载地球物理测量在去年完成。此前,研究人员在法明顿湾湖面裸露的盐滩多个点位观察到受压淡水涌出,地表表现为被芦苇覆盖的圆形土丘。

论文作者之一、犹他大学地质与地球物理学杰出教授、电磁建模与反演联盟(CEMI)主任迈克尔·日丹诺夫称,该研究首次展示机载电磁方法能够在大盐湖表面导电性很强的盐水薄层之下识别淡水信号。研究还描绘了法明顿湾下方淡水蓄水层的空间范围,并通过界定基底结构,评估淡水饱和沉积物的潜在深度。

日丹诺夫表示,若能进一步明确该潜在蓄水层的深度、宽度及孔隙空间等参数,便可据此估算可能的淡水体积。

该成果发表在《科学报告》期刊上,属于犹他大学地质与地球物理系牵头的一项更大规模项目的一部分,项目目标是了解西半球最大终端湖——大盐湖下方的地下水情况。项目由地质系资深教授及其研究生监督推进,已产出两篇论文,团队称后续仍将发布更多成果。

参与相关研究的水文学家比尔·约翰逊指出,新证据提示淡水可能正向湖泊内部渗入,而非如通常预期那样主要从湖泊边缘进入。他在KPCW《酷科学电台》节目中表示,令人意外之处在于盐滩表面附近的盐水透镜之下,淡水向湖泊内部延伸的程度可能很深,甚至可能覆盖更大范围,但目前尚无法确定是否覆盖整个湖底。

研究的一个现实背景是,近年来法明顿湾干涸湖床上出现直径约50至100米、芦苇高度约15英尺的圆形土丘。与此同时,湖水下降使约800平方英里的盐滩暴露,成为吹向犹他州人口中心的主要扬尘来源。约翰逊表示,团队希望评估是否能在不对淡水系统造成过大扰动的前提下,安全利用这股自流水源湿润扬尘热点,从而抑制含有有毒金属的扬尘污染。

在方法上,最新论文通过机载电磁测量获取约100米深度范围内的电阻率信息,以区分淡水与导电性更强的盐水。为验证该方法,约翰逊与日丹诺夫在2025年2月聘请加拿大地球物理团队,使用悬挂于直升机下方的电磁设备开展飞行测量。直升机沿东西向飞行10条测线,覆盖法明顿湾及羚羊岛北部,总航程154英里。

日丹诺夫团队据此绘制盐水与淡水界面图,并指出其中一处芦苇土丘位于淡水可能通过湖底不透水层裂隙涌出的区域上方。团队还将机载电磁数据与磁力测量结合,构建地下三维图像,用于识别法明顿湾深部断层等结构特征。

磁力数据反演结果显示,法明顿湾盐滩下方基底在部分区域较浅,不到200米,但随后急剧下沉至3至4公里深。研究称,该断层位于芦苇土丘下方,是重要的结构边界,仍需进一步探查。

研究团队表示,本次试点仅覆盖湖泊一小部分,但从技术与作业角度看,未来有望通过飞行测量覆盖约1500平方英里的湖面。研究人员认为,全湖范围的机载测量可为区域水资源规划提供参考,并为全球终端湖下淡水探测提供借鉴。


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