氢氧稳定同位素在地下水异常核实中的应用

在地震地下流体研究中,区别地下水是受浅层物质补给还是受深部介质活动的影响,是异常核实的主要任务。氢氧稳定同位素技术能够有效地识别地下水的来源与补给过程。文中概述了氢氧稳定同位素方法在地下水异常核实应用中的基本原理、水样采集和测试技术,列举了应用氢氧稳定同位素技术研究井水位升高和水质浑浊异常现象的实例,就氢氧稳定同位素用于核实地下水水位、水温、化学组分和宏观异常进行了简要讨论。该方法的广泛使用,有助于识别地下水异常的构造与非构造影响因素。     

基于水化学的永清井水温异常分析

在地下流体研究中,判定地下水异常的首要任务是区别地下水是受浅层物质补给的影响还是受深层介质活动的影响。本文通过对永清井及周边多次样品采集与测试,获得水化学组分和氢氧稳定同位素观测数据;通过对地下水样品数据对比分析、水化学组分及氢氧稳定同位素与大气降水线、水温数据分析,认为永清井水温的多次异常变化不是受干扰影响;通过对水温的异常变化与地震的对应关系的分析,认为永清井水温异常可能与3次地震有关。      

2019年门源流体观测井静水位异常客观性的地球化学方法论证

1 研究背景 大量研究表明,通过捕捉震前显著异常变化,并分析其可能成因,对震情趋势判定具有重要意义.在地下流体监测中,地球化学方法的引入有助于判定异常是否为前兆异常.利用常、微量元素的组成变化、同位素的变化分析地下水的水质类型、循环深度、水岩反应程度以及物质来源,已经逐步被应用到地震前兆异常判定中(刘耀炜等,2009).其中,氢氧同位素变化在判定异常可靠性方面具有较大的应用价值,在地震孕育过程中,由于应力—应变的增强,使得地下水与岩石在高温、高压条件下发生同位素交换反应,同位素交换平衡向地下水δ18O值增大的方向移动.     

河北何家庄流体观测井水文地球化学特征分析

应力、应变或地震活动会打破地壳中流体原有的水-岩平衡状态,引起地下流体化学组分和同位素的变化。根据河北何家庄流体观测井氢氧同位素和离子化学组分测试结果,分析了该井的地球化学特征及与构造活动的关系。由氢氧同位素结果及高程效应,判定井水来源主要为大气降水,大气降水沿断裂裂隙渗入,深循环后温度增加,经溶滤作用等形成热水;按照舒卡列夫分类法,何家庄井水为Cl-Na.Ca型。受2015年9月14日昌黎M4.2地震的影响,区域应力变化使井孔断裂岩石裂隙增大,深部热水上涌,引起何家庄井水离子组分和氢氧同位素组成等发生变化。研究结果表明,对何家庄井流体地球化学特征进行分析,可以为井孔附近断裂构造活动和地震前兆异常分析提供地球化学依据。     

祁连山断裂带中东段地下水地球化学特征研究

祁连山断裂带是中国西部地震活动最强烈的地区之一。本文应用Aquachem5.1对该断裂带中东段10口井水进行了水化学分析;同时利用Phreeqc软件对地下水化学组分和饱指数SI值进行了模拟计算;并结合氢氧和氦同位素组成特征初步分析了该断裂带地下水成因、水质类型、循环速度及循环深度。研究表明祁连山断裂中东段地下水均为大气成因,总体上体现为循环深度小、滞留时间短、水-岩反应程度较弱等特点,其化学活动性在空间上具有西弱东强分布特征。这一结论为今后进一步研究地下流体地震前兆异常提供了依据。     

地震地球化学监测现状及发展建议

1 地震地球化学发展背景 地球化学是研究地球的化学组成、化学作用和化学演化的科学.基于研究目的的不同,地球化学分为元素地球化学、气体地球化学、同位素地球化学、构造地球化学、水文地球化学等研究方向,近年来衍生出地震地球化学.此为在地震学、水文地球化学、元素地球化学、同位素地球化学和水文地质学等学科基础上发展起来的一门新兴学科,是研究地震孕育、发展、发生过程中地下水、岩石、气体组分及化学成分等变化与地震关系的科学.     

呼伦湖流域氢氧稳定同位素特征及其对水体蒸发的指示作用

以呼伦湖流域为例研究该区域氢氧稳定同位素在不同水体中的分布特征,并探讨氢氧稳定同位素对在该区域水文过程的指示作用.流域湖水、入湖河水、周边地下水水样的氢氧稳定同位素分析结果表明,夏季8月份湖水中的重氢氧稳定同位素比7月份的更加富集.而河水中氢氧稳定同位素在同一时间内的河流沿程上存在明显的差异,下游水体中的氢氧稳定同位素要比上游更加富集.研究区的河水和湖水的δ~(18)O-δD关系特征显示,河水和湖水的δ~(18)O-δD的关系点全部位于当地降水线的右下方,说明流域河水和湖水水体受到明显的蒸发作用.而井水的δ~(18)O-δD的关系点大都靠近当地大气降水线,说明这一区域的地下水主要是大气降水渗入地下形成.利用氢氧稳定同位素分馏过程中的氢氧稳定同位素的比率与剩余水体的关系,并在考虑湿度因子的动力分馏模拟下,计算出河水的剩余水体比例在0.85~0.96之间,而湖水的剩余水体比例在0.71~0.77之间.最后,利用氢氧稳定同位素质量平衡法对呼伦湖多年平均蒸发量进行了估算,估算的湖泊蒸发量结果与实测值相近,相对误差为5.4%,说明方法可靠.氢氧稳定同位素对于研究区域水文过程有着重要的作用,在今后呼伦湖流域水文研究中有着更加广泛的应用空间.     

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.     

昆明基准地震台流体观测井水文地球化学特征浅析

1 研究背景 利用地下流体进行地震研究,地下水的地球化学特征及成因是重要的研究内容之一,如:盛艳蕊等(2020)利用化学组分来判定水质类型、水岩作用强度,并探讨水体之间的水力关系;Skelton等(2014)根据地震前后氢、氧同位素的差异特征,较好地识别地下水成分改变与区域构造活动的关系.可见,利用水化学组分、同位素开展地下流体的示踪和分析,对于判定水位异常、震前跟踪分析以及预测区域构造活动具有重要价值.