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。     

岩溶槽谷区多条隧道条件下拟建隧道对岩体渗流场的影响

依据重庆南山地勘资料,通过Midas GTS NX三维数值模拟,研究岩溶槽谷区既有多条隧道条件下拟建隧道施工(不考虑和考虑防水措施)时的区域渗流特征,预测拟建隧道的涌水量,并与现有涌水量理论计算值进行对比分析。结果表明,地下水径流模数法计算结果(单位长度涌水量10.10 m3/(d·m))与大气降水渗入量法计算结果(11.11 m3/(d·m))相近,也与数值模拟计算结果(11.50 m3/(d·m))接近。受拟建隧道开挖影响,铜锣山隧道单洞涌水量下降了2.4%;南山隧道左洞下降了6.9%,右洞下降了4.7%。南山隧道左洞涌水量受拟建隧道影响最大,右洞次之,铜锣山隧道最小。拟建隧道及时施做防水及二次衬砌时,拟建隧道左洞涌水量下降了66.3%,右洞下降了66.2%,效果显著。在岩溶槽谷区既有多条隧道条件下,拟建隧道开挖对一定范围内既有隧道涌水量及渗流特征影响不大,对埋深较深的隧道影响更小。     

基于氢氧稳定同位素识别干旱区棉花水分利用来源

棉花是我国西北内陆干旱地区主要的农作物,研究干旱区棉花的水分利用来源对合理制定灌溉制度、实现农业节水灌溉和保证作物稳产高产具有重要意义.在新疆生产建设兵团炮台土壤改良试验站,基于水文监测和氢氧稳定同位素方法分析膜下滴灌棉田土壤水中氢氧同位素的动态变化特征,确定棉花不同生育期及灌溉后的水分利用来源,并应用多水源混合模型(IsoSource模型)定量计算了棉花对不同深度土壤水的利用率.研究结果表明:棉花在蕾期、花期、铃期和吐絮期主要的水分利用来源及利用率分别为0~30 cm(78.2%)、30~60 cm(31.9%)、60~110 cm(32%)、110~220 cm(47.3%),整个生育期内水分利用来源存在由浅变深的规律.膜下滴灌后,棉花调整其水分利用来源,显著增加了0~30 cm浅层土壤水的利用率.综合试验结果表明低额高频的灌溉制度可以提高棉花对灌溉水的利用率.      

锦屏水电工程区岩溶水文地质研究中氢氧同位素的应用

锦屏水电工程位于四川省冕宁县，盐源县境内雅砻江大河湾处。利用河湾的天然落差，拟开凿长约１８ｋｍ引水隧洞，以取得约３００ｍ的发电水头，获得丰富而廉价的电力资源，工程区面积约４００ｋｍ＾２，属典型高山深谷地貌，锦屏山主体山峰高程在４０００ｍ以上，相对高差达２１００～３０００ｍ。出露地层以三叠系为主，碳酸盐岩占７０％以上，并有程度不同的大理岩化，其间夹砂板岩，组成以锦屏山为主体的ＮＮＥ向复式向斜，轴部在     

典型岩溶槽谷区地下水化学特征及地球化学敏感性分析

利用2012年4月—2013年3月的水化学数据研究了重庆老龙洞地下河流域地下水系统地球化学敏感性。结果表明,研究区表层岩溶泉和地下河水化学阳离子分别以Ca2+、Mg2+和Ca2+、Na+为主,阴离子以HCO3-、SO42-为主;表层岩溶泉雨季Mg2+/ Ca2+摩尔比和地下河雨季Na+/ Ca2+摩尔比旱季大于雨季,表层岩溶泉和地下河雨季 HCO3-/SO42- 摩尔比分别为3.428～6.524、3.122～5.966,旱季HCO3-/SO42-摩尔比分别为5.693～8.664、3.428～6.524,表现出低SO42-、高HCO3-的特征,主要受农业活动影响的表层岩溶泉主量元素地球化学敏感性依次为HCO3-> SO42->Ca2+> NO3-> Mg2+> Na+> K+>Cl-,而受农业活动、工业活动、城镇建设活动等多种因子共同影响下的地下河主量元素地球化学敏感性有所变化,依次为HCO3->Na+> Ca2+> K+> Cl-> Mg2+> NO3-> SO42-,随着人类影响的加剧,离子敏感指数将会有增加的趋势。      

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。      

淮南采煤沉陷区积水来源的氢氧稳定同位素证据

淮南是我国东部重要的能源基地,由于长期地下采煤,地表形成大面积的采煤沉陷区并积水,造成严重地质灾害。针对于此,部分学者提出利用采煤沉陷区建立"平原水库"解决周边地区干旱年份农田缺水问题的设想。然而,一方面,由于煤层上覆几百米厚的新生代沉积,采煤塌陷形成的沉陷裂隙是否沟通了不同含水层之间的水力联系,并因此改变了这个地区的地下水系统,成为区域水资源评价需要了解的一个重要科学问题;另一方面,建立"平原水库"需要有稳定的补给水源,采煤形成的沉陷裂隙如果沟通了地下不同深度含水层的水力联系,是否使地下水成为塌陷区除降雨外的重要补给来源,这就成为评价"平原水库"水资源潜力的重要参考依据。氢氧稳定同位素是示踪天然水体水来源的重要手段,笔者在淮南矿区采集了旱季和雨季的浅层地下水、河水、雨水、沉陷区的积水等不同水体的水样23件,分析了其氢氧稳定同位素组成并与深层地下水进行对比。结果表明:雨季和旱季,该地区采煤沉陷区积水的氢氧稳定同位素组成都非常接近大气降水的氢氧稳定同位素组成,而与深层地下水的氢氧稳定同位素组成相差较大,说明采煤沉陷区的积水来源主要是大气降水补给。采煤沉陷区的沉陷裂隙贯穿了整个新生代地层,使地表水发生下渗与在深部与深层地下水发生不同程度的混合,而深层地下水尚不是"平原水库"的稳定补给源。     

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。      

基于水化学和氢氧同位素的峡口隧道涌水来源识别

峡口隧道是一条位于岩溶山区的深埋特长型隧道,遭遇了历时近两年来源不明的复杂涌水过程。为查明隧道的涌水来源和充水途径,通过解读隧道区的水文地质条件,分析对比不同涌水点的水化学及氢氧同位素组成差异,查明了隧道右洞北侧涌水主要来源于二叠—三叠系岩溶含水层,其他均来自于侏罗系裂隙含水层,二叠系灰岩与泥盆系石英砂岩接触部位发育的岩溶裂隙带为主要的充水途径。     

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。     

北极沿岸地区水体中氢氧稳定同位素组成及水分转化过程研究

2010年7月参加第三届北京中学生北极科学考察活动,收集了北极沿岸地区的挪威斯瓦尔巴德群岛(Svalbard)、冰岛、格陵兰沿岸地区的海水、沿岸海水、海冰表面冰样、地表径流等水体样品,对样品进行了氢氧稳定同位素成分测定,分析了北极沿岸地区水体的水循环过程.结果表明,该地区不同水体中的稳定同位素具有不同特征.沿岸海水中δ...     

哈思山地区泉水成因及其氢氧稳定同位素特征探讨

哈思山位于我国西北干旱半干旱地区,具有非常重要的区域生态效应。2013年5月到2014年1月,对该地区9个采样点的泉水流量进行了逐月采样,并测定了水体氢氧稳定同位素,研究了泉水流量的变化规律及氢氧稳定同位素的特征。调查结果显示,哈思山泉水为基岩裂隙水,泉水流量无明显的季节性变化,可能受包气带、土壤的持水性及汇水面积和海拔高度等因素的影响。同位素研究结果显示,氢氧稳定同位素值没有明显的季节性变化,且呈现δD=5.7439δ18O-10.6535的线性关系,表明泉水的补给来源主要是大气降水,且林区受到强烈蒸发作用的影响;此外,δ18O值与泉所在海拔高度之间存在显著的线性关系,δD值也存在一定的海拔效应,但并不显著。最终研究表明,位于半干旱地区的哈思山山区的水文过程十分复杂,泉水流量影响因素较多。     

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。     

中国北方平原盆地地下水氢氧同位素组成特征

在系统收集整理中国北方河北平原、太原盆地、鄂尔多斯盆地以及银川平原的地下水氢氧同位素资料基础上,依据同位素形成演化相似性原理,对比分析同位素组成得出:深层地下水是在过去更寒冷的气候条件下形成;研究区的大气降水不但在现代气候条件下存在大陆效应和高程效应,而且在 25 kaB.P.以来的古气候条件下也存在大陆效应和高程效应;古气候条件下各盆地平原之间的蒸发强度的差异可能比现代气候条件下各盆地平原之间的蒸发强度的差异大.     

Characteristics of Hydrogen and Oxygen Isotopes and Noble Gas Isotopes in the Groundwater of Weishan, Wudalianchi, Northeast China

According to the hydrochemical characteristics, hydrogen and oxygen isotope characteristics and the ratio of noble gas isotopes of the sandstone aquifer and basalt aquifer, this study calculated the recharge temperature and residence time of groundwater in the Weishan area of Wudalianchi, also calculating the contribution of noble gas components from different sources to the samples. Based on the characteristics of hydrogen and oxygen isotopes and noble gases Xe and Ne, the recharge altitude and recharge temperature of the two aquifers were estimated, and the recharge temperature fitting with the NGT model as verified, the results showing that the main recharge altitude of groundwater in the region was 500–600 m, the recharge temperature being 2–7°C. Heeq and Heea of the samples have been simulated using the OD model, the content of radioactive 4He in the crust being obtained, the groundwater ages under the two conditions (closed condition and open condition) both being simulated. The results show that groundwater from the sandstone layer water is older than groundwater from the basalt layer. Hydrochemical characteristics and noble gas isotope ratios indicate that in the basalt aquifer and sandstone aquifer in the Weishan area, in addition to atmospheric and crustal helium, there is also an input of mantle-derived helium. The fault constitutes the uplift channel for groundwater containings mantle components, which results in the mantle source composition in water samples near the fault being much higher than those form non-fault areas.     

New Chinese National Reference Materials for Hydrogen and Oxygen Isotopes in Water

The Institute of Hydrogeology and Environmental Geology, Chinese Academy of Geological Sciences recently prepared four certified reference materials for hydrogen and oxygen stable isotopes in water, which are called ‘China Standard Water' (CSW)‐HO1–HO4 (hereafter referred to as HO1–HO4). These reference materials are intended for calibration purposes and provide reference values of their relative difference in ²H/¹H and ¹⁸O/¹⁶O isotope‐amount ratios expressed in delta notation, normalised to the VSMOW–SLAP scale. The certified values of the reference materials were determined by an interlaboratory comparison of results from eleven participating laboratories. This paper describes in detail the production and certification procedure of the four reference materials. The first analytical data for the reference materials are also provided using a variety of analytical techniques, namely CO₂–H₂O equilibration and laser spectroscopy for δ¹⁸O and Cr reduction, as well as H₂–H₂O equilibration, laser spectroscopy, and high‐temperature conversion for δ²H. The reference values for materials HO1–HO4 and their associated uncertainties are assigned.     

水中系列氢氧同位素标准物质的研制

我国氢氧同位素国家一级标准物质经过二十余年的使用,现已不能满足需求,急需研制代表当今分析技术水平的新的氢氧同位素国家标准物质。本文研制了系列(4个)水中氢氧同位素标准物质,其中三个采自天然水样,一个为人工配制的贫氘水,三种天然水样基本涵盖了我国境内天然水的氢氧同位素组成范围。每种标准物质随机抽取30瓶的均匀性子样,每份子样做双份分析,进行均匀性检验,四种标准物质的均匀性检验得到的F值都小于相应的自由度的临界值,显示四种标准物质的均匀性良好。标准物质的δ¹⁸O和δD值经过2年的稳定性检验,特征量值变化在不确定度范围,由此判定δD、δ¹⁸O值稳定性良好。采用国际间实验室采用不同原理的方法协同定值,11家国内外实验室分别采用Cr还原法、激光法、H₂-H₂O平衡法、高温热转换元素分析法进行水中氢同位素定值,采用CO₂-H₂O平衡法进行氧同位素定值;定值不确定度显著降低,δ¹⁸O的扩展不确定度小于0.08‰,δD的扩展不确定度小于0.9‰。该标准物质已被国家质检总局批准确为国家一级标准物质,批准号为GBW 04458~GBW 04461。