冀中深部热水溶解无机碳的分布及其来源

本文叙述了冀中地区深井热水中CO_2、HCO_3及其碳同位素分布特征。并根据其δ~(13)C值分析了地下水中溶解无机碳化合物的来源,结果表明,冀中拗陷内基岩地下水溶解无机碳主要来自碳酸盐的变质作用,其次来自土壤和大气CO_2随地下水的渗入;而沧县隆起的济1井,黄骅拗陷内的孔20和徐7井除上述来源外,还有生物化学作用产生的CO_2。冀中拗陷变质生成的无机碳化合物,可能是映震的灵敏组分,在地震地球化学监测中可优先选择。     

辽宁省地震监测站地下水化学类型及成因分析

通过测试辽宁省15个地震监测站泉水或井水的氢、氧同位素组成及主要离子组分含量,讨论了泉水或井水的化学类型及其成因.测得泉水或井水的δD和δ~(18)O值范围分别为-82.5‰--54.4‰和-11.4‰—-7.3‰,表明所测泉水和井水的主要来源为大气降水.研究区低温泉水为低矿化度的Ca-SO_4·HCO_3型或Ca-HCO_3·SO_4型;而较高温度的花岗岩裂隙水中溶解了较多的钠硅酸盐矿物,水化学类型主要为Na-HCO_3·SO_4型;碳酸盐岩及含砾砂岩含水层分别分布于辽宁省西部及中部地区,水温略低于高温花岗岩裂隙水,水化学类型为Na·Ca-HCO_3型.水中F~-含量较高,且F~-含量与温度、pH值、Na~+和HCO_3~-的浓度呈正相关,表明泉水或井水的化学类型是深部富CO_2流体及大气降水与花岗岩反应的结果.     

珠江流域20世纪环境变化的叶蜡正构烷烃δ~(13)C沉积记录

分析了珠江口外两个短沉积柱状样的叶蜡正构烷烃单体稳定碳同位素组成(δ~(13)C),讨论了它在揭示年代际尺度上流域环境变化的能力.长链正构烷烃主峰为C_(29)或C_(31),且表现出明显的奇数碳优势,说明这些烷烃主要来自维管束植物的叶蜡.所有的沉积样品中,C_(29)和C_(31)正构烷烃的δ~(13)C值在-28.8‰-31.2‰变化,这与珠江流域以C_3植物为主的陆地生态系统相吻合.两个沉积柱的δ~(13)C时间变化序列是相似的.从20世纪初期到70年代末这段时间都呈现出一个持续减小的趋势.但在随后的大约15年时间里,δ~(13)C值趋势反转,开始不断增大.在校正了大气CO_2浓度上升和δ~(13)Catm下降所带来的影响后,δ~(13)C_(29)记录基本上仍保留了上述变化规律,但在80年代δ~(13)C值的上升趋势表现得更加明显.通过与实测资料比较,我们认为,1980年之前δ~(13)C校正值的轻微减小趋势应该和珠江流域降水量的增加有关,之后的δ~(13)C值上升则很可能是受干旱气候条件以及人为森林砍伐的影响.因此,我们的结果表明,埋藏于珠江口外沉积物中的叶蜡正构烷烃可以很好地反映该流域在过去一个世纪里的气候变化和人类活动情况.     

河北及邻近地区地下水溶解二氧化碳,氢和氦分布的地震地质特征

在水文地球化学背景场研究中发现河北及邻近地区地下水溶解CO_2、H_2和H_e的富集与地震活动带或断裂带相吻合。本文研究了它们与地震活动带、深断裂带或上地壳体分界线之间的关系。根据CO_2分布特征和δ~(13)C值,得出富集带内的CO_2主要来自碳酸盐岩的变质作用;根据H_2和H_e分布的地震地质特征和可能的形成机理,指出H_2和H_e可能主要来自上地壳的火成岩体。因此CO_2、H_2和H_e可能是潜在震源区的重要地球化学标志,并且是映震灵敏的水文地球化学组分。     

过去5000 a以来抚仙湖沉积物有机质碳同位素的古环境指示意义

通过测定抚仙湖沉积物全有机样品的稳定碳同位素组成(δ~(13)C_(org))、总氮、总有机碳含量指标并计算碳氮比值,对过去5000 a以来抚仙湖沉积物有机质来源、δ~(13)C_(org)的影响因素及其所指示的古环境意义进行分析.结果表明:在过去的5000 cal a BP里,抚仙湖沉积物有机质主要来源发生明显变化,沉积物有机质输入由内源水生生物和陆生C_3植物共同输入(5000-2300 cal a BP阶段)转变为以内源沉水植物、浮游植物和藻类等输入为主(2000 cal a BP至今阶段);有机质来源发生变化是造成抚仙湖沉积物δ~(13)C_(org)值变化的主要原因;2000 cal a BP以来,陆源有机质输入的锐减与人类活动的影响密切相关;在2300-2000 cal a BP阶段,抚仙湖沉积物δ~(13)C_(org)值的快速变化可能指示了抚仙湖流域的古环境在这一时期经历了快速变化的气候事件.     

南海东北部陆坡天然气水合物分解释放成因的有孔虫碳同位素轻值事件

2013年中国地质调查局广州海洋地质调查局对南海北部实施第二次天然气水合物钻探并成功钻获可视天然气水合物实物样品,共有五个站位获取沉积物岩芯.本文对其中的GMGS2-08站位沉积物开展有孔虫同位素分析研究,以了解天然气水合物地质系统有孔虫的碳同位素特征及其对甲烷释放的响应.GMGS2-08岩芯沉积物中顶空气甲烷浓度最高达到39300μmol L~(-1),气态烃δ~(13)C值在-69.4~-72.3‰PDB,明确指示其为生物成因,根据甲烷δD测试结果(-183~-185‰SMOW)可进一步判别为CO2还原型微生物气.同位素分析结果显示GMGS2-08站位所获得的岩芯中共出现5期有孔虫碳同位素轻值事件,有孔虫δ~(13)C值明显低于南海冰期-间冰期的正常变化区间,底栖Uvigerina peregrina出现-15.85‰PDB的δ~(13)C极轻值,浮游Globigerinoides ruber的δ~(13)C值同样低至-5.68‰PDB.电镜扫描发现δ~(13)C负偏层位有孔虫壳体经历后期成岩改造被自生碳酸盐所充填,有孔虫壳体的成岩矿化程度与埋深并不相关.与有机碳的相关性计算表明有机质的厌氧氧化对底栖有孔虫的δ~(13)C组成影响微弱,意味着有孔虫的δ~(13)C异常负偏可能主要来源于甲烷厌氧氧化成因的次生碳酸盐的叠加影响.GMGS2-08岩芯记录中有孔虫δ~(13)C负异常和δ~(18)O正异常的耦合性是地质历史时期研究区天然气水合物分解释放的重要证据.     

碳氮稳定同位素示踪鄱阳湖流域蚌湖丰水期的氮污染

鄱阳湖边缘深水区是鄱阳湖水位上涨时扩散而成的低洼湖区,通过对其一典型边缘湖泊——蚌湖丰水期的氮浓度和同位素特征值的检测,分析这类洪泛湖泊在水位最高时期水体颗粒有机质及无机氮的氮同位素变化特征,并识别氮污染来源及转化途径.结果表明:6月悬浮颗粒有机质碳氮同位素值(δ~(13)C:-26.7‰~-23.7‰,δ~(15)N:2.6‰~6.2‰)介于土壤有机质(δ~(13)C:-25.21‰±0.52‰,δ~(15)N:3.79‰±0.37‰)和水生植物的碳氮同位素值(δ~(13)C:-28.8‰~-24.9‰,δ~(15)N:5.3‰~8.2‰)之间.7月相比于6月,降低的δ~(13)C(-27.6‰~-23.2‰)和升高的δ~(15)N(4.3‰~7.7‰)表明暴雨冲刷带来更多的周边陆地碎屑输入.无机氮在6月以铵态氮(NH_4~+-N)为主要形态,7月以硝态氮(NO_3~--N)为主要形态.6月δ~(15)NH_4~+较负的特征值(-18.6‰±5.2‰)表明铵态氮主要来源于雨水,硝态氮(δ~(15)NO_3~-:1.4‰±3.0‰)主要来源于农业化肥和雨水.7月相比于6月,铵态氮和硝态氮的浓度和同位素值都大幅升高(分别升高了0.3和2倍,6‰和3‰),是暴雨冲刷陆地使农业化肥、城镇生活废水和畜禽养殖废水输入的结果.水生植物的δ~(15)N在7月(8.8‰±1.1‰)相比于6月(6.6‰±1.1‰)也升高了较多,是由于水生植物吸收了更高δ~(15)N废水无机氮的结果.通过颗粒有机质和无机氮的δ~(15)N分析可知,湖区水体氮的矿化作用和硝化作用较强,藻类对湖泊的内源氮贡献较弱,沿河湖的畜禽养殖在暴雨时对水域污染的威胁较大.本研究提供了洪泛湖泊氮污染治理的科学依据.     

离子色谱法测定温泉水中多种阴阳离子

在用离子色谱法测定温泉水样中F~-、Cl~-、Br~-、NO_2~-、NO_3~-、SO_4~(2-)、PO_4~(2-)等阴离子和Li~+、Na~+、K~+、Mg~(2+)、Ca~(2+)等阳离子过程中,研究了用油泵超声波池内脱气法处理H_2CO_3过饱和水样以排除HCO_3~-对阴离子检测干扰的方法.研究采用青岛普仁仪器有限公司生产的PIC-8型离子色谱仪,分离柱为TSK-GEL SuperIC-CationColumn(150 mm×4.5 mm)离子分离柱,以1.9 mmol/L碳酸钠-1.8mmol/L碳酸氢钠作为阴离子淋洗液,流量为1.5 Ml/min;以2 mmol/L HNO_3为阳离子淋洗液,流量为1.0 ml/min,测定了腾冲火山区叠水河、大滚锅两个温泉水中的阴阳离子的含量.研究结果表明:该方法简便、快速、准确可靠,可在火山和地震监测中推广使用.     

中国致密砂岩大气田的稳定碳氢同位素组成特征

至2010年底中国共发现15个致密砂岩大气田,分布在鄂尔多斯盆地、四川盆地和塔里木盆地.这些气田2010年气产量和总储量分别为222.5×108和28657×108 m3,分别占全国的23.5%和37.3%,是中国产量和储量的主要组成部分.根据81个气样分析,中国致密砂岩大气田稳定碳氢同位素组成主要特征为:(1)综合δ13C1-δ13C2-δ13C3图版,δ13C1-C1/C2+3图版和δ13C1-δ13C2回归线分析,中国致密砂岩大气田的天然气为来自含煤岩系的煤成气;(2)原生烷烃气随分子中碳数顺增,碳氢同位素值随之变重,即δ13C1δ13C2δ13C3δ13C4和δ2H1δ2H2δ2H3;(3)δ13C2-δ13C1,δ13C3-δ13C1和δ2H2-δ2H1,δ2H3-δ2H1随Ro(%)和C1/C1~4值渐增而减小;(4)碳氢同位素倒转成因有7种,中国致密砂岩大气田碳氢同位素倒转主要是多期成藏充注所致.     

甘肃东南地区温泉流体地球化学特征

根据氢、 氧、 氦同位素与水化学组分资料, 讨论了甘肃东南地区温泉水的来源、 地球化学变化及其与2008年汶川M_S8.0地震的关系。 测定结果表明: 样品的溶解性固体总量(TDS)范围为241.7~2 372.1 mg/L。 采集的7处温泉(通渭汤池河温泉、 清水地震台、 天水地震台、 武山地震台、 武山22号井、 成县地震台、 武都地震台)水样可归为四种化学类型: Na·Ca-SO₄、 Ca·Mg-SO₄、 Na-HCO₃·SO₄、 Ca·Mg-SO₄·HCO₃。 地下热水的化学类型与裂隙深度和围岩的岩性有关, 离子浓度和断裂深度基本成正相关。 通渭汤池河温泉和武都地震台的δ18O和δD值分别在-11.4‰ ~ -7.6‰和-85.7‰ ~ -57.1‰的范围内, 通渭汤池河温泉和武都地震台中³He/⁴He的值分别为0.4×10^-7和12.7×10^-7。 氢、 氧、 氦同位素组成特征表明温泉水源于大气降水, 在循环过程中经历了水岩反应, 且可能有地表水的混入。 2008年汶川M_S8.0地震发生后, 研究区域内温泉水中K⁺、 Ca²⁺含量总体上升, SO^2-₄、 Cl^-含量总体下降, Na⁺含量变化不明显; 热水循环深度受地震影响发生变化。 本文确定了甘肃东南地区温泉来源、 水化学类型成因及其与汶川M_S8.0地震的关系。     

云南宁洱—通关火山区温泉水文地球化学与地震短临前兆异常特征研究

温泉水文地球化学监测可以提供很好的地震短临前兆异常信息。通过采集云南宁洱—通关火山区8个温泉出露点的水样进行水化分析,研究了温泉水文地球化学变化与地震的关系。结果表明：(1)通关火山温泉有6种水化类型,分别是Na·Ca-HCO₃、Na·Cl-HCO₃、Na-HCO₃、Ca-HCO₃、Na·Ca-SO₄·HCO₃和Na·Ca-Cl·SO₄型。(2)δ¹⁸O和δD值分别为12.69%～-10.80‰和-89.2%～-81.5‰,表明研究区温泉水主要补给来源是大气降水,补给高程为2.0～2.7 km。(3)温泉的热储温度在81.7℃～86.3℃,热循环深度为1.1～1.3 km,其热源主要是地热增温及岩浆热。(4) 2020年云南绿春M_L4.4地震前,清平热水塘和西萨温泉的Na⁺、Cl^-、SO₄^2-浓度均出现不...     

小江断裂带及邻近地区温泉地球化学特征与地震活动关系研究

小江断裂带属现今仍在活动的断裂,同时也是一条破坏性地震多发带。为探究特定地区的地球化学场与地震的耦合关系,寻找特定的前兆观测组分,笔者选取并计算了小江断裂带及邻近地区的95处温泉的热储温度。利用温泉的水化学数据(K+、Na+、Ca2+、Mg2+、SO2-4、Cl-、HCO-3),结合该区域的构造特征及地震活动规律,对温泉的水化学、水温、热储温度、稳定同位素(δ13C,3He/4He)等地球化学特征进行了研究。结果表明温泉中主要离子含量、TDS含量、水温及热储温度的高值区域在空间上主要沿小江断裂带展布,且呈北高南低的分布特征。水温和热储温度高值区内中强地震(M≥4.7)分布少;相反,低值区内中强震活动频繁,且强度相对较大。碳、氦同位素特征显示,CO2气体的碳同位素(δ13C)组成具有明显的生物成因特征;幔源氦(百分含量)同素所占比例相对较低,表明小江断裂带中南段壳幔连通程度低,脱气作用几乎都发生在地壳范围。     

四川石棉公益海温泉水文地球化学特征

利用水文地球化学数据建立温泉水文循环模型,探讨温泉水文地球化学变化与地震的关系,对中强地震短临流体异常判断具有重要的意义。通过对石棉公益海温泉水常量元素、微量元素和氢氧同位素以及锶同位素的测量,探讨了该区域水文地球化学时空变化特征。因此,于2008年10月至2019年9月,共对公益海温泉采集水样206个,并对温泉水中离子组分和浓度,温泉逸出气组分、温泉气体同位素、碳同位素和氢氧同位素含量进行测量。分析结果表明:(1)公益海温泉主要为Na-HCO₃·Cl型水,δD、δ¹⁸O同位素测值分别为-14.19‰～-14.83‰和-108.67‰～-110.47‰,分布于大气降水线附近,说明温泉水主要源于大气降水;(2)据SiO₂地温计计算热储温度约94.12℃,循环深度约4.3 km,表明大气降水入渗地下,在热源加热后,沿着断层和裂隙循环到地表,形成温泉补给;并且,锶同位素和微量元素研究发现,⁸⁷Sr和⁸⁶Sr主要来自硅酸盐类矿物,微量元素含量较低,水岩反应程度较弱;(3)通过对研究区进...     

页岩气运移过程中的碳同位素分馏:机理、表征及意义

页岩原位含气量和吸附气/游离气比例是页岩气资源评价的2个关键参数,因此受到了广泛关注.然而,业已提出评价上述关键参数的多种方法均未得到广泛认可.甲烷在运移过程中的碳同位素分馏效应为有效区分不同赋存状态气体(吸附气、游离气)运移过程并最终确定这2个参数提供了全新的途径.文章通过页岩气运移模拟实验发现,页岩气解析/生产过程中甲烷碳同位素分馏存在4个阶段:游离气压差渗流阶段(Ⅰ)、吸附-游离转换阶段(Ⅱ)、吸附气解吸阶段(Ⅲ)和浓度差扩散阶段(Ⅳ).解耦实验揭示了甲烷运移过程中各单一作用(压差渗流、吸附-解吸和扩散)的碳同位素分馏效应.结合Amoco曲线拟合法和碳同位素分馏方法,文章进一步评价了页岩气解析/生产过程中吸附气/游离气比例动态变化,结果表明:第Ⅰ阶段产出的气体主要为游离气,甲烷碳同位素值(δ~(13)C_1)基本保持不变,且与气源值(~(13)C_1~0)相近;第Ⅱ阶段,游离气比例降低,吸附气比例增加,δ~(13)C_1值逐渐变轻;随着游离气的大量消耗,吸附气占据主导地位(接近100%),碳同位素分馏进入第Ⅲ阶段,δ~(13)C_1值逐渐变重;第Ⅳ阶段,残留在页岩基质内的吸附气在浓度差作用下向外扩散,该阶段δ~(13)C_1值再次变轻并最终稳定在一个较轻值.此外,文章还建立了定量描述页岩气解吸与扩散的动力学模型.     

阳江5级地震海口ZK26钻孔水化学前兆

广东省被视为少震、弱震区,但近两年来(1985.9—1987.7),在广东省老震区的阳江县,就发生了M_s3.2—5.0级地震共达11次之多,其中4级以上4次,有2次为5.0级。可见此期间该区的地震活动既不算“少”,也并不很“弱”,这是值得人们关注的。笔者发现,在多次阳江地震前,海口市ZK 26钻孔(Δ=260km)水化组分含量均有一定程度的相应变化,似乎是反映该区地震活动的灵敏点。本文仅就该区2次5级地震前该钻孔地下水中HCO_3~-、Cl~-、CO_2含量及pH值的变化情况作一报道。     

Validating the deep time carbonate carbon isotope records: effect of benthic flux on seafloor carbonate

It is a consensus that marine carbonate archives the isotopic composition of seawater dissolved inorganic carbon(DIC,δ~(13)C_(sw)),the largest active C reservoir in the hydrosphere.Carbonate carbon isotope(δ~(13)C_(carb)) excursions have been used to reflect perturbations of the global carbon cycle and related environmental change.However,the deep time δ~(13)C_(carb) records indicate faster and more pronounced perturbations of the carbon cycle compared to the present day.Here,we report δ~(13)C_(carb) and elemental compositions of Late Paleozoic carbonate sections from South China,showing negative correlations between δ~(13-)C_(carb) and Fe~(2+) content of carbonate(Fe_(carb)).We suggest that,because Late Paleozoic carbonate was mainly produced by benthic carbonate-secreting organisms,δ~(13)C_(carb)recorded the isotopic composition near the seafloor,where benthic flux derived from anaerobic organic matter degradation delivers both Fe~(2+) and ~(13)C-depleted DIC from porewater.The binary mixing between seawater and benthic flux would result in the deviation of δ~(13)C_(carb) fromδ~(13)C_(sw).The negative correlation implies that δ~(13)C_(carb) is influenced by benthic flux and is affected by the seafloor redox and sedimentation rate.The deep time spatially heterogeneous and temporally oscillatory δ~(13)C_(carb) records in the basin-scale could be alternatively attributed to the variations of local environmental factors rather than aδ~(13)C_(sw) depth-gradient.Thus,the seafloor carbonate precipitation is continuously affected by diagenetic reactions in sediments,suggesting that δ~(13)C_(carb) recording the seawater DIC composition is conditional.Our study urges that the interpretation of δ~(13)C_(carb) should also consider the sedimentary process and depositional environment of marine carbonate.     

洱源温泉水氡预测效能检验及其水化学特征

利用Molchan图表法对洱源温泉水氡观测资料进行预测效能检验,并开展了温泉水化学组分、氢氧同位素和水循环特征研究。结果表明:(1)Molchan图表法检验结果显示,洱源水氡出现高值时,对观测点附近中强以上地震反应较灵敏,优势对应地震时间段为90 d以内;(2)洱源温泉井的水化学类型为HCO_3·SO_4-Na,与周边地表水体及浅层地下水无直接水力联系;(3)洱源温泉井水属于"部分平衡水",具有深部来源特征。     

滇西地区断层气体成因研究

本文讨论了滇西地区由温泉释放的断层气体中各主要组分(He、H_2、Ar、N_2、CO_2、CH_4、Hg)的分布特征及其成因机制。 作者指出,滇西地区断层气体中直接来自地幔的He是微不足道的,较高水平的He释放(>100ppm)可能直接来自地层中的火成岩;H_2的释放与地层岩性无关,而与深大断裂的活动或地震活动有成因联系;洱源地区九台等泉点中CH_4含量达2—3％,同位素测定表明,它是典型的无机成因,是该区深部热动力变质作用的产物;滇西地区断层气体中Hg的分布特征表明,并不是所有的活动性断裂都有高含量的Hg释放。具有较高含量的幔源CO_2和Hg释放是红河断裂的两个最重要的地球化学特征。     

蓟县元古界碳酸盐岩的碳同位素变化

天津蓟县元古界剖面长城系碳酸盐岩的δ~(13)C值基本为负值,蓟县系大体在(0±1)‰的范围内,进入青白口系井儿峪组一般在(2±2)‰的正值.从串岭沟组到大红峪组(约1700～1600 Ma)碳酸盐岩的δ~(13)C值大约由-3‰变化到0‰,但大红峪组δ~(13)C值大幅度振荡.蓟县系地层碳同位素组成发生两次较大的变化,分别在杨庄组和雾迷山第三亚组之后.相当完整和连续的碳同位素记录反映了约 1700～800 Ma全球海水的δ~(13)C值长期变化趋势.发生在约1700～1600 Ma和<约 1300 Ma海水的δ~(13)C值升高及大幅度振荡可能是两次全球性构造事件的响应.     

青海地区地震与地热的分布特征

以大地热流值、温泉分布与地震活动分布为研究对象,使用1970年~2016年11月由中国地震台网中心和青海省地震局提供的地震目录,利用青海地区地热资源调查评价的大地热流值和水文地质查明的温泉分布的相关资料,分析了青海地区M≥6.0级地震与大地热流值、温泉分布之间的关系,对比结果表明:(1)青海地区强震活动空间分布不均匀,地震强震空间分布与大地热流值的横向梯度变化有密切联系。(2)青海地区绝大多数(占总数量的92%)M≥6.0级地震震中位置与大地热流中—高值区相关,地震震中分布与地热的横向梯度带位置基本一致,但大地热流值不是唯一决定因素。(3)玉树结古地区的地震与温泉空间分布具有较好的匹配性。距离断裂带24 km范围内,温泉发育的区域,地震活跃度相对较弱;而地震多发区域,尚未发现存在温泉或者热水塘。