不同岩溶动力系统的碳稳定同位素和地球化学特征及其意义：以我国…

结合水化学的野外观测及室内计算，作者对桂林岩溶试验场，四川黄龙风景区和贵州乌江渡坝区３个岩溶动力系统的碳稳定同位素特征进行了分析，进而对系统的性质，系统中ＣＯ２的来源，碳酸盐沉积过程中的碳同位素动力分馏，水化学和钙华的成因及热水钙华的＾１４Ｃ测年等地球化学问题作了探讨。酹明，桂林岩溶试验场属于表层岩作用动力系统，其中的侵蚀动力主要来源于大气降水溶解土壤中的ＣＯ２；四川黄龙风景区属于深部岩溶动力系统     

西秦岭三个典型金矿床稳定同位素地球化学特征

据八卦庙金矿、李坝金矿、小沟里金矿稳定同位素研究,金矿床δ34S比正常沉积岩变化范围窄,比岩浆-火山岩型矿床宽,硫源是海水硫酸盐还原硫与深部热液来源硫所组成的混合硫。石英包裹体流体氢、氧同位素分布于岩浆水、大气降水的重叠过渡区,更靠近岩浆水区,岩浆水的同位素特征更明显。八卦庙金矿石英脉3He/4He高于地壳3He/4He值(n×10-8),低于地幔3He/4He值(n×10-5),为壳-幔混合源。上述同位素地球化学证据表明,金成矿与岩浆岩有一定的成因关系。岩浆岩与金矿床空间关系密切,矿区内脉岩发育,脉岩为矿体的上下盘。含矿岩石中发育斑点构造,斑点为黄铁矿、磁黄铁矿、毒砂、绿泥石、石英、绢云母、黑云母、堇青石、红柱石、电气石、碳酸盐等热变质矿物和热液交代矿物,表明花岗岩为成矿提供热动力。据八卦庙金矿、李坝金矿、小沟里金矿稳定同位素地球化学研究,结合成矿地质背景分析和区域成矿地质特征对比,认为凤太、西成、礼岷地区金矿与微细浸染型(卡林型)金矿有明显的差别,该区金矿类似于岩浆热液矿床。     

典型岩溶丘陵区地下水水化学特征及地球化学敏感性分析——以武冈东部地区为例

通过对典型岩溶丘陵区地下水进行水化学特征及地球化学敏感性的研究表明,该地下水系统水化学特征阳离子以Ca2+、Mg2+为主,阴离子以HCO3-、NO3-、SO42-为主,受水岩作用及人类活动共同影响;Mg2+/Ca2+受岩性控制,流经白云岩地层最高,灰岩夹白云岩次之,灰岩最低;研究区岩溶地下水表现出较高的地球化学敏感性。阳离子以Ca2+最为敏感,其次为Mg2+,阴离子以HCO3-最为敏感,其次为NO3-,元素的地球化学敏感性大小依次为:HCO3->Ca2+>Mg2+>NO3->SO42->Cl->Na+>K+;以敏感性最强的敏感因子HCO3-对研究区岩溶地下水进行敏感性等级划分。研究区低敏感性的水点仅占7.27%,中敏感性的水点占25.45%,高敏感性的水点占67.28%。通过地球化学敏感性划分统计结果显示,对该地区地下水的保护显得十分重要且迫切。      

渝北-川东地区黄龙组古岩溶储层稳定同位素地球化学特征

石炭系黄龙组碳酸盐岩古岩溶储层是渝北—川东地区最重要的天然气储集类型之一。依据岩溶岩的结构特征,将黄龙组岩溶岩系划分为弱溶蚀岩溶岩、中等溶蚀多孔状岩溶岩、强溶蚀角砾状岩溶岩和强溶蚀交代的次生灰质岩溶岩等4种岩溶岩类型,和淡水方解石与白云石两种胶结物类型。以基质岩为对比参照物,对各类岩溶岩和胶结物的碳、氧、锶稳定同位素分析对比研究结果表明,不同成因类型、溶蚀强度、结构和成分的岩溶岩与胶结物的碳、氧、锶稳定同位素地球化学特征各异,其形成、演化和分布规律明显受古地理背景、流体性质、流体来源以及同位素分馏效应控制。依据岩溶岩系的结构和地球化学特征的差异性,可总结出4个主要特征:(1)伴随岩溶强度加大,δ13C表现向低值方向弱偏移,而δ18O负偏移较强烈;(2)87Sr/86Sr比值出现由渗流-活跃潜流带的正偏移,至静滞潜流带转化为强烈负偏移的演化趋势;(3)对应古岩溶系碳、氧、锶稳定同位素演化,古岩溶储层的物性出现由差变好至重新变差的对应变化关系;(4)淡水白云石结晶沉淀过程中可能具有对87Sr有很强"捕获"能力的锶同位素正偏移分馏效应。     

有机碳和有机分子碳同位素的地球化学意义

有机碳和有机分子碳同位素组成的研究不仅在沉积地层对比，油－油，油－源对比研究方向发挥了独特作用，而且在古气候，古环境研究方面更具有广阔的应用剪影。开展对全球气候变化及全球碳循环有重要意义的有机碳碳同位素组成及分布研究和对生物演化，恢复古生态，古环境有重要意义的化石及沉积物中有机分子的碳同位素成及分布研究已势在必行。     

重庆岩溶地下水氢氧稳定同位素地球化学特征

重庆地区分布有380条岩溶地下河,是重庆市重要的水资源。为掌握岩溶地下河水稳定同位素地球化学特征及其环境意义,研究了重庆市不同地区51条地下河水体的稳定同位素地球化学特征。研究表明,重庆市岩溶地下河旱、雨季δ18O、δD值均沿大气降水线分布,表明地下河水均起源于大气降水。受雨季降水云团运动规律(环流效应)和区域地形的影响,地下河水δ18O、δD 值雨季表现出渝东北地区(渝西地区,渝东地区)<渝东南地区的明显区域分布规律(“<”表示偏负于),旱季由于地下河水在含水层中运动较慢,δ18O、δD值的区域性规律不明显,且由于具有较雨季长的滞留时间,导致其d-excess值明显小于雨季。利用岩溶地下水δ18O值和区域高程建立了二者之间的二元回归模型,揭示了重庆岩溶地下河水旱季δ18O值随高度的变化率为-0.34‰/100 m,雨季为-0.31‰/100 m,这对于区域水循环研究具有重要意义。     

云南白水台钙华景区的水化学和碳氧同位素特征及其在古环境重建研究中的意义

采用水化学仪器自动记录、现场滴定和样品碳氧稳定同位素测试相结合等方法,对云南中甸白水台钙华景区的水化学和碳氧稳定同位素特征进行了综合分析。主要结论是:形成白水台钙华的泉水具有很高的钙和重碳酸根离子浓度,相应地,泉水的CO2分压显著高于土壤生物成因所能产生的CO2分压。结合泉水出露的地质条件及其碳稳定同位素特征(δ13C=-1.23‰)的分析,进一步发现,高CO2分压主要与深部地热成因的CO2有关,而非原来普遍认为的“是温暖湿润气候的产物”。可见,白水台钙华属于热成因类钙华。由此,根据白水台不同时代钙华氧稳定同位素组成的差异,对钙华形成时的水温进行了计算。结果发现自白水台钙华形成以来,水温变化高达11℃,即从最老(2)的干扰及由深源CO2和CO2自水中逸出导致的钙华13C富集,后者在利用类似热成因碳酸盐沉积的δ13C进行古植被重建时也是必须考虑的问题。     

水化学和钙华碳氧稳定同位素在古环境重建中的应用——以贵州荔波小七孔景区响水河为例

文章报道了响水河河水的现场监测结果,得到响水河河水的Ca2+和HCO-3非常低,这明显与河床中大规模钙华的存在和景区内发育的茂密植被不匹配;并仔细观察发现,钙华表面有被侵蚀的痕迹,如溶蚀槽和溶蚀坑等,这说明目前所见钙华可能是过去环境条件下的产物。根据钙华碳氧稳定同位素组成特征的分析得出:近4000年来,该地区总的气候环境变化趋势是4000～3400aB.P.为相对温暖湿润期,植被生长好,为良性生态期;3400～2000aB.P.前期仍比较温暖但干燥,后期到2000aB.P.左右变得比较凉爽,从这一冷期到大致900aB.P.前后,气候有些波动,但幅度较小,夹有冷暖干湿的交替;而900aB.P.至今,钙华碳氧稳定同位素值的急剧增加,反映出气候的冷干和源区人类活动加剧造成的水土流失增加,岩溶石漠化加重,生态朝恶化方向发展     

河南外方山地区金矿稳定同位素地球化学特征

对河南省外方山地区前河、店房、西灶沟等金矿床矿石稳定同位素组成进行了研究,该区金矿矿石铅、硫、氢氧同位素组成与燕山期花岗岩基本一致,反映了金矿成矿与燕山期岩浆活动有密切的成因联系。各矿床矿石稳定同位素组成也有一定的差别,这与成矿时的地质环境有关。     

桂西大型岩溶地下河系统离子来源及碳稳定同位素信息——以坡心地下河流域为例

为探讨坡心地下河系统内地表和地下水体的水化学离子特征、来源及其控制因素,无机碳来源及其稳定性。运用水化学计量法和同位素法对采自坡心地下河流域的38个采样点的水化学和碳稳定同位素样品数据进行分析。结果表明,地下河干流沿程受到局部岩性和支流稀释作用的影响明显,各水化学离子均有所变化。化学离子比例分析发现:大气降水对部分泉水的Cl~-和Na~+影响较大;碳酸盐岩溶解类型主要以灰岩溶解为主,地表水和地下河天窗的Mg~(2+)/Ca~(2+)摩尔比值与HCO_3~-呈负相关,说明在宏观上灰岩溶解程度越强烈,HCO_3~-值就越高,并且H_2SO_4和HNO_3积极参与流域内碳酸盐岩风化。硅酸盐岩的风化对地表和地下水体的Ca~(2+)、Mg~(2+)、Na~+、K~+有一定的贡献。此外,人为采矿活动和农业活动对SO_4~(2-)和NO_3~-的产生有较大的影响。质量平衡正推模型结果显示:受到区域岩性和水文条件的影响,地表和地下河天窗水体主要受碳酸盐岩溶解影响,硅酸盐岩溶解和大气输入也有一定的贡献,三大来源的相对比例在空间上变化较大。水体内的可溶性无机碳(DIC)主要来源于碳酸盐岩的溶解和土壤内CO_2的贡献。地表水和地下水的DIC浓度和δ~(13)C_(DIC)值差别较大,DIC值与δ~(13)C_(DIC)呈反相关关系,这说明来自土壤CO_2贡献的DIC越多,其对碳酸盐岩矿物的溶解能力越强。根据本研究区的数据与前人在西江干流的上、中、下游进行对比,结果表明碳酸盐岩风化产生的DIC可以被西江干流的水生植物利用,从而形成稳定的碳汇。     

基于锶同位素的亚热带典型岩溶动力系统降雨条件下岩溶作用速率及其意义

岩溶动力系统中微量元素及其同位素是指示岩溶动力系统运行过程及其环境意义的重要指标。本研究以我国南方亚热带地区典型岩溶动力系统为研究对象,利用高分辨率监测及采样方法研究了暴雨期昼夜尺度上岩溶泉水微量元素Sr及其同位素的变化特征,计算了暴雨条件下的岩溶作用速率。研究结果表明CO_2效应和稀释效应是降雨初期泉水水化学变化的主要控制机制,随后随着流量的持续上升,稀释效应占主导地位。降雨所导致的稀释效应对泉水Sr含量变化影响非常明显,但对岩溶泉水n(~(87)Sr)/n(~(86)Sr)同位素的影响非常有限。降雨期岩溶动力系统内持续的岩溶作用,维持了泉水相对稳定的n(~(87)Sr)/n(~(86)Sr)值特征。通过质量平衡方程计算表明暴雨期内补给的雨水溶蚀灰岩来源的n(~(87)Sr)/n(~(86)Sr)只占泉水总输出n(~(87)Sr)/n(~(86)Sr)的24.3%,当期补给的雨水所引发的CaCO_3净溶蚀速率为0.136 mg/(cm~2·d),其所产生的碳汇通量为1.01 t CO_2。这一结果初步确定了岩溶动力系统中"老水"和新近补给的雨水所导致的溶蚀速率差异和碳汇量差异,这为准确计算降雨诱发的岩溶溶蚀速率和碳汇量准确计算具有十分重要的意义。     

路南石林地区土壤呼吸及碳稳定同位素日动态特征

采用碱吸收法,于2002年4月13- 16日(晴)、8月21- 24日(晴)对路南石林地区次生草地及柏树林下的土壤呼吸进行了野外监测,同时收集其碳稳定同位素样品进行室内质谱仪分析。结果显示: 土壤呼吸速率日动态特征表现为夜间高于白天, 8月份土壤呼吸速率高于4月份; 4月份的草地系统土壤呼吸的碳稳定同位素日平均值偏轻,而柏树林系统土壤呼吸的碳稳定同位素日平均值则是8月份的偏轻;土壤呼吸与其碳稳定同位素值成负相关,草地系统的相关程度, 4月份的较8月份的高;柏树林系统的相关程度,则是8月份较4月份的高。这揭示了土壤呼吸及其碳稳定同位素交换对环境变化的敏感性,且不同的生物系统有不同的表现特征。      

辽宁太古代红透山铜矿的稳定同位素地球化学特征及矿床成因

文章分析了辽宁太古代红透山铜矿中硫化物的多硫同位素组成和石英的硅氧同位素组成。δ³⁴S在-0.7‰~+3.1‰，极差为3.8‰，平均值为0.21‰，与深部幔源硫相似。δ³³S≈0.52δ³⁴S，即δ³³S=0(δ³³S =δ³³S-1000[(1+ δ³⁴S/1000)0.515-1]，不具有硫同位素非质量分馏效应，表明该矿床中的硫没有经历大气循环过程。矿石中石英的δ30Si分布在-0.8‰~+0.4‰之间，δ¹⁸O分布在+8.5‰~+9.5‰之间，与海底黑烟囱及热水喷气成因硅质岩的硅氧同位素组成相似。提出红透山铜矿为海底热液喷气沉积变质成因。     

碳酸钙沉积溪流中地球化学指标的空间分布和日变化特征:以云南白水台为例

目前,国内外利用碳酸钙沉积物进行古环境和古气候重建的研究,空间上主要涉及到地球化学指标的区域分布差异,时间上则将分辨率提高到了年,甚至季节尺度,但对于地球化学指标在同一区域的空间分布和日变化特征则注意不多.采用仪器自动记录、现场滴定和样品室内测试相结合的方法,对正在发生碳酸钙(钙华)沉积的云南白水台溪流和引渠中的地球化学指标的空间和日变化特征进行了研究.结果发现,在碳酸钙大量快速沉积前(方解石饱和指数 SIc小于 1.0),向下游方向,水的 CO2分压降低, pH值和 SIc升高.但当 SIc大于 1.0后,碳酸钙沉积开始 快速产生,此后向下游方向,水的 CO2分压趋于稳定,甚至略有升高;同时,水的 pH值和 SIc也不再升高,而呈现下降现象.与此有关,在溪流下游观测点,由于白天碳酸钙的快速沉积,水的 pH值和 SIc是下降的,而其 CO2分压则升高.这一现象很可能是白天碳酸钙大量快速沉积时产生的 CO2在水中聚集,来不及向大气释放的结果;此外,流速对碳酸钙沉积具有显著的控制作用,表现在流速快的地形陡坎部位, Ca2 和降低更快,因而沉积速率也更大.研究还发现,富含轻碳稳定同位素 12C的 CO2向大气的释放是向下游方向钙华碳稳定同位素组成(δ 13C) 和中午水中溶解无机碳δ 13C增加的主要原因,增加幅度分别可达 1‰ /100 m和 0.6‰～1.3‰(昼夜差);同时,碳酸钙沉积时,水中溶解无机碳与钙华存在碳稳定同位素的动力分馏效应,与沉积速率有关,分馏值为 0‰～3.22‰.     

辽宁白云金矿床稳定同位素地球化学特征及矿床成因

白云金矿床是辽东地区的一个大型金矿床,其成矿物质来源及矿床成因一直存在争议。本文系统地研究了白云金矿床的氢、氧、硫和碳同位素地球化学特征。研究结果显示:成矿流体中δ~(18)OV-SMOW值变化范围为13.5‰15.9‰,δD_(V-SMOW)为-107‰-83‰,表明成矿流体以岩浆水为主;矿石中黄铁矿的δ~(34)S_(V-CDT)为-8.3‰2.9‰,以富轻硫和贫重硫为特征,与辽河群围岩中黄铁矿的硫同位素组成(δ~(34)S_(V-CDT)为7.0‰18.7‰)有明显差异;矿石中方解石的碳同位素δ~(13)C_(V-PDB)为-2.2‰-0.4‰,类似于火成碳酸岩或地幔包体来源的碳同位素特征,也与辽河群大理岩的碳同位素组成明显不同。成矿元素特征对比也显示,成矿物质来源与辽河群没有必然联系。综合矿床地质特征和地球化学特征,认为白云金矿床是与深部岩浆流体活动有关的岩浆热液型金矿床。     

柴达木盆地天然气的碳同位素地球化学特征及成因分析

依据天然气碳同位素中δ13C1、δ13C2、δ13C3的组成与划分标准，将柴达木盆地天然气划分为煤型气、裂解气、油型气与生物气四种类型，通过对天然气同位素中的δ13C1、δ13C2-δ13C1、δ13C3-δ13C2值的差异分析以及与对应的烃源岩干酪根碳同位素进行对比分析，探讨了柴达木盆地不同地区天然气的成因以及影响因素，这对于探索柴达木盆地的成气规律以及在不同地区天然气勘探的目标选择都有着现实意义。     

荥巩矿区岩溶地下水系统的水文地球化学特征及其指示意义

本文在分析荥巩矿区水文地质条件的基础上,重点对岩溶地下水系统的水化学特征进行分析。结果表明:岩溶水水化学类型自补给区到排泄区,从单一的HCO3型向复杂的HCO3.SO4型和SO4.HCO3型转变,TDS和Sr2+/Ca2+值均增加。地下水氢氧稳定同位素分析结果表明,本区岩溶地下水主要接受大气降水的入渗补给。根据同位素计算的补给高程推断岩溶水补给范围和划分的流动系统与地面调查结果及水化学研究成果一致:矿区处于区域流动系统排泄带,中寒武统张夏组—中奥陶统灰岩在矿区南部出露的范围接受降水补给,以侧向径流的方式进入矿区充水含水层。     

贵州镇远地区铅锌矿同位素地球化学特征及矿床成因

通过对镇远地区金堡、都坪、小溪铅锌矿床开展碳、氧、硫同位素地球化学特征研究.结果显示：都坪和小溪矿床成矿物质来自于海相蒸发岩或沉积地层,金堡矿床成矿物质很有可能来自于地壳深部的岩浆源.结合区域构造及矿床特征分析,可以认为镇远地区铅锌矿床可分为与海相沉积地层及深部岩浆作用有关的两种成因类型的矿床.     

环境同位素特征对滨海岩溶地区海水入侵过程的指示意义

大连大魏家水源地位于中国北方典型滨海岩溶地区。近30年来,地下淡水的不合理开采造成的地下水位降落漏斗引发了严重的海水入侵。以大魏家水源地为研究对象,通过大量的水文地质调查和水化学及同位素采样测试分析,探讨海水入侵形成的水动力条件,通过分析滨海岩溶含水层中地下水主要水化学和多种同位素(δ2H-δ18O,δ34S,δ13C)组成特征,识别了海水入侵过程中发生的主要水文地球化学作用,并对其进行了定量模拟,从而阐明了岩溶含水层中的海水入侵机理。研究结果表明:大连大魏家海水入侵主要通道为大魏家地区存在的导水断裂、岩溶裂隙以及第四系松散地层。对δ2H-δ18O同位素的组成分析表明,研究区地下水主要来自大气降水补给,结合Cl-浓度分布,认为除海水入侵淡水含水层后增加了地下水中的盐分外,浅层地下水的蒸发也对地下水中盐分的累积起到了重要作用。根据不同水体中δ34SSO4,δ13CHCO3等同位素特征,结合水化学成分(如SO2-4,Cl-)分析认为,研究区微咸水和咸水并不是地下水淡水和海水简单混合而成。利用反向水文地球化学模拟揭示了控制滨海岩溶含水层中水化学演化的主要水文地球化学反应有方解石、蒙脱石和石膏的溶解作用,伊利石的沉淀作用以及Ca-Na离子交换作用,伴随着CO2的释放。