黄土高原地区包气带深厚,降水是地下水水分唯一来源,探明其地下水补给机制对于科学管理当地水资源具有重要意义,然而该机制当前仍无定论。土壤水氢氧同位素(δ²H、δ¹⁸O)及氯离子示踪作为水文领域中理想的研究手段,已在黄土高原开展了相关研究,但已有研究深度大多小于20 m,远小于黄土高原地区的地下水埋藏深度。为进一步研究黄土高原地区地下水补给机制,本研究在陕西省长武塬区采集深度为98 m（地下水埋深为95 m）的土壤剖面原状土样,并测定土壤水的氢氧稳定同位素值和氯离子浓度。采用经典统计学与地统计学相结合的方法分析整个深剖面土壤水氢氧同位素的变异特征。利用降水、深层土壤水和地下水的同位素值和氯离子浓度揭示地下水的补给机制,并通过MIXSIAR贝叶斯模型计算各补给方式对地下水贡献的比例。主要研究结果如下:1、揭示了研究区降水同位素的分布特征。首先,降水同位素具有明显的雨量效应,同位素随降水量的增大而变得贫化。其次,降水同位素具有明显的季节效应,夏季降水同位素偏贫化,而其他季节较富集。最后,降水同位素的变异性随降水量增大而变大。2、揭示了深剖面土壤水同位素的分布特征。根据同位素的变异性,将剖面分为浅层、深层、过渡层和地下水层共四层。各层水氢氧同位素值均服从正态分布,其极差随土壤深度增加而减小。δ²H平均值的大小顺序为:过渡层（-74.7‰）>深层（-75.2‰）>地下水层（-76.5‰）>浅层（-78.6‰）;δ¹⁸O平均值的大小顺序为:深层（-9.9‰）>过渡层（-10.2‰）>地下水层（-10.4‰）>浅层（-10.9‰）;深层δ²H和δ¹⁸O的平均值分别与浅层、地下水层δ²H和δ¹⁸O的平均值存在显著差异（p<0.05）。δ²H、δ¹⁸O在各层中标准差、变异系数随深度的增加而逐渐减小。球状模型能够描述各层δ²H和δ¹⁸O的空间相关性,从浅层到地下水层δ²H和δ¹⁸O的空间异质比分别由24.4%和24.0%逐渐减小到6.3%和13.4%。3、揭示了地下水补给机制。地下水同位素比深层土壤水同位素贫化,比大降水同位素富集。地下水氯离子浓度比土壤水氯离子浓度低,比降水中的氯离子浓度高。因此可以推断地下水由优势流和活塞流共同补给。通过贝叶斯模型计算得到活塞流对地下水补给贡献的比例为61.7%-90.9%,优势流对地下水贡献比例为9.1%-38.3%,因此,该区域的地下水补给方式主要是以活塞流补给为主。本研究通过分析深剖面土壤水同位素变异及空间相关关系为深剖面土壤取样提供了数据支撑。研究表明黄土高原塬区地下水由优势流和活塞流共同补给,且活塞流补给占主导,为当地地下水的合理开发利用和保护提供理论依据。