巴丹吉林沙漠湖泊及其下游地下水同位素分析

本文通过环境同位素水化学等分析方法研究了祁连山北侧、龙首山、巴丹吉林沙漠、古日乃、拐子湖和额济纳盆地的泉水和井水的来源 ,揭示了巴丹吉林沙漠等下游地区的地下水来自于祁连山降水的补给 ,平均补给高程为 330 0m ,祁连山顶部存在大片裸露的灰岩地层 ,雪水融化后沿着喀斯特地层或山前大断裂补给到深部 ,穿过龙首山直接补给到巴丹吉林沙漠及其下游地区 ,在沙漠湖泊中发现的钙华与钙质胶结证明地下水经过了石灰岩地层 ,承压水通过越流补给到浅部含水层 ,通过蒸发量计算得到的地下水补给量接近 6× 10 8m3 /a,承压水中地下水的年龄为 2 0～ 30a。     

从地球物理场信息探讨阿尔金断裂带东北尾端效应和延伸

据区域地球物理资料分析,阿尔金—祁连山弧形巨型重力梯级带展布在青藏高原东北边缘,构成青藏地块与塔里木、华北地块的分界,NEE向密集重力梯级带反映出阿尔金断裂带呈左行走滑兼有逆冲;祁连山西段NWW向弧形重力高、重力低相间分布,反映出祁连造山带内挤压推覆、逆冲叠置、盆山耦合的构造格局;在敦煌—金塔之间,基于阿尔金左行走滑断裂带东北段存在尾端效应,产生一系列与NEE向走滑断裂伴生的NNE向拉分断陷盆地,大陆碱性玄武岩充填在拉分空间,引起与重力低对应的磁异常;由于能量的消减和转换致使阿尔金断裂终止于金塔盆地花海断陷,向东并未延伸。     

两条不同类型的HP/LT和UHP变质带对祁连-阿尔金早古生代造山作用的制约

在祁连-阿尔金造山带的南北两侧,分别出露有北祁连-北阿尔金HP/LT变质带和柴北缘-南阿尔金UHP变质带。北祁连-北阿尔金HP/LT变质带主要由蓝片岩、低温榴辉岩和高压变沉积岩所组成,榴辉岩形成的温压条件为420～570℃和2.0～2.5GPa,形成时代为510～440Ma。含硬柱石榴辉岩和含纤柱石高压变沉积岩的存在显示洋壳俯冲把大量水带到地幔深处。与HP/LT变质带伴生的早古生代蛇绿岩、俯冲增生杂岩、岛弧、弧后盆地等显示北祁连-北阿尔金为典型的早古生代增生造山带。柴北缘-南阿尔金UHP变质带由榴辉岩、石榴橄榄岩、高压麻粒岩及具有陆壳性质的正副片麻岩所组成,它们遭受了超高压变质作用(T700℃,P2.8GPa),UHP变质时代为500～420Ma,榴辉岩的原岩时代为750～850Ma,形成于新元古代的大陆裂谷环境。野外地质关系、岩石学及年代学研究显示柴北缘-南阿尔金HP-UHP变质带为大陆深俯冲作用的产物。在柴北缘-南阿尔金UHP变质带中,超高压榴辉岩和高压麻粒岩同时形成在不同的构造热环境中,构成大陆俯冲及碰撞造山带中的"双变质带",同时也显示柴北缘-南阿尔金造山带具有典型碰撞造山带的特征。祁连-阿尔金造山带南北两侧几乎同时发生增生造山作用和碰撞造山作用,构成由不同造山类型所组成的复合造山带。南北两侧的HP/LT变质带和UHP变质带以及可能存在的不同类型双变质带制约了祁连-阿尔金造山带早古生代的造山性质、造山类型以及造山机制。     

巴丹吉林沙漠地下水与湖泊的相互作用

巴丹吉林沙漠以其独特的沙丘湖泊景观而受到关注。地下水对湖泊的强烈蒸散耗水起到了支撑作用,而湖泊群的存在反过来也会影响该沙漠的区域地下水循环模式。在区域尺度上,银根-额济纳旗中生代盆地对巴丹吉林沙漠的水文地质特征具有控制作用。通过水文地质调查和典型湖泊的综合观测,表明沙漠湖水的年蒸发量可以达到1 200~1 550 mm,盐湖形成时间达到千年尺度,本地降水入渗形成的浅层地下水和来自沙漠周边地区的深层地下水对湖水都有贡献。地下水总体上自东向西流动并受到湖泊群的干扰,形成了局部地下水系统与区域地下水系统的嵌套结构。越靠近沙漠东侧,区域侧向径流对湖泊的补给贡献越大,反之则浅层地下水循环对湖泊的补给贡献更大。     

阿尔金断裂两侧早古生代沉积建造与构造演化

阿尔金断裂两侧地质体能否对比,是中国西部地质领域里的重大科学问题,长期存在争议。以沉积建造和地质构造为基础,结合古生物和古地磁资料,对比分析早古生代阿尔金断裂两侧地质特点,认为早古生代阿尔金断裂两侧的岩相古地理及其他地质特征都具有很大差别:1）早寒武世塔里木陆块主要是伸展环境,缺少火山活动,祁连地区主要是收缩环境,发育火山活动;中寒武世塔里木北缘深水盆地里普遍出现含磷钒铀沉积,祁连地区主要形成火山岩及蛇绿岩;寒武纪中晚期柴达木北缘出现红色泥岩建造,而塔里木无论是盆地区还是盆地边缘,均缺少这套沉积;奥陶纪,祁连地区继承寒武纪构造特点,塔里木则转化为收缩环境;志留纪,塔里木南北两侧形成弧后扩张盆地,祁连地区俯冲作用基本消失,南祁连形成弧后海相前陆盆地。2）寒武纪至奥陶纪塔里木、柴达木、祁连地区生物分别具有亚—奥生物区、华北生物区和华北与华南型混生特点;中晚志留世塔里木和祁连地区分别为温带和亚热带—温带生物特点。3）寒武纪塔里木、柴达木—中祁连及阿拉善等陆块位于南半球低纬度地区;奥陶纪塔里木明显南移,阿拉善、柴达木徘徊在赤道附近;志留纪到泥盆纪,塔里木北移大于33°,柴达木与阿拉善分别北移约5°和10°;各陆块有明显不同的运动轨迹。4）寒武纪阿尔金地块漂浮于阿尔金洋中,寒武纪晚期开始阿尔金洋向两侧陆块俯冲后消亡。因此,早古生代阿尔金断裂两侧具有完全不同的岩相古地理特征,应当使用不同的思路和方法进行资源勘查。     

巴丹吉林沙漠湖泊与高大沙山形成的若干问题探讨

依据前人研究成果和最新调查测试资料,深入探讨了巴丹吉林沙漠湖泊水的补给来源、补给模式及高大沙山的形成机理。认为沙漠湖泊水和地下水的补给来源不是当地降水和周边雅布赖山—北大山的降水形成的地表洪水,而是南部青藏高原(包括祁连山)现代大气降水、冰雪融水、高原湖水的远源补给。补给模式为:高原富含CO2气体和Ca CO3的入渗水,通过深大导水断裂通道形成的区域地下水流循环系统,源源不断地自南向北运移到沙漠地带。地下水在通过沙漠湖泊区弧形"叠瓦状"垂向导水构造断裂向上越流过程中被广泛分布的岩浆岩加热,沿断层溢出地表形成湖泊群,同时导致水中CO2的释放和Ca CO3的沉积,形成钙华、钙质根管和钙质胶结层。高大沙山的形成机理是:深层地下热水向上越流补给了沙漠覆盖区,在承压水头以下形成鼓丘状的沙漠地下水,承压水头以上,水蒸气继续向上运移并被凝结在沙粒表面,未被吸附凝结的热水蒸气继续向上运移并被吸附在新沉积的沙粒表面,形成湿砂层并接受更新的沙粒沉积。如此反复循环,则沙丘高度不断增加,逐步形成高大的固定沙山。     

阿尔金—祁连—昆仑造山带早古生代构造格架及结晶岩年代学研究进展

阿尔金—祁连—昆仑(阿祁昆)造山带早古生代加里东期的构造事件一直是国内外研究的热点,近年来发表了大量的研究成果。本文着重调研了各造山带内构造混杂带的重要组成部分——蛇绿岩、岩浆岩和高压—超高压变质岩的地球化学特征,尤其是同位素年代学资料。蛇绿岩的地球化学特征表明阿尔金—祁连—昆仑地区早古生代的蛇绿岩有MORB和OIB两种类型,其产出于成熟的洋盆、小洋盆或是与消减带有关的弧前或弧后盆地,还有很大的争议。根据大量的同位素年代学资料,阿尔金—祁连—昆仑地区洋盆在晚新元古代开启,寒武纪发育成熟,于中—晚奥陶世开始发生俯冲消减作用,晚志留世—早泥盆世进入碰撞后伸展阶段。再者,通过同位素年代学数据对比,证明北阿尔金与北祁连、南阿尔金与柴达木北缘、西昆仑与东昆仑在早古生代分别为同一条构造带,于新生代期间被活动的阿尔金左行走滑断裂错开了400多千米。     

西北地区近年来内陆湖泊变化反映的气候问题

内陆湖泊是气候变化敏感的指示器,高山湖泊处于自然状态,受人类活动影响较小,能够较真实地反映气候状况,而内陆河尾闾湖变化是自然和人类活动共同作用的结果.利用NOAA/AVHRR、EOS/MODIS卫星资料和相关文献资料研究分析了祁连山哈拉湖和大、小苏干湖,黑河下游东居延海、新疆博斯腾湖、塞里木湖和艾比湖面积变化.结果表明,近年来祁连山哈拉湖面积呈逐渐扩大趋势,大、小苏干湖面积变化稳定;2002年是黑河流域降水较多的年份;2002年新疆内陆和高山湖泊面积显著增加,预示着这些地区降水增多,冰雪融化加快.内陆湖泊变化应引起人们的关注.     

再论巴丹吉林沙漠湖泊水的补给来源、补给模式与高大沙山的形成机理

依据已有研究成果和最新调查资料, 在综述沙漠湖泊与高大沙山研究进展及存在问题的基础上, 深入探讨了巴丹吉林沙漠湖泊水的补给来源、补给模式及高大沙山的形成机理. 结果认为, 沙漠湖泊水和地下水的补给来源不是当地降水和周边雅布赖山-北大山的降水形成的地表洪水, 而是南部青藏高原(包括祁连山)现代大气降水、冰雪融水、高原湖水的远源补给. 补给模式为高原富含CO₂气体和CaCO₃的入渗水, 通过深大导水断裂通道形成的区域地下水流循环系统, 源源不断地自南向北运移到沙漠地带, 地下水在通过沙漠湖泊区弧形"叠瓦状"垂向导水构造断裂向上越流过程中被广泛分布的岩浆岩加热, 沿断层溢出地表形成湖泊群, 同时导致水中CO₂的释放和CaCO₃的沉积, 形成钙华体. 高大沙山的形成机理是深层地下热水向上越流补给了沙漠覆盖区, 在承压水头以下形成鼓丘状的沙漠地下水, 承压水头以上, 水蒸汽继续向上运移并被凝结在沙粒表面, 未被吸附凝结的热水蒸汽继续向上运移并被吸附在新沉积的沙粒表面, 形成湿砂层并接受更新的沙粒沉积, 如此反复循环, 则沙丘高度不断增加, 逐步形成高大的固定沙山.     

关于巴丹吉林沙漠湖泊形成机制的初步看法

巴丹吉林沙漠以湖泊众多和沙山高大而闻名于世.到目前为止, 关于湖泊和沙山的成因问题尚存在不同的观点.实际上, 巴丹吉林沙漠湖泊和沙山的形成与该地区地下水的循环交替问题直接相关.参照前人研究成果, 结合开展的巴丹吉林沙漠水文地质调查, 探讨了湖泊和沙山的形成问题, 初步认为巴丹吉林沙漠湖泊主要接受来自东部雅布赖山区区域地下水侧向补给和沙山地下水补给而形成; 高大沙山的形成与降水和地下水关系密切; 高大沙山与湖泊的形成和共存关系是先有沙山, 而后才形成湖泊, 沙山是形成巴丹吉林沙漠湖泊的必备条件.      

Isotopic and hydrochemical data to restrict the origin of the groundwater in the Badain Jaran Desert,Northern China

Despite its extreme aridity, the Badain Jaran Desert is rich in groundwater. In the southeastern part of the desert, it is characterized by coexistence of high megadunes and a great number of lakes. Deuterium and oxygen 18 isotope compositions as well as hydrochemistry of groundwater, lake water, soil water and river water were investigated in detail to gain an insight into their relationships and the origin of the ground-water. The results show that the groundwater and the lake water are genetically related, but unrelated to local precipitation and the leakage of Heine River at northern slope of Qilian mountain. δD and δ¹⁸O values of deep soil water (lower than 40 cm) and groundwater plot on the same evaporation line E11, which shows that they have the same recharge source. The point of intersection between E11 and LMWL suggests that the groundwater originates from the water resource which has a weighted mean value that is lighter by some 6‰ δ¹⁸O than the local precipitation in Badain Jaran Desert. ³H data of water samples shows that the groundwater in Badain Jaran Desert originates from the water recharged after the nuclear test. The deep fault zone underground maybe the water circulation channel based on Helium analysis of groundwater. The result has guiding significance to rational exploitation and utilization of the local groundwater.     

Geochemical Information Indicating the Water Recharge to Lakes and Immovable Megadunes in the Badain Jaran Desert

1 Introduction The Badain Jaran Desert, located in western Inner Mongolia, China, has a unique landscape containing 144 lakes (72 of which are still watery) with a total water area of about 23 km2, and the world’s highest stationary sand dunes with a height between 200 m and 500 m. Much attention has been paid to the water recharge of the desert in the past decade. Investigations on the resources of water system there have been performed continuously since the early 1990s, which lead to th…     

Recharge to the inter-dune lakes and Holocene climatic changes in the Badain Jaran Desert, western China

We present new estimates on evaporation and groundwater recharge in the Badain Jaran Desert, western Inner Mongolia of northwestern China, based on a modified Penman Equation suitable for lakes in China. Geochemical data and water balance calculations suggest that local rainfall makes a significant contribution to groundwater recharge and that past lake-level variations in this desert environment should reflect palaeoclimatic changes. The chronology of lake-level change, established by radiocarbon and U-series disequilibrium dating methods, indicates high lake levels and a wetter climate beginning at ca. 10 ka and lasting until the late mid-Holocene in the Badain Jaran Desert. The greatest extension of lakes in the inter-dune depressions indicates that the water availability was greatest during the mid-Holocene. Relicts of Neolithic tools and pottery of Qijia Culture (2400-1900 BC) suggest relatively intensive human activity in the Badain Jaran Desert during the early and middle Holocene, supporting our interpretation of a less harsh environment. Wetter climates during the Holocene were likely triggered by an intensified East Asian summer monsoon associated with strong insolation.     

应用环境示踪剂探讨巴丹吉林沙漠及古日乃绿洲地下水补给

巴丹吉林沙漠位于我国西北部的阿拉善高原。近年来,许多中外学者应用天然水样及土壤水分的水化学、同位素等技术手段研究了该地区地下水补给及环境演化。基于这些研究,试图给出巴丹吉林沙漠和古日乃绿洲一个完整的二维地下水系统概念模型。巴丹吉林沙漠地下水在浅埋区和出露区蒸发,同时接受少量当地降水补给,其最终的排泄区是古日乃绿洲。巴丹吉林沙漠地下水垂向补给微弱,地下水很可能是更新世晚期至全新世早期周边的雅布赖山区降水径流及发源于祁连山的河流古河道补给的古水。在全新世中-晚期,地下水得到有限的降水补给,并且经受蒸发作用。随着千年尺度的气候转型,两千年以来,巴丹吉林沙漠干旱化加剧,正在经历地下水位下降、湖泊绿洲逐渐萎缩消亡的过程。     

Groundwater characteristics and climate and ecological evolution in the Badain Jaran Desert in the southwest Mongolian Plateau

The Badain Jaran Desert is the third largest desert in China, covering an area of 50000 km². It lies in Northwest China, where the arid and rainless natural environment has a great impact on the climate, environment, and human living conditions. Based on the results of 1∶250000 regional hydrogeological surveys and previous researches, this study systematically investigates the circulation characteristics and resource properties of the groundwater as well as the evolution of the climate and ecological environment since the Quaternary in the Badain Jaran Desert by means of geophysical exploration, hydrogeological drilling, hydrogeochemistry, and isotopic tracing. The results are as follows. (1) The groundwater in the Badain Jaran Desert is mainly recharged through the infiltration of local precipitation and has poor renewability. The groundwater recharge in the desert was calculated to be 1.8684×10⁸ m³/a using the water balance method. (2) The Badain Jaran Desert has experienced four humid stages since the Quaternary, namely MIS 13-15, MIS 5, MIS 3, and the Early–Middle Holocene, but the climate in the desert has shown a trend towards aridity overall. The average annual temperature in the Badain Jaran Desert has significantly increased in the past 50 years. In detail, it has increased by about 2.5°C, with a higher rate in the south than in the north. Meanwhile, the precipitation amount has shown high spatial variability and the climate has shown a warming-drying trend in the past 50 years. (3) The lakes in the hinterland of the Badain Jaran Desert continuously shrank during 1973–2015. However, the vegetation communities maintained a highly natural distribution during 2000–2016, with the vegetation cover has increased overall. Accordingly, the Badain Jaran Desert did not show any notable expansion in that period. This study deepens the understanding of groundwater circulation and the climate and ecological evolution in the Badain Jaran Desert. It will provide a scientific basis for the rational exploitation of the groundwater resources and the ecological protection and restoration in the Badain Jaran Desert.© 2021 China Geology Editorial Office.     

巴丹吉林沙漠腹地湖泊的水化学特征及其全新世以来的演变

本文阐述了巴丹吉林沙漠丘间地湖泊及其周围浅层地下水的水化学特征。在研究地区湖泊中的TDS变化范围较大,介于1.2g/L和398.2g/L之间。微咸湖泊属于Na(Ca)(Mg)Cl(SO₄)(HCO₃)类型,而含盐量高的湖泊则属于Na(K)Cl(CO₃)(SO₄)类型。文章根据同位素分析结果,提出了浅层地下水年龄都较年轻的观点。结合对古湖岸地貌与沉积的研究,文章还指出巴丹吉林沙漠地区湖泊在全新世发生过明显变化,湖水矿化度的增高和水域面积的快速萎缩是由于全新世中期以来出现的干旱化所造成的。     

黑河下游额济纳地区的环境演变

通过对水系变迁的分析,勾画了黑河下游额济纳地区环境变化的大体框架。黑河下游额济纳地区的环境变迁,演绎了西北干旱地区普遍存在的水系溯源退缩过程。在地质历史时期,这种溯源退缩主要原因是地质运动和气候变化,而近代、现代人类不合理的水土资源开发活动加速了河流水系的溯源退缩,并在一定程度上超过了自然因素的作用。巴丹吉林沙漠曾经是黑河下游的冲积湖积平原。那么如果绿洲消失,额济纳三角洲就有可能再现巴丹吉林沙漠的形成过程,形成新的"额济纳沙漠"。在第四纪早期,额济纳盆地存在两个水流系统,且气候环境较为温暖潮湿;随后两个水流系统逐渐合并,区域气候亦有变干变暖的趋势;至第四纪晚期,气候更加干旱,现代水文网定型。东西居延海不是黑河流域的终端湖,在地质历史上属于黑河流域下游的河道湖。随着黑河水系不断地溯源萎缩,东西居延海及居延泽也存在着一个逐步缩小的过程,并在近现代演变为尾闾湖。显然,东西居延海作为尾闾湖只是一个很短暂的时期。     

巴丹吉林沙漠季节冻土特征

通过巴丹吉林沙漠腹地连续的地温观测和2014年1月的专题考察,发现巴丹吉林沙漠属于季节冻土区,年冻结时间长达4个月.沙漠内部的局地地形和湖泊分布是影响季节冻土分布差异的重要因素.迎风坡和背风坡冻土冻结深度显著大于丘间地冻结深度,湖泊的存在使湖泊周边地区最大冻结深度显著变浅.通过沙漠及其周边地区地温、气温、地气温差的分析,结合我们在巴丹吉林沙漠外围发现的末次冰期砂楔群,表明我国北方沙漠在末次冰期属于不连续的多年冻土区.