华北平原地下水年龄校正

地下水14C年龄一般指地下水和土壤CO2隔绝至今的年代.地下水测年在地下水水文学中占有特殊的位置,地下水测年可以用来确定补给区,估算地下水流速度、流量、补给速率、水力传导系数和有效孔L隙度,而且年龄数据还可以用来完善地下水流模型.本研究选择华北平原为重点研究区,利用地下水中的同位素和化学组分的测试结果,应用水文地球化学及同位素水文学等相关知识,通过六种传统模型和反向质量平衡模型(NETPATH)对华北平原地下水年龄进行校正.根据年龄校正结果,分析了深层地下水的年龄变化特点,确定了水流路径上发生的水文地球化     

河北平原地下水4He年龄初探——以满城-任丘剖面为例

以满城-任丘剖面为例,采用过剩空气非分馏(UA)模型进行了单独He成分的分离,第三含水组中含有的过剩4He是含水组(Q2)内原地产量和地壳通量的综合结果.由于缺乏确定He平衡参数的约束条件,选择了应用地下水流模型主观调节来估算迭代过程中外部通量和流速场,然后根据这个模型所取得的4He年龄与应用其他方法包括14C测年和水文模型取得的年龄作对比,取得了河北平原第三含水组满城-任丘地下水的4He年龄为0～30 ka的结果.     

4He同位素含量测试技术研究

4He同位素含量的准确测定是(U-Th)/He同位素定年方法的关键,因为4He同位素是气体,所以其含量测定难度是比较大的,国内其他实验室还没有建立4He同位素含量的测定方法.本文详细介绍了国外(U-Th)/He同位素定年实验室4He同位素含量的测试技术和本实验室基于现有仪器条件建立的4He同位索含量的测试方法.笔者等利...     

确定平原地下水4He年龄方法的尝试

放射性衰变产生的氦组分（3H衰变质产生3He，U/Th衰变产生4He）广泛地用水地下水测年。本文分析了地下水中惰性气体的组成，采用过剩空气非分馏（UA）模型进行了单独氦组分的分离。结果表明，河北平原第三含水组（Q2）中的过剩4He是含水组内原地内原地产量和深部地壳通量的共同作用的结果。由于缺乏确定氦平衡参数的约束很好的客观分析，选择应用地下水流模型主观调节来估算迭代过程中的外部通量和流速场，然后根据这个模型所取得的4He年龄与应用其他方法包括14C测年和水文模型取得的年龄进行了对比。     

河北平原第四系承压水4He与14C测年对比

⁴He是测定地下水年龄理想的示踪剂之一,由于测年时间尺度及多成因等问题,其测年结果通常与¹⁴C测年结果缺乏一致性。通过采集河北平原第四系承压水中的惰性气体（He、Ne、Ar、Kr、Xe）及¹⁴C样品,利用CE（封闭系统平衡）模型分离出地下水中的放射性成因⁴He_rad浓度为（5.43～8 994）×10^-8 cm³·STP/g,进而得到地下水的⁴He年龄为8.8～55.9 ka;相应样品的¹⁴C测年结果为7.7～35.2 ka。结果表明,2种测年结果在河北平原具有很好的一致性。     

浅层地下水3H-3He法测年技术在石家庄市应用研究

3H-3He测年法是利用母体3H衰变成子体3He这一对核素的衰减和累积原理实现的,它能够很好地取代氚法测年。根据石家庄地区地质和水文地质实际及原有研究基础,选取有代表性的井点取样、测试并计算了各井点浅层水年龄。计算结果与1982年的氚法测年结果对比,具有一致的变化规律,石家庄市浅层地下水年龄从北到南逐渐变大,东南部最大;滹沱河沿岸一带由于近年来黄壁庄水库每年或隔年向滹沱河放水,其浅层地下水年龄较小。总之,3H-3He测年法在石家庄市浅层地下水测年应用中取得了比较理想的结果。     

矿物中4He同位素提取和含量测定研究

(U-Th)/He定年是一种有效的低温热年代学定年技术,现已被广泛应用于地质研究的各个领域,而矿物中4He同位素的有效提取和含量准确测定是该技术的关键。磷灰石和锆石是(U-Th)/He定年最常用的矿物,其4He提取条件及铀钍含量测定方法都较为成熟;而其他矿物(如磁铁矿、橄榄石、针铁矿、石榴子石等)的研究则相对较少。文章介绍了当前国内外(U-Th)/He研究中采用的4He同位素提取方法———真空炉加热法和激光加热法,激光加热法因具有低4He背景值和耗时短的优点而成为主要的提取方法。以磷灰石样品测试为例,介绍了成都地质矿产研究所建立的采用激光加热法和四极杆质谱提取4He同位素及其含量测量过程、含量计算和校正方法。指出未来(U-Th)/He测试技术除继续改进现有分析方法外,应加强对更多不同矿物的测试研究。     

河西走廊盆地地下水的氦同位素指示

详细讨论了河西走廊的张掖、永昌和武威盆地地下水中同位素3He/4He、4He/20Ne和δ13C的组成与分布特征。结果表明,泉水溢出地表后尽管受大气不同程度的混染,其中仍含有明显的深源氦气的组分,包括放射性元素铀和钍的蜕变及锂诱发的核反应生成的壳源4He与地球形成初期储存于地幔中的原始3He。这些氦气挥发份随NNE和WNW向活动断裂带向上迁移,直至被循环的地下水带至地表。     

华北平原深层地下水14C年龄的TDIC校正与对比

用14C确定地下水年龄需要进行多种校正。在系统测定华北平原深层地下水14C含量的基础上,应用TDIC(Total Dissolved Inorganic Carbon,即总溶解无机碳)校正地下水14C年龄。将补给区地下水样的14C和TDIC含量作为"初始14C活度"和"初始TDIC"含量,对其他样品进行"初始TDIC"的14C活度校正,并用CAL-IB5.0分别计算了样品校正年龄(14C校)和TDIC校正后的校正年龄(14CTDIC校)。华北平原深层地下水14C校正年龄变化比例达-27.5%~44.4%,TDIC校正对14C年龄影响明显,地下水样品进行14C定年时需要先进行TDIC校正。根据华北平原地下水14C校正年龄和Cl-含量分布,华北平原深层地下水受到明显的海水入侵的影响,衡水—河间—任丘一线西侧地下水14C校正年龄代表了其真实年龄,而衡水—献县—天津一线东侧地下水14C校正年龄不能代表其真实年龄,只是海水和地下水混合后的表观年龄。     

原位U-Th/He同位素定年技术研究进展及其低温矿床学应用前景

应用传统单颗粒方法对目标矿物进行定年具有较高要求(如U、Th等母体同位素均匀分布),需要耗时的酸溶过程,同时还需进行α粒子射出效应校正。原位U-Th/He同位素定年技术是近年发展起来的一种定年技术,其主要原理是采用激光加热目标矿物,并通过与激光系统连接的稀有气体质谱(Alphachron)和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)分别完成 ~4He和U、Th等母体同位素分析,将 ~4He和U、Th分析结果代入年龄公式计算即可获得目标矿物的U-Th/He年龄。本文阐述了原位U-Th/He同位素定年技术的主要原理、实验测试流程、适用矿物等,重点对原位U-Th/He同位素定年的技术难点和低温矿床学应用前景进行了分析。相对于传统单颗粒方法,原位测试方法解决了两个关键问题:1无需进行α粒子射出效应的校正,提高了定年结果的可靠性和准确度;2能完成母体同位素分布不均匀样品的测试,扩展了U-Th/He同位素定年的应用范围。尽管原位U-Th/He同位素定年技术在侧向加热效应、剥蚀坑体积测定以及标准矿物等方面尚存在一些亟待解决的问题,但已在硅酸盐、磷酸盐、钛铁氧化物等矿物的年代学研究方面展示了良好的应用前景。随着原位U-Th/He同位素定年技术的发展和进步,尤其是硫化物的U-Th/He同位素定年的发展,将为解决低温矿床的年代学问题提供一种新的思路。     

东胜铀矿砂岩中方解石富集及铀矿成因

东胜铀矿区方解石富集特征、无机碳氧同位素以及邻近气藏包裹体捕获压力、有机碳同位素和~3He/~4He的相关研究表明,东胜铀成矿与深层天然气存在密切关系。方解石的δ~(13)C值-19.6‰~-1.11‰,δ~(18)O值-17.13‰~-9.00‰,δ~(13)C值的变化范围较宽,可能是地表水和深层天然气影响程度不同所致。鄂尔多斯盆地北部气藏储层包裹体捕获压力从深部向浅部和从盆地西南向东北方向逐渐降低的变化趋势表明,天然气为铀的转化提供了充足的还原剂,为大型东胜铀矿形成提供了必要条件。天然气中~3He/~4He比值证明东胜直罗组铀矿砂岩中没有有意义的幔源流体贡献。这些证据表明东胜铀矿砂岩中的方解石是地表水和深部天然气共同作用的结果,这暗示了东胜大型铀矿床是由低温混合成矿作用形成的。     

稀有气体同位素地球化学在矿床学研究中的应用进展

稀有气体因其化学惰性以及在不同来源地质体中的同位素组成差异很大,在研究成矿流体来源、演化和壳-幔相互作用过程中具有非常重要的意义。另外,由于~4He、⁴⁰Ar是放射成因子体同位素,具有年代积累效应,因此,它们常被用于同位素测年。本文简要回顾了流体包裹体中稀有气体同位素的后生影响和样品、分析方法选择注意事项,以及近年来稀有气体同位素在成矿流体示踪,⁴⁰K-⁴⁰Ar、⁴⁰Ar-39Ar定年及(U-Th)/He定年方面的研究进展。已有研究证实流体包裹体中的稀有气体可能受后期扩散丢失、后生叠加和同位素分馏的影响,要根据目的选择不同的分析方法;稀有气体同位素可以示踪不同类型矿床的流体来源、演化及壳-幔相互作用、稀有气体同位素与卤素联合运用可以用来指示流体和盐度来源、演化过程以及矿物沉淀机制等,~3He/热的研究可以追溯流体的热源及其运移方式;流体包裹体⁴⁰Ar-³⁹Ar可以用于矿床直接定年,表生含钾矿物的⁴⁰K-⁴⁰Ar、⁴⁰Ar-³⁹Ar定年以及锆石、磷灰石和铁氧化物(U-Th)/He定年可为矿床及氧化带的形成时间、矿床形成后的抬升、剥露历史、古气候演化等重大地质问题讨论提供大量有意义的信息。     

锆石(U-Th)/He定年技术研究

锆石(U-Th)/He定年是同位素热年代学体系中重要的定年手段,是记录地质体完整热历史重要的实验方法之一,在火山岩定年、造山带演化、地貌演化、沉积盆地热演化及限定矿床热液活动时代等应用方面发挥着重要的作用。中国地质科学院地质研究所同位素热年代学实验室成功建立了锆石(U-Th)/He定年的实验方法,实验主要包括三个独立的过程:样品前处理、He含量分析和U、Th含量分析。氦同位素质谱仪对锆石样品的氦同位素比值分析精度约为0.1%左右;ICP-MS对锆石的U、Th同位素比值分析精度通常情况下优于1%。对国际上普遍使用的FCT锆石和斯里兰卡锆石标样进行(U-Th)/He年龄测定。测试结果显示27粒FCT锆石(U-Th)/He年龄分布在25.81~30.72Ma之间,加权平均年龄为28.18±0.51Ma(1σ)(参考值为28.3±2.6Ma);20粒斯里兰卡锆石碎片(U-Th)/He年龄分布在445.5~489.5Ma之间,排除异常值后加权平均值为479.0±8.0Ma(1σ)(参考值为470±11Ma)。所测两个标准物质的年龄均与参考值一致,表明本实验室的实验流程准确可靠。本实验方法的建立填补了我国锆石(U-Th)/He定年实验方法的空白,为我国热年代学的发展提供了新的技术支撑。     

基于灰色关联度分析献县灌溉取用地下水的方式

针对平原区灌溉方式以浅层水和深层地下水为主,以华北平原献县为例,利用灰色关联分析,得到年降雨量和浅层、深层地下水埋深的关联系数,最终确定献县区域开采地下水以深层地下水为主。     

河北平原地下水氘过量参数特征

氘过量参数是由Dansg aar d提出的一个新概念,它被定义为:d= δD-8δ18O。河北平原地下水氘过量参数有三个特征: ( 1)地下热水的氢和氧同位素组成显示出热交换的态势,d 值随地下水年龄增大而减少。( 2)在同一地区,d 值随着地下水埋深加大而增大。( 3)在同一含水层内,沿着地下水的路径,从补给区到承压区, d 值随着地下水年龄增大而增大。我们认为, d 值虽然是地下水年龄的函数,但最好和3 H、3H- 3He、14 C、36 Cl和4 He测年结果结合使用。      

地下水资源可更新性的环境同位素研究

论述了环境同位素在研究地下水可更新性中的应用现状,分析研究区氢氧稳定同位素、氚和14C放射性同位素、CFCS的分布特征及其指示意义,对比人类开采前后地下水的同位素特征.结果表明:盆地地下水的可更新性随不同深度、地域、含水层的不同而各异,人类活动加强了浅层与深层地下水之间的水力联系.     

中太平洋富钴结壳不同壳层He,Ar同位素组成

对中太平洋MH海山富钴结壳不同壳层样品的稀有气体同位素丰度与组成测定结果表明:富钴结壳中He同位素组成类似于深海沉积物,主要来源于宇宙尘,其3He含量由老到新呈现基本稳定的特征,但在8Ma时3He含量明显增加,是其他样品的4～5倍,与深海沉积物中3 He含量在8Ma达到最大值相吻合.在未磷酸盐化壳层中,D4、D5、D7...     

黑河流域地下水同位素年龄及可更新能力研究

通过对黑河流域地下水的放射性同位素如氚(T)和¹⁴C的测定, 对该流域浅层和深层地下水的年龄以及其更新速率进行了估算. 结果表明: 整体上看, 从黑河流域的上游、中游至下游, 浅层和深层地下水年龄逐渐增加, 地下水更新速率也逐渐增大. 其中, 黑河上游浅层和深层地下水平均更新速率分别为1.96%·a^-1和1.76%·a^-1, 可更新能力最强; 中游浅层和深层地下水平均更新速率为1.25%·a^-1和0.68%·a^-1, 可更新能力次之; 下游浅层和深层地下水平均更新速率分别为0.74%·a^-1和0.18%·a^-1, 可更新能力最差. 黑河流域不同地带地下水由于循环条件的不同, 浅层和深层地下水年龄存在较大的差异. 其中, 中游山前平原补给条件较好, 浅层和深层地下水年龄较小; 中、下游远离河道地区浅层和深层地下水补给条件差, 显示了更老的年龄. 黑河流域埋深40 m以上的浅层地下水平均更新速率(1.13%·a^-1)高于埋深40~100 m之间的中层地下水(0.65%·a^-1)以及埋深100 m以下深层地下水(0.55%·a^-1). 因此, 在黑河流域地下水开发过程中要合理开发浅层地下水, 适当缩减开发深层地下水.     

河北省邯郸、邢台东部四县地下水越流问题的同位素分析

深层地下水的属性、深浅层地下水的水力联系(越流)是水文地质工作者一直研究和争论的问题。在对邯郸、邢台东部四县深、浅层地下水的氢、氧同位素样品的采集与测试中,发现该区地下水中氚同位素含量较高(15～30 TU,最高达51.1 TU)。本文利用区域大气降水中氚同位素衰减规律与特征,结合研究区地下水的水位和水质动态特征、含水层及隔水层的岩性特征,对特定水文地质条件下浅层地下水向深层地下水越流的可能性进行了分析研究,认为:本区存在浅层地下水越流至深层地下水的可能,在深层地下水中出现的高氚含量是其重要的证据。     

河北平原第四系地下水氦同位素特征

通过对河北平原第四系地下水He同位素进行比较分析,根据过剩He(4Heexc)、3He/4He比值、δ3He值分析认为,河北平原第四系地下水He同位素有5个特征:(1)地下水中过剩He浓度沿着地下水的流向而增高;(2)地下水中的过剩He浓度随着地下水埋深加大而增高;(3)满城—沧州剖面上过剩He浓度大于石家庄—衡水剖面上的过剩He浓度;(4)河北平原第四系地下水主要是由大气降水补给的;(5)衡水热水过剩He浓度很高(>674 83×10-8cm3STPg-1),这表明以放射成因He为主,地幔成因的He极少。另外地下水的3He/4He比值、R/Ra、δ3He值是判断氦源的一个灵敏的指示剂。