南极洲万达盐湖水中方解石饱和指数的垂直变化及其控制因素

南极洲万达盐湖为饱和方解石湖水。计算出的方解石饱和指数随水深增加而变化。在Ca²⁺及HCO₃^-活度值均一的上部氧化环境湖水中,pH及溶解氧(DO)是控制该变化的主要因素,在下部还原环境湖水中,Ca²⁺及HCO₃^-的活度对方解石的饱和指数SI的变化起主要作用。这充分揭示了湖底部近代沉积物中分布较多方解石矿物的原因。     

热水某些化学组分测试条件初探

本文就热水中某些化学组分做了采样后立即测定与放置不同时间测定的对比,结果表明,在常温条件下对Ca~(2+)、Mg~(2+)、HCO_3~-的测定结果基本反映了井口水样的真实含量。文中还针对影响热水pH值测定的因素提出了改进办法。     

淮北临涣矿采煤沉陷区不同水体水化学特征及其影响因素

为研究淮北临涣矿采煤沉陷区不同水体的补给水源及溶质来源,在现场调查的基础上,系统采集丰水期、平水期、枯水期沉陷区积水、地表河水和浅层地下水样进行测试分析,采用Piper三线图、Gibbs图和因子分析方法,对不同水体水化学特征及其影响因素进行讨论.结果表明:地表水水体总溶解性固体(TDS)质量浓度表现为枯水期丰水期平水期,浅层地下水表现为枯水期平水期丰水期,地表水TDS质量浓度明显高于浅层地下水.地表水中主要阴阳离子为Na~+、Cl~-和SO_4~(2-),水化学类型主要为SO_4~(2-)-Cl~--Na~+型;浅层地下水离子以HCO_3~-、Ca~(2+)和Mg~(2+)为主,表现为HCO_3~--Ca~(2+)-Mg~(2+)型.结合Gibbs图和因子分析可知,地表水受蒸发作用、地表径流以及采煤活动等因素影响,浅层地下水在一定程度上体现出大气降水和地表水补给的特点,受岩石风化作用影响较为明显.     

巴丹吉林沙漠湖泊水离子空间复杂性分析

为探讨巴丹吉林沙漠湖泊水离子的空间复杂性,本文采用滑动样本熵方法,将沙漠东南部115个湖泊的313组采样点分为两组(2009年9月和2010年9月为一组,2011年4月、2012年4月、2013年4月和2016年4月为一组),并计算采样点水化学离子的样本熵,分析其空间变化规律.结果表明,4月各个离子和TDS的空间复杂度大于9月;4月和9月TDS熵值和Na~+、Cl~-、K~+熵值相关系数较高,TDS和Na~+、Cl~-、K~+在空间上的复杂度变化趋势较为一致,且Na~+、Cl~-、K~+、CO_3~(2-)、HCO_3~-都是在西北部和东南角空间复杂度高,其他区域复杂度相对较低;Mg~(2+)比同期其他离子空间复杂度低,其在采样Ⅰ区中间部分的复杂度较高;Mg~(2+)和Ca~(2+)在9月和4月空间复杂度相差较大,9月Ca~(2+)在采样Ⅰ区西北部有一个复杂度较高的突变区域;除9月东南角出现较高熵值之外,SO_4~(2-)空间复杂度分布趋势在4月和9月基本相同;对于离子熵值的季节性变化,气候条件是主导因素;在同月气候条件相似的情况下,影响可溶性离子熵值空间变化的主要因素是水源补给;4月和9月的可溶性离子熵值在研究区中间部分较低,说明该区水源补给量较大.     

离子色谱法测定温泉水中多种阴阳离子

在用离子色谱法测定温泉水样中F~-、Cl~-、Br~-、NO_2~-、NO_3~-、SO_4~(2-)、PO_4~(2-)等阴离子和Li~+、Na~+、K~+、Mg~(2+)、Ca~(2+)等阳离子过程中,研究了用油泵超声波池内脱气法处理H_2CO_3过饱和水样以排除HCO_3~-对阴离子检测干扰的方法.研究采用青岛普仁仪器有限公司生产的PIC-8型离子色谱仪,分离柱为TSK-GEL SuperIC-CationColumn(150 mm×4.5 mm)离子分离柱,以1.9 mmol/L碳酸钠-1.8mmol/L碳酸氢钠作为阴离子淋洗液,流量为1.5 Ml/min;以2 mmol/L HNO_3为阳离子淋洗液,流量为1.0 ml/min,测定了腾冲火山区叠水河、大滚锅两个温泉水中的阴阳离子的含量.研究结果表明:该方法简便、快速、准确可靠,可在火山和地震监测中推广使用.     

滇西大理地区部分温泉溶解CO2及碳同位素组成特征研究

温泉溶解CO_2的来源成因研究,有利于判断与甄别研究区温泉溶解CO_2异常信息。对2016年10月至2017年7月大理地区3个温泉的水化学常量离子和δ~(13)C_(HCO_3~-)进行了10次重复取样观测,对3个温泉的水文地球化学及CO_2来源进行分析。结果表明:3个温泉均属于HCO_3·SO_4-Na型水,地下水补给都来自于大气降水,CO_2主要来自于深部的地幔成因和变质成因的CO_2;2017年漾濞M_S5.1地震发生前,3个温泉的δ~(13)C_(HCO_3~-)值与HCO_3~-正相关关系发生改变,表明温泉δ~(13)C_(HCO_3~-)值与地震有一定的相关性。     

土地利用结构与景观格局对鄱阳湖流域赣江水质的影响

于2015年1月和7月采集赣江干流及支流34个采样点水样,测定电导率、水化学离子、无机氮等水质指标.利用赣江流域2014年30 m分辨率的土地利用数据,以流域景观类型占比表征土地利用结构,景观指数表征景观格局;采用Pearson相关分析、Bioenv分析、Mantle检验与方差分解等方法分析流域土地利用结构与景观格局对赣江水质的影响.结果表明:上游Cl~-、Na~+浓度最高,中游电导率、Cl~-、Na~+、K~+、Ca~(2+)等水质指标最低,下游电导率、HCO_3~-、SO_4~(2-)、Mg~(2+)、Ca~(2+)、NO_3~--N等水质指标最高.居民建设用地是对水质影响最显著的单一土地利用类型.林地、水田与居民建设用地是对水质影响最显著的土地利用类型组合.平均最近邻体指数是对水质影响最显著的单一景观指数,斑块个数、斑块聚集度指数、平均最近邻体指数是对水质影响最显著的景观指数组合.枯水期土地利用结构和景观格局对水质的贡献率分别为41.1%和17.2%,景观格局对水质的贡献率(17.2%)均为和土地利用结构的交互作用,无独立贡献部分;丰水期二者对水质贡献率分别为51%、53%,交互作用部分为37%.以上结果表明,土地利用结构与景观格局都对赣江水质有较大影响,二者的交互作用在该影响中占有重要地位,且枯水期景观格局对水质的影响涵盖在与土地利用结构的交互作用中.     

艾比湖水化学演化的初步研究

本文通过野外地质调查和大量样品的分析测试结果,从以下三个方面对艾比湖湖水的水化学特征进行论述:(1)湖水的矿化度和pH;(2)湖水的化学组成;(3)湖水化学组分的侧向分布。初步揭示了湖水水化学变化和主要化学元素迁移和富集的规律。艾比湖沉积物中碳酸盐矿物组成及其地球化学性质反映湖水化学组成的变动。这种变动明显受气候环境变化的影响。因此,CK4孔和湖底沉积物中的碳酸盐沉积,提供了许多信息作为湖水化学演化和古气候波动的标志,根据其碳酸盐含量、方解石含量、方解石格架中MgCO_3mol.％、Sr含量和Sr×1000/Ca比值,最后结合碳酸盐的沉积特征、地球化学演化和古沙嘴的演变,进一步阐明了湖水化学演化的趋势。     

环境因子对三峡库区铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)群体形成影响及其形态特征

为揭示微囊藻群体形成机理,为有效防治水华暴发提供依据,以三峡库区铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)为研究对象,研究N、P浓度,Ca~(2+)浓度,光强,温度对铜绿微囊藻生长、胞外多糖(EPS)合成和群体微囊藻形成的影响,并对比分析了单细胞和群体微囊藻的形态特征.研究发现当N≤100 mg/L、P≤5 mg/L时,铜绿微囊藻生物量和EPS合成量随着N、P浓度增加而增加;适宜浓度的Ca~(2+)(65 mg/L)有利于藻生长,EPS产量随着Ca~(2+)浓度增加而降低,过高浓度的Ca~(2+)在刺激微囊藻细胞分泌EPS的同时可能会促进其溶解,Ca~(2+)和EPS均对微囊藻群体形成起桥架粘结作用;光照和温度对EPS合成有一定促进作用,且其促进效果均高于N、P和Ca~(2+)作用,20℃是同时满足微囊藻生长及EPS合成的最有利条件.群体细胞比单细胞周围的胶质鞘更加明显和清晰,多糖胶鞘表面有许多Ca~(2+)晶体,从微观角度可以确定Ca~(2+)在EPS合成及群体形成中起着重要作用.     

喀斯特地区梯级水库建造对水化学分布的影响

为深入了解河流梯级筑坝对喀斯特地区河流水化学分布的影响,于2017年1、4、7和10月别对乌江干流洪家渡水库(多年调节)、乌江渡水库(季调节)和索风营水库(日调节) 3个具有不同滞留时间的水库进行水样采集,分析入库水、坝前剖面水和下泄水的水化学特征,探讨河流梯级筑坝对水化学分布及风化速率估算的影响.研究结果表明:3个水库深层水比表层水HCO3-浓度分别高12.9%、5.5%和8.0%,Ca~(2+)浓度分别高15.9%、2.4%和8.5%.河流梯级筑坝一定程度上改变了水体水化学组成,从而影响碳酸盐岩风化速率估算.整体上,洪家渡水库、索风营水库和乌江渡水库的全年风化速率变化范围分别为:-1.7%～15.4%、-5.6%～1.1%和-0.3%～3.4%.河流筑坝作用对风化速率估算及主量离子浓度的影响:HCO_3~-与Ca~(2+)浓度分布均为:洪家水库乌江渡水库索风营水库,这与水体滞留时间长短规律一致,表明水体滞留时间影响着水化学的组成分布.同时水体离子浓度表现出明显的季节性差异,丰水期各水库变化率明显大于枯水期.上述结论表明喀斯特地区河流连续筑坝后水化学组成及分布特征发生了一定程度改变,影响流域化学风化速率的估算,且影响程度随水体滞留时间延长而增大,并受气温影响.因此,今后在估算流域风化速率及探究水化学空间变化时应对筑坝作用加以考虑,以便更加准确地评估喀斯特流域岩石风化在全球碳循环中的作用.     

Mechanism for calcite dissolution and its contribution to development of reservoir porosity and permeability in the Kela 2 gas field,Tarim Basin,China

This study is undertaken to understand how calcite precipitation and dissolution contributes to depth-related changes in porosity and permeability of gas-bearing sandstone reservoirs in the Kela 2 gas field of the Tarim Basin, Northwestern China. Sandstone samples and pore water samples are col-lected from well KL201 in the Tarim Basin. Vertical profiles of porosity, permeability, pore water chem-istry, and the relative volume abundance of calcite/dolomite are constructed from 3600 to 4000 m below the ground surface within major oil and gas reservoir rocks. Porosity and permeability values are in-versely correlated with the calcite abundance, indicating that calcite dissolution and precipitation may be controlling porosity and permeability of the reservoir rocks. Pore water chemistry exhibits a sys-tematic variation from the Na2SO4 type at the shallow depth (3600-3630 m), to the NaHCO3 type at the intermediate depth (3630―3695 m),and to the CaCl2 type at the greater depth (3728―3938 m). The geochemical factors that control the calcite solubility include pH, temperature, pressure, Ca2 concen-tration, the total inorganic carbon concentration (ΣCO2), and the type of pore water. Thermodynamic phase equilibrium and mass conservation laws are applied to calculate the calcite saturation state as a function of a few key parameters. The model calculation illustrates that the calcite solubility is strongly dependent on the chemical composition of pore water, mainly the concentration difference between the total dissolved inorganic carbon and dissolved calcium concentration (i.e., [ΣCO2] -[Ca2 ]). In the Na2SO4 water at the shallow depth, this index is close to 0, pore water is near the calcite solubility. Calcite does not dissolve or precipitate in significant quantities. In the NaHCO3 water at the intermedi-ate depth, this index is greater than 0, and pore water is supersaturated with respect to calcite. Massive calcite precipitation was observed at this depth interval and this intensive cementation is responsible for decreased porosity and permeability. In the CaCl2 water at the greater depth, pore water is un-der-saturated with respect to calcite, resulting in dissolution of calcite cements, as consistent with microscopic dissolution features of the samples from this depth interval. Calcite dissolution results in formation of high secondary porosity and permeability, and is responsible for the superior quality of the reservoir rocks at this depth interval. These results illustrate the importance of pore water chemis-try in controlling carbonate precipitation/dissolution, which in turn controls porosity and permeability of oil and gas reservoir rocks in major sedimentary basins.     

洞庭湖水面面积与城陵矶水位之间的绳套关系

洞庭湖是我国第二大淡水湖,与长江连通,在防洪抗旱和湿地生态保护等方面具有重要的现实意义.采用Terra/MODIS L1B遥感数据,提取了2000-2012年洞庭湖水面面积,结合同期城陵矶水位观测数据,建立了城陵矶水位与洞庭湖水面面积的绳套关系曲线.分析结果表明:2000-2012年间,洞庭湖水面面积呈现总体减少的趋势;在季节上表现为规律性的涨落,具有明显的涨(4-6月)-丰(7-9月)-退(10-12月)-枯(1-3月)的水文特征;在空间格局上表现为由湖体中心向外扩张,随后由外向湖体中心逐渐收缩的变化过程;洞庭湖水面面积与城陵矶水位之间具有较高的相关性,但不同时期的相关系数存在一定的差异:枯水期二者相关性较低,丰水期相关性最高,涨水期和退水期相关性较高;这种差异与各个时期的主导因素不同有关,长江来水对枯水期、丰水期的绳套关系影响较大,其中东洞庭湖最为明显;不论丰水年(2002年)或干旱年(2011年),洞庭湖水面面积变化与城陵矶水位之间的相关性均较高.研究结果对于深入认识江湖关系的宏观复杂性、长江中下游地区以及洞庭湖水域洪涝灾害的预防和治理都具有积极的意义.     

基于GOCI数据的太湖蓝藻垂向迁移特征及关键影响因素

蓝藻水华频繁暴发是太湖面临的主要环境问题之一,蓝藻聚集上浮是表层水华形成的前提。为探究蓝藻垂向迁移与水华日变化之间的关系,阐明蓝藻垂向迁移的关键影响因素,基于2015-2020年地球静止海洋彩色成像仪(GOCI)数据,分析了太湖不同湖区蓝藻水华日变化过程,发现太湖蓝藻水华垂向迁移的日变化主要呈现上升、下降、先上升后下降三种类型,且不同湖区存在差异。统计分析和偏最小二乘法结构方程模型(PLS-SEM)结果表明,水环境因子对蓝藻垂向迁移过程影响较小,累积光辐射是驱动蓝藻垂向迁移的主要气象因子。气温升高有利于蓝藻持续维持上浮能力,前一天风速较大且当天风速较小会加速蓝藻上浮。相较于沿岸湖区,湖心区受累积光辐射、风速的影响更大,蓝藻水华日变化过程更剧烈。本研究水环境因子数据为逐月数据,为深入探究水环境因子对蓝藻垂向迁移的影响后续还需进行高频监测研究。本文结果有助于探明浅水湖泊蓝藻水华形成机制,为富营养化湖泊蓝藻水华预测预警及治理提供理论支撑。     

1950年以来青藏高原兹格塘错碳酸盐稳定碳同位素变化及其原因

兹格塘错是青藏高原中部一个典型的半混合型咸水湖泊。本文在~(210)Pb和~(137)Cs定年的基础上,研究了兹格塘错重力岩芯(ZGTC A-1)小于38.5μm细颗粒组分碳酸盐稳定碳同位素1950年以来的变化及其影响因素。对冬夏季湖水水化学特征的分析表明,夏季湖水溶解CO_2呈逸出状态,冬季湖水钙离子浓度是夏季湖水的10倍,据此可以得出兹格塘错碳酸盐矿物主要在夏季沉淀。通过与那曲气象站气象记录对比发现,1950年以来A-1岩芯碳酸盐碳同位素变化与年均温度有很好的相关性,表现出年均温度高时碳同位素偏重,而年均温度低时碳同位素偏轻的特征。兹格塘错1950年以来自生碳酸盐碳同位素的变化是由湖区及水体碳循环(如碳酸盐沉淀,有机质的沉淀与分解,有机碳和无机碳的转化等)的变化引起的,但各种因素的相互作用非常复杂。碳酸盐含量也与温度有关,温度越高,碳酸盐含量越高,同时降水量与碳酸盐含量也存在明显的相关关系。1950年以来有机质含量与温度呈反相关,可能与湖泊生产力的下降有关。     

湖泊水体微生物四醚膜脂化合物研究进展

来源于微生物膜脂的甘油二烷基甘油四醚类(GDGTs)化合物是近年来被广泛用于古环境定量重建研究的化合物之一,究其原因在于此类化合物对环境响应敏感,特别是温度与pH值等,据此而建立的一系列GDGTs指标有效定量重建海洋、湖泊、泥炭以及土壤等不同沉积载体的环境信息.目前已在全球范围广泛开展湖泊沉积物GDGTs的研究工作,相继建立的全球以及不同区域尺度的湖泊沉积物GDGTs校正方程,已被用于湖泊古环境的定量重建研究,有效记载古湖泊环境变迁信息.相较之下,基于湖泊水体GDGTs的调查工作则起步较晚,但越来越多的研究显示,不同类型湖泊水体普遍贡献GDGTs,然而究竟此类水生来源GDGTs是否与陆源以及湖泊沉积物GDGTs具有类似的分布,以及他们对环境因素的响应如何,这都为湖泊古温度定量重建研究带来不确定性.基于此,本文总结这10年来湖泊水体GDGTs研究工作的进展,首先阐述湖泊水体不同来源(古菌以及细菌)GDGTs的分布情况,研究发现水体不同层位GDGTs浓度以及各组分之间存在差异,并且水深在不同湖泊对GDGTs浓度以及各组分相对比例的影响存在差异.此外还总结湖泊水体中古菌来源isoGDGTs以及细菌来源brGDGTs的生物来源,并进一步分析环境因素对不同深度水体GDGTs分布的影响,虽然温度依然是影响水体中GDGTs分布的首要因素之一,然而湖泊水深、温度以及水体中溶解氧浓度等因素存在着一定的耦合关系,这些因素往往协同作用于水体GDGTs,因此会为评估环境因素对水体GDGTs的影响带来难度.     

Geochemical evidence of hydrothermal recharge in Lake Baringo,central Kenya Rift Valley

Lake Baringo, a freshwater lake in the central Kenya Rift Valley, is fed by perennial and ephemeral rivers, direct rainfall, and hot springs on Ol Kokwe Island near the centre of the lake. The lake has no surface outlet, but despite high evaporation rates it maintains dilute waters by subsurface seepage through permeable sediments and faulted lavas. New geochemical analyses (major ions, trace elements) of the river, lake, and hot spring waters and the suspended sediments have been made to determine the main controls of lake water quality. The results show that evaporative concentration and the binary mixing between two end members (rivers and thermal waters) can explain the hydrochemistry of the lake waters. Two zones are recognized from water composition. The southern part of the lake near sites of perennial river inflow is weakly influenced by evaporation, has low total dissolved species (TDS), and has a seasonally variable load of mainly detrital suspended sediments. In contrast, waters of the northern part of the lake show evidence for strong evaporation (TDS of up to eight times inflow). Authigenic clay minerals and calcite may be precipitating from those more concentrated fluids. The subaerial hot‐spring waters have a distinctive chemistry and are enriched in some elements that are also present in the lake water. Comparison of the chemical composition of the inflowing surface waters and lake water shows (1) an enrichment of some species (HCO₃^?, Cl, SO₄^2?, F, Na, B, V, Cr, As, Mo, Ba and U) in the lake, (2) a depletion in SiO₂ in the lake, and (3) a possible hydrothermal origin for most F. The rare earth element distribution and the F/Cl and Na/Cl ratios give valuable information on the rate of mixing of the river and hydrothermal fluids in the lake water. Calculations imply that thermal fluids may be seeping upward locally into the lake through grid‐faulted lavas, particularly south of Ol Kokwe Island. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

Thermal effects of lateral supra‐permafrost water flow around a thermokarst lake on the Qinghai–Tibet Plateau

Both the inflow and outflow of supra‐permafrost water to lakes play important roles in the hydrologic process of thermokarst lakes. The accompanying thermal effects on the adjacent permafrost are required for assessing their influences on the development of thermokarst lakes. For these purposes, the lake water level, temperature dynamics, and supra‐permafrost water flow of a lake were monitored on the Qinghai‐Tibet Plateau. In addition, the spatial and temporal variation of the active layer thickness and permafrost distribution around the lake were investigated by combining ground penetrating radar, electrical resistivity tomography, and borehole temperature monitoring. The results revealed that the yearly unfrozen supra‐permafrost water flow around the lake lasted approximately 5 months. The temperature and water level measurements during this period indicate that the lake water was recharged by relatively colder supra‐permafrost water from the north‐western lakeshore and was discharged through the eastern lakeshore. This process, accompanied by heat exchange with the underlying permafrost, might cause a directional difference of the active layer thickness and permafrost characteristics around the lake. Specifically, the active layer thickness variation was minimal, and the ice‐rich permafrost was found adjacent to the lakeshore along the recharge groundwater pathways, whereas a deeper active layer and ice‐poor permafrost were observed close to the lakeshore from which the warm lake water was discharged. This study suggests that the lateral flow of warm lake water can be a major driver for the rapid expansion of thermokarst lakes and provides clues for evaluating the relationships between the thermokarst expansion process and climate warming.