内蒙古高原岱海接受远程深循环地下水补给的环境同位素及水化学证据

利用环境同位素及水化学分析方法研究发现,岱海除了接受降水的直接补给之外,还接受泉水的补给.岱海周边泉水与井水的δD、δ¹⁸O值比当地降水明显贫化,泉水、井水显然不是来自于当地降水的补给;通过对岱海周边包气带土壤水中的氢氧稳定同位素分析发现,土壤水中的δD、δ¹⁸O值比当地降水值贫化,在地表埋深1 m附近,土壤中的盐分发生了累积,土壤水中的含盐量明显超过了土壤受蒸发所引起的增加量.研究表明岱海周边地区的大气降水不能入渗补给到潜水中,补给岱海的泉水不是来自于当地降水,而是具有同位素贫化特征的外源水.由此推断,在地层中可能存在一种地下水深循环的跨流域补给方式.在内蒙古高原地区,深循环地下水是维系湖泊不可或缺的补给源.     

地下水补给型湖泊表层沉积物矿物组成及其形成机制——以巴丹吉林沙漠湖泊群为例

盐湖中的矿物沉积记录着丰富的环境气候变化信息,是古环境研究的重要对象.在无地表径流补给的盐湖中,其矿物组成及沉积特征与有地表径流补给的湖泊相比是否有一定的特殊性,是值得探讨的问题.采集巴丹吉林沙漠33个不同矿化度地下水补给型湖泊的表层沉积物和10个地表风积砂样品,通过X衍射的方法,分析样品的矿物组成.结果显示:湖泊表层沉积物主要为石英、长石、辉石、云母等碎屑矿物,部分湖泊含有少量的碳酸盐和氯化物盐类矿物.湖泊沉积物的矿物组成与湖水矿化度的关系较为密切,淡水湖仅分布碎屑矿物,微咸水湖含有碎屑矿物和碳酸盐类矿物,盐湖含有碎屑矿物、碳酸盐类矿物和氯化物.风积砂样品中主要为碎屑矿物,占总矿物含量的90%,对湖泊沉积物的矿物组成影响较大,但对湖泊沉积物中的盐类矿物没有贡献,表明湖泊表层沉积物中盐类矿物主要是自生作用形成的.虽然本地区湖泊边缘的沉积物中盐类矿物种类相对较少并且含量较低,但其盐类矿物组成与分布能够响应湖水矿化度的变化,其环境指示意义与有径流补给的盐湖相同,可以指示其湖水的盐度.因此,可以从巴丹吉林沙漠地下水补给型湖泊沉积的盐类矿物中提取相应的古环境信息,用于恢复古气候和古环境的研究.     

基于COMSOL Multiphysics的长白山天池多物理场耦合响应研究

采用COMSOL Multiphysics建立长白山天池2D多物理场模型,模拟长白山天池流场、自然电位分布及其磁场响应.研究结果表明:天池和大气降水入渗补给地下水,地下水在重力作用下向下流动时,产生电位差,形成自然电场,进而产生磁场.在火山通道外侧,电流密度方向由地表指向地下,通道周边地区磁通量密度呈现高值;在火山通道/断层破碎带内,向下运移的地下水遇到致密岩体后向上补给天池或涌出地表成泉,该过程产生向上运移的电流,电流密度方向由地下指向地表,磁通量密度呈现低值.研究长白山天池多物理场响应,有助于进一步理解长白山天池地区地下水循环过程及电磁异常出现的机理,亦可用于指导火山地区勘查、监测与开发.     

鄱阳湖湿地典型中生植物水分利用来源的同位素示踪

水分是维持植物生长、决定种群分布的关键因子,研究植物水分利用来源是揭示水文过程与植被演替作用机制的基础,作为中国最大的淡水湖泊系统,鄱阳湖水文情势的显著改变已直接影响到湿地生态系统的水分补给来源.本文通过测定降水、土壤水、地下水、湖水和植物茎水中δ¹⁸O、δD同位素组成,识别鄱阳湖湿地典型中生植被——茵陈蒿（Artemisia capillaris）群落的土壤水分补给来源,并应用直接对比法和IsoSource多源混合模型估算优势种茵陈蒿的主要吸水区间及水源利用比例.结果发现：（1）与降水同位素相比,湖水和湿地土壤水同位素较为富集,地下水同位素较少发生分馏;（2）湿地地下水主要受历史长期降水和湖水共同补给,土壤水在雨季4—6月和秋季9—10月主要受降水补给,夏季7—8月深层土壤水受湖水侧向入渗和地下水的共同补给,并在蒸发作用下水分向浅层土壤传输;（3）茵陈蒿主要利用0~80 cm深度的土壤水,且能够在不同土层水源间灵活转换.当土壤含水量较高时（4—5月）,主要利用0~40 cm浅层土壤水,利用率约49%~68%;当浅层土壤含水量较低时（6—8月）,主要利用40~80 cm深层土壤水,利用率高达74%~95%;当植物进入生长后期（9—10月）,主要利用0~15 cm表层土壤水,利用率介于41%~70%.总体发现,湖水是鄱阳湖湿地中生植物群落土壤水分的重要补给来源,优势种茵陈蒿能够响应土壤含水量的变化改变吸水深度,具有较强的干旱适应能力.研究结果可为鄱阳湖湿地植被生态系统演变和科学保护提供理论参考.     

基于环境同位素技术的怀沙河流域地表水和地下水转化关系研究

地表水和地下水是流域水循环的重要组成部分, 流域内地表水和地下水之间的相互作用历来是流域水循环研究的关键环节. 环境同位素和水化学作为水循环研究中的示踪剂, 可以有效地揭示流域内地表水和地下水之间的转化关系. 在对位于北京市怀柔区的怀沙河流域进行现场调查并对泉水、河水和井水采样进行氢氧稳定同位素和水化学组成测定的基础上, 分析了流域内沿河道不同部位的泉水、河水和井水的氢氧稳定同位素和水化学组成的空间分布规律和演化趋势. 依据泉水出露的高程和氧同位素含量之间的关系, 揭示出泉水的氧同位素高程效应, 为推断泉水的补给来源提供了理论依据; 运用氯离子质量平衡方法, 估计了流域内年平均地下水补给率. 根据地下水补给来源, 联系流域内水文地质状况和现场调查结果, 以及对比怀沙河流域和密云水库以上的潮白河流域20世纪60~90年代同期降雨径流系数, 初步推断出流域内相当一部分地下水来源于流域之外高程较高的区域, 流域为非封闭流域. 在综合分析的基础上, 结合氢氧稳定同位素和水化学组成及流域内地形地质和水系特征, 分析了流域内不同部位地表径流和地下径流对河川径流的相对贡献, 并揭示了地表水和地下水之间的补给-排泄相互转化关系.     

河水-地下水侧向交互流运动机制

河水-地下水交互带对河流和地下水水质保护具有重要作用.为研究河水-地下水侧向交互带中交互流的运动机制,以重庆市马鞍溪为研究对象,选取旱季2015年12月至2016年4月为研究期,对河水、交互带及地下水的水位、水温、pH、Cl-进行监测,结合对交互带沉积物渗透系数、水体氢氧稳定同位素和溶解有机碳浓度的分析.结果表明,沉积物渗透系数对交互带水位变化及交互流运动有重要的影响,使得交互流在距河岸10cm附近易受降水下渗及蒸散发的影响.研究期间以地下水补给河水为主,地下水在补给过程中对交互流的影响逐渐减弱.交互流在距河岸30cm附近仍以受地下水影响为主,地下水运动至距河岸10~30cm后与降水、河水的混合作用增强,水分受沉积物质地影响在距河岸10cm附近富集,并通过交互流不断补给河流,从而对河水水质造成潜在影响.     

江西九江2号井地震水文地球化学特征及成因

对江西省九江地震台2号观测井井水、大气降水、马尾水泉水及天花井水库水的常量化学组分、氢氧同位素及氚活度数据进行分析,讨论九江台地下水的水化学类型、成因及补给循环过程,揭示九江地震台2号井对构造活动响应灵敏的地球化学特征。研究发现九江台2号井水水化学类型为HCO₃-Ca·Mg型;氢氧同位素指示九江台2号井水属于大气降水成因型,补给高程为647 m;氚活度分析给出的地下水年龄显示九江台2号井既有老水补给又有近10年的新水补给。分析结果表明,九江台2号井既有浅表水特征又有深循环水的特征,暗示两个不同补给源的含水层通过不同循环路径上升至浅表,而深部含水层可能携带部分深部构造活动的氡,并在瑞昌—阳新M_S4.6地震前出现较显著的异常信息。     

青藏高原东南部巴松措现代沉积过程及其对气候变化的响应

湖泊沉积物是记录气候演化信息的重要载体之一,在探讨过去气候变化过程研究中发挥重要作用.然而,沉积物中的许多代用指标对气候的指示意义存在多解性,不同指标所反映的环境信息相互之间有时会存在矛盾.为了能够更准确地解读湖泊沉积物中指标所记录的环境变化信息,开展现代湖泊沉积物指标与环境之间的关系研究,深入探讨各指标对环境变化的响应机制尤为关键.本文选取青藏高原东南部巴松措湖泊表层沉积物作为研究对象,利用²¹⁰Pb与¹³⁷Cs比活度检测结果建立年代序列,对沉积物中粒度、磁化率、有机质含量等指标进行分析,揭示巴松措现代沉积过程.结合沉积物粒度端元组分分析结果,并将不同指标变化与林芝气象站所记录的数据资料进行对比,得出以下主要结论：该地区沉积物来源主要包括径流搬运的冰川碎屑物质和来自青藏高原南部、西南部上空悬浮于大气中的风成物质两部分;其中,通过风力搬运的物质输入主要集中在冬半年,受季节性风向及风速变化影响明显;径流受到冰雪融水与夏季降水的补给,因此通过径流搬运的物质输入量受到温度与降水综合影响;湖泊中磁性矿物碎屑的产生和输入主要受区域降水量影响的流域侵蚀速率变化控制,该湖泊沉积物磁化率波动可以有效的指示该地区降水量变化;沉积物中总有机碳含量和总氮含量变化主要反映湖泊自身初级生产力的变化,对区域温度变化的响应显著.     

杭嘉湖地区水化学及同位素特征初步分析

本文通过初步分析杭嘉湖地区地下水化学和同位素特征,认为地下水的水化学分布存在着一定的分带性。浅层地下水化学类型为Cl,HCO3-Ca,Na型,代表了降水或地表水补给的形成过程,且补给前受到不同程度的蒸发。深层承压水化学类型为HCO3-Ca,Na和HCO3-Na型,代表了以铝硅酸盐矿物溶解为主的形成过程,其补给源为古气候条件下的降水补给。利用氘过量参数d值判断了第承压水（120~150 m）总体流向为南西至北东,即由杭州和湖州向嘉兴方向径流。     

鄱阳湖湿地典型植被群落地下水—土壤—植被—大气系统界面水分通量及水源组成

地下水-土壤-植被-大气系统(GSPAC)界面水分传输是湿地生态水文过程研究的关键.本文选取鄱阳湖湿地高位滩地的2种典型植被群落:茵陈蒿(Artemisia capillaris)和芦苇(Phragmites australis)群落为研究对象,运用HYDRUS-1D垂向一维数值模拟,量化了湿地GSPAC系统界面水分通量,阐明了典型丰水年(2012年)和枯水年(2013年)鄱阳湖湿地植被群落的蒸腾用水规律和水源组成.结果表明:(1)茵陈蒿和芦苇群落土壤-大气界面的年降水入渗量为1570~1600 mm,主要集中在雨季4-6月,占年总量的60%;植物-大气界面的年蒸腾总量分别为346~470 mm和926~1057 mm,其中7-8月植被生长旺季最大,占年总量的40%~46%;地下水-根区土壤界面的向上补给水量受不同水文年水位变化的影响显著,地下水年补给量分别为15~513 mm和277~616 mm,主要发生在蒸散发作用强烈和地下水埋深较浅的时段.(2)植被蒸腾用水分为生长初期(4-6月)和生长旺季(7-10月)2个阶段,丰水年植被的整个生长期蒸腾用水充足,枯水年植被生长旺季的蒸腾用水受到严重水分胁迫,实际蒸腾量仅为潜在蒸腾量的一半左右.(3)不同水文年湿地植被生长旺季的水源贡献不同:丰水年茵陈蒿群落以地下水补给为主,芦苇群落以湖水和地下水补给为主;枯水年茵陈蒿群落以降水和前期土壤水储量为主,芦苇群落以地下水补给为主.本研究结果有助于揭示湿地植被的水分利用策略,为阐明湖泊水情变化与植被演替的作用机理提供参考依据.     

青海湖表层底泥中放射性同位素137Cs的来源

青海湖是我国环境研究中的一个热点地区,近年来137Cs计年技术已在这一地区得到广泛的应用.已报道的青海湖沉积物中137Cs垂直分布曲线显示,剖面最表层0-1 cm泥沙的137Cs浓度约60 Bq/kg,大致为峰值浓度的2/3,远超过近年来大气沉降137Cs所应带来的沉积水平为查明青海湖表层底泥中放射性同位素137Cs的来源,深入理解湖泊沉积过程,本文对青海湖沉积剖面的137Cs面积活度与137Cs本底值、湖泊表层底泥的137Cs浓度与入湖河流洪水沉积泥沙开展了比对研究.结果表明核爆期间的大气直接沉降是青海湖东南湖湾表层沉积物中的137Cs主要来源,约占4/5,风沙和入湖径流河沙的间接输入的137Cs仅占1/5而最表层0-1 cm的沉积物中137Cs很可能主要来源于底泥扰动,在这样的情况下,利用沉积岩芯开展青海湖环境研究时,分辨率的选取需要慎重考虑这一因素.     

石咀山水氡与其西北部地震

1.泉点位置及地球化学概况石咀山水氡观测点位于正谊关大断裂北翼的一条北东—南西走向的断裂带之上,断层岩性为前震旦片麻岩,泉水系花岗片麻岩中的裂隙水,以大气降水补给为主。该泉水温13℃,流量0.037升/秒,矿化度0.45克/升,PH值为7.85,水质为HCo_3~--Cl~--So_4~--Ca~( )-     

大柴旦盐湖中镭同位素分布特征来源及示踪意义

为了查明大柴旦湖周围水体相互作用过程,2016年3月和7月分别采集了大柴旦周围多种水体样品、悬浮颗粒物和湖底沉积物.测试了大柴旦盐湖、深部地下热水、表层地下水热水、浅层地下水、河流水体中镭同位素的活度值,通过解吸和扩散实验,获得了河流悬浮颗粒物和湖底沉积物扩散的镭同位素活度值.结果表明:河口区(3L10、3L11、3L12)~(223)Ra、~(224)Ra、~(226)Ra和~(228)Ra活度比湖中心的活度值高,湖水中~(223)Ra、~(224)Ra、~(226)Ra和~(228)Ra活度先随着盐度的增加而升高,当盐度大于168.99‰时,则随着盐度的增加而降低,这表明镭同位素在进入湖体是先发生解吸,后发生镭同位素的共沉淀.深部地下热水~(223)Ra、~(224)Ra和~(228)Ra的活度值是表层地下热水~(223)Ra、~(224)Ra和~(228)Ra活度值的3～4倍,而~(226)Ra活度值正好相反,表层地下热水中~(226)Ra的活度值比深部地下热水中~(226)Ra的活度值高,在表层具有明显的积累现象.这是由于短半衰期~(223)Ra、~(224)Ra和~(228)Ra发生衰减,而长半衰期~(226)Ra得到积累的原因,从而表明镭同位素的运移方向是从深部往上涌的过程.大柴旦盐湖中的镭同位素主要来源于深部地下热水、浅层地下水和河流.大柴旦周围水循环过程是雨和冰雪融水下渗补给深部和浅层地下水以及地表径流;深部地下热水一部分上涌至表层,经过出山口之后全部转化为浅层地下水,一部分通过深大断裂汇集到大柴旦湖;浅层地下水直接汇集到湖盆;地表径流在山区下渗补给浅层地下水,丰水期汇入到湖盆.     

巴丹吉林沙漠湖泊水分补给机制的模拟——以苏木吉林湖区为例

巴丹吉林沙漠气候干旱,蒸发强烈,与之形成鲜明对比的是沙漠腹地湖泊群的长久不衰,目前对于湖泊水分的补给来源仍存在争议.本文以水量均衡为基础,在苏木吉林湖区开展了降水、蒸发及湖水位和地下水位的动态监测,结合已有的水文地质资料建立地下水流动三维模型,重现湖区地下水位的季节动态变化,并基于模型进行水均衡分析.结果表明:苏木吉林湖区降水入渗补给量不足以平衡湖泊蒸发量,湖泊需要深层承压水的越流补给;湖水位和地下水位均呈现正弦曲线形态,11月最低,4月达到峰值,水位变幅分别为22和18 cm;湖区地下水多年平均总补给量为11620 m3/d,其中降水和承压水越流分别约占13%和87%,降水补给量夏季高、冬季低,承压水越流补给量季节变化不明显;承压水越流补给量可能主要来源于沙漠周边山区降水,未发现明显的水量亏空需要断裂导水来弥补.研究结果为巴丹吉林沙漠地下水资源分析及合理利用提供科学依据.     

山西定襄七岩泉水化学特征分析

定襄泉地质构造处于系舟山逆断层,属奥陶系灰岩溶洞水,泉水主要受降雨补给.本文采集了定襄七岩泉测点及周围4个取样点的水样,通过水质、水岩反应、氢氧同位素、采样点水氡和微量元素等水化学特征分析,认为定襄4#来源于直接降水,其余4个取样点均为同一水源,1#、2#(测点)和3#水源为径流岩石且逐渐积累后形成的地下水,5#水源径...     

鄱阳湖典型洲滩湿地水分补排关系

湿地水分在地下水含水层-土壤-植物-大气界面的运移和转换是维持能量和营养物平衡的重要环节,水分运移是湿地生态水文过程研究的关键.数值模型模拟已成为水分运移研究的重要手段,然而限于复杂的湿地自然条件及有限的监测手段,部分界面水分通量连续动态变化数据的获取及定量化工作较为困难,目前应用数值模拟法于湿地水分运移研究的案例仍不多见.本文以鄱阳湖典型湿地为研究区,构建垂向一维数值模型,阐释了湖泊水位显著季节性变化条件下,湿地水分在不同界面的传输过程,量化了湿地水分的补排关系.结果表明:(1)界面水分通量季节性差异大,降雨入渗地面和根系层水分渗漏均对降雨变化响应敏感,主要集中在4—6月,分别占年总量(1450和1053 mm)的65%和73%.土面蒸发和植物蒸腾年总量为176和926 mm,土面蒸发主要受气候条件影响,植物蒸腾还与植物生长特征有关,均集中在7—8月,分别占年总量的30%和47%.深层土壤向浅层根系层的水分补给集中发生在地下水浅埋时段6—8月,占年总量(609 mm)的76%;(2)湿地植物根系层水分补排受鄱阳湖水位季节性波动影响显著.除丰水期(7—9月)主要补给为深层土壤水外,退、枯、涨水期的主要补给均为降水入渗.涨水期(4—6月)和枯水期(12—3月)的主要排泄为根系层水分渗漏,丰水期以植物蒸腾排泄为主,退水期(10—11月),土面蒸发与植物蒸腾为主要排泄,且比重相当.本文定量了鄱阳湖典型湿地不同界面水分连续交换关系,区分了土面蒸发和植物蒸腾,辨析了各界面水分的主要影响因子,研究结果有助于深入理解水分在湿地生态系统地下水含水层-土壤-植物-大气界面的相互作用机制,认识湖泊洲滩湿地水量平衡,为揭示湖泊水情变化对湿地生态的可能影响提供依据,为湿地生态水文过程研究提供重要方法和理论参考.     

昭通地区流体观测井地下水地球化学特征

对昭通地区12口流体观测井及其周边5个地表水体进行取样测试,分析其水化学组分和氢氧同位素,确定该地区流体观测井的地球化学背景特征,为该区流体测项的跟踪分析提供基础支撑。水岩平衡结果显示:相较于其它观测井,昭阳一中井地下水水岩平衡状态更接近于部分成熟水,表现为地下水补给过程缓慢,水岩作用程度较高;其余观测井均处在未成熟水阶段,表现出补给路径较短,水岩相互作用较弱等特点。氢氧同位素组成显示:研究区内大多数流体观测井补给源均为大气降水,但补给方式略有差异。水化学组分演化过程显示:自2014年以来,大多数井含水层水体未发生新的水岩作用过程,并且与其附近的河流水力联系密切。     

九江地震台观测井水氢氧同位素特征及意义

在地震地下流体观测研究中,基于氢氧同位素示踪技术研究地下水补给源及循环过程是常用的技术方法之一。本文给出了九江地震台2号观测井水、大气降水、周边水库水及高山泉水等样品的氢氧同位素测定结果,表明地下水δ~(18)O测值介于-7.59‰～-6.09‰,平均值-6.99‰,δD测值介于-45.22‰～-39.69‰,平均值-42.32‰,变异异数分别为0.09、0.16;大气降水δ~(18)O测值介于-13.00‰～-1.27‰,平均值-4.74‰,δD测值介于-96.13‰～-4.74‰,平均值-46.87‰,变异异数分别为0.40、0.56,与降水相比,地下水氢氧同位素变化更为稳定。大气降水氢氧同位素2017年5～10月表现为明显的降水效应,2018年11～4月表现为明显的温度效应,而地下水氢氧同位素并未表现出明显的降水效应和温度效应。氢氧同位素及过量氘揭示地下水在下渗补给前经历了明显的蒸发分馏作用,并与围岩进行~(18)O交换,δ~(18)O与δD计算得出的补给高程分别约为647、440m。九江台观测井的观测层地下水为大气降水成因的构造裂隙水,属于大气成因型且循环过程为较稳定的裂隙水补给并形成承压自流井。     

基于水化学和物理方法的井水位异常分析

针对2008年汶川M_S 8.0地震后江苏地区的地震观测井水位上升现象,选取了苏18井和井周边地表水进行了水化学和物理分析,研究了井水位异常与地表水和大气降水的补给关系,讨论了井水补给来源及其与高邮-宝应M_S 4.9地震的关系。离子含量和氢氧同位素结果表明,苏18井水主要为大气降水成因,存在一定的水岩作用。应用氯离子分析降水对地下水的补给,其结果显示大气降水在井水补给源中占了重要份额,井水位的突然上升与同期降水量增加有一定关系。水库水与苏18井水之间存在水力联系,大气降水增多致使水库水位升高,对该井水位变化有一定的影响。综合分析认为,大气降水的增多致使水库蓄水增加,水库水通过侧向渗透补给造成了2011年苏18井的水位显著升高。苏18井异常不是由构造活动引起的,作为高邮-宝应M_S 4.9地震的前兆依据不充分。水化学和物理结合的方法为今后判别地下水位异常干扰提供了依据。     

西南山区典型滑坡体时移电阻率动态监测试验研究（英文）

滑坡体动态监测研究聚焦于降水入渗、坡体内部水文地质条件和坡体稳定性之间的复杂耦合关系。我们选择西南山区典型滑坡体,于2013年11月和2014年8月开展时移电阻率层析成像监测工作,以滑坡体电性结构的时间一空间特性来表征地表水入渗及地下水迁移的时空分布规律,构建滑坡演化及其触发的动态过程。结合地质钻孔资料,电阻率反演模型准确划定了基岩与上覆第四系沉积物间的分界面;同时圈定了发育为潜在优先流路径的破碎带网络,推断地表水沿此路径入渗并经基岩风化裂隙水径流排泄,基覆面溶蚀软化致使滑动面逐渐贯穿。研究结果表明时移电阻率监测具备获取临滑前兆信息的潜力,能够为滑坡稳定性分析和预测预报提供准确可靠的依据。