Abstract In complex aquifer systems subject to intensive exploitation it is important to investigate hydrogeochemical processes in the components to understand the hydrodynamics of groundwater. In this respect, understanding the hydrochemical mechanisms of water-rock interactions and mixing processes eventually leads to the development of appropriate strategies for a sustainable groundwater management. In this study, we analyze water-rock interactions processes of the so-called Anahuac groundwater system underlying part of the Mexico Valley comprising Mexico City and its suburbs. This intensively exploited system has four flow components: 1) local flow, 2) intermediate flow, 3) cold regional flow, and 4) hot regional flow. It is studied using inverse geochemical models, which consider uncertainties of analytical data and constraints from thermodynamic stability diagrams, speciation-solubility models, and petrographic data. Three representative modeling sections were selected for the implementation of the mass-balance approach. The general conceptual model in two sections suggests that rainwater infiltrates the subsoil and begins to dissolve CO2 in the unsaturated zone; by reaching the saturated zone it reacts with silicate minerals of the host rock producing the final chemical composition of waters. On the other hand, the third section shows mixing as the main groundwater process, as well as water-rock interactions. In general, the identified processes of water-rock interaction are dissolution of CO2, dissolution of calcite, gypsum, and halite, Ca/Na ion-exchange, and weathering of silicate minerals such as biotite, muscovite, plagioclase, epidote and pyroxene, and precipitation of kaolinite, SiO2 and Fe (OH)3. Changes between local and intermediate flow components suggest dissolution of andesite rocks and precipitation of pyrite. Changes between local flow component and the cold regional component are explained by large flow trajectories. Transformations between local and hot regional components indicate mixing flows and a deep circulation influenced by the geothermal gradient. The combination of the methods used in this study can be applied in other similar geoenvironments of the world and assist local water authorities to adequately address and manage groundwater.

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集约开发下复杂城市地下水流系统的水岩相互作用与混合过程：以墨西哥城为例

摘要 在受集约开发的复杂含水层系统中，重要的是研究组分中的水文地球化学过程以了解地下水的流体动力学。在这方面，了解水-岩相互作用和混合过程的水化学机制最终会导致制定可持续地下水管理的适当策略。在这项研究中，我们分析了所谓的 Anahuac 地下水系统的水-岩相互作用过程，该系统位于墨西哥谷（包括墨西哥城及其郊区）的部分下方。这个集中开发的系统有四个流动成分：1) 局部流动，2) 中间流动，3) 冷区域流动，和 4) 热区域流动。使用逆地球化学模型对其进行研究，它考虑了分析数据的不确定性和热力学稳定性图、形态溶解度模型和岩相数据的约束。选择了三个具有代表性的建模部分来实施质量平衡方法。两部分的一般概念模型表明，雨水渗入底土并开始溶解不饱和带中的 CO2；到达饱和区后，它与主岩的硅酸盐矿物发生反应，产生水的最终化学成分。另一方面，第三部分显示混合是主要的地下水过程，以及水-岩相互作用。一般来说，已识别的水-岩相互作用过程是 CO2 的溶解，方解石、石膏和岩盐的溶解，Ca/Na 离子交换，黑云母、白云母、斜长石、绿帘石、辉石等硅酸盐矿物的风化、高岭石、SiO2、Fe(OH)3的沉淀。局部和中间流分量之间的变化表明安山岩溶解和黄铁矿沉淀。局部流动分量和寒冷区域分量之间的变化可以用大流动轨迹来解释。局部和热区域成分之间的转换表明受地温梯度影响的混合流和深层环流。本研究中使用的方法组合可应用于世界其他类似的地质环境，并帮助当地水务部门充分处理和管理地下水。局部和中间流分量之间的变化表明安山岩溶解和黄铁矿沉淀。局部流动分量和寒冷区域分量之间的变化可以用大流动轨迹来解释。局部和热区域成分之间的转换表明受地温梯度影响的混合流和深层环流。本研究中使用的方法组合可应用于世界其他类似的地质环境，并帮助当地水务部门充分处理和管理地下水。局部和中间流分量之间的变化表明安山岩溶解和黄铁矿沉淀。局部流动分量和寒冷区域分量之间的变化可以用大流动轨迹来解释。局部和热区域成分之间的转换表明受地温梯度影响的混合流和深层环流。本研究中使用的方法组合可应用于世界其他类似的地质环境，并帮助当地水务部门充分处理和管理地下水。局部和热区域成分之间的转换表明受地温梯度影响的混合流和深层环流。本研究中使用的方法组合可应用于世界其他类似的地质环境，并帮助当地水务部门充分处理和管理地下水。局部和热区域成分之间的转换表明受地温梯度影响的混合流和深层环流。本研究中使用的方法组合可应用于世界其他类似的地质环境，并帮助当地水务部门充分处理和管理地下水。