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.     

内蒙古达里诺尔湖水体稳定同位素空间分布特征指示的区域补给差异

基于内蒙古寒旱区达里诺尔湖（简称"达里湖"）无河流外泄、冬季湖面冰封、水体流动缓慢等典型区域水文气象特征,对夏、冬季湖泊底层、表层水（冰）、入湖河水、浅层地下水（井水、泉水）等样品中稳定氢、氧同位素（δD、δ¹⁸O）值的变化进行对比分析,结果显示湖区不同水体δD和δ¹⁸O平均值均存在湖泊水体（水、冰体） > 大气降水 > 入湖河水 > 浅层地下水的变化特征.在达里湖,夏、冬季底层水δD、δ¹⁸O值均比表层水（含湖冰）中δD、δ¹⁸O值偏负且季节变化幅度较小.此外,冬季不同采样点底层水δD、δ¹⁸O平均值的区域差异性比夏季明显,这反映了湖泊底层水体相对封闭、稳定的储存环境,也说明地下水补给过程存在一定程度的区域差异.而基于不同区域底层水δD、δ¹⁸O值及氘盈余指数（d）值和水深变化间相互关系的分析,发现水深变化可能是影响达里湖底层水δD、δ¹⁸O值分布区域差异及补给过程的主要因素之一：东北部水体较浅（水深小于8 m）区域采样点水体δD、δ¹⁸O平均值多数比达里湖整体平均值偏负且d值偏正,指示浅层地下水输入及二次蒸发作用的影响;西南部水体较深（水深超过8 m）区域采样点水体δD、δ¹⁸O平均值多数比达里湖整体平均值偏正且d值偏负,说明水体相对稳定,受二次蒸发作用的影响较弱.     

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。     

内蒙古高原达里诺尔湖夏季水体稳定同位素变化特征

基于内蒙古高原寒-旱区达里诺尔湖（简称"达里湖"）相对集中的夏季大气降水、强烈的蒸发作用等典型区域气候环境特征,结合湖泊水体温度、盐度等理化指标变化,对夏季达里湖湖水、入湖河水、区域大气降水等样品中稳定氢、氧同位素（δD、δ¹⁸O）值变化进行了对比分析.结果显示：虽然整体上达里湖夏季水体并没有形成明显的物理性质"跃层"（如温跃层、盐跃层等）,水体理化指标的空间分布相对稳定,但是夏季湖水中δD、δ¹⁸O值却随着水深增加逐渐偏负：δD值由表层水体（0~1 m）到底层水体（7~9 m）偏负约1.40‰,δ¹⁸O值由表层水体到底层水体偏负约0.27‰.达里湖夏季"大气水线"为δD=8.22δ¹⁸O+6.82,显示大气降水中δD、δ¹⁸O值受季风降水效应影响的同时受到区域蒸发作用影响.特别是7、8月大气降水同位素变化受降水效应的影响比6、9月更明显,而6、9月大气降水同位素变化受蒸发作用的影响比7、8月更明显.这也导致达里湖夏季上层水体受大气降水的稀释作用影响显著;伴随水深的增加,降水效应及蒸发作用的混合影响逐渐减弱,底层水体受区域地下水补给过程等因素的影响则可能更加明显,即达里湖夏季上层水体和底层水体中稳定同位素组成变化的影响因素存在差异.     

青藏高原东缘鲜水河-安宁河断裂带深源气体释放

青藏高原东南缘分布的大规模超壳走滑断裂带和中-高温地热区释放大量深源气体.鲜水河-安宁河断裂带温泉水和逸出气体的化学和同位素组成分析结果显示,该断裂带的水-岩相互作用显著,深源含碳流体强烈释放,是研究大陆碰撞造山带巨型走滑断裂系统深源CO2释放的重要地区.δ18OH2O和δDH2O值显示温泉水主要来源于不同补给高度的大...     

南海冰期深部水性质的稳定同位素证据

根据南海 9个深海柱状样中底栖有孔虫的稳定同位素记录 ,初步建立末次盛冰期以来的δ18O和δ13 C深度剖面 .结果表明末次盛冰期南海深部水的δ18O和δ13 C垂直梯度较全新世明显增大 ,并存在深约 2 0 0 0m的深温跃层和营养物跃层 ;特别是末次盛冰期相对全新世δ18O和δ13 C的变化分别减去冰川效应和全球平均变化值后 ,在水深 1 0 0 0～ 2 5 0 0m间出现正值 ,说明末次盛冰期南海这一深度范围内存在温度较冷或盐度偏咸、垂直流通好、富13 C的深层水团 ,与今明显不同 .进一步证实冰期存在“北大平洋深层水” ,但可能仅限于水深约 1 0 0 0～ 2 5 0 0m的范围内 .     

桂林地区降水、洞穴滴水及现代洞穴碳酸盐氧碳同位素研究及其环境意义

桂林地区降水及盘龙洞滴水和现代碳酸盐的氧碳同位素研究表明 :( 1 )从年内和年际的总体特征看 ,桂林地区降雨的δ18O值随着气温的升高和降雨量的增加而减小 ,就相关关系来看 ,与月均气温的相关关系更好 .但夏季风降雨的δ18O值要比冬季风降雨的δ18O值小得多 ;( 2 )洞穴滴水的δ18O明显与同期降雨的δ18O值成很好的相关关系 ;( 3)条件适宜时 ,δ13 C可以作为环境替代指标 ,即δ13 C值越负 ,C3 植物的比例就越大 ,降雨可能较丰沛 ,相反则可能以C4植物为主或为植被被破坏(由于气候原因或人为原因所导致 )后的石漠化环境 .     

中国西部湖泊水体δD与δ18O的空间变化特征及其影响因素

湖泊水体的氢氧同位素(δD、δ~(18)O)是研究区域大气降水和水文循环的重要手段之一,目前对其的研究主要以单一湖泊为主.以2016年夏季在中国西部地区采集的33个湖泊水体为研究对象,分析其氢氧同位素的变化特征,并结合当地夏季大气降水、湖水盐度、海拔与纬度等资料,探讨中国西部33个湖泊水体δD、δ~(18)O的空间分布特征及其影响因素.结果表明:33个湖泊水体的δD与δ18O组成主要受控于大气降水,但受蒸发分馏的影响,湖水线的斜率与截距低于大气水线.湖泊水体与夏季大气降水氢氧同位素存在明显的空间分异,这种分异与湖水盐度无关,主要受到区域降水水汽来源不同的影响.青藏高原南北两侧由于水汽来源及蒸发条件的不同,使得青藏高原湖泊水体的氢氧同位素呈现出"北高南低"的特点,新疆西北部受西风影响,湖泊水体的氢氧同位素明显偏负,内蒙古及邻近地区受东南季风的影响,湖水受到蒸发分馏作用使其δD与δ~(18)O偏正.不同区域湖泊水体的氘盈余(d_excess)反映了不同的水汽源地的湿度状况而不能指示湖水的蒸发状况.受降水影响,青藏高原地区湖水氢氧同位素组成与海拔高度呈负相关,与纬度呈正相关.     

近5000a的气候波动与太阳变化

对JohnA .Eddy提出的过去 5 0 0 0a中 1 6个明显的太阳活动变化 ,金川泥炭纤维素δ18O温度代用记录有很好的一对一的响应 .每当较长期的太阳活动水平低落时 ,δ18O值就减小 ,地表气温下降 ;反之 ,在高的太阳活动水平期间 ,δ18O值增大 ,温度上升 .据此讨论了未来 5 0～ 1 0 0a地表气温的演变趋势     

水位波动下的呼伦湖上覆水体与沉积物间隙水之间溶质的运移特征

为了探求内蒙古呼伦湖上覆水体和沉积物间隙水之间溶质运移机制,对呼伦湖的1个沉积物柱芯的间隙水、3个湖泊水体以及湖周边7个地下水体中的氯离子(Cl~-),氢、氧稳定同位素(δD和δ~(18)O)分别进行分析测试,并利用其示踪性对沉积物中溶质运移特征进行研究.结果显示,δD、δ~(18)O和Cl~-浓度在不同水体中的分布具有相似的分布规律,整体上从底部沉积物到上部湖水浓度分布呈现逐渐递减的抛物线趋势,在间隙水中最大值位于所取沉积物柱芯的最深处,Cl~-浓度为306 mg/L,δD和δ~(18)O分别为-58‰和-5.9‰;最小值位于沉积物柱芯上层,并与上覆水体中的值相似,Cl~-浓度为159 mg/L,δD和δ~(18)O分别为-66‰和-7.3‰.为了明确沉积物柱芯中间隙水的高浓度Cl~-和偏正δD、δ~(18)O的来源,比较不同水体的δ~(18)O-δD关系点分布,表明含有偏正值的δD、δ~(18)O和高浓度Cl~-的间隙水与上覆湖水关系密切,可能是由于低水位时期湖水与间隙水相互发生扩散作用而产生的结果.一维对流扩散迁移模型证实扩散作用是控制着沉积物间隙水中溶质浓度在垂向上分布的主要机制,同时湖水水位的变化会影响沉积物间隙水与上覆水体的扩散过程,特别是在水位上升期,富集在沉积物中的溶质可能成为湖水的重要物质来源,影响上覆水体的水质.因此,对于封闭湖泊水位的控制和管理不仅在维持湖泊水量方面有着直接的作用,同时在稳定湖泊水质条件上也有着重要的意义.     

青海湖沉积碳酸盐矿物之间氧同位素分馏的评估及其环境意义

青海湖沉积岩芯的矿物学和稳定同位素研究结果显示自生碳酸盐矿物以单种或多种矿物形式保存在沉积物中;不同碳酸盐样品的δ18O值的变化范围为5.47‰至-1.04‰,差值最高达6.5‰;δ18O值与总碳酸盐含量呈正相关关系,与碳酸盐矿物种类的改变则无明显关联.结果表明,造成δ18O显著变化的主导因素是湖水氧同位素组成,自然条件下生成的不同碳酸盐之间的氧同位素分馏不明显.说明δ18O是指示闭流湖泊降水蒸发水量平衡变化的敏感指标之一.     

淡水磷酸盐氧同位素前处理方法的优化

磷是地表水体中的关键性营养盐,在水生生态系统的物质循环与能量流动方面发挥着重要作用,研究水体中磷的来源、转化与归趋对于了解水环境的演变过程与科学保护具有重要意义.近年来,磷酸盐氧同位素(δ18 O P)技术已逐渐应用于淡水环境中磷的来源示踪与生物地球化学循环研究,其样品前处理主要沿用海水方法体系.相比而言,淡水样品中PO 3-4浓度通常较低,有机质和干扰离子含量却较高,复杂的样品前处理过程极大地制约了δ18 O P分析在淡水环境体系的广泛应用.为此,本研究针对现有海水样品δ18 O P前处理方法在地表淡水环境的适用性加以检验,并进行了三点优化改进:①将MAGIC沉淀步骤使用的MgCl 2替换为Mg(NO 3)2,避免了Cl-的干扰,减少AgCl杂质的生成;②调节生成Ag3PO4溶液pH值为8.0,保证Ag3PO4沉淀快速完全;③对Ag3PO4沉淀过程采用避光处理,降低了AgNO 3及Ag3PO4可能的光解影响,提高了Ag3PO4的纯度,使δ18 O P的测试结果更为准确.本改进方法为后续利用δ18 O P技术深入探究淡水环境中磷的生物地球化学循环与生态环境效应提供了有益的方法借鉴.     

上海-南极洋面大气N_2O的δ~(15)N与δ~(18)O时空变化特征

在中国第22次南极科学考察期间,采用Tedlar气袋采集了"雪龙号"考察船航线上洋面大气样品以及东南极米洛半岛近地面大气样品(采样时间分别为地方时上午10:00和夜间22:00),在室内通过带有全自动预GC浓缩接口(PreCon)的Thermo Finnigan MAT-253同位素质谱仪,对这些大气样品中N2O的同位素组成进行了高精度地测量;并分析了其δ15N与δ18O空间变化规律.上海-南极洋面大气N2O的δ15N与δ18O平均分别为(7.21±0.50)‰和(44.52±0.52)‰.由30°N往南极随着纬度的变化,δ15N(6.05‰～7.88‰)呈线性增加趋势,增加率为0.01‰/纬度,δ18O(43.05‰～48.78‰)则呈现较大的波动;且δ15N与气温、N2O浓度呈负相关,而与δ18O呈弱的正相关.东南极米洛半岛近地面大气N2O的δ15N与δ18O夏季变化趋势相一致,且二者呈显著正相关,而与N2O浓度呈显著负相关;不同地点大气N2O的δ15N与δ18O平均分别为(7.46±0.39)‰和(44.63±0.45)‰,略高于洋面大气N2O的δ15N与δ18O;而显著高于北半球低纬度大气N2O的δ15N与δ18O值.分析讨论了引起地面大气N2O的δ15N与δ18O空间变化的主导因素.提供了全球大区域洋面大气N2O的同位素资料,有助于定量评估全球与区域大气N2O的净收支.     

新疆温泉县泥火山喷发水的化学特征研究

本文讨论了新疆温泉县泥火山喷出水的化学特征。于2012年10月~2014年6月测量了温泉县泥火山喷发水、明目泉泉水及附近河水的化学组分(K+、Na+、Ca2+、Mg2+、F-、Cl-、SO2-4、HCO-3♂和CO2-3)和温泉县泥火山喷发水的氢氧同位素组成(δD和δ18O)。结果表明,该泥火山喷发水的化学类型为Na-HCO3SO4,δ18O-δD值小幅度偏离大气降水线,主要形成于大气降水顺断裂或裂隙深循环过程中与围岩的水岩作用;泥火山离子浓度较高,变化幅度低于5%,背景值稳定,可作为区域地震地球化学监测的对象。     

内蒙古达里诺尔湖流域地表水和地下水环境同位素特征及补给关系

为了探明达里诺尔湖流域地表水与地下水的氢(H)、氧(O)同位素的变化特征及相互补给关系,于2013年对达里诺尔湖及其周围的河水、井水、泉水中H、O同位素进行了取样分析,并结合总溶解性固体悬浮物(TDS)和区域水文地质对达里诺尔湖流域的补给关系进行讨论分析.结果表明:1)河水、泉水、井水中H、O同位素的值基本落在全球雨水线上,湖水H、O同位素落在全球雨水线的右下方,说明河水、井水、泉水没有发生蒸发分馏,而湖水则发生较大程度的蒸发分馏;对达里诺尔湖流域地表水与地下水的H、O同位素进行回归模拟,得出该区域的蒸发趋势线方程:δD=4.8753δ18O-20.139(n=32,R2=0.9968).蒸发线表明,这些水样具有相同水源的特征.2)从实地考察发现,泉水补给河水,泉水和河水补给湖水,同时井水、泉水和河水有相似的δD、δ18O和TDS值,且不随季节变化而变化,推断达里诺尔湖附近地下水补给湖水;区域水文地质条件亦证明达里诺尔湖周边地下水补给湖水.     

青藏高原南部季风降水中稳定同位素波动与水汽输送过程

利用NCEP气象数据建立模型来追踪青藏高原南部降水的水汽输送过程, 并与实测降水中氧稳定同位素数据进行对比分析, 讨论了青藏高原南部降水中δ¹⁸O波动与水汽输送过程的关系. 研究发现降水中极低的d18O都与低层洋面蒸发水汽输送有关; 远距离水汽输送时, 水汽输送过程中的降水使得稳定同位素的贫化作用加强, 结果实测降水中δ¹⁸O很低; 降水中低的δ¹⁸O值往往伴随着厚层水汽输送, 而且高层大气水汽的凝结作用强烈, 这一过程也加剧了稳定同位素的贫化, 使得实测降水中δ¹⁸O很低. 而降水中高的δ¹⁸O值无论是在季风降雨期的前后还是在季风活动阶段, 水汽输送都与高原面上蒸发的水汽有关, 而缺乏低海拔洋面蒸发的水汽输送, 并且水汽主要来源于北方或西方. 模型计算结果与稳定同位素的分馏机理相一致.     

新疆二台北花岗岩矿物-水氧同位素交换反应动力学

新疆北部二台北花岗岩共生矿物表现出显著的~(18)O/~(16)O不平衡关系,尤其是石英、长石具有倒转△~(18)O_(石英-长石)关系(△~(18)O_(石英-长石)<0).上述关系表明在花岗岩-水之间发生了~(18)O/~(16)O交换反应.根据质量平衡约束关系对岩石与外来流体的初始δ~(18)O值作了估计.定量模拟表明:二台北岩体流体流动速率约为3×10~(-14)mol/s,水-岩反应时限为0.8～3Ma,水/岩比介于0.79～3.08.以流体δ~(18)O值为变量对流体路径及其不均一性作了估计.     

德令哈大气水汽中δ~(18)O的时间变化特征——以2005年7月～2006年2月为例

大气水汽中氧稳定同位素是研究气候现代过程的重要手段.根据测得的青藏高原东北部德令哈2005年7月~2006年2月大气水汽中δ18O以及观测的气象要素,分析了德令哈大气水汽中δ18O的变化特征以及与温度、比湿的关系.研究结果表明,德令哈大气水汽中δ18O季节变化显著,夏季值高于冬季值;在取样期间存在较大的波动,波动幅度超过37‰;受温度季节变化影响,德令哈大气水汽中δ18O的日变化与日平均温度之间存在着明显的正相关关系;德令哈大气水汽中δ18O与大气中水汽含量的关系较复杂,研究发现在季节尺度上,冬季大气水汽中δ18O与空气比湿成正相关关系,但在夏季,大气水汽中δ18O显著受到降水的影响而与空气比湿显现相反的关系;德令哈大气水汽中δ18O值低于当地降水中δ18O值,它们之间平均差值?δ18O为10.7‰;德令哈大气水汽中δ18O值受到降水事件的影响,在7,8月间相对偏低,模拟结果显示,降水事件使德令哈大气水汽中δ18O值在7,8月间平均偏低7‰.     

大别山超高压变质作用期前和期后水-岩相互作用的氢氧同位素证据

对大别山东部超高压变质岩单矿物进行了氢氧同位素分析 ,得到榴辉岩的全岩δ18O值变化较大 ( -5‰～ 9‰ ) ,而其中云母的δD值变化较小 ( -85‰～-70‰ ) .在石英与其它矿物之间存在氧同位素平衡和不平衡两种现象 ,并且部分榴辉岩中出现绿辉石与石榴石之间的氧同位素分馏“倒转” .然而 ,较低的榴辉岩δ18O值 ( -5‰～ 1‰ )反映了其原岩的氧同位素特征 ,是由于超高压变质作用之前与大气降水发生相互作用的结果 .大别 苏鲁造山带榴辉岩氧同位素不均一性的保存指示 ,引发前进变质作用的古板块俯冲是快速的 ,因而所伴随的变质流体流动为隧道式而不是弥散式 .退变质作用导致部分矿物之间出现氢氧同位素不平衡 ,但引起退变质反应的流体在稳定同位素组成上是内部缓冲的 ,其氢氧同位素组成取决于寄主岩石的化学性质 .     

上海-南极洋面大气N2O的δ^15N与δ^18O时空变化特征

在中国第22次南极科学考察期间,采用Tedlar气袋采集了“雪龙号”考察船航线上洋面大气样品以及东南极米洛半岛近地面大气样品（采样时间分别为地方时上午10：00和夜间22：00）,在室内通过带有全自动预GC浓缩接口（PreCon）的Thermo Finnigan MAT-253同位素质谱仪,对这些大气样品中N20的同位素组成进行了高精度地测量;并分析了其δ^15N与δ^18O空间变化规律．上海-南极洋面大气N2O的δ^15N与δ^18O平均分别为（7．21±0．50）‰和（44．52±0．52）‰．由30°N往南极随着纬度的变化,δ^15N（6．05‰～7．88‰）呈线性增加趋势,增加率为0．01‰/纬度,δ^18O（43．05‰～48．78‰）则呈现较大的波动;且δ^15N气温、N2O浓度呈负相关,而与δ^18O呈弱的正相关．东南极米洛半岛近地面大气N2O的δ^15N与δ^18O夏季变化趋势相一致,且二者呈显著正相关,而与N2O浓度呈显著负相关;不同地点大气N2O的δ^15N与δ^18O平均分别为（7．46±0.39）％。和（44．6±0．45）‰,略高于洋面大气N2O的δ^15N与δ^18O;而显著高于北半球低纬度大气N2O的δ^15N与δ^18O值．分析讨论了引起地面大气N2O的δ^15N与δ^18O空间变化的主导因素．提供了全球大区域洋面大气N2O的同位素资料,有助于定量评估全球与区域大气N2O的净收支．