硫和氧同位素示踪黄河及支流河水硫酸盐来源

为了准确识别河水硫酸盐受自然风化和人为活动影响的过程,做好地表水资源管理,选择黄河小浪底水库以下干流和支流河水为主要研究对象,分期采集河水样品,采用硫酸盐硫和氧同位素,结合水化学组成及潜在硫酸盐来源硫和氧同位素范围,判定黄河及支流河水硫酸盐的来源及混入比例。结果表明:① 研究区黄河河水硫酸盐主要来源于第四纪黄土中易溶硫酸盐,干流河水SO₄2-含量均值为2.23 mmol/L,δ34S_SO4和δ18O_SO4均值分别为+8.9‰和+10.4‰;② 研究区沁河丰水期河水硫酸盐24%来源于大气降水,61%来源于土壤硫酸盐溶解,15%来自于石膏溶解;平水期河水硫酸盐39%来源于大气降水,36%来源于土壤硫酸盐溶解,25%来源于石膏溶解。沁河河水SO₄2-含量均值为2.44 mmol/L,δ34S_SO4和δ18O_SO4均值分别为+9.8‰和+9.7‰;③ 研究区洛河河水硫酸盐受生活污水影响较大,伊河河水硫酸盐受到土壤硫酸盐溶解和化学肥料溶解的共同影响,伊洛河河水SO₄2-含量均值为1.27 mmol/L,δ34S_SO4和δ18O_SO4均值分别为+10.4‰和+6.5‰。蒸发盐类矿物溶解以及土壤硫酸盐溶解等自然风化过程是控制区域河水硫酸盐来源的重要过程,人为活动对伊洛河河水硫酸盐的贡献不容忽视。     

贵州乌江水系河水硫同位素组成特征研究

对乌江丰水期河水硫酸盐的硫同位素组成特征进行了研究。SO₄2-平均浓度为0.48 mmol/L,δ34S值为-11.5‰~8.3‰,干流河水δ34S值为-6.7‰~-3.9‰。河水的硫同位素组成主要受岩石风化及大气降水的影响,具有明显的区域性分异特征:上游碳酸盐岩地区河水的SO₄2-浓度高而δ34S值低,SO₄2-主要来源于煤中黄铁矿的氧化、矿床硫化物的氧化和大气降水;下游碳酸盐岩夹碎屑岩地区河水中的SO₄2-浓度低而δ34S值高,SO₄2-主要来源于大气降水和石膏溶解,煤中黄铁矿氧化生成的硫酸盐所占比重较低。乌江河水向贵州省外输出的SO₄2-通量为172×1010g/a,丰水期占全年SO₄2-输出总量的72%。来自煤、硫化物、雨水和蒸发岩的硫对丰水期河水中SO₄2-的平均贡献分别为:50%、25%、20%和5%。H₂SO₄对碳酸盐岩的侵蚀速率为35.1 t/km2/a(17.5 mm/ka),由此降低大气CO₂消耗速率3.66×105mol/km2/a。     

环境同位素硫在大同南寒武-奥陶系地下水资源研究中的应用

对山西大同口泉沟南寒武-奥陶系碳酸盐岩地下水(岩溶水)资源的开发研究中,利用不同价态硫富集34S的不同以及硫同位素分馏,主要是硫酸盐和硫化物中δ34S(SO₄2-)、δ34S(HS-)的变化,分析了岩溶水的来源,区分出表征循环交替和补给条件的三种地下水类型和环境,识别出口泉南水文地质区内各个地下水子系统及其相互关系。对岩溶水开发中泉域划分问题,使用硫同位素之间的关系,并结合硫酸盐中氧同位素δ18O(SO₄2-)以及14C关系,表明本区与相邻的两泉域相互独立。岩溶水中δ34S(SO₄2-)、δ34S(HS-)和δ18O(SO₄2-)有很大变幅,神头泉Z1岩溶水有罕见的异常值。     

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。     

贵州乌江水系枯水期河水硫同位素组成研究

对枯水期乌江及其主要支流河水的硫同位素组成进行了研究。河水SO42-的δ34S值在-15.7‰～18.9‰之间,干流δ34S值介于-3.7‰～0.0‰之间。主要支流河水的SO42-浓度和δ34S值具有明显的区域性差异:上游碳酸盐岩地区支流河水SO42-浓度较高而δ34S值较低,河水中的SO24-来源于煤中还原态硫的氧化、矿床硫化物氧化和大气降水;下游碳酸盐岩夹碎屑岩地区支流河水则相反,具有较低SO24-浓度和较高δ34S值,河水中的SO24-来源于硫酸盐蒸发岩溶解、大气降水以及煤中还原态硫的氧化。干流的硫同位素组成显示枯水期河水中的硫酸盐主要来源于碳酸盐岩地区。     

水化学及硫同位素对大冶矿区地下水硫酸盐污染的指示

铜铁矿区周边地下水硫酸盐污染是生态环境研究关注的热点问题,精确识别硫酸盐来源及迁移途径对于矿区周边地下水污染防控和供水安全至关重要.利用水化学与硫同位素耦合分析,结合矿区水文地质条件和潜在污染源分布,探讨了区内地下水硫酸盐污染特征、来源及迁移途径.区域内地下水包括松散岩类孔隙水、碳酸盐岩裂隙岩溶水及岩浆岩风化裂隙水,水化学类型主要为HCO₃·SO₄-Ca型,水化学组分主要来源于硅酸岩、碳酸盐岩和硫酸盐矿物的溶解以及硫化物氧化;地下水中SO₄^2-含量范围为44.4～2 089.0 mg/L,高值区主要分布在洪山溪尾矿库、矿渣堆存处及矿业生产区附近;地下水中δ³⁴S-SO₄^2-在2.6‰～31.5‰之间,反映其SO₄^2-具有多源性.地下水中SO₄^2-的主要来源包括含水层中石膏矿物的溶解和黄铁矿等含硫矿物氧化输入,高含量的SO₄     

赞比亚铜带省谦比希铜矿床成因:来自流体包裹体和H-O-S同位素地球化学证据

为揭示谦比希铜矿床的成矿流体性质、成矿物质来源及其演化特征,对其矿石和脉石矿物展开了流体包裹体和H-O-S同位素地球化学研究.结果显示,热液型脉状矿化石英流体包裹体均一温度变化于100~350 ℃,盐度变化于11%~19%NaCl_eqv;δD_V-SMOW值为-64.0‰~-52.6‰,δ18O_H2O值为1.57‰~2.97‰.热液型脉状和沉积型层状铜矿体δ34S_CDT值分别变化于5.5‰~12.1‰和6.0‰~21.0‰.分析表明,热液型成矿流体属Cl-Na-Ca型水溶液,属中低密度流体;成矿流体受幔源和壳源岩浆混合,导致铜发生沉淀.沉积型层状矿化硫主要来自成岩硫化物和海水硫酸盐,硫酸盐以热化学还原为主,导致SO₄2-较彻底的变为H₂S.整体看来,谦比希铜矿床热液型脉状矿化与新元古代中期岩浆活动密切相关,沉积型层状矿化主要与新元古代晚期大规模造山运动和区域变质作用有关.      

岩浆去气作用碳硫同位素效应

根据开放体系条件下的瑞利分馏原理,并考虑岩浆中可能溶解的合碳和含硫组分,从理论上定量模式了岩浆去气作用对火成岩碳、硫同位素组成的影响。结果表明,岩浆CO₂去气作用能够导致岩石中碳酸盐显着亏损¹³C,其δ¹³C值能够从原始-5‰变化到-20‰(PDB);岩浆CH₄去气作用则导致岩石中碳酸盐相对富集¹³C,其δ¹³C值能够从原始-5‰变化到+4‰。岩浆SO₂去气作用可以导致岩石中硫化物显着亏损³⁴S,其δ³⁴S值能够从0‰变化到-8‰(CDT);岩浆H₂S去气作用则导致岩石中的硫化物相对富集4S,其δ³⁴S值能够从0‰变化到+6‰。因此,除源岩原始同位素不均一性和地壳物质混染能引起火成岩的碳、硫同位素组成发生较大变化外,岩浆去气作用也是重要原因之一。     

南秦岭-大巴山地区下寒武统沉积层状钡矿床成因机制研究

为理清沉积层状重晶石、毒重石矿床成因机制及其差异成矿的控制因素，对南秦岭-大巴山地区下寒武统地层中不同成矿特征的钡矿床开展了矿物学和碳-硫-氧-锶同位素地球化学分析。结果显示，该区内沉积钡矿床有以重晶石为主或以毒重石为主的类型；矿石中碳酸盐矿物具有负的碳同位素组成(δ¹³C_Carb为-26.1‰～-6.3‰),重晶石具有非常大的硫、氧同位素分馏(δ³⁴S_Brt为25.1‰～62.2‰,δ¹⁸O_Brt为12.2‰～18.9‰和δ¹⁸O/δ³⁴S≈0.1),反映成矿时有强烈的甲烷驱动微生物硫酸盐还原作用；毒重石等碳酸盐矿物和重晶石的锶同位素组成较为一致，都具有宽的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr变化范围(0.7070～0.7103)和低的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值(～0.7070),指示成矿流体可能是与基性-超基性岩有关的富金属热液，热液流体在运移过...     

青海省都兰县双庆铁矿床流体包裹体及稳定同位素地球化学特征

青海省祁漫塔格-都兰成矿带是以铁铜多金属为主的成矿带,其矿产丰富但研究程度较低。双庆铁矿床是该成矿带上的典型矿床,目前尚未系统开展流体包裹体及稳定同位素地球化学研究。本文通过流体包裹体显微测温和稳定同位素分析测试研究表明,该矿床自含磁铁矿石英脉到石英硫化物阶段,流体性质略有改变。均一温度变化范围为213.7℃～327.8℃,盐度变化范围为0.53％～6.14％,密度变化范围为0.703～0.888g/cm³,属于中高温、低盐度、低密度流体; 从变化可知, 随着成矿作用继续进行,成矿均一温度与流体盐度有一定程度降低。磁铁矿的δ¹⁸O_V-SMOW 变化范围为4.4‰～10.8‰,表明磁铁矿的成矿物质来源于幔源;热液硫化物的δ³⁴S_V-CDT 值分别为0.9‰和-0.1‰,平均值为0.4‰,具陨石硫特征,反映了火成硫和深源硫的来源特点;热液方解石的δ¹³C_V-PDB 变化范围为-6.3‰～-5.2‰,表明其碳质来源于深源花岗岩浆,结合δ¹⁸O_V-SMOW 的-33.8‰～-18.3‰变化范围,通过碳氧同位素研究结果推测其碳质可能主要来自花岗岩浆,后期受大气降水影响明显。石英中δD-δ¹⁸O_H2O 结果表明,双庆铁矿床早期成矿流体以岩浆热液为主, 晚期有大量大气降水的加入, 即成矿流体为岩浆水与大气降水的混合流体。     

黄河小浪底水库水沙调控与流域硫循环

陆地风化的硫酸盐(SO42?)通过河流体系输入海洋,其通量以及硫酸盐同位素组成(δ34SSO4和 δ18OSO4)对全球硫循环及海洋SO42?同位素组成至关重要.河流体系SO42?含量及δ34SSO4和δ18OSO4组成不但受SO42?来源控制,而且受河流内部硫酸盐细菌还原及氧化过程影响,但其影响程度仍不明确,特别是拦...     

豫北山前平原深层地下水硫酸盐来源与污染途径的同位素示踪

豫北山前冲洪积平原深层地下水硫酸盐(SO42?)呈现持续增高趋势,但其机制仍不清楚.为探讨深层地下水SO42?来源与污染机制,选择山前冲洪积平原不同赋存条件深层地下水作对比分析,借助水体水化学、氢氧同位素(δDH2O和δ18OH2O)、硫酸盐硫和氧同位素(δ34SSO4和δ18OSO4),示踪人类活动影响下深层地下水S...     

塔里木盆地荒漠植物与表土碳同位素组成研究

表土有机质碳同位素组成(δ¹³C_org)反映了来自于地表各种植物δ¹³C_org的一个混合信息.要从沉积物δ¹³C_org中提取可靠的植被信息,需要系统研究现代表土有机质δ¹³C_org与地表植被δ¹³C_org的差异.初步研究了塔里木盆地主要现代植被及土壤碳同位素组成,对比不同地区土壤和地表植被δ¹³C_org的差异.结果表明:塔里木盆地柽柳属种群中植物与表土碳同位素组成之间存在显著相关关系,说明在干旱地区土壤中微生物和水生生物等的干扰因素可以忽略,其现代土壤的同位素组成只与地表相应的主要植被类型有关.塔里木盆地柽柳属种群中表土有机质δ¹³C_org值比地表植被δ¹³C_org值平均偏正1.71‰左右,不同于其它地区表土和地表植被δ¹³C_org差异(2.2‰,1‰,0.5‰)的结果,反映不同地区表土和地表植被有机质δ¹³C_org值差异不同.在利用沉积物δ¹³C_org值提取古生态植被信息时,应考虑到不同地区土壤有机质与地表植被δ¹³C_org值的不同差异会影响植被中C₃、C₄植物组成情况.     

老挝班康姆铜金矿成矿流体及成矿物质来源：H- O- He- Ar- C- S- Pb同位素证据

老挝班康姆矿床是近年来在琅勃拉邦-黎府成矿带新发现的一个大型铜金矿床。该矿床矽卡岩与矿体主要赋存在安山岩中且缺乏矽卡岩分带,与典型矽卡岩矿床的地质特征存在一定的差别。因此,厘清班康姆铜金矿床的成矿流体、成矿物质来源及矿床成因机制是后续开展琅勃拉邦-黎府成矿带大型铜金矿床找矿勘探的基础。该矿床矿化阶段石英流体包裹体δD分布于-110‰~-90‰,δ¹⁸O分布于-1.5‰~7.1‰,其中低δD的样品具有相对高的δ¹⁸O值;黄铁矿流体包裹体的3He/4He为0.41~3.43Ra(大部分<1Ra),⁴⁰Ar/³⁶Ar为314.8~362.4。H-O及He-Ar同位素结果表明,班康姆矿床成矿流体来源于岩浆流体(至少部分来自地幔)与低δD的大气雨水的混合,雨水占更大的比例,且某些矿化流体的雨水端元在混合前经历了明显的水岩作用。除一件样品(BK64)的黄铁矿具有高的δ³⁴S(8.1‰)外,其余硫化物的δ³⁴S分布于-0.9‰~1.5‰,位于地幔硫的范围。共生硫化物对的硫同位素平衡分馏计算以及动力学分馏不支持高δ³⁴S(8.1‰)黄铁矿的硫来自从热液流体,可能来自围岩。热液方解石的δ¹³C范围为-3.1‰~2.5‰,δ¹⁸O变化于26.0‰~28.4‰,指示其碳来自矿区灰岩,而灰岩的溶解为热液摄取围岩的重硫提供了可能。矿石黄铁矿Pb同位素组成(²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb:17.9284~18.7756;²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb:15.5336~15.6651;²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb:37.9125~38.8090)位于黎府褶皱带和长山褶皱带晚二叠世—中三叠世大陆弧岩浆岩的Pb同位素范围,介于印支地块玄武岩和泰国-老挝S-型花岗岩及相关矿床的Pb同位素组成之间,指示班康姆矿床的Pb来自壳幔混合源。本文S-Pb-He-Ar同位素结果及区域Cu-Au成矿过程的岩石地化研究,表明班康姆矿床Cu、Au主要来自地幔。与典型矽卡岩Cu-Au矿床的S-Pb-H-O同位素及矽卡岩矿物流体包裹体盐度特征的对比,结合前人的火山气热液交代火山岩形成矽卡岩的实验结果,认为班康姆矽卡岩型Cu-Au矿床的形成机制为深部出溶的气相为主的含矿岩浆流体沿断裂上升到浅部交代安山岩或大理岩并经历了流体混合、沸腾及矿石沉淀等过程。     

漓江流域碳氮同位素组成特征及其来源初探

以漓江流域境内地表河和地下河为研究对象，通过测定、分析水体中的水化学组成以及δ13C_DIC、δ15N-NO₃-、δ18O-NO₃-等，利用同位素质量平衡混合模型，初步探讨了漓江流域境内DIC、硝酸盐的分布特征及其来源.结果表明:漓江流域DIC（即HCO₃-）浓度和无机碳稳定同位素（δ13C_DIC）分别在12.20~402.60 mg·L-1和-17.29‰~-10.01‰，平均值分别为140.3 mg·L-1和-13.06‰.NO₃-浓度在2.37~35.38 mg·L-1，δ15N-NO₃-在0.99‰~11.09‰，均展现出明显的空间变异特征.有机肥和污水对漓江流域硝酸盐的贡献最为显著，贡献比达57.00%.其次是化肥、降雨中的NH₄+和土壤N，贡献比分别是36.45%，6.55%.流域内DIC主要来源于碳酸盐岩的风化和土壤CO₂的溶解，同时也受硝酸溶蚀碳酸盐岩和大气CO₂的影响.结果可为定制有效的控制硝酸盐的输入途径，净化水质测略提供依据.      

湘西北花垣矿集区铅锌矿床成矿流体来源及矿床成因

湘西北花垣矿集区位于扬子地台东南缘,是湘西-鄂西成矿带上最典型的超大型铅锌矿床所在地.通过对花垣矿集区典型铅锌矿床流体包裹体显微测温、成分分析及C、H、O同位素研究,结果表明,该区铅锌矿床闪锌矿与方解石中流体包裹体的均一温度范围集中在120~200℃,盐度范围集中在8%~20% NaCl_eqv.流体中液相离子成分主要为Ca2+、Na+、Mg2+、SO₄2-、Cl-,气相成分主要为H₂O、N₂和CO₂及少量的CO、CH₄和H₂.流体的δD_SMOW值范围为-60.4‰~-33.0‰,δ18O_流体值范围为3.8‰~9.2‰.以上流体包裹体和稳定同位素分析结果表明,花垣矿集区铅锌矿床的成矿流体具有热卤水的性质,主要来源于建造水和大气降水.成矿期方解石的δ13C_PDB值范围为-4.89‰~0.57‰,δ18O_SMOW值范围为13.37‰~21.73‰,略低于碳酸盐围岩,说明成矿流体中的碳主要来源于碳酸盐围岩的溶解作用.矿石沉淀机制可能为两种流体的混合,即来自深部的富含金属物质的热卤水与富含有机质和硫酸盐的建造水及下渗大气降水的混合导致了铅锌矿石的沉淀.对地质和地球化学资料的综合结果表明,花垣矿集区铅锌矿床属于密西西比河谷型（MVT）铅锌矿床.      

青藏高原北部植物叶片碳同位素组成的空间特征

测定了青藏高原北部13个地点101份草本植物叶片碳同位素组成(δ¹³C值), 结果发现, 植物叶片δ¹³C值的分布范围在-29.2‰～-23.8‰之间, 平均值约为-26.89‰, 明显低于全球高海拔植物叶片δ¹³C值(-2.6‰) ; 而植物叶片δ¹³C值随海拔和经、纬度的变化趋势与其它同类报道相似:随着海拔的升高和经、纬度的降低, 植物叶片δ¹³C值呈现升高趋势. 叶片δ¹³C值也随土壤含水量和土壤温度的变化而变化:土壤含水量越高, 土壤温度越低, 植物叶片δ¹³C值越小, 但它们之间的相关关系不具统计学意义. 初步分析表明, 大气压力 (CO₂分压)和温度的协同变化导致了叶片δ¹³C值随着海拔变化的分布格局, 而温度和相对湿度的变化是引起叶片δ¹³C值的经、纬度效应的主要因子.     

阿尔泰南缘乌拉斯沟铜矿床S-Pb-Sr-Nd-C-H-O同位素特征及其对成矿物质和流体来源限定

新疆乌拉斯沟铜矿床位于阿尔泰造山带南缘克兰盆地内,为近年来新发现的矿床,受NW向断裂控制的脉状矿体产于泥盆系康布铁堡组变质火山岩系中,目前其成矿流体和成矿物质来源尚不明确.在细致的矿床地质研究基础上,通过开展S-Pb-Sr-Nd-C-H-O同位素分析,根据野外和显微镜下观察,可将乌拉斯沟铜矿床的形成划分为黄铁矿-磁铁矿-石英、黄铜矿-绿泥石-绿帘石-石英及石英-碳酸盐阶段.同位素分析结果显示:乌拉斯沟铜矿硫化物样品δ34S值为0.1‰~3.2‰,平均为1.6‰,落入未矿化围岩δ34S值范围（-4.7‰~18.68‰）,矿石硫可能源自康布铁堡组.成矿晚阶段的方解石样品δ13C_V-PDB‰=-1.1‰,δ18O_V-PDB‰=-20.3‰,海相碳酸盐地层和有机碳是可能的碳质来源.8件黄铁矿的Pb同位素为206Pb/204Pb=17.939~18.508（平均18.255）,207Pb/204Pb=15.519~15.674（平均15.578）,208Pb/204Pb=37.881~38.653（平均38.209）,与康布铁堡组围岩类似.初始I_{Sr（220 Ma）}为0.710 4~0.711 7,平均值为0.711 1,初始143Nd/144Nd值为0.512 002~0.512 240（平均0.512 103）.矿石Sr-Nd-Pb同位素组成均指示乌拉斯沟铜矿成矿物质可能主要源自围岩康布铁堡组,并可能有外来成矿物质的加入.流体的δD_V-SMOW变化于-103.8‰~-92‰（平均值为-99.2‰）,石英和方解石矿物的δ18O_V-SMOW值集中在9.4‰~11.5‰（平均值为10.4‰）,δ18O_H2O值为2.1‰~4.2‰（平均值为3.1‰）,结合流体包裹体物理化学特征,成矿热液可能来源于变质水,但可能受到大气降水的影响而偏移.因此,乌拉斯沟铜矿成矿物质主要来源于赋矿围岩的变质脱挥发分作用,这与造山型矿床的成矿机制吻合.      

长江流域降水稳定同位素的云下二次蒸发效应

对长江流域443个GNIP的降水样品同位素原始资料,分降雪和降雨进行δ2H和δ18O线性回归,得到降雪样品的相关方程为δ2H=7.965δ18O+17.114,有最大的斜率和截距;而降雨样品根据降水量大小从<10mm至>300mm分为4组后,得到的相关方程随着降水量的减小,斜率和截距均减小,斜率从7.701减小为5.705,截距从7.812×10-3减小为-5.479×10-3。δ2H~δ18O相关方程的斜率及截距与气温、水汽压之间的关系表明,在降水从云层底部降落到地面的过程中,仅较小降雨事件有明显的二次蒸发现象,并伴随着同位素的分馏。长江流域较小降雨事件占有比例很小,仅为所有降水事件的6.32%,所以二次蒸发效应仅引起地区大气降水方程斜率和截距的微弱减小。研究表明,单个降水原始资料的同位素分析,能产生长期加权平均降水同位素分析得不到的宝贵信息。