济南趵突泉泉域岩溶水硝酸盐污染特征及其来源识别

为有效防治硝酸盐污染,保障区域饮用水安全,识别硝酸盐的污染来源,在系统分析济南趵突泉水文地质条件的基础上,进行岩溶水取样调查,采用N、O双同位素技术,识别其泉域内硝酸盐的主要污染来源,并利用IsoSource模型定量计算各污染来源的贡献率。结果表明：趵突泉泉域岩溶水中硝酸盐主要污染来源有动物粪便与污水、土壤有机氮、化肥中的NH$_4^{+}$;其中动物粪便与污水来源贡献率最大,均值达到51.07%,其次是土壤有机氮和化肥,均值分别为25.21%、23.71%。     

硫同位素技术在北方岩溶水资源调查中的应用实例

从地球化学背景方面看,在以奥陶系碳酸盐岩为含水介质的中国北方多数岩溶地下水浅循环系统中,岩溶水的硫酸根有三个主要来源,分别是水对中奥陶统中石膏的溶解、岩溶含水层上覆煤系地层中黄铁矿氧化溶解并补给岩溶水以及与土层密切相关的地表水中硫酸根的加入。上述三类水的δ34S同位素值的差别很大,中奥陶统中石膏硫同位素最重,δ34S值一般在20‰～32‰;煤系地层中黄铁矿的硫同位素最轻,一般在－10‰～10‰,多数低于4‰;而地表水的硫同位素介于上述二者之间,δ34S值较稳定分布在7‰～12‰之间。利用这一具有示踪意义的特点,我们对一些泉域系统的岩溶地下水补、排关系以及一些水化学成分的来源进行了成功的解释,为进一步认识岩溶水文地质条件提供了有力的佐证。      

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。     

水化学—稳定同位素技术在岩溶水文地质研究中的应用

水化学—稳定同位素技术在岩溶水系统分析中得到了广泛的应用,尤其是在指示岩溶水文地球化学过程、识别岩溶水补给循环途径、溶质溯源及岩溶水污染监测防控等方面显示了独特的优势,产生了丰富的成果。本文着重阐述了环境稳定同位素δD、δ18O、87Sr/86Sr的工作原理,及水化学—稳定同位素技术在岩溶水文地质研究中的应用。此外,论文还以娘子关泉域和北京西山岩溶水系统为例,介绍了运用水化学—稳定同位素技术分析岩溶水系统补给的思路和方法,展望了该技术在岩溶水文地质和岩溶生态环境领域中的应用前景。     

济南趵突泉泉域岩溶水化学特征时空差异性研究

水文地球化学一直是水文地质领域的研究重点,而地下水化学组分的时空变化特征受多种因素的影响。为了掌握济南趵突泉泉域岩溶地下水水化学特征时空差异性,本文分别于枯、丰水期在泉域内采集并分析了岩溶地下水样品,并采用数理统计、Piper三线图、Gibbs图解法及离子比例系数法等分析手段,对研究区岩溶地下水水化学特征及时空差异性进行了研究。结果显示,研究区地下水优势阳离子为Ca,优势阴离子为HCO3,丰水期除HCO3外,其他离子的变异系数较枯水期普遍升高,且大于05,表现出丰水期空间差异性增大的特点。地下水水化学类型具有以HCO3·SO4- Ca为主,多种类型并存的特点。Ca、Mg、HCO3含量在枯、丰水期比值要小于1,且比其他离子要相对稳定,呈现出全局性特点。而Na、K含量在枯、丰水期比值波动较大,大部分比值大于1,Cl、SO4、NO3含量在枯、丰水期比值具有波动剧烈的特点,呈现出区域性特征,同时表明人类活动大大改变了研究区地下水水化学场的分布特征。     

柳林泉域岩溶水中SO2-4的来源探讨

SO2-4浓度偏高是晋西柳林泉域岩溶水的主要特色之一,判断SO2-4来源对于理解岩溶水的水文地球化学过程具有重要意义。在分析区域地质、水文地质条件及岩溶水中SO2-4浓度空间分布特征的基础上,利用化学计量学法、同位素质量平衡模型和Rayleigh蒸馏模型,分析了岩溶水中SO2-4的主要来源,计算了不同来源的SO2-4所占的比例和滞流区岩溶水中SO2-4的还原比例。结果显示,石膏的溶解和黄铁矿的氧化是柳林泉域岩溶水中SO2-4的主要来源,排泄区岩溶水中石膏溶解来源的SO2-4所占比例介于73%~88%之间,平均为81%;黄铁矿氧化来源的SO2-4占比12%~27%,平均为19%。滞流区发生了硫酸盐的还原作用,约有9%~15%的SO2-4被脱硫细菌还原为H2S气体,且越靠近西部边界,还原反应所消耗的SO2-4比例越高。     

硫同位素在示踪金属矿床成矿物质来源中的应用

确定金属矿床成矿物质的来源才能更好的探讨金属矿床的矿床成因、总结其成矿规律、为地质找矿服务。目前在成矿物质来源研究中常需要依据其他科学方法来间接测定和推断矿质的大致来源,硫同位素示踪研究就是其方法之一。应用硫同位素可以有效示踪金属矿床中成矿物质的来源、成矿流体搬运及成矿机制、矿床成因等。但硫同位素在示踪金属矿床中成矿物质来源时,因不同金属矿床的地质特征、成矿流体演化的物理化学条件以及矿物组合规律差异都会对判断硫源有影响,因此不但要选择合适方法成功获取成矿流体的δ34S∑S数据,还需具体的分析金属矿床的地质特征,采用多元的示踪方法相结合,让示踪结果更准确地接近地质事实,这样才能更好的确定金属矿床中成矿物质的来源。     

山西长治辛安泉域岩溶水硫酸盐污染来源分析

辛安泉域核心区域工农业相对发达,人类活动强烈,逐渐出现岩溶地下水位下降、泉流量减小和水质污染等水环境问题。硫酸盐污染是泉域岩溶水的主要污染物之一,通过科学手段进行污染来源分析和识别,可为泉域保护提供决策依据。硫氧同位素是地下水领域应用较广的一种环境同位素方法,不仅技术成熟且识别精度高。本次研究将硫氧同位素方法与水化学方法结合,在辛安泉域采取岩溶泉水、岩溶地下水、孔隙水、裂隙水和河水五类水样,测试硫同位素δ34S、氧同位素δ18O和硫酸根离子SO42-含量,以分析辛安泉域岩溶水硫酸盐污染来源。结果显示,辛安泉域岩溶水水质的硫酸盐大部分符合地下水III类标准,硫酸盐含量较高的区域主要集中在西部滞流缓流区与襄垣和长治子系统的分界处、长治子系统和平顺-壶关子系统南部等地区。西部滞流缓流区硫酸盐主要来源于石膏、硬石膏的溶蚀,人类活动影响较小。泉域南部岩溶水中硫酸盐主要来源是煤矿开采的影响,大气沉降也是重要来源之一。     

焦作地区天然水环境同位素组成及其在岩溶水文地质中的应用

本文在研究焦作地区的大气降水、地表水和地下水的氢氧稳定同位素组成和氢的放射性同位素(氚)以及它们的分布特征的基础上,利用环境同位素水文地质方法探讨了焦怍地区岩溶水的补给、迳流和排泄条件,并分析了焦作岩溶水系统与三姑泉岩溶水系统的关系。      

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。      

济南泉域岩溶地下水有机污染特征研究

对济南泉域岩溶地下水系统水质进行了系统的采样分析.结果表明,泉域岩溶水已普遍受有机物污染,有机污染物检出率高达93%.检出有机物多于5项的样品多分布于大中型企业附近.在所有检出的有机物中,有机氯农药类、卤代烃类检出率最高,分别达到60%、57.8%.尽管岩溶水有机污染较普遍,但有机物含量较低,仅局部地段存在有机物超标现象.泉域岩溶水有机污染特征受控于工业企业分布及地下水流场,在济南侵入岩体南缘附近形成了近长方形的岩溶水有机污染区,面积达156 km2.污染区南部地带是济南市工业集中区,灰岩浅埋,防污性能差,另外由于地下水径流方向与侵入岩体南缘线近垂直,进入灰岩含水层的有机污染物随地下水径流向北运移,造成埋藏于火成岩体之下的埋藏型岩溶水也受到污染.     

柳林泉域滞流区低温岩溶热水的年龄分析

为了研究柳林泉域西部滞流区低温岩溶热水的年龄,在区域地质、水文地质条件调查及野外取样、分析的基础上,以滞流区横沟自流井的岩溶热水为例,利用δ2H（‰）、δ18O（‰）、3H（TU）和14C（pMC）同位素测年技术分析、计算并校核了该区岩溶水的滞留时间。通过分析岩溶水中3H和14C的关系及其δ2H、δ18O值,表明横沟岩溶水属于古岩溶水,其年龄应在10 000 a以上;利用14C计算并校核后的岩溶水年龄也印证了这一点,横沟1#和2#井岩溶水的14C年龄分别为12 908 a和9 090 a。因此,横沟附近岩溶热水应属于末次冰期盛冰期内补给的古岩溶水。      

济南四大泉群水化学特征及其成因分析

为明晰济南四大泉群水化学动态变化特征及成因,利用离子比例系数、PHREEQC模拟以及氢氧同位素反演等方法分析各泉群水化学成分特征及其形成过程。研究表明：（1）四大泉群阳离子Ca2+为优势离子,阴离子HCO3-为优势离子;（2）潭西泉和珍珠泉水化学类型稳定,而趵突泉和黑虎泉由HCO3—Ca型变为HCO3·SO4—Ca型;（3）四大泉群受地表水、寒武系凤山组-奥陶系岩溶水以及寒武系张夏组岩溶水混合补给,其中趵突泉、黑虎泉接受寒武系凤山组-奥陶系岩溶水补给占比略大,而潭西泉、珍珠泉接受寒武系张夏组岩溶水补给占比略大;黑虎泉滞留时间最短,循环交替强烈;（4）水岩相互作用强弱程度导致泉群水化学成分差异,溶解沉淀作用强度整体大于阳离子交换作用。趵突泉阳离子交换作用强度最弱,黑虎泉伴随有去白云化作用,潭西泉和珍珠泉水化学作用及强度类似,进一步印证潭西泉和珍珠泉有相同的补给来源及运移机制。该研究成果对水资源合理利用和岩溶大泉的保护具有重要意义。     

济南市岩溶泉域地下水化学特征与水环境演化

分析山东省济南市趵突泉泉域的岩溶地下水水化学特征与水环境,揭示各化学指标的区域分布特征、时间变化特征以及相互转化关系,总结出济南地区地下水环境现状与演化规律。结果表明:济南市岩溶地下水水化学类型自东南向西北沿流场方向为:HCO3?SO4-Ca→HCO3?SO4-Ca?Mg→HCO3-Ca→HCO3-Ca?Mg;地下水NO〖_3^-〗-N浓度总体呈增高趋势,总硬度和TDS浓度较高,农业种植区大量使用化肥农药和企业污染物的排放,是引起济南市岩溶地下水水环境问题的主要原因。      

三种方法测试岩溶水样氢氧同位素的对比研究

通过高温热转换元素-同位素比值质谱法（TC/EA-IRMS）、多用途气体制备仪-同位素比值质谱法（GasbenchⅡ-IRMS）以及激光光谱法对岩溶水样进行对比检测,其结果显示:对于氢同位素,TC/EA-IRMS的精密度达到0.3 ‰,激光光谱法的精密度达到0.1 ‰,均优于GasbenchⅡ-IRMS的精密度1.4 ‰;对于氧同位素,GasbenchⅡ-IRMS的精密度达到0.02 ‰,激光光谱法的精密度达到0.04 ‰,优于TC/EA-IRMS的精密度0.16 ‰。使用激光光谱法测定岩溶水样的氢氧同位素,所需要的样品量少,精密度高,能够满足岩溶区样品的高精度测试要求。      

广西环江凹陷深部岩溶缝洞充填物碳氧同位素特征及古环境意义

深部岩溶是碳酸盐岩地区深部油气资源勘探中不可避免的问题。深部岩溶发育期次的确定是岩溶储层地质的技术难题。广西环江凹陷在页岩气钻井中发现大量深部溶洞且充填物丰富多样,成为深部岩溶发育期次研究的良好素材。文章对HD1-4钻井揭露的深部岩溶缝洞充填物及地表岩溶缝洞充填物进行碳氧同位素分析,揭示出环江地区的4种不同岩溶环境：同生期或准同生期岩溶环境、表生期大气淡水岩溶环境、中浅埋藏岩溶环境、深埋藏或热液岩溶环境,环江地区深部岩溶发育为4期不同岩溶环境叠加的效果,主要受到热液岩溶环境和大气淡水岩溶环境的影响。     

济南泉域边界条件、水循环特征及水环境问题

济南泉域是市区泉水的汇流及蓄水范围,在其北部城区中心地带出露趵突泉、黑虎泉、五龙潭和珍珠泉四大泉群。为更好地保护和利用济南泉域内岩溶地下水,文章对济南泉域的边界条件、岩溶主径流通道、地下水循环特征及水质变化几个敏感问题进行探讨。利用泉群流量相关分析、流场特征分析、回灌补源分析及自备井调查等手段,重新界定了济南泉域的东边界,将其北部透水段向东扩展至原边界以东约4 km。通过对钻孔岩溶分层统计及缓冲区分析,在山前地带沿党家庄－十六里河－千佛山断裂泉城公园方向地下埋深100~150 m发现一条补给四大泉群的岩溶地下水集中径流带。研究发现,五龙潭和珍珠泉以深循环为主,补给主要来自岩溶地下水,而趵突泉和黑虎泉同时受深循环和浅循环影响较大,趵突泉主要补给来自西部和南部岩溶地下水和地表水,除此以外黑虎泉在东南方向上还有一定量的岩溶地下水补给。目前岩溶水水质变差,南部岩溶裸露区,尤其水库河道周边地带,生态环境亟待治理。      

柳林泉域滞流区岩溶水的热源及其Na+、Cl-来源探讨

柳林泉域滞流区岩溶水以高温、高Na+和Cl-浓度为主要特征。文章在区域地质及水文地质条件分析基础上,采用化学计量学原理,判断了该区岩溶水的热源及Na+和Cl-的来源。结果显示:在泉域的补给区、径流区和排泄区的上青龙、龙门会、杨家港和寨东泉组,岩溶水中的Na+和Cl-主要来源于岩盐的溶解,其中多余的Na+可能来自于阳离子交换、黄土中含Na+矿物的溶解及城市污水的排放;滞流区和排泄区的刘家疙瘩泉组岩溶水中高浓度的Na+和Cl-也主要来自于岩盐的溶解,而多余的Cl-可能由岩溶水中的Na+交换吸附介质中的Ca2+或Mg2+所致。西部滞流区岩溶水的热源主要包括地温梯度增热、当地正常地温、岩石中放射性元素产热和石膏的溶解放热,其贡献率分别为45%、28%、20%和7%。