银川盆地水体氢氧稳定同位素特征分析

中国西北部银川盆地干旱少雨,大量的黄河水用于灌溉,灌溉入渗水对地下水循环的参与程度、参与深度研究是进一步解决灌区水环境问题和确定地下水污染来源的关键,需要深入研究。笔者通过氢氧稳定同位素特征分析和氚同位素年龄分析,构建了银川盆地不同水体同位素特征分布关系。结果表明:银川盆地降水和流经的黄河水的氢氧稳定同位素丰度均值都分布在全球雨水线上,降水和黄河水符合全球大气降水来源;深层地下水、浅层地下水及由地下水排泄汇集的排水沟水的氢氧稳定同位素都分布在地下水拟合线上(δD=8.24δ18O+1.08)。这条地下水拟合线与全球雨水线近似平行分布。两线之间的差异指向2种不同水循环的主导过程,即蒸发-混合主导过程和水岩交互-混合主导过程。两种解释对应的灌溉循环量分别占地下水排泄量的44.07%和89.76%,初步认为水岩交互-混合是地下水拟合线分布于全球雨水线下方的主导过程。     

湖北宜昌西陵峡地区大气降雨氢氧同位素特征分析

通过测定湖北宜昌西陵峡地区2009年5月至10月降雨样品的氢氧同位素组成,分析了该区降雨的氢氧同位素特征及其与降雨量的关系,并与区内2007年同期的降雨同位素资料进行了对比.结果表明,该区大气降雨线公式为:δ(D) =8.45δ(18 O)+11.55,与全球降雨线和全国降雨线公式相比,斜率和截距均偏大,这与凝结物在未...     

北麓河多年冻土区降水及河水稳定同位素特征分析

为了进一步全面理解和探索青藏高原水文水循环过程,采用同位素方法并结合气象资料对青藏高原北麓河区域2011年6~12月降水和河水稳定同位素时空特征进行分析。探讨了北麓河降水同位素与日平均气温、降水量之间的相互关系,同时也对比分析了北麓河降水和河水的同位素变化特征。结果表明:北麓河降水同位素在整个观测期内总体受温度控制,但存在季节变化,其中6~9月降水同位素受到温度和降水量效应的共同控制,9月以后则主要受温度的影响。河水同位素与降水同位素相似的变化特征,体现了降水补给特征,另外降水量也能够影响河水同位素变化:降水量小则降水对其影响较小,反之则大。与北麓河降水线相比,河水δ18O~δD关系的斜率和截距偏大,揭示该区域河水除了受大气降水的补给外,还受到区域水体内循环和蒸发分馏作用的影响。     

苏州阳西高岭土矿床氢氧稳定同位素特征

苏州阳西南岭土矿床按成因可分为脉岩型高岭土及溶洞充填型高岭土.高岭土的氢氧稳定同位素组成变化大,取决于样品的采集部位.在δD—δ~(18)O相关图上,以δ~(18)O=19‰为界,可分为A、B两区.脉岩型的残斑状高岭土氢氧同位素组成位于A区(δ~(18)O<19‰);而溶洞充填型的致密块状高岭土的氢氧同位素组成位于B区(δ~(18)O>19‰).据此可以认为脉岩型高岭土以热液成矿作用为主,溶洞充填型高岭土以风化淋滤作用为主.并分别在成矿后又受到了后期作用的叠加改造.     

降水过程中氢氧稳定同位素理论关系研究

大气降水过程中氢氧稳定同位素比值呈现一定的规律,分析了瑞利分馏中分馏系数的影响因子,基于瑞利分馏原理和质量守恒定律,分别推导了开放系统和封闭系统降水过程中的稳定同位素微分方程模型,研究了大气降水过程中氢、氧稳定同位素变化规律,导出了云团水汽和降水氢、氧之间的相互关系,结果表明这一关系并非简单的线性关系。     

滇东黔西地下水氢氧同位素特征

通过大气降雨氢氧同位素进行分析,得出了滇东黔西的大气降水线为δ(D)=7.848δ(~(18)O)+11.00,地下水氢氧同位素组成落在滇东黔西大气降雨线附近,说明研究区地下水是由大气降雨补给。从贵州中部向西云南昆明,地下水中越来越贫重同位素,显示夏季滇东黔西地区大气自东向西运移的特点。研究区自东向西地下水中氧漂移越来越明显,说明自黔西到滇东水岩作用越来越强烈。研究区氘过量系数d为9.9,显示了滇东黔西地区不平衡蒸发强烈。滇东黔西地区地下水出露高程和δ~(18)O值的关系为δ~(18)O(‰)=-0.00259H-5.657,地下水出露高程与δD值得关系为δD(‰)=-0.0236H-31.08。即在滇东黔西地区海拔每上升100m,地下水中δ~(18)O值下降0.259‰,δD值下降2.36‰。     

南伊沟水体水化学及氢氧同位素特征分析

南伊沟是林芝地区重要水源涵养区,研究南伊沟水体水化学和氢氧同位素特征,揭示"三水转化"规律,对提高林芝地区水体水文地球化学研究程度,支撑当地林水关系研究,服务高原地区水生态保护具有重要意义。运用水化学和氢氧同位素分析方法,分析了地区水化学特征、水岩作用情况和水循环特征。结果表明: 南伊沟水体为极低矿化度淡水,地表水水化学类型为HCO3-Ca・Mg型和SO4・HCO3-Ca・Mg型,地下水水化学类型为HCO3-Ca・Na型; 地表水和地下水的水化学离子成分主要受岩石风化控制,离子来源主要受碳酸盐岩溶解和硅酸盐岩风化影响,地表水中Na+、K+、Cl-主要来源于盐岩溶解,同时还受降雨影响,地表水和地下水中Ca2+、Mg2+主要来源于碳酸盐岩矿物溶解; 地下水和地表水水岩作用较弱,对比上游雅鲁藏布江和拉萨河地表水,大部分δ18O、δD值具有明显的高度效应和大陆效应; 南伊沟枯水年内强烈的不平衡蒸发作用是导致地区大气降雨线斜率和截距偏小的主要原因之一。     

珠江流域大气降水稳定性氢氧同位素特征

大气降水稳定同位素的特征对于明确流域水循环过程、水汽来源和气候变化等方面都有重要指示作用。选取珠江流域的广州、桂林、柳州和香港4个站点的IAEA大气降水氢氧同位素数据,对其时空分布特点及影响因素进行了研究。结果显示:该地区降水中氧同位素的变化呈现出旱季高、雨季低的特点。全年尺度下,4个站点主要受温度效应影响,只在旱季有着较为微弱的降水量效应;得到的珠江流域大气降水线方程:δD=8.084δ~(18)O+10.998,R=0.965,对比全球及中国大气降水线方程,都较为接近,证明该地区降水主要遵循瑞利分馏过程;d盈余值的变化呈现出雨季低、旱季高的特征,表明珠江流域水汽主要源于海洋,在旱季受到北方空气南下及局地水循环的影响。     

OIPC和RCWIP降水氢氧稳定同位素数据在新疆天山地区的适用性

降水中氢氧稳定同位素的空间分布是同位素水文学和同位素生态学研究的基础资料, 近年来高空间分辨率的氢氧稳定同位素分布数据产品获得了越来越多的重视。利用新疆天山地区实测降水同位素数据, 评估两套常用的全球降水同位素分布模拟数据（OIPC和RCWIP）的适用性。结果表明： 从时间尺度来看, 两套产品在夏半年（4 - 10月）的模拟效果明显优于冬半年（11月 - 次年3月）; 在各自然区中, 准噶尔盆地荒漠自然区的模拟效果相对较好, 而吐鲁番盆地-哈密（戈壁）荒漠自然区模拟效果相对较差。通过均方根误差、 线性判定系数、 平均偏置误差、 平均绝对误差等指标的比较, 在本研究区内RCWIP数据产品对降水同位素值的模拟效果比OIPC的效果好。结合乌鲁木齐多年降水氢氧稳定同位素数据, 发现降水同位素年际变化差异并未明显影响到代表性, 在缺乏长期监测的情况下这两套数据仍有重要的使用价值。     

九江地震台地下水氢氧稳定同位素变化特征及意义

在地震地下流体研究中,地下水补给及循环过程是重要的研究内容之一,氢氧同位素示踪技术是目前研究该过程的常用手段。通过对九江地震台2井地下水、大气降水及周边天花井水库水、马尾水高山泉水的样品进行氢氧同位素测定分析,结果表明,与降水相比地下水氢氧同位素变化更为稳定。夏半年,大气降水氢氧同位素与降水量呈显著的负相关关系,具有明显的降水量效应;冬半年,与温度成显著的正相关关系,具有明显的温度效应,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计算的补给高程分别约为647m、440m。九江台地下水总体属于大气成因型,循环过程为较稳定的裂隙水补给形成承压自流井。     

蒸发皿中水面蒸发氢氧同位素分馏的实验研究

气象要素与蒸发密切相关,通过室内外不同气象条件下的器皿水蒸发实验,获得了水面蒸发氢氧稳定同位素分馏因子与气象要素的关系。实验结果表明,随着蒸发的进行,剩余水体中逐渐富集重同位素;自由水体蒸发同位素分馏在垂线上有分层现象,表层水体同位素值比垂线平均的同位素值略富集;不同温度条件下的室内蒸发实验中,温度越高,液-气间分馏系数越小,相应于同一剩余水体体积比,剩余水体稳定同位素值则越低。室外器皿水自由蒸发实验中得出的蒸发线方程斜率较大地偏离了当地降水线,表明实验期间水体蒸发分馏作用较明显。该研究为进一步揭示水体蒸发分馏规律提供了可靠的实验依据。     

四川黄龙降水氢、氧同位素对气候变化的指示意义

与全球大气降水线相比,黄龙大气降水线的斜率和常数项均较小,这与水滴在未饱和大气中降落时重同位素的蒸发富集作用有关,且反映了近几十年以来黄龙的气候有向暖干变化的趋势。降水稳定同位素的显著降水量效应说明黄龙降水的水汽主要来源于低纬度海洋。过剩氘的季节变化及降水氢、氧同位素的降水量效应反映了黄龙地区旱季受大陆性气团的影响,空气干燥,降水量小,因此蒸发强,重同位素的富集作用强,从而降水中稳定同位素比率高;在雨季,受来自海洋水汽的影响,空气湿润,降水量大,因此蒸发弱,重同位素的富集作用轻,从而降水中稳定同位素比率低。据此推测,降水量效应可能是不同水汽来源对降水稳定同位素影响的结果。黄龙的降水温度效应不显著,季风气候抑制和掩盖了温度效应。      

昆明市黑龙潭岩溶泉氢氧稳定同位素分析

黑龙潭位于昆明市北缘的五老山山麓,沿黑龙潭东支断裂带出露地表,该区分布三个岩溶泉,分别是:清水潭、浑水潭、小水潭,文章运用氢氧稳定同位素方法对它们进行连续的观测研究。通过对大气降水和泉水氢氧稳定同位素特征进行分析,揭示研究区岩溶泉水的来源及泉域含水层特征。得出以下结论:（1）通过大气降水δ18O -δD 关系建立当地大气降水线,大气降水线和泉水的稳定同位素分析表明泉水来源于大气降水,而且主要来源于夏季降水。（2）高斯混合模型分析结果表明,清水潭的补给不仅来源于野猫山地区,还包括径流过程中的入渗补给,而且入渗补给量并不小。浑水潭旱雨两季补给类型有所区别。小水潭除受北部二叠系灰岩含水层补给之外,很有可能也受东北部玄武岩山地的孔洞裂隙水补给。      

Fractionation of hydrogen and oxygen isotopes of gypsum hydration water and assessment of its geochemical indications

Fundamental knowledge of the isotopic fractionation between the hydration water and the mother solution and whether the primary information recorded in hydration water can be preserved or not in deposits or mines have long been unclear. In order to calculate the accurate hydrogen and oxygen isotopic fractionation factors between gypsum hydration water and its mother solution with new methods, to understand the mechanism of fractionation and synthetically assess the record-keeping abilities of the isotopic composition of hydration water during the process of diagenesis after deposition, experiments on the hydrogen and oxygen isotopic compositions of gypsum hydration water and its mother solution at different isothermal temperatures from 5 to 50°C were systematically conducted. In addition, samples from two typical gypsum deposits formed in different environmental conditions were also determined. Results show that during gypsum crystallisation, both hydrogen and oxygen isotopes show significant fractionation between the hydration water and the mother solution. The calculated hydrogen isotopic fractionation factors are <1, while the oxygen isotopic fractionation factors are >1 at temperatures from 5 to 50°C. The fractionation factors show no functional relationships with temperature. Isotopic compositions of gypsum hydration water in arid lake sediments can be used to trace the source of water and primary deposit environmental information. However, the isotopic composition of the gypsum hydration water can easily be altered by dissolution and secondary precipitation of gypsum during later diagenesis, particularly in areas with humid climate and abundant groundwater. A very careful assessment on record-keeping abilities of the primary isotopic composition of hydration water in gypsum during later diagenesis must be considered before application.     

华北平原典型区水体蒸发氢氧同位素分馏特征

为研究华北平原衡水地区水体蒸发氢氧同位素分馏特征,采集不同盐度的深层地下淡水(TDS 为0.61g/L)和浅层地下咸水(TDS为7.97g/L),现场开展室外器皿蒸发实验,获得了当地气象条件下氢氧同位素分馏参数.实验结果显示,淡水及咸水剩余表层水δ18O与剩余水比率f呈指数关系,与瑞利分馏模拟结果一致,δD和δ18O蒸发线斜率分别为4.78和4.69.整个蒸发过程中,淡水及咸水氢氧同位素值增量ΔδD分别为Δδ18O的4.82倍和4.76倍;剩余表层水相对于初始水δD和δ18O的变化量与累积蒸发量之比,淡水分别为2.68‰/cm和0.56‰/cm,咸水分别为2.78‰/cm和0.61‰/cm;而在不同的蒸发时段,剩余表层水δD和δ18O的变化量与蒸发量无明显相关性.受水分子扩散的影响,蒸发皿中氢氧同位素分馏在垂线上分层微弱.由于水体盐度较低,在当地气候条件下进行自由蒸发时,氢氧同位素分馏的盐效应可以忽略.     

涞源北盆地地下水氢氧同位素特征及北海泉形成模式

拒马源泉群作为拒马河的源头,受到了较多专家和学者的关注。但这些研究多集中在地下水的水化学、水位动态、泉流量等特征上,对地下水氢氧同位素特征的分析几乎没有,且对北海泉的成因解释多为粗略的定性概述。为了说明涞源北盆地地下水的氢氧同位素特征,详细揭示北海泉的形成模式,首次系统地采集了不同含水岩组的地下水样品,测定了水样的氢氧同位素组分。结果表明:样品点δD和δ18O值均落在区域大气降水线上或附近,大气降水是研究区地下水的主要补给来源;白云岩、灰岩含水岩组高程效应较明显,径流途径长,松散含水层径流途径短,受蒸发作用较强;白云岩、灰岩含水岩组和松散含水层氘盈余d值分别为6.0‰～11.6‰、4.2‰～11.2‰、3.8‰～8.0‰,较大气降水大部分偏小,表明岩溶水和松散孔隙水经历了不同的流动过程;白云岩、灰岩含水岩组从补给区向排泄区各自流动过程中,在小西庄、香炉屯村附近断裂带发生沟通混合,然后在向盆地中心径流过程中受断层阻水上升,上升过程中又接受了松散孔隙水的补给,最后在松散岩层中出露成泉,形成北海泉。在孔隙水混入前,两者的平均补给比例大约为48.4%～57.6%和42.4%～51.6%。     

哈尼梯田麻栗寨河流域泉水氢氧同位素的海拔效应

氢氧同位素是示踪流域水循环过程的有效方法,水是维系哈尼梯田景观稳定性的关键.以哈尼梯田文化景观遗产核心区的麻栗寨河流域泉水为研究对象,通过采集不同海拔的33个样品分析泉水氢氧同位素的海拔效应.结果表明：总体上看,泉水氢氧同位素随海拔的上升而下降,其递减率随海拔增加而变大,并具有高、中、低三段海拔分异的特征;低海拔段（1 060 m以下）和高海拔段（1 510 m以上）均具有明显的海拔效应,但中海拔段（1 060~1 510 m）相关关系不显著;泉水氢氧同位素关系方程与全国大气降水线相比斜率略小,说明在泉水形成之前曾受雨量效应、蒸发作用和补给等因素影响;在氘盈余方面,低海拔段的d值与全国大气降水线相当,中海拔段明显低于全国大气降水线,高海拔段明显高于全国大气降水线,说明研究区泉水存在强烈的混合作用,且其海拔效应是在补给水源多次循环和利用过程中形成.     

四川鲜水河-安宁河断裂带温泉氢氧稳定同位素特征

温泉地下水同位素特征对确定断裂带地下水来源、循环过程和断裂带活动性至关重要。为了确定青藏高原东缘温泉的地下水同位素特征和流体来源,本研究采集了鲜水河-安宁河断裂带上温泉水、冷泉水、河流和积雪融水等样品,进行了氢氧稳定同位素和水化学组分测定,并进行了同位素特征的对比研究。分析结果表明,温泉水体δ¹⁸O变化范围为-19.04‰~-12.71‰,平均值为-16.42‰;δ²H变化范围为-144.07‰~-88.63‰,平均值为-122.37‰。河水的δ¹⁸O变化范围为-15.90‰~-10.85‰,平均值为-13.86‰;δ²H变化范围为-118.21‰~-71.12‰,平均值为-98.99‰。康定冷泉δ¹⁸O和δ²H分别为-13.66‰和-106.74‰。道孚积雪融水的δ¹⁸O和δ²H分别为-10.27‰和-65.41‰。不同类型水体样品氢氧稳定同位素组成主要分布在全球和区域大气降水线上,表明了大气降水成因,缺少明显的氧同位素漂移特征。不同类型水体同位素值差异较大,显示出温泉与河水、积雪融水之间补给来源的不一致性。温泉同位素值具有明显的同位素高程效应,鲜水河-安宁河断裂带上氧同位素高程效应为-0.23‰/100m,氢同位素高程效应为-1.95‰/100m。温泉氧同位素漂移与相关离子比值、Na-K-Mg三角图、Li和Sr元素等指标表明研究区域大部分温泉的水岩作用强度弱。氢氧稳定同位素特征、水岩作用特征和循环深度揭示出温泉的成因为远距离大气降水运移补给地下水,地下水在地下热储层加热后通过断裂上升到地表形成温泉,这为认识青藏高原东缘地热水循环、断裂带活动性与演化特征提供了依据。

     

地热水氢氧同位素控制因素识别与定量计算:以青海贵德盆地为例

氢氧同位素在地热水研究中得到了广泛应用,但由于影响因素较多,对地热水氢氧同位素组成的控制过程通常缺少全面认识.本文以贵德盆地周边两条断裂带上五处温泉为例,通过对比不同地热水之间的水化学差异和热储温度差异,建立了不同地热水的水岩反应程度与氢氧同位素是否偏离大气降水线的关系.在前人识别并定量出扎仓寺地热水存在冷水混合作用的...