同位素技术解析安阳河与地下水相互作用

河流与地下水相互作用研究是水文学研究的难点和热点。安阳河与地下水相互作用研究,对于安阳市水资源科学开发与管理具有重要意义。安阳河冲洪积扇地表水与地下水转化率为17%～27%。潜水位标高为80 m,向下游逐渐变成多层含水层（水位40 m）。当地降水环境同位素监测数据表明,当地大气降水线与全球大气降水线接近平行,表明该线代表本地区大气降水的氢氧同位素特征。地表水同位素值较集中,2016年8月δ18O值变化范围为-9‰~-8.7‰,δD值变化范围为-65‰~-63‰,2017年1月δ18O值变化范围为-8.5‰~-8.2‰,δD值变化范围为-63‰~-61‰,河水水化学类型为HCO3·SO4—Ca型,表明流域内地表水的同位素值受距离的影响较小。地下水稳定同位素值变化较大,2016年8月δ18O值范围为-10.4‰~-5.5‰,δD值范围为-75‰~-46‰,2017年1月δ18O值范围为-10.2‰~-5.4‰,δD值范围为-75‰~-45‰,即从接近降水值到最大值形成一条“蒸发”线。河流出山口一带地下水同位素值呈现最大蒸发值,表明地表水补给地下水,地下水化学类型为HCO3·SO4·Cl—Ca,存在明显人为污染成分。下游为大气降水补给浅层地下水,中深层地下水主要来源于中游侧向径流,水化学类型主要为HCO3—Ca·Mg型,综合分析表明,安阳河中下游（冲洪积扇）地带“三水”转换积极,并影响其水质、水量。     

黔中茶店桥地下河流域不同水体硫酸盐浓度特征及来源识别

茶店桥地下河位于西南岩溶区,流域内"三水"转换迅速,地下水是当地的重要饮用水源。本文对流域内雨水、地表水、地下水中的SO_4~(2-)浓度进行了测试,利用氘(δD_(H_2O))、氧(δ~(18) O_(H_2O))同位素示踪地表水、地下水补给来源,用硫酸盐硫(δ~(34)S_(SO4))、氧(δ~(18) O_(SO4))同位素探讨了地表水、地下水中SO_4~(2-)的来源,并计算了地下河出口河水中不同SO_4~(2-)来源的贡献比例。结果表明:1不同水体中SO_4~(2-)浓度大小顺序为地表水地下水雨水,与邻近区域相比,茶店桥地下河流域雨水、地表水、地下水呈现富集SO_4~(2-)的特征。2地表水、地下水的主要补给来源为大气降水,硫酸不仅和HCO_3~-共同参与了流域内碳酸盐岩的溶解,也参与了雨水中含钙镁颗粒物的溶解。3地表水δ~(34)S_(SO4)、δ~(18) O_(SO4)值分别介于-12.98‰~-10.19‰和-0.54‰~+9.13‰之间,地下水δ~(34)S_(SO4)、δ~(18) O_(SO4)值分别介于-14.32‰~+16.58‰和+2.81‰~+14.35‰之间,SW02的SO_4~(2-)主要来源于大气降水,SW01、SW03、GW02、GW03、GW06主要来源于煤层,GW05主要来源于石膏,GW01、GW04为混合输入源。4地下河出口河水中大气降水带来的SO_4~(2-)贡献比例为13%,煤层硫化物氧化的贡献比例为40%,石膏溶解的贡献比例为47%。     

下庄铀矿田成矿热液的水源研究

在分析下庄铀矿田成矿地质背景的基础上，根据包体水氢、氧同位素组成和水－岩相互作用原理对该矿田成矿热液的水源进行了详细探讨。其结果表明，下庄铀成矿热液的氢、氧同位素组成δ１８Ｏ＝＋６．９０‰～－９．８０‰（ＳＭＯＷ）、δＤ＝－３０‰～－８５‰（ＳＭＯＷ）位于已发生氧漂移的大气降水同位素组成范围。水－岩同位素交换后，岩石的δ１８Ｏ值明显降低，显示出与岩石相互作用的古地下水具有相当低的δ１８Ｏ值。不同水－岩比值条件下同位素交换结果证明下庄成矿古水热系统具有比较充足的水源，大气降水与岩石交换后热液的δ１８Ｏ计算（－８．２６‰～＋１．５３‰）与成矿期热液的δ１８Ｏ值（－６．５４‰～＋１．４３‰）相吻合。证据表明下庄铀矿田成矿热液的水源主要来自大气降水。     

锡林河流域地表水和浅层地下水的稳定同位素研究

2006年4—9月,在从锡林河源头沿河流进行地表水和地下水同位素样品采集和分析的基础上,利用全球降水同位素监测网(GNIP)包头站的大气降水稳定同位素资料,结合锡林河流域的气象和水文资料,对锡林河流域大气降水、地表水和地下水稳定同位素进行了研究.结果表明:地下水中δ18O和δD值分别集中在-11.7‰～-14.9‰和-80‰～-89.5‰范围内,δ18O沿地下水流向有增加的趋势,大部分地下水中δ18O的季节波动性不大;河流干流δ18O和δD的年算术平均值从源区的-12.8‰和-94.5‰到入锡林河水库处的-10.0‰和-79.3‰,差值分别约为3‰和15‰.河水中的δ18O值沿流程增加而增大的现象可归结为受含有较高δ18O值的地下水补给作用和河水的蒸发作用的共同影响,其中对δ18O蒸发富集的研究显示,蒸发引起δ18O富集值为1‰.通过地下水线(GWL)和地表水线(SWL)及区域大气降水线(LMWL)的对比分析发现,在径流季节,降水对地表水的贡献小,地下水是地表水主要的补给源,地表径流基本是地下水的排泄.     

黑龙江争光金矿地质地球化学研究

通过氢、氧、铅同位素和流体包裹体测试,结合争光金矿床的地质、微量元素、稀土元素地球化学特征研究,表明争光金矿为岩浆低温热液矿床.成矿物质主要来源于地层,矿化类型为蚀变岩型和石英脉型.成矿流体为岩浆水、变质水和大气降水的混合液.δD值为-63‰～-85‰,δ18O水值为-0.2‰～-7.0‰,主成矿阶段温度为133～276℃.     

蒲阳河流域地下水水化学及同位素特征

保定西部山前地区位于太行山及华北平原交界带,为缓解极端气候灾害对生产生活的影响,维持地下水资源的可持续开发利用,开展相关的地下水水化学及同位素特征研究。研究区地下水化学类型以HCO3—Ca·Mg、HCO3·SO4—Ca·Mg及SO4·HCO3—Ca·Mg为主,区内地下水主要来源于大气降水,流域内地表水补给地下水;地下水中化学成分为Ca2＋、Mg2＋、HCO-3、SO2-4,主要来源于岩石风化作用,同时受到人类活动的影响,地下水中硝酸盐含量明显升高;由于受到褶皱构造的控制,流域的上游及平原区均出现年龄大于60年的地下水,多数岩溶水年龄较复杂,从现代水到大于60年的水均有分布。研究成果为流域内水资源的合理开发利用提供建议,区内岩溶地下水的开发将在一定程度上缓解极端天气的影响。     

相山铀矿田成矿热液的水源探讨

氢氧稳定同位素与水-岩相互作用的研究表明,华东相山铀铲田成矿热水溶液的水源属大气降水成因。其δ_(18)O、δD值分别为-6.5—+1.83‰和-60.78—--80.74‰(SMOW),是成矿期大气降水与岩石相互作用的结果,成矿期该区降水氢氧同位素组成的恢复对此提供了佐证。     

格尔木河流域平原区地下水同位素及水化学特征

通过对格尔木河流域天然水中H、O同位素的系统分析,根据地球水化学组分循环演化规律所对应流域不同类型水体的同位素组成的研究,结果表明流域地下水化学组分随流程增加溶滤作用增强,地下水中HCO3-逐渐减少,Cl-则增加。运用δD、δ18O和3H值建立了流域大气降水线方程,确定了山区河水非当年降水补给,河水以地下水补给为主、其次是冰雪融水和大气降水补给。山区降水δD、δ18O均值低于平原区,表明平原区降水受蒸发作用影响水中富重同位素。平原区地下水中的δD、δ18O值与河水基本一致,说明平原区地下水主要受河水出山后入渗补给。承压自流水δD和δ18O值与潜水基本一致,根据地下水的3H值确定早于潜水年龄,且随埋深增加δD、δ18O值减少的趋势,其年龄亦由新变老。     

赣南西华山钨矿床的流体混合作用:基于H、O同位素模拟分析

赣南西华山钨矿床是我国典型的大型石英脉型黑钨矿矿床.H、O同位素的研究表明,该矿床δD值-43‰～-66‰,石英δ18O值2.3‰～13.2‰,对应的成矿流体δ18O值-8.7‰～7.6‰,表明成矿流体为岩浆水与大气降水的混合流体.不同机制下矿物O同位素模拟计算表明,冷却、沸腾和混合作用所形成矿物的O同位素组成明显不同...     

基于典型钻孔的江汉平原地下水成因分析

江汉平原地下水需求量日益增加、水质持续恶化,深入探究地下水的成因,对于地下水的合理利用与评价具有重要意义.选取江汉平原腹地YLW01钻孔和汉江附近HJ007钻孔为研究对象,钻探采集原状土柱,提取孔隙水,分析其水化学和氘氧同位素特征.研究表明:YLW01孔中深层砂性土孔隙水为咸水,TDS为1 131~4 013 mg/L,粘性土孔隙水为淡水;HJ007孔孔隙水均为淡水.YLW01孔中深层砂性土孔隙水的高SO₄2-含量（459~2 124 mg/L）,由石膏溶解形成;HJ007孔中深层孔隙水的高NO₃-含量（22~315 mg/L）,由土壤中硝化作用形成.孔隙水化学成分主要受矿物溶解和阳离子交替吸附作用影响,在长江和汉江带作用程度不同.氘氧同位素特征表明孔隙水来源于大气降水,且汉江带浅层地下水受到明显的地表水混合.江汉平原两个钻孔水化学与同位素的差异受长江和汉江影响带河湖相沉积环境、沉积物粒度及矿物组成所控制.      

运城盆地地下水同位素年龄特征及其演化过程和可持续利用

通过分析运城盆地地下水的碳同位素组成,结合水化学特征,揭示了盆地深层承压地下水的补给期为22～3 ka BP （现代碳百分比(a¹⁴C) 6~38 pmC）。浅层地下水（71~89 pmC）由现代水或现代水和老水混合组成。深层地下水氢氧同位素组成特征（δ¹⁸O~-10‰; δ²H~-70‰）表明地下老水在气候较冷的环境下受到补给,而浅层地下水的氢氧同位素组成（δ¹⁸O~-8‰; δ²H～-51‰）特征与现代西安降水组成相似。浅层地下水NO^-₃平均含量（31mg/L）比深层地下水（1.8 mg/L）高,硝酸盐的δ¹⁵N－δ¹⁸O_NO3 组成 (0‰～5‰）揭示了硝酸盐的主要来源为综合肥料。此外,浅层地下水的TDS由于蒸散发、矿物溶解,可达8.5 g/L（平均2.0 g/L）,深层地下老水TDS可达1.8 g/L（平均1.1g/L）水质相对较好。研究区目前主要开采深层地下水,受断裂带影响,浅层地下水已经侵入中深层地下水并与之发生混合,严重影响了中深层地下水的水质。如果发生大规模的浅层地下水与中深层地下水混合,会造成中深层地下老水的NO^-₃、TDS等含量越来越高。     

高放废物深地质处置库预选场址的古温度环境

填隙矿物的流体包裹体研究与矿物的同位素地球化学研究可较好地揭示高放废物深地质处置库预选场址的深部热环境及古地下水热历史。中国高放废物深地质处置库第一个预选场深部花岗岩内填隙矿物的同位素、矿物学以及流体包裹体研究结果显示,甘肃北山地区花岗岩深部至少存在两种环境：浅部花岗岩(0～150m)填隙方解石的δ^18O=-18．2‰～-15．8‰(PDB),δ^13C=-9．5‰～-8．4‰(PDB),包裹体的均一温度(th)为140～160℃,包裹体的冰点温度为-2．5～-1．5℃,地下水可能以大气降水成因为主,且可能混合了盆地卤水并与花岗岩反应,形成温度、盐度(2％～5％,NaCleq)均较低的地下水;在350～550m区段内(深部花岗岩),其δ^18O值为-32．6‰～-17．6‰(PDB),δ^13C值为-10．5‰～-6．2‰(PDB),流体包裹体的均一温度较其上部的稍高,为160～190℃,而其冰点温度则较低,为-4～-3．2℃(盐度5％～8％,NaCleq),地下水类型为大气降水与盆地古卤水的混合,以大气降水为主。石英的氧同位素组成和计算的古地下水氧同位素组成则进一步表明,花岗岩深部(350～550m)也存在两种温度环境：较低温度(140～160℃)、较高盐度(5．5％～8％,NaCleq)的地下水;较高温度(220～240℃)、较低盐度(3％～5．5％,NaCleq)的地下水,其地下水类型为大气降水和与花岗岩平衡的卤水。     

吉林省松原地区地震监测台站水化学特征

根据水化学组分及氢、氧同位素组成,讨论了吉林省松原及其周边地区地下水水化学类型及成因。2014—2015年在松原及其附近的8个水井点采集了4次水样,用离子色谱分析了水的主要离子浓度,用液态水同位素分析仪分析了样品的氢、氧同位素组成。测量结果表明样品的矿化度为125.4~19 350.9 mg/L;δD和δ18O值分别为-71.7‰~-98.1‰和-9.0‰~-12.5‰。地下水的δD,δ18O组成表明该区地下水主要来源于大气降水。4次采样期间,陶赖昭潜水井水化学组成受人为环境影响,变化较大;其余水样采自承压井,水化学组成变化较小。其中东大什等5口井的地下水为低矿化度的HCO3-Na型,该水化学类型的形成受硅酸盐矿物的溶解及石油开采添加活性剂的共同影响,采样期间Na+和SO2-4出现了较为明显的波动,δ18O也出现了一定程度的漂移;扶余井受油田开采注酸影响,为Cl-Na型淡水;前郭井为Cl-Na型咸水,4次采样期间,其氢、氧同位素存在明显的波动,且矿化度存在明显的递增趋势,可能与采样前后发生的中、小地震有关。研究成果为今后震情跟踪和地震水化学异常的落实提供了科学依据。     

招远金矿区水体中硫同位素特征及其对污染来源的指示

稳定同位素因其指纹效应已成为分析矿区污染来源的重要技术手段。文章以招远金矿区为例,应用硫同位素联合水化学分析、聚类分析及氢氧同位素分析招远金矿区水污染特征和成因。通过分析可知,矿区内地表水和地下水主要接受大气降水补给,水力联系密切。水化学类型以SO₄—Ca和SO₄—Na型为主,阴离子以SO₄2-为主,地表水和地下水的NO₃-和Cl-在空间上变异性较大。地表水硫酸盐含量普遍偏高,硫酸盐污染较为严重,高值区出现在玲珑金矿、金翅岭金矿和张星镇附近;而地下水高值区都出现在玲珑金矿附近,且SO₄2-浓度沿着径流方向逐渐降低。地表水中硫酸盐δ34S值介于1.8‰~9.8‰,地下水中硫酸盐δ34S值介于2.7‰~9.6‰,地表水和地下水硫酸盐含量受玲珑金矿硫化、玲珑花岗岩和胶东岩群影响明显。在地下水径流途中,有地表水入渗污染地下水的现象。另外,工业废水的排放也是硫酸盐含量升高的主要原因。研究表明:硫同位素在金矿区硫酸盐污染的来源和特征方面有很好的指示作用,是评价矿山开采对地下水污染的有效工具。     

贵州东南部地热水地球化学特征及成因

为探讨贵州东南部地热水的地球化学特征、控制因素及补给来源和补给年龄,采集了7组地热水样进行离子特征、~(87)Sr/~(86)Sr、~3H和~(14)C,δD与δ~(18)O稳定同位素分析。结果表明,贵州东南部地热水温度为23.5～50℃,溶解性总固体(TDS)为192.38～1 103.21 mg/L,~(87)Sr/~(86)Sr值为0.717 9～0.731 6,δD和δ~(18)O分别为-69.8‰～-54.3‰与-10.49‰～-8.19‰。区内水化学类型均为HCO_3-Na型,并含有一定量的F、H_2SiO_3。~(87)Sr/~(86)Sr值表明硅酸盐矿物的溶解是控制区内水化学组分的主要因素,富含CO_2的大气降水与钠长石的溶解为Na~+和HCO~-_3的主要来源,F主要来源于萤石的溶解,石英的溶解为H_2SiO_3的主要来源。H、O同位素组成指示地热水的补给来源为大气降水,H2、H3有明显的氧漂移,主要是水-岩作用程度较低与高程效应的影响。~3H和~(14)C测年结果表明,区内地热水为1952年前入渗补给的"古水",校正的~(14)C年龄为10 975～33 263 a,表明地热水经过长时间、远距离的径流。     

四川屏山灯盏窝温泉地球化学特征及成因

对屏山灯盏窝地热水和地下水的化学和同位素分析表明:灯盏窝地热井揭露的两个热储层,三叠系雷口坡组热储埋深623~1 111m,水温39.4℃,TDS含量为15 800mg/l,水化学类型为Cl·SO4-Na型;二叠系栖霞茅口组热储埋深2 040~2 618m,水温78.3℃,TDS含量为450mg/l,水化学类型HCO_3~--Cl·Ca-Na型。雷口坡地热水的δD为-47.5‰,δ~(18)O为-7.7‰,是大气降水与沉积水混合形成;栖霞茅口组热水δD为-64.8‰,δ~(18)O为-10.9‰,来源于大气降水。热水与地下冷水水化学、同位素组成有较大差异,说明经历了比冷水更长的循环深度和不同的成因,深部热水的补给与附近泉水、地表水和金沙江水关系不大,灯盏窝热水发育受五角堡-楼东背斜核、糖房湾穹隆构造控制,该区地热水具有较高的开采利用潜力。     

贵阳市地表水地下水化学组成:喀斯特水文系统水-岩反应及污染特征

为了解喀斯特地区水-岩相互作用特征和辨别地下水污染物的来源,为揭示人类活动对喀斯特地下水文地球化学环境的影响,研究了贵州省贵阳市不同岩性含水层地下水和地表水的化学特征.结果发现,地表和地下水主要有HCO₃型和SO₄型以及这两种化学类型的混合型.地下水地表水化学溶解物质主要来源于碳酸盐岩和碎屑沉积岩的化学风化作用,硫酸盐矿物的溶解和硫化物氧化形成的硫酸对岩石矿物的化学风化是导致水体富集硫酸盐的主要因素.区内地表水和地下水的主要污染物质为K+、Na+、Cl-、SO₄2-和NO₃-.这一研究成果为评价地表/地下水环境的质量现状,为喀斯特地区地表水地下水资源的保护和利用提供了科学依据.     

青藏高原西北部班公湖流域夏季主要水体H-O同位素组成及其影响因素

作为高寒内陆区的青藏高原西北部班公湖流域水文数据资料较为匮乏,导致对区域水循环过程和气候环境的认识不够深入,氢氧稳定同位素示踪技术可为解决该问题提供理想途径。本文系统分析班公湖流域夏季含湖水、河水、冰川融水和地下水4种不同类型的水体中氢氧同位素的组成,阐释水体氢氧同位素、氘盈余参数沿程变化的特征及其与水体矿化度、高程、经纬度和全球大气降雨线之间的关系,并进一步剖析同位素组成变化的控制因素。结果显示,水体中δ²H和δ¹⁸O的波动范围分别为-112.37‰～-24.90‰和-14.84‰～2.01‰,平均值及标准差分别为-76.73‰±26.49‰和-8.43‰±5.24‰。湖水δ²H和δ¹⁸O相对其他水体富集,测定结果更偏正值,冰川融水δ²H和δ¹⁸O相对其他水体更为贫化。流域水体氢氧同位素的大陆效应总体不明显,部分水体有一定高程效应体现。水体氢氧同位素演化趋势表明,冰川融水与全球大气水线接近,易受大气降雨影响。同时其他水体线的较小截距和斜率值,表明大气降雨...     

高放射性废物深地质处置库预选场址深部花岗岩的同位素地球化学

评价高放射性废物深地质处置库安全性能的一个重要方面是研究处置库的远场地球化学环境 ;矿物和岩石同位素地球化学研究可以较客观地重现矿物、岩石形成时的古环境及其演化历史。对中国第一个高放射性废物处置库预选场深部花岗岩不同深度裂隙充填矿物 (方解石、石英 )的 C、O同位素 ,Rb- Sr同位素及铀系核素的研究表明预选场深部花岗岩可分为四种不同的地球化学环境 :1浅部 (0～ 15 0 m ) ,其填隙矿物的δ1 8O(SMOW) =12 .1‰～ 13.0‰ ,δ1 3C(PDB) =- 9.5‰～ - 10 .1‰ ,δ87Sr=- 3.2 4‰～ - 1.0 9‰ ,填隙矿物形成于低温流体环境 ,为大气降水补给。 2中—上部 (15 0～ 35 0 m) ,δ1 8O(SMOW) =13.3‰～ 18.0‰ ,δ87Sr≈ 0 ,δ1 3C(PDB) =- 11.2‰～- 10 .5‰ ,填隙矿物形成时其流体来源较复杂 ,为大气降水和盆地卤水的混合流体 ,且处于弱还原环境 ;铀系核素活度数据也显示此区段地下水环境相对稳定 ,未受到现代大气降水或地下水的影响。 3中—下部花岗岩 (35 0～5 5 0 m) ,填隙矿物形成时的环境由两种不同性质的地下水控制 ,但深部地球化学环境相对稳定。 4深部 (>5 5 0 m) ,岩性相对稳定 ,地下水—花岗岩的反应处于稳定的长期平衡状态。这种地球化学环境对于高放射性废物的永久处置是有利的。     

江苏观山高硫型铜铅金矿床稳定同位素地球化学和成因意义

江苏观山铜铅金矿是典型的高硫型浅成低温热液矿床。本文通过对观山铜铅金矿床氢、氧、碳、硫同位素组成的研究,探讨成矿溶液中水、碳、硫的来源以及成矿溶液的演化。同位素测定显示石英流体包裹体水的δD=-90‰～-70‰,δ18O水=-8.9‰～-1.1‰;热液方解石流体包裹体水的δD=-90‰～-81‰,δ18O水=0.1‰～2.3‰。氢氧同位素组成说明成矿流体主要为与围岩进行过水岩反应的循环大气降水,不排除有少量岩浆水的加入。黄铁矿与黄铜矿矿石的δ34SV-CDT=5.8‰～9.9‰,平均值为7.6‰,表明该矿成矿过程中的S很可能是沉积岩来源的硫与岩浆岩来源硫的混合。矿床中可见较多的重晶石等硫酸盐矿物,这种高价态硫的矿物的存在显示其成矿溶液具有富集34S的特征,加上成矿过程中流体的沸腾导致H2S等气体大量逸出和残余岩浆流体富集34S,使得沉淀的黄铁矿、黄铜矿等硫化物同样具有富集34S的特征;热液方解石碳同位素δ13C方解石=-4.1‰～6.1‰,平均为δ13C方解石=1.3‰,显示其中的C主要来源于流体对流循环过程中对基底岩石中碳酸盐地层的溶解。