羊卓雍湖流域湖水稳定同位素循环过程研究

基于卓雍错流域2004年降水、河水、湖水中δ¹⁸O的监测结果,结合内陆湖水循环稳定同位素蒸发分馏模型,探讨了青藏高原南部羊卓雍湖水中稳定同位素的变化过程.研究表明:羊卓雍现代湖水中-5.9‰的δ¹⁸O平均值,相对应于当地相对湿度介于54%~58%的气候条件下,这是湖水蒸发分馏作用的最后结果.此外,入湖河水中δ¹⁸O变化也对湖水中平衡δ¹⁸O有一定的影响,而湖水温度的直接影响可以乎略.湖水中δ¹⁸O对入湖水δ¹⁸O的波动的调节能力很强,对于入湖水中δ¹⁸O大的波动,只有不到50 a的时间,湖水中稳定同位素会重新达到平衡.     

蓟县早寒武-新元古不整合界面处风化壳碳酸盐碳、氧同位素组成特征

由于土壤中有机质降解产生的CO₂ 和淡水成岩作用的影响,在蓟县早寒武世和晚元古代景儿峪组不整合界面处古风化壳中碳酸盐的δ¹³C值和δ¹⁸O 值明显偏负,从风化壳向下往原岩的方向,δ¹³C和δ¹⁸O 数值逐渐增加;此外,与风化壳上、下碳酸盐岩地层的δ¹³C和δ¹⁸O 数值具有明显的差别。上述同位素组成特征可以用于其它古风化壳剖面及地层不整合界面的判识。     

藏南羊卓雍错近代沉积物碳酸盐氧同位素特征及其环境意义

20世纪80年代以来气候变暖加剧,青藏高原冰川物质负平衡趋势增强,导致众多湖泊水位上升,但位于藏南地区的羊卓雍错,湖泊水位近年来却呈现出显著的波动下降趋势。本研究通过对羊卓雍错YZYC2沉积岩芯(长23 cm)进行²¹⁰Pb活度测定,建立沉积物的年代序列;分析公元1989年以来沉积物全样碳酸盐含量及其氧同位素组成,并结合现代气象及水文观测数据,揭示羊卓雍错沉积物碳酸盐氧同位素(δ¹⁸O)的环境意义及其对气候变化的响应过程与机制。结果表明,YZYC2岩芯碳酸盐矿物以自生成因的文石为主,其含量变化范围为23.3%～39.7%,δ¹⁸O值变化范围为-4.7‰～-3.2‰。沉积物碳酸盐δ¹⁸O值总体呈波动上升趋势,较好地记录了近30年来羊卓雍错湖泊水位变化。1989～2019年羊卓雍错水位变化总体由降水与蒸发共同作用下的湖区有效湿度变化主导,同时也可能受到羊湖电站运行的影响。     

湿度效应及其对降水中δ18O季节分布的影响

提出了湿度效应的概念,即降水中稳定同位素比率与大气的温度露点差ΔT_d存在显著的正相关关系.对两个气候特征完全不同的取样站乌鲁木齐和昆明降水中δ¹⁸O与温度露点差之间的关系进行了分析,尽管两站的δ¹⁸O与ΔT_d的季节变化存在差异,但它们的湿度效应是显著的.利用稳定同位素动力分馏模型并根据500hPa月平均温度的季节分布对昆明站云中凝结物中δ¹⁸O进行了模拟,模拟的月平均δ¹⁸O与月平均温度的变化具有非常好的一致性,说明昆明站云中凝结物中的氧稳定同位素具有温度效应.这个结果与地面降水中氧稳定同位素的降水量效应截然不同.昆明站降水中δ¹⁸O一定程度上指示大气的干湿状况,同时也间接地指示降水量的多寡或季风的强弱.湿度效应的存在,影响降落雨滴中稳定同位素蒸发富集的强度以及雨滴与大气之间稳定同位素物质迁移的方向.它不仅改变降水中稳定同位素比率的大小,也改变其季节分布的特点.     

亚洲树轮稳定氧同位素研究进展

树轮稳定氧同位素作为一种高精度的古气候代用指标,在亚洲地区的发展起步晚进步快。树轮稳定氧同位素比率（δ¹⁸O）对区域气候信息有较强的记录能力,且与水汽循环关系密切,对于理解复杂的亚洲气候起着重要作用。亚洲地区树轮δ¹⁸O对温度的响应主要出现在高纬度地区,中低纬度树轮δ¹⁸O主要记录与水分（降水、相对湿度、PDSI等）有关的信号。对亚洲地区已发表的树轮δ¹⁸O与气候要素（温度、降水、相对湿度）的相关分析显著性统计显示,生长季气候对树轮δ¹⁸O至关重要,树轮δ¹⁸O 与温度的显著相关关系呈正相关,与降水和相对湿度的呈负相关,温度和降水通过降水δ¹⁸O影响树轮δ¹⁸O,但各自的信号强度存在区域差异,而相对湿度信号则广泛记录在不同区域不同树种之中。亚洲树轮稳定氧同位素研究集中于中低纬度地区,因而对大气水文循环的响应主要侧重于对亚洲夏季风和ENSO的研究,对季风降水的记录反映了季风活动的变化特征以及与之有关的环流信息;季节分辨率的树轮稳定氧同位素研究限于低纬热带亚热带区域,但对于理解区域气候和季风活动的年内变化、挖掘年轮不清晰树种的树轮学研究潜力具有重要的意义。     

济阳坳陷奥陶系碳酸盐岩及缝洞充填方解石C、O同位素特征及其意义

对济阳坳陷奥陶系碳酸盐原岩及孔洞缝中充填方解石进行了C、O同位素测定,结果表明孔洞缝充填方解石的δ¹³C和δ¹⁸O值比原岩偏负。奥陶系三山子组和马家沟组孔缝中充填的方解石C、O同位素演化有很大区别,前者的δ¹³C和δ¹⁸O值均为负值,δ¹³C向较高负值偏移,δ¹⁸O值向较低负值偏移;马家沟组八陡段孔缝充填方解石的δ¹³C和δ¹⁸O值也多为负值,δ¹³C向较正值方向偏移,δ¹⁸O值向较高负值偏移。奥陶系碳酸盐岩孔缝充填方解石形成于大气淡水环境和埋藏成岩环境,次生孔洞可能主要形成于早期表生阶段,裂缝形成于中-新生代的构造运动,方解石主要充填于埋藏环境中。次生孔缝的主要形成时期早于油气大量运移期,对古潜山油藏的形成有利。     

南秦岭-大巴山地区下寒武统沉积层状钡矿床成因机制研究

为理清沉积层状重晶石、毒重石矿床成因机制及其差异成矿的控制因素，对南秦岭-大巴山地区下寒武统地层中不同成矿特征的钡矿床开展了矿物学和碳-硫-氧-锶同位素地球化学分析。结果显示，该区内沉积钡矿床有以重晶石为主或以毒重石为主的类型；矿石中碳酸盐矿物具有负的碳同位素组成(δ¹³C_Carb为-26.1‰～-6.3‰),重晶石具有非常大的硫、氧同位素分馏(δ³⁴S_Brt为25.1‰～62.2‰,δ¹⁸O_Brt为12.2‰～18.9‰和δ¹⁸O/δ³⁴S≈0.1),反映成矿时有强烈的甲烷驱动微生物硫酸盐还原作用；毒重石等碳酸盐矿物和重晶石的锶同位素组成较为一致，都具有宽的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr变化范围(0.7070～0.7103)和低的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值(～0.7070),指示成矿流体可能是与基性-超基性岩有关的富金属热液，热液流体在运移过...     

下垫面蒸发和云中凝结分馏对降水稳定同位素影响的数值试验——空间分布的比较

利用稳定同位素大气水平衡模式（iAWBM）,在一个水平衡和水稳定同位素平衡的框架下以及在相同的气象驱动下,模拟在不同的下垫面蒸发和不同的云中凝结分馏条件下降水中稳定同位素效应的空间分布特征,并通过与GNIP实测数据的比较以及模拟试验结果之间的相互比较,揭示云中的稳定同位素分馏和从下垫面蒸发的水汽同位素δ_e对降水中稳定同位素变化的可能影响,增进对全球水循环中稳定同位素效应的理解和认识。结果显示：iAWBM的4个模拟试验均很好地再现了全球降水中平均δ¹⁸O和平均δ¹⁸O季节差的空间分布特征;很好地模拟了降水同位素的温度效应、降水量效应的分布特点以及全球的大气水线MWL;比较而言,平衡分馏假设下模拟的全球降水中平均δ¹⁸O的空间分布与根据GNIP数据得到的实际空间分布以及模拟的全球MWL与实际MWL最接近,且模拟效果亦最好;动力分馏假设下模拟的降水中δ¹⁸O平均季节差的空间分布与根据GNIP数据得到的实际分布之间的相关程度较好,且拟合水平明显提高;在动力分馏和δ_e季节性的假设下,iAWBM再现全球δ¹⁸O-T和δ¹⁸O-P相关关系空间分布的能力较强。     

衢州市上方镇方解石矿床碳、氧同位素地球化学特征

为研究浙江省衢州市上方镇方解石矿床的成岩成矿环境,采集了上方镇方解石矿床中的大理岩样品,用MAT-253型气体同位素质谱仪对其进行了碳、氧同位素分析测试。结果表明,样品的δ¹³C_PDB和δ¹⁸O_SMOW均值分别为-1.32‰和18.25‰,计算的盐度指数Z值为97.42～130.08,均值为118.50,在δ¹⁸O_SMOW-δ¹³C_PDB图解上大多数样品点落于海相碳酸盐与碳酸盐溶解作用范围内,上方镇方解石矿床大理岩的原岩应为沉积成因,可能形成于宽阔的海洋环境。     

下垫面蒸发和云中凝结分馏对降水稳定同位素影响的数值试验——时间变化的比较(以长沙降水同位素为例)

利用稳定同位素大气水平衡模式（iAWBM）的模拟数据,分析了在不同的下垫面蒸发和不同的凝结分馏条件下降水中δ¹⁸O的时间变化、降水量效应、负温度效应和大气水线。并通过与长沙站5年实测数据的比较以及模拟试验结果之间的相互比较,揭示下垫面蒸发水汽中稳定同位素的季节性变化和云中稳定同位素分馏对降水中稳定同位素变化的可能影响,增进对季风区水稳定同位素效应的理解和认识。iAWBM给出的4个模拟试验均很好地再现了监测站降水中δ¹⁸O的时间变化,模拟出季风区降水中稳定同位素在暖半年被贫化、在冷半年被富集的基本特点。与平衡分馏相比,动力分馏下降水中稳定同位素被贫化的程度加强、季节差和离散程度减小;由下垫面蒸发水汽中稳定同位素δ_e季节性变化所引起的降水中稳定同位素的变化在不同季节完全相反：在长沙,暖半年降水中δ¹⁸O更低,冷半年降水中δ¹⁸O更高,使得降水中稳定同位素季节差和离散程度增大。4个模拟试验均很好地再现了季风区的降水量效应和负温度效应。与平衡分馏相比,动力分馏下模拟的降水量效应和负温度效应的斜率相对较小;δ_e季节性变化导致模拟的降水量效应和负温度效应的斜率增大。利用iAWBM,模拟出季风区湿热气候条件下的MWL。动力分馏以及δ_e季节变化均使模拟得到的MWL的斜率和截距减小。     

黑河流域中上游地区降水δ18O变化特征

水资源短缺和合理利用是黑河流域面临的一个严峻问题,解决问题的关键就是要深入了解水循环过程.降水作为水循环中一个重要环节,分析其环境同位素变化特征是应用同位素示踪技术研究水循环过程所必须的前提.根据黑河流域中上游地区取得的降水水样和降水气象资料,分析了该区域降水中δ¹⁸O的变化特征.结果表明:降水δ¹⁸O受降水量、季节、高度和温度等众多因素综合影响,其中温度占主导地位;由于位于干旱内陆地区,降水中δ¹⁸O的季节变化幅度较大,可达20‰以上;降水δ¹⁸O与降水前后平均气温的相关性显著,分别高于δ¹⁸O与降水前气温或降水后气温的相关性.从空间上来看,山区或上游地区降水δ¹⁸O与气温之间的相关性显著,分别高于δ¹⁸O与山前或山前盆地的相关性.     

基于同位素和水化学的北京平谷盆地地下水循环研究

通过在区域开展地下水同位素、水化学取样分析，研究了平谷泃河和洳河冲洪积扇地下水循环演化特征。分析结果显示：本次所取水样pH值为7.6～8.1，为中性水；阳离子含量均以Ca²⁺、Mg²⁺为主，占70%以上，阴离子含量以HCO₃^-为主，占82%以上，所取水样地下水水化学类型均为HCO₃·Ca·Mg型。研究区浅层第四系松散孔隙水δ²H值和δ¹⁸O值分别为64.9‰、9.08‰，深层第四系松散孔隙水δ²H值和δ¹⁸O值分别为67.6‰、δ₁₈O值，基岩岩溶水δ²H值和δ¹⁸O值分别为64.5‰、9.36‰。基岩岩溶水稳定同位素含量均值与浅层地下水比较接近；浅层第四系松散孔隙水¹⁴C含量为46.7%～93.1%，深层水第四系松散孔隙水¹⁴C含量为40.23%～61.13%，基岩岩溶水^...     

山东胶东地区某些金矿床的氩、氢、氧稳定同位素地球化学及矿床成因

通过矿床地质特征、流体包裹体及氧、氢稳定同位素的研究,认为马家窑金矿属再平衡岩浆热液矿床,金青顶和十里铺金矿属大气降水热液矿床。马家窑金矿石英的δD、δ¹⁸O值高,变化小,比较稳定;蚀变岩石的δ¹⁸O在磺向上由围岩向矿脉逐渐升高。金青顶和十里铺金矿石英的δD、δ¹⁸O值低、变化大;蚀变岩石的δ¹⁸O值由地表向深部逐渐降低。开展金矿的氮稳定同泣素研究,在国内尚数首次。马家窑金矿³⁶Ar在温度300℃以下相对含量不到10%,金青顶和十里铺金矿³⁶Ar则达90%以上,表明前者以岩浆成因⁴⁰Ar为代表,后者则以大气氩³⁶Ar为代表,进而表明马家窑金矿是再平衡岩浆热液成因,金青顶和十里辅金矿是大气降水热液成因。示踪结果与H、O同位素一致,表明氩同位素在示踪成矿热液、矿床成因研究方面是一种较为有效的手段。     

安徽宣城矿集区长山铅锌多金属矿床成矿流体特征及成因

长山铅锌多金属矿床位于长江中下游成矿带宣城矿集区东北部,文章在对该矿床开展详细的地质调查和岩相学研究基础上,对代表性矿化蚀变矿物(石英、方解石)开展了流体包裹体测温、激光拉曼光谱和氢、氧、碳稳定同位素分析。长山铅锌多金属矿床矿化蚀变组合从早到晚可以分为矽卡岩-氧化物阶段、早硫化物阶段和晚硫化物阶段。矿物流体包裹体温度和盐度测算显示,长山矿床的成矿流体温度和盐度从矽卡岩-氧化物阶段(315～382℃,w(NaCl)_eq为14.04%～16.24%)→早硫化物阶段(220～347℃,w(NaCl)_eq为4.49%～15.86%)→晚硫化物阶段(163～306℃,w(NaCl)_eq为1.40%～11.10%)逐渐降低。石英和闪锌矿中包裹体的δD和δ¹⁸O值分别为-89.5‰～-67.8‰和-3.2‰～7.62‰,方解石中δ¹³C和δ¹⁸O值分别是-6.8‰～-1‰和10.6‰～17.1‰,同位素特征指示长山矿床的成矿流体为岩浆水与海相碳酸盐中富含有机质流体混合,...     

青藏高原西北部班公湖流域夏季主要水体H-O同位素组成及其影响因素

作为高寒内陆区的青藏高原西北部班公湖流域水文数据资料较为匮乏,导致对区域水循环过程和气候环境的认识不够深入,氢氧稳定同位素示踪技术可为解决该问题提供理想途径。本文系统分析班公湖流域夏季含湖水、河水、冰川融水和地下水4种不同类型的水体中氢氧同位素的组成,阐释水体氢氧同位素、氘盈余参数沿程变化的特征及其与水体矿化度、高程、经纬度和全球大气降雨线之间的关系,并进一步剖析同位素组成变化的控制因素。结果显示,水体中δ²H和δ¹⁸O的波动范围分别为-112.37‰～-24.90‰和-14.84‰～2.01‰,平均值及标准差分别为-76.73‰±26.49‰和-8.43‰±5.24‰。湖水δ²H和δ¹⁸O相对其他水体富集,测定结果更偏正值,冰川融水δ²H和δ¹⁸O相对其他水体更为贫化。流域水体氢氧同位素的大陆效应总体不明显,部分水体有一定高程效应体现。水体氢氧同位素演化趋势表明,冰川融水与全球大气水线接近,易受大气降雨影响。同时其他水体线的较小截距和斜率值,表明大气降雨...     

安徽省金寨县沙坪沟钼矿床稳定同位素地球化学特征

安徽省金寨县沙坪沟钼矿床是近年来秦岭—大别成矿带发现的超大型斑岩钼矿床,已探明钼资源储量246×10~4t。通过对沙坪沟钼矿床不同勘探线剖面和不同深度代表性样品的S、H、O稳定同位素地球化学的研究,揭示了沙坪沟钼矿床S、H、O同位素组成特征及其空间分布特征。矿床硫化物硫同位素组成变化范围较窄,δ³⁴S变化于+0.4‰～+6.2‰,平均值为+3.47‰,落在火成岩范围,分布具明显的塔式效应,硫的来源比较均一,主要为深源硫。成矿流体的δ¹⁸O_包裹体水为0.40‰～7.52‰。流体包裹体中δD变化范围为-90‰～-63‰。主成矿期成矿流体总体为岩浆水。在不同勘探线剖面上矿化中心具高的δ³⁴S、δ¹⁸O值,而且显示出从深部钠长石—钾长石—硅化带→黄铁绢英岩化带→浅部的绿泥石—碳酸盐化带δ³⁴S、δ¹⁸O值有降低的趋势。上述特征表明沙坪沟钼矿床主成矿期成矿环境由碱性向酸性过渡,且没有发生明显的低δ¹⁸O作用,成矿环境相对封闭,外部对流循环的雨水系统参与成矿作用程度相对较小,与东秦岭其他斑岩钼矿床不同。     

西秦岭北缘漳县渐新统—中新统湖相碳酸盐岩碳、氧同位素特征及意义

位于西秦岭北缘的漳县盆地渐新统—中新统时期沉积大量湖相碳酸盐岩,其碳、氧同位素特征对揭示这一时期青藏高原东北缘的古环境和古气候具有重要意义。碳、氧同位素研究表明,漳县盆地湖相碳酸盐岩δ¹³C_V-PDB值介于-7.6‰～-2.0‰,平均值为-5.04‰;δ¹⁸O_V-PDB值介于-9.11‰～1.12‰,平均值为-2.10‰。δ¹⁸O_V-PDB值与现代封闭湖泊一致,显示漳县盆地在渐新统—中新统是封闭湖泊,古温度平均值为17℃,比现代平均气温高10℃左右,且剖面中含有石膏和芒硝,表明漳县盆地在渐新统—中新统处于较温暖干旱的气候环境;同时,古盐度Z值平均值为116,所以漳县盆地在该时期是一个封闭的半咸水陆相湖泊。通过δ¹³C_V-PDB值可知,其生产力较高,但由于古湖水中含有硫酸盐细菌,还原反应影响有机质的保存,故δ¹³C_V-PDB值偏负。漳县盆地渐新统—中新统古环境和古气候变化...     

北极冰盖形成对东西太平洋及边缘海古海洋学演化的影响*

上新世最重要的古气候事件就是北极冰盖的形成和扩张（3.2—2.5Ma）。根据北极冰盖的形成过程,文中将上新世—早更新世（4.5—1.6Ma）西太平洋暖池核心区ODP807A孔2个浮游有孔虫属种Globigerinoides ruber和Pulleniatina obliquiloculata的δ¹⁸O（氧同位素）、δ¹³C（碳同位素）记录数据细分为3个阶段：形成前（4.5—3.2Ma）、形成中（3.2—2.5Ma）和形成后（2.5—1.6Ma）。研究结果表明,北极冰盖形成以来,G.ruber和P.obliquiloculata的 δ¹⁸O值均呈增大趋势;北极冰盖形成中,G.ruber 的δ¹⁸O值基本不变,P.obliquiloculata的 δ¹⁸O值略增大,反映出西太平洋暖池次表层海水受北极冰盖形成的影响更甚;Δδ¹⁸O_（P-G）（G.ruber和P.obliquiloculata的 δ¹⁸O 的差值）反映出温跃层无明显变化,受北极冰盖形成影响微弱。根据用Ma/Ca值得到的ODP806站SST值（Wara et al.,2005）以及用U^K′₃₇得到的东太平洋ODP847站SST值数据（Herbert and Laura,2010）,对北极冰盖形成以来东西太平洋古海洋学演化进行比较发现：冰盖形成以来东西赤道太平洋海水表层温度均有所下降,且东太平洋降温幅度更大;对比同时期的西太平洋ODP807A孔Δδ¹⁸O_（P-G）与东太平洋ODP847站Δδ¹⁸O_（T-S）的变化趋势,发现东太平洋温跃层变浅,表明受北极冰盖形成和扩张的影响,东西太平洋温跃层深度梯度增大。对比ODP807A孔与南海南部1143站、南海北部1148站G.ruber的 δ¹⁸O 和δ¹³C记录,揭示西太平洋边缘海如南海北部和南部受北极冰盖形成的影响有所不同,北部的表层海水温度和生产力水平受冰盖形成的影响更加明显。     

北美洲降水中稳定同位素的时空分布以及与ENSO的关系

分析了北美洲降水中δ¹⁸O的时空分布特征以及与温度、降水量、ENSO的关系.结果表明:无论是在陆地还是在海洋,北美降水中平均δ¹⁸O的纬向分布是非常显著的.随着纬度的升高,降水中δ¹⁸O迅速减小.整个北美大陆均存在温度效应,并随纬度的增加而加强.不同季节温度效应分布的差异仅表现在其范围和强度的变化上.降水量效应主要出现在低纬度海洋、中低纬度太平洋的东海岸和湾流的西北海岸.在内陆区,降水量效应不存在.不同季节降水量效应分布的差异也仅表现在其范围和强度的变化上.在大陆内部和高纬度地区,对应显著的温度效应,δ¹⁸O的季节差异Δδ¹⁸O具有较大的正值;在低纬度海洋,对应显著的降水量效应,Δδ¹⁸O较小或为负值;在相同的纬度,陆地上的Δδ¹⁸O明显大于海洋.代表大陆性特征的渥太华站和代表海洋性特征的中途岛站降水中δ¹⁸O与Ni o-4的SST具有显著的正相关关系,其中,尤以5月的δ¹⁸O与Ni o-4的SST的连续相关关系最显著,表明ENSO事件的强信号对该时期陆地和海洋降水中稳定同位素的变化具有重要影响.     

氢氧同位素在地下水流系统的重分布：从高程效应到深度效应

大气降水的氢氧同位素含量具有高程效应,降水入渗后参与地下水循环,其高程效应如何受地下水流系统的影响转化为地下水氢氧同位素的深度效应？现有研究对于这个问题缺少定量认识。文章构建单向倾斜盆地和双峰波状盆地的稳态地下水循环理论模型,采用MODFLOW模拟剖面二维地下水流场、采用MT3DMS模拟重同位素分子的对流-弥散过程,得到地下水D和¹⁸O含量的空间分布,探讨了氢氧同位素高程效应在地下水流系统转化为深度效应的机理。结果表明：在单斜盆地,补给区大气降水D和¹⁸O含量的高程效应转化为排泄区地下水δD和δ¹⁸O值随埋深增大而指数型衰减的深度效应;在双峰波状盆地,当含水层渗透性相对入渗强度较大时(K₀/w=1 000),仅发育一个区域地下水流系统,在区域地下水的排泄区δD和δ¹⁸O随埋深增大呈现S形曲线分布;当含水层渗透性相对入渗强度较小时(K0/w=250),双峰波状盆地发育多个局部地下水流系统,区域地下水的排泄区δD和δ¹⁸O随埋深增大呈现S形曲线,而局部地下水排...