即墨温泉地热区水文地球化学特征及成因机制

即墨温泉地热是青岛地区的特色矿产资源,已成为当地经济发展的重要生长点。然而由于长期的大量开采,地热水供需矛盾、环境等问题日益突出。通过对比分析不同年份和季节即墨温泉地热水的化学组分与同位素特征,并结合地热资源调查资料和围岩地球化学与区域地质构造特征,探讨分析即墨温泉地热水的组成变化和成因机制。研究结果表明:即墨温泉是在独特的构造部位和良好的储水条件下,由大气降水补给并经过深部循环,由大地热流和深部热交换等作用加热,并通过水岩反应淋滤盐分,最终形成矿化度较高的地下热水并沿断裂上升出露地表。随着开采量的持续上升,温泉地热区水循环速率明显增加,地热水中的Na~+和Cl~-等主要成分以及氢氧同位素组成在不同补给来源的多端元混合以及水岩相互作用下表现出较为显著的差异,部分地热含水层受到浅层地下水混入的影响。因此,应积极探索建立长时间序列的年际和年代际标准化水质连续观测计划,并通过水化学指标变化的模拟,为温泉地热资源的开发和管理提供科学指导。     

大沽河流域地下水水化学及同位素特征

大沽河是青岛市重要的供水源之一,了解大沽河流域水循环的过程和机理有助于合理地利用大沽河流域水资源。为了研究大沽河流域地下水循环的规律,在大沽河李哥庄镇至胶东镇段研究区内采集了26个地下水样本和4个地表水样本,测定其氢、氧同位素及水化学成分,通过分析其变化特征初步判定地下水补给来源以及影响因素。对降水和地下水中的稳定同位素组成(δD,δ~(18)O)进行分析,结果表明大气降水是该区域地下水的主要来源。地下水及地表水的水化学结果表明研究区地下水类型多样,主要为HCO_3-Cl-SO_4-Ca-Na,Cl-SO_4-Na,Cl-HCO_3-SO_4-Na,HCO_3-Cl-SO_4-Na-Ca-Mg,Cl-Na五类;地表水受到强烈的蒸发浓缩作用,并在一定程度上补给了地下水。同时,地下水中的氢、氧同位素含量与Cl~-和TDS区域分布特征相互佐证,证明地下水化学成分主要受到海水入侵的影响,其次为围岩矿物的溶解。     

厦门岛南岸地下水的氢氧同位素的示踪研究

实测了厦门岛沿岸地区地下水的氢、氧稳定同位素组成，并据此开展了沿岸地下水水文学的同位素示踪研究。对地下水、海水及大气降水的δD～δ^18O方程进行数理分析后表明，大气降水是厦门沿海浅层地下水的主要来源。利用稳定同位素质量平衡模型，估算9810号台风所致降水对地下水的贡献。结合水文资料，通过地下水氢、氧同位素组成的时空分布特征，验证了地下水由北向南运移并最终排入沿岸海域的运移途径。研究还初步探讨了地下水稳定同位素组成对潮汐变化的响应。     

闽赣地区温泉水氢氧同位素的初步研究

本文首次报道了闽赣地区部分温泉水的氢氧同位素分析结果。文中对本区温泉的成因及补给来源也进行了初步探讨。结果表明,本区温泉的δ~(18)O和δD值与大气降水线一致,表明它们是大气降水的深循环成因,但厦门杏林湾温泉水源于海水,而漳州温来混入了海水。     

中低温对流型地热系统的典型成因——南京汤山地热系统的分析

根据中低温对流型地热系统的理论和汤山温泉、汤山热水井的地质、地热背景,南京汤山地热系统为一典型的中低温对流型地热系统。该系统以汤山背斜控热构造提供的大地热流为热源;以受迫对流为机制。大气降水和地表水通过断裂和溶穴入渗并受迫进行深循环。在此过程中,吸取围岩热量形成地热水。在地形高差影响和相应的水力压差作用下形成环流。在巨厚页岩地层的阻隔下,地热水沿断裂带和特定层位出露形成温泉,或赋存于地下。     

山东半岛温泉的分布规律与成因

根据对山东半岛地热场特征、区域地质构造、岩浆活动与温泉分布关系的研究以及地热水化学特征的分析，认为温泉的形成与分布主要受断裂构造的控制。温泉的形成机理为深循环－地热增温，即大气降水或第四系潜水沿断裂带深循环，在正常地温梯度下吸收地球内热增温形成热水，再沿断裂破碎带上涌至地表而形成温泉。温泉水温取决于地下水循环深度，按笔者提出的经验公式推算，山东半岛１４处温泉水的最小循环深度界于１５０３～３０８４ｍ间。温泉水循环深度大致指示控泉断裂构造发育的最小深度     

厦门大气降水的氢氧同位素研究

本文研究了厦门地区大气降水的氢、氧同位素组成,提出了大气降水线方程的δD＝8．16δ^18O＋10．68,并与全国及全球降水线进行比较,揭示了该降水线方程的特征。对全年氚过剩值（d）及降水线特征研究表明,厦门岛全年降不涞源较为单一,主要为海洋性气团。降水中δD与δ^18O的降水量效应明显,且该影响远远掩盖了温度效应。     

典型厄尔尼诺期间台风降水δ18O变化分析: 以2018年22号台风“山竹”为例

台风因其特殊的物理结构, 带来的降雨有别于一般的暴雨事件, 其降水稳定同位素组成与一般的大气降水事件也有较大的差异。本文根据2018年第22号台风“山竹”登陆前后广州、东莞两地气象资料和每小时间隔的降水样品收集, 分析了此次台风在两地的降水稳定同位素变化特征及其影响因素。台风“山竹”影响期间, 广州降水δ¹⁸O值变化范围为-5.7‰~-19.2‰, 变化幅度达13.5‰, 其平均值为-15.5‰; 东莞降水δ¹⁸O值变化范围为-7.3‰~-20.0‰, 变化幅度达12.7‰, 平均值为-14.8‰; 两地降水δ¹⁸O值均呈现为3个阶段倒U型的变化特征。受到蒸发作用的影响, 两地台风前端和尾端的降水氧同位素值相对偏正, 其中广州为-5.7‰~-9.3‰, 东莞为-7.3‰~-8.1‰。两地台风中端的降水稳定同位素值极端偏负, δ¹⁸O值变化范围分别为-16.0‰~-19.2‰(广州)和-13.0‰~-20.0‰(东莞), 是该地区迄今为止已报道的最为偏负的降水δ¹⁸O值。分析认为, 在厄尔尼诺状态下生成的远源台风“山竹”强度增强, 其内部具有更强的对流和水汽循环过程, 导致降水δ¹⁸O值极端偏负。     

非均质裂隙渗流场研究中的水化学方法

采用水化学分析、氢氧同位素示踪和氯离子质量平衡法相结合的手段 ,对非洲博茨瓦纳的帕拉匹水源地的地下水资源进行分析。结果表明该水源地有 2层水化学类型不同的含水层 ,即茨瓦蓬和鲁村纳 2个含水层 ,而且地下水主要在裂隙网络中运动。氢氧同位素示踪说明茨瓦蓬含水层的地下水主要来源于未受强烈蒸发的大气降水补给 ,用氯离子质量平衡法计算大气降水补给每年约 17mm。     

揭示南极始新世气候变化的古热液系统

古热液系统存在于火成岩体侵入冷却的渗水围岩区域。侵入体周围岩体中的地下水对流循环与热液流的相互作用引起围岩中的氧、氢同位素交换。岩石矿物的 δ18O终值取决于矿物—水作用的温度、流体 /岩体比值和热液循环持续期。由于水矿物中的氚在 2 0 0～ 50 0℃时分馏 ,因此 ,大气水—热液系统中的花岗岩的δD值明显减小。热液水使含羟基矿物得以缓冲 ,其δD值取决于水体中的氢同位素组成。由于大气中的水和蒸气的氢分馏依赖于温度 ,因此 ,可以利用与大气水相互反应的含水相的 δD值间接监测热液循环期间的气候条件。为了寻找一种重建新生…     

厦门沿岸地区大气降水中氢、氧稳定同位素组成及其影响因素

利用2004年4月至2006年4月采集于厦门沿岸地区的44个雨水样品,对降水中的氢、氧同位素组成及其影响因素进行了分析和研究,结果表明:(1)厦门沿岸地区大气降水中δ18O值为-10.30‰～-0.13‰,平均值为-3.67‰;δD值为-74.7‰～7.3‰,平均值为-20.5‰,均处于全球及国内降水中δ18O和δD值的变化范围内。(2)厦门沿岸地区大气降水中的δ18O和δD值受纬度效应影响。(3)厦门沿岸地区大气降水中δ18O和δD值的季节差异较大,季风气候及其导致的降雨量效应是影响该地区δ降水值季节变化的主要因素。(4)降水中的氘过剩值(d值)为1.21‰～17.10‰,平均值为8.87‰,小于世界大部分区域雨水中的d值,说明厦门沿岸地区的降水源区蒸发速率比较缓慢,降水云团主要来自海洋汽团。(5)厦门沿岸地区大气降水线为:δD=7.67δ18O+7.68(p0.0001,R2=0.9876),与全球及国内的降水线接近,说明雨滴在降落过程中存在一定的再蒸发过程,该特征在夏季较显著。     

热带西太平洋雨水的氢、氧同位素组成

测定了西太平洋(7.5°～31°N,123°～132°E)1989年9～10月间雨水的δD和δ18O值,结果表明该区雨水的氢、氧同位素组成呈观与中、高纬度地区明显不同的分布特征.雨水的δ值与降水点的纬度没有直接的因果关系,而与季风流场明显相关.沿季风流动方向雨水的δ值逐渐减低,这可用降水云团的瑞利分馏过程解释.雨水δD和δ18O的分布大致反映了研究区季风流场的特征.     

浙闽中小河流水体氢氧同位素组成特征及时空变化

山溪性中小河流在全球沉积物由陆入海过程中扮演着重要角色,过去研究主要关注于河流入海物质通量估算及河口区环境评价,而对其相关的水循环研究较少。以浙闽沿海地区代表性中小河流(如椒江和木兰溪等)不同季节河水δD和δ~(18)O组成为研究基础,结合中国东部季风区降水及河流水文资料,旨在探讨浙闽典型中小河流氢氧同位素组成的时空变化特征及控制因素。研究发现,不同季节河流氢氧同位素组成变化显著,夏季河水主要补给来源为降水,冬季则主要受地下水的调节。空间上,干流河水夏季δ~(18)O沿程变化不大,冬季受沿程蒸发作用的影响,呈现由上游向下游逐渐偏正的趋势;受降雨量效应及地下水纬度效应的综合控制,冬季河水δ~(18)O随纬度升高明显偏负。河口区冬季样品δ~(18)O与盐度具有很好的相关性,结合我国东部其他河口数据,为研究我国东部海域周边沿岸流时空变化提供了新的参考手段。     

威海市宝泉汤温泉成因及其对断裂和地震活动性的影响

威海市是胶东地区温泉资源比较丰富的地区,而研究温泉与断裂及地震活动性的关系具有非常重要的意义。宝泉汤温泉位于市区的东部,是一种富含各种微量元素、矿化度较高的地热水,水化学分析表明,温泉水属于Cl-Na.Ca型;温泉受NW向神道口断裂和近EW向城南河断裂的控制,大气降水和海水顺着断层或断裂破碎带下渗和深循环形成温泉,地热水循环深度能达到2 022.14m;温泉水循环对断裂及围岩有弱化作用,和温泉的热能释放作用一起降低了断裂和本区地震活动性。     

冰川旋回中的Ca循环与C循环初探

钙同位素是近20a来才被人们关注的海洋中阳离子同位素,通过对东北印度洋近30万a来冰川旋回中浮游有孔虫Globigerinoides sacculifer 壳体δ44Ca的研究,并与δ18O和δ13C的对比分析给出了冰川旋回中水圈、气圈、生物圈的Ca循环和C循环的一般模式:当大洋生产力升高时,由于海洋生物构建硬体的需要取走大量CaCO3,生物固定Ca2+和CO2的"泵"功能增强,海水中δ44Ca值升高,引起大气CO2浓度降低,促进了全球气候变冷;当大洋生产力降低、生物总量减少时,生物对Ca同位素分馏的弱化和对CO2需求的减少,必然导致大洋海水中δ44Ca值降低和CO2浓度的升高,大量CO2逸出海面,作为全球 CO2的"源"促使大气中CO2浓度升高.     

长江口刀鲚幼鱼耳石碳、氧同位素特征初报

为了解长江口刀鲚(Coilia nasus)耳石中碳、氧稳定同位素的特征及其可能反映出的生态学意义,作者利用稳定同位素质谱分析技术,首次对长江口刀鲚幼鱼的耳石进行碳、氧稳定同位素的初步研究。结果显示,δ13C和δ18O分别为–12.1±1.8(‰VPDB)和–7.9±1.2(‰VPDB),总体上δ13C波动较大,而δ18O波动较小。基于个体的δ13C和δ18O散点分布可将本研究中的刀鲚归为两个组,可能起源于长江中两个不同孵化场水域的群体,其中δ18O显示出两组刀鲚所经历环境积温上的差异,反映出两者起源水域温度环境的不同;而δ13C的差异说明两组刀鲚在饵料组成上的有所差异。     

气体平衡法测定水的δD、δ~(18)O及其在冬季北海近岸水体示踪中的应用

在配备双路进样系统的稳定同位素质谱仪(Isotope Ratio Mass Spectrometry:IRMS)上采用气体平衡法测定微量水样的高精度氢氧稳定同位素组成,同时采用国际及国家水稳定同位素标样及实验室工作标准进行多次测试及校正,获得δD的外部精度为1.0‰-2.0‰,δ18O的外部精度好于0.1‰.利用该方法对2007年冬季北海附近表层海水、河口水等水体的δD、δ18O进行测定,结果显示,δD、δ18O组成可以区分不同的水体,δD与δ18O存在显著正相关关系,但其δD-δ18O相关关系与邻近地区大气降水有明显差异;同时δD、δ18O与盐度也存在很好的正相关关系.这些结果意味着δD-δ18O关系主要反映海水与河水的混合过程.结合现场观测的水文资料,发现δ18O与表面水温有中等相关性,意味着蒸发作用对水体的氧同位素组成也有一定的影响.这些关系可应用于海水对近岸水域影响的研究,以及利用δ18O-盐度方程重建古盐度.     

环渤海地区河流河口及海洋表层沉积物有机质特征和来源

2013年8月采集了环渤海地区35条主要河流河口表层沉积物样品,12月采集了渤海与北黄海24个表层沉积物样品,分析了其生物地球化学指标:总有机碳(TOC)、总氮(TN)、有机碳同位素(δ13C)和氮同位素(δ15N),探讨该区域表层沉积物有机质特征及组成。研究表明:河流河口表层沉积物有机碳同位素(δ13C)值在–26.4‰—–21.8‰,平均值为–24.5‰;渤海表层沉积物有机碳同位素(δ13C)值在–23.8‰—–21.7‰,平均值为–22.3‰。河口表层沉积物TOC含量在0.06%—3.87%,平均值为1.31%;渤海表层沉积物TOC含量在0.52%—2.09%,平均值为1.08%。河流δ13C富集较轻,偏向陆源;海洋δ13C富集较重,偏向水生有机质来源。河流河口表层沉积物的δ13C值差异较明显,最大值与最小值相差4.6‰,但是流域地理位置距离近的河流δ13C值差异不大。河流河口表层沉积物δ15N在1.5‰—10.2‰,平均值为5.5‰;渤海表层沉积物δ15N在4.4‰—5.6‰,平均值为5.0‰。河流表层沉积物δ15N范围比渤海表层沉积物δ15N范围广,原因是河流受陆源有机物影响,且陆源有机物来源差异大。海洋表层沉积物δ15N相对均一,说明海洋表层沉积物δ15N受物源影响较小,体现了水体中有机质的转化和微生物活动对氮同位素的影响。本研究中表层沉积物的δ13C与δ15N没有明显的相关性,也体现了陆源有机质输入的影响。根据经典的二元模式计算,35条河流陆源有机质的贡献比例范围为10%—90%,平均值为60%;渤海陆源贡献比例范围为10%—50%,平均值为20%。河流有机质的来源以陆源有机质为主,水生有机质为辅。渤海有机质的来源以水生有机质为主,环渤海河流的陆源输入也有重要贡献。需要指出的是,有机碳同位素(δ13C)、氮同位素(δ15N)和Corg/Ntotal对有机质来源判别有一定局限性,虽然稳定同位素有示踪性,然而其成分仍然不可避免地受到生物地球化学等过程的改造,在使用稳定同位素技术示踪物源时,须小心谨慎。     

黑石礁海域生物碳、氮稳定同位素组成的研究

稳定同位素技术是研究生态系统中物质循环与能量流动的有效技术。利用稳定同位素技术研究了黑石礁海域浮游植物和6种海洋生物的δ13 C和δ15组成、营养位置、空间分布和月份变化。结果显示:浮游植物的δ15 C远低于其他物种,不同物种的δ13 C和δ15 N存在明显的差异,且有交叉现象,表明他们同化了不同的碳源;物种的δ15 N值空间差异较大而δ13 C值空间差异不明显,且δ15 N值与距离排污口的远近有关系,越靠近排污口δ15 N越大,与人类活动营养物质的输入有关系,可以用δ15 N监测人类活动对海洋生物的影响;孔石莼的δ15 N月平均变化很大,浮游植物δ15 N值基本没有变化,其他物种没有发生很大的变化;孔石莼是适合短期监测人类活动对海洋影响的物种。     

从树轮б~(13)C序列中提取大气б~(13)C信息的可行性研究

工业革命以来化石燃料的大量使用和森林的过度砍伐,引起大气CO2浓度大幅度增加,但同时由于"Suess"效应,大气δ13C值却在不断下降。研究大气δ13C值的变化历史,不仅有助于预测其今后的趋向,而且可以用来了解碳循环的自然变率和校正全球碳预算模型。由于直接的仪器测量从1978年才开始,因此便产生了各种各样的替代方法。利用树轮δ13C值重建古大气δ13C值的变化就是其中的一种,但树轮δ13C值容易受到外界环境因子的影响,从树轮δ13C值中得到的大气δ13C值存在很大的差异。本文分析了树木生长季(5—9月)温度和降水对树轮δ13C值序列变化趋势的影响。结果表明,温度和降水对树轮δ13C序列的趋势变化没有明显的影响,树轮δ13C值近几十年来下降的趋势主要反映的是大气CO2浓度的增加引起的"Suess"效应。但自然灾害的发生和树轮δ13C值的边材效应可以改变这种结果,如新疆昭苏树轮δ13C值和年轮宽度分别在1969年和1967年突然升高以及青海祁连树轮δ13C值在1990年后上升。