本文依据吉林省科技厅重点攻关项目―长白山天然矿泉水形成机理分析（No.20100452）‖项目为依托，针对靖宇自然保护区矿泉水的补给机理展开专题研究。吉林省靖宇自然保护区地处吉林省东南部，松花江上游，长白山腹地，靖宇县西南部，总面积150.38km2，是一个以矿泉群和火山群等地质遗迹为主要保护对象的自然保护区。靖宇矿泉水自然保护区内赋存了丰富的矿泉水资源，现已发现矿泉17处，先后有鹿鸣泉等13处泉通过国家级及省级鉴定评价，水量较丰富并具有很大的开采潜力。因此研究天然矿泉水的补给来源对靖宇矿泉水的可持续开发利用，寻找新的矿泉水水源具有非常重要的理论和实际意义。本文在收集靖宇矿泉水保护区内大量地质和水文地质资料的基础上，结合研究区内玄武岩特征，采用水文地球化学反向模拟方法分析了矿泉水中特征组分的来源，采用同位素法分析了研究区矿泉水的补给来源、地下水循环年龄以及地下水补给范围，采用水量均衡法计算了矿泉水的补给量。根据研究区内的地形条件、水文地质条件、实测钻孔以及研究区内物探解译资料可知，靖宇县地势西南高北东低，并且出现东西向、北西向和北东向三组断裂构造，地形起伏较大，植被茂密，玄武岩的孔洞以及裂隙较为发育，利于接受大气降水入渗。研究区90%的地下水为玄武岩孔洞裂隙水，主要赋存于第四系下更新统军舰山组玄武岩中。泉水动态稳定，主要水化学类型为富含偏硅酸和锶的HCO3-Ca型水。通过对研究区内的实验井（67~69m处和80~83m处）、五龙泉、王大山、四海龙湾、飞龙泉和白浆泉等7个代表性岩样进行检测分析，确定玄武岩的矿物成分主要是基性长石和辉石，次要的矿物是橄榄石、角闪石以及黑云母等。根据岩石矿物和代表水样的化学组成，选取相应的矿物相在研究区地下水流向上进行了反向水文地球化学模拟，确定了研究区矿泉水的水化学组分变化除受了水岩相互作用影响以外，还是大气降水以及地表水进入地下与地下水混合作用以及蒸发浓缩作用的结果。此外研究区矿泉水中的偏硅酸和锶主要来自硅酸盐矿物和含锶矿物的溶解，其补给主要受含水岩层矿物溶解的影响。通过比较研究区水样和该区大气降水的氢氧同位素组分的差异和变化规律来揭示地下水的起源、形成条件、补给机制。矿泉水中的D和18O值与大气降水中的D和18O值相差不大，表明该区地下水主要接受大气降水补给。矿泉水中氚同位素一般在5~15（TU），可大致估算出地下水在岩石中循环时间可能在20~40年。根据研究区矿泉水中的氢氧稳定同位素并结合前人研究总结的补给高程公式分析计算出补给高程在852~997m之间，大致分析了矿泉水补给来源的位置和高程。靖宇矿泉水保护区位于吉林省东部山区。一般山区地下水属于全排泄型，地下水的补给量基本与地下水排泄量相等，可采用基流切割法计算地下水补给量，也可以采用计算地下水排泄量作为地下水补给量。通过对研究区内地下水补给径流排泄条件分析，研究区内垂向量以大气降水入渗补给为主，地下水蒸发排泄量和向下层地下水排泄量都很小，可忽略不计，水平量为地下水侧向补给量和排泄量，计算区四周多为小流域分水岭，为隔水边界，因此不考虑地下水侧向补给量。本文采用水量均衡法计算了研究区矿泉水的补给量。研究区内矿泉水总量为93917m3/d，其中白浆泉为36400m3/d，占总矿泉水量的39%，白浆泉也是长白山地区日流量最大的一个泉。整个研究区地下水总补给量为4550.69万m3/a，包括大气降水补给和河流补给，其中大气降水补给量为3567.37万m3/a，河流补给量为983.32万m~3/a。