巴丹吉林沙漠及其东南边缘地区水化学和环境同位素特征及其水文学意义

通过对巴丹吉林沙漠东南部湖水和南缘地区地下水离子化学成分及其环境同位素分析,初步探讨了沙漠地区湖水和地下水之间补给的关系。沙漠湖水的离子化学特征显示沙漠东南部湖泊的演化趋势:微咸湖-咸水湖-盐水湖。显著不同的盐度、CO32-和HCO3-含量以及地质资料都表明,沙漠北部较大的湖泊和东南部的湖泊被一地形上的褶皱隆起阻隔而形成了不同的地下水补给体系。环境同位素的分析结果表明,巴丹吉林沙漠东南部的湖泊和地下水与沙漠东南边缘地区的地下水有着相似的蒸发趋势,暗示南缘地区的地下水和沙漠东南部地区湖泊之间存在一定的联系。同其他干旱地区地下水的同位素结果进行对比显示,雅布赖地区和沙漠地区的地下水应该是埋深较浅的地下潜水。因本次研究结果不支持单一远源或者深层地下水补给的观点,故推断沙漠东南部地区以及南缘地区的地下水主要是当地雨量丰沛时期的降水及南缘低山降水下渗补给的。     

同位素指示的巴丹吉林沙漠南缘地下水补给来源

通过恢复巴丹吉林沙漠及其周边地区大气降水氚值，并结合区域稳定同位素组合特征，揭示了区域地下水氚年龄的多解性与地下水稳定同位素的温度效应。恢复的1963年核试验期氚高峰值达到2 100 TU，进入90年代平均为60 TU。1960年以来降水补给的地下水氚值都应大于15 TU，而1963年的高峰氚衰变至今应在200 TU左右。地下水实测氚值较低，表明由现代少量降水补给的地下水与大量的古水进行了混合。影响降水中δ18O和δ2H分布的主要影响因子是月平均空气温度，对δ18O与δ2H的影响权重分别占到59.9%和57.0%。巴丹吉林沙漠及其周边地区地下水较低的稳定同位素组成表明，其补给主要是晚更新世较冷环境下形成的，来源于东南部的雅布赖山区，部分浅层地下水接受现代降水与河流的补给。      

应用环境同位素方法研究塔里木河下游浅层地下水

对比浅层地下水与河水及降水的环境同位素数据表明，塔里木河下游浅层地下水直接起源于河水，其初始同位素组成为δＤ＝－７０．５‰，δ＾１８Ｏ＝－１０．５‰。稳定同位素研究证明，地下水中的高盐份主要是再度强烈蒸发的结果。利用环境氚，根据指数模型初步计算了地下水年龄和年平均补给量。     

同位素地球化学方法研究巴丹吉林沙漠高大沙山与湖泊水补给源

2003年6月、9月和2004年5月三次深入巴丹吉林沙漠腹地,共考察了10多个不同的沙山和湖泊。观察到湖泊中心存在有泉眼的钙华,另有大片植物钙质胶结散落在干涸湖底。高大沙山沙层表面以下约20cm处为湿沙。对沙漠中的井水、上升泉水、湖水及周边相应地区不同性质的水样进行同位素地     

近60年间巴丹吉林沙漠气温和降水变化及其对湖泊的影响

以巴丹吉林沙漠周围的4个国家气象站1960-2017年的长序列和腹地自建的10个气象站2016-2018年的短序列气象数据为支撑, 运用一元线性回归模型、Mann-Kendall检验等方法, 系统分析沙漠周边及腹地气温和降水量的时空变化特征; 结合项目组及前人对湖泊动态的研究成果, 分析其变化特征, 初步探讨了巴丹吉林沙漠湖泊变化与气候要素的响应关系。研究表明: 巴丹吉林沙漠周边年均气温均呈上升趋势, 且由南向北升温速率增大, 其中阿拉善右旗以0.74℃/10a的速率显著上升; 降水量变化趋势不显著; 总体而言, 近50a来沙漠东南缘气候呈暖湿化、西北缘气候呈暖干化趋势。巴丹吉林沙漠周边年降水量、气温均在20世纪70-80年代出现突变, 降水量突变不明显, 气温突变显著, 气候自此向暖干化趋势发展; 沙漠周边与沙漠区月际气候特征基本一致, 均具有水热同期, 夏季高温多雨, 冬季寒冷干燥的特点, 但沙漠区雨季较沙漠边缘区短, 雨期较边缘区提前。沙漠区湖泊多年来呈不同程度萎缩趋势, 湖泊群加速萎缩受当地气候暖干化突变控制; 湖泊年度水位、水量峰值与降水量峰值不一致, 表明降水量变化不是湖泊变化的主控因素。     

中国西北极端干旱区水文与湖泊演化及其巴丹吉林沙漠大型沙丘的形成

地表径流和地下水循环是维持中国西部现今极端干旱区绿洲、湖泊和地下水位变化的绝对主导因素。极少的年降水量和年际—季节降水分布的不均性、强烈的蒸发、蒸腾作用,稀少而水量有限的地表径流和人类活动的影响及其过度的水资源利用是导致目前自然景观和生态环境恶化的根本原因。不仅如此,在这样一个大的气候背景条件下,人类不合理、不科学的活动可以夸张的放大和加速生态系统的恶化程度和速度,而要维持、改善和修复已破坏的生态环境则需长期不懈的努力和巨大的人力、资金投入。地质断裂带不但具有蓄水、导水的作用,还具有隔水作用;断裂体系中含水量的丰寡与断裂的性质（张性或压性）、发育的地质部位和年代等因素有关。断裂构造对水的这种蓄—导—隔作用,在不同地理单元是不同的：在地势较高的部位以导为主,在低洼的地方则以蓄为主,而在前二者之间的过渡区则以导—隔为主。额济纳盆地地下水位变化和水资源（或潜在水资源）量的大小是以地表径流补给为主、地下水为辅,是区域蒸发、蒸腾和水资源利用之间平衡过程的表现;而在巴丹吉林沙漠区,特别是其东南部众多的湖泊区则是以地下水补给为主,加之以古水为辅。虽然我们还不十分清楚巴丹吉林沙漠内部高大沙丘和湖泊形成时期的相互作用和依存关系,但是我们却有足够的证据证明高大沙丘形态的维持与湖泊之间不存在必然的因果关系。直接通过阿尔金山断裂体系对额济纳盆地和巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠水量的贡献是否真正存在还缺乏地质证据或者至少是十分有限。对中国西部干旱—极端干旱区水资源进行科学而深入、系统而规范、全面而统一的调查和规划,调整和协调,采用科学的流域管理模式,利用生态修复、动态调控、工程保障等措施对于维持整个流域生态环境的稳定和持续发展、维系中下游,特别是酒泉基地和额济纳绿洲是十分必要而迫切的。对于巴丹吉林沙漠东南部地下水和湖泊水的开发和利用的设想既不利于该区生态环境的维持和改善,也缺乏科学依据和工程的可行性。西北干旱—极端干旱区水文循环和水量是气候环境决定的,不仅现代如此,过去也是如此。     

关于巴丹吉林沙漠湖泊形成机制的初步看法

巴丹吉林沙漠以湖泊众多和沙山高大而闻名于世.到目前为止, 关于湖泊和沙山的成因问题尚存在不同的观点.实际上, 巴丹吉林沙漠湖泊和沙山的形成与该地区地下水的循环交替问题直接相关.参照前人研究成果, 结合开展的巴丹吉林沙漠水文地质调查, 探讨了湖泊和沙山的形成问题, 初步认为巴丹吉林沙漠湖泊主要接受来自东部雅布赖山区区域地下水侧向补给和沙山地下水补给而形成; 高大沙山的形成与降水和地下水关系密切; 高大沙山与湖泊的形成和共存关系是先有沙山, 而后才形成湖泊, 沙山是形成巴丹吉林沙漠湖泊的必备条件.      

巴丹吉林沙漠地下水与湖泊的相互作用

巴丹吉林沙漠以其独特的沙丘湖泊景观而受到关注。地下水对湖泊的强烈蒸散耗水起到了支撑作用,而湖泊群的存在反过来也会影响该沙漠的区域地下水循环模式。在区域尺度上,银根-额济纳旗中生代盆地对巴丹吉林沙漠的水文地质特征具有控制作用。通过水文地质调查和典型湖泊的综合观测,表明沙漠湖水的年蒸发量可以达到1 200~1 550 mm,盐湖形成时间达到千年尺度,本地降水入渗形成的浅层地下水和来自沙漠周边地区的深层地下水对湖水都有贡献。地下水总体上自东向西流动并受到湖泊群的干扰,形成了局部地下水系统与区域地下水系统的嵌套结构。越靠近沙漠东侧,区域侧向径流对湖泊的补给贡献越大,反之则浅层地下水循环对湖泊的补给贡献更大。     

应用环境示踪剂探讨巴丹吉林沙漠及古日乃绿洲地下水补给

巴丹吉林沙漠位于我国西北部的阿拉善高原。近年来,许多中外学者应用天然水样及土壤水分的水化学、同位素等技术手段研究了该地区地下水补给及环境演化。基于这些研究,试图给出巴丹吉林沙漠和古日乃绿洲一个完整的二维地下水系统概念模型。巴丹吉林沙漠地下水在浅埋区和出露区蒸发,同时接受少量当地降水补给,其最终的排泄区是古日乃绿洲。巴丹吉林沙漠地下水垂向补给微弱,地下水很可能是更新世晚期至全新世早期周边的雅布赖山区降水径流及发源于祁连山的河流古河道补给的古水。在全新世中-晚期,地下水得到有限的降水补给,并且经受蒸发作用。随着千年尺度的气候转型,两千年以来,巴丹吉林沙漠干旱化加剧,正在经历地下水位下降、湖泊绿洲逐渐萎缩消亡的过程。     

淮河下游地区地表水与地下水同位素特征分析

为探明淮河下游地区地表水与地下水稳定同位素的组成特征,于2020年11月对该区域进行代表性采样,共采集地表水样13个,地下水样82个.结合全球大气降水同位素监测网(GNIP)公布的南京降水同位素数据,根据最小二乘法得出当地大气降水线(LMWL)方程为:δD=8.49δ18O+17.71,其斜率和截距高于全球大气降水线(...     

The Role of Groundwater in the Salt Lakes in the Badain Jaran Desert,China

正The Badain Jaran Desert is the second largest desert in China with tallest sand dunes on the earth.In contrast to the extremely dry climate,there are about 100 lakes spreading regularly over the depressions among high     

Geochemical Information Indicating the Water Recharge to Lakes and Immovable Megadunes in the Badain Jaran Desert

1 Introduction The Badain Jaran Desert, located in western Inner Mongolia, China, has a unique landscape containing 144 lakes (72 of which are still watery) with a total water area of about 23 km2, and the world’s highest stationary sand dunes with a height between 200 m and 500 m. Much attention has been paid to the water recharge of the desert in the past decade. Investigations on the resources of water system there have been performed continuously since the early 1990s, which lead to th…     

Groundwater and lake evolution in the Badain Jaran Desert ecosystem, Inner Mongolia

The amount and timing of aquifer recharge and the evolution of lakes and groundwater in the south-eastern Badain Jaran desert of Inner Mongolia, with high megadunes, has been investigated using stable isotopes and hydrochemistry. Unsaturated zone moisture profiles down to 22 m have recorded recharge over 1185 years. Small but finite amounts of recharge are recorded with mean recharge rates of 0.95-1.33 mm year^?1, determined using a chloride mass balance technique. The unsaturated profile also acts as a unique archive of hydrological and climate change. Before 1300, it was relatively dry but distinct wet periods may be recognised during 1340-1450, 1500-1610 and 1710-1820. Since the mid 1800s, the climate shows a trend towards greater aridity. The interdune lakes are generally fresh but locally, hypersaline lakes are found in juxtaposition. This implies that in general, the lakes have low residence times and flow back into the dune system, but sedimentary obstruction locally prevents outflow and extreme evaporation occurs. The stable isotope records show that the lakes are fed by palaeowaters which on the basis of other proxy data must predate the Last Glacial Maximum. Their recharge source is problematic but most likely this derives from a diminishing water table extending some 30 m south to the Yabulai Mountains.     

Groundwater characteristics and climate and ecological evolution in the Badain Jaran Desert in the southwest Mongolian Plateau

The Badain Jaran Desert is the third largest desert in China, covering an area of 50000 km². It lies in Northwest China, where the arid and rainless natural environment has a great impact on the climate, environment, and human living conditions. Based on the results of 1∶250000 regional hydrogeological surveys and previous researches, this study systematically investigates the circulation characteristics and resource properties of the groundwater as well as the evolution of the climate and ecological environment since the Quaternary in the Badain Jaran Desert by means of geophysical exploration, hydrogeological drilling, hydrogeochemistry, and isotopic tracing. The results are as follows. (1) The groundwater in the Badain Jaran Desert is mainly recharged through the infiltration of local precipitation and has poor renewability. The groundwater recharge in the desert was calculated to be 1.8684×10⁸ m³/a using the water balance method. (2) The Badain Jaran Desert has experienced four humid stages since the Quaternary, namely MIS 13-15, MIS 5, MIS 3, and the Early–Middle Holocene, but the climate in the desert has shown a trend towards aridity overall. The average annual temperature in the Badain Jaran Desert has significantly increased in the past 50 years. In detail, it has increased by about 2.5°C, with a higher rate in the south than in the north. Meanwhile, the precipitation amount has shown high spatial variability and the climate has shown a warming-drying trend in the past 50 years. (3) The lakes in the hinterland of the Badain Jaran Desert continuously shrank during 1973–2015. However, the vegetation communities maintained a highly natural distribution during 2000–2016, with the vegetation cover has increased overall. Accordingly, the Badain Jaran Desert did not show any notable expansion in that period. This study deepens the understanding of groundwater circulation and the climate and ecological evolution in the Badain Jaran Desert. It will provide a scientific basis for the rational exploitation of the groundwater resources and the ecological protection and restoration in the Badain Jaran Desert.© 2021 China Geology Editorial Office.     

应用音频大地电磁法探测内蒙古巴丹吉林高大沙山结构及成因

巴丹吉林沙漠拥有世界罕见的高大沙山群。为了解巴丹吉林高大沙山结构与成因,应用音频大地电磁法进行测量,利用非线性共轭梯度法二维反演得到了沙山的横截电性剖面。沙山电性剖面深部呈现明显的低阻,而沙山中部存在一定规模高阻区域。判断巴丹吉林沙漠众多高大沙山群的形成是由其稳定的西北风作用、源源不断的地下水补给机制和特殊的地层环境共同作用的结果。地下水由于蒸腾作用上升遇到古老沙丘的钙质层阻挡,由背风坡底部蒸发出来。水蒸气凝结在顶部滚落的沙子表面,使其抗风蚀能力增强,起到固沙作用;随着时间推移,沙山越来越大,形成高大沙山。     

巴丹吉林沙漠季节冻土特征

通过巴丹吉林沙漠腹地连续的地温观测和2014年1月的专题考察,发现巴丹吉林沙漠属于季节冻土区,年冻结时间长达4个月.沙漠内部的局地地形和湖泊分布是影响季节冻土分布差异的重要因素.迎风坡和背风坡冻土冻结深度显著大于丘间地冻结深度,湖泊的存在使湖泊周边地区最大冻结深度显著变浅.通过沙漠及其周边地区地温、气温、地气温差的分析,结合我们在巴丹吉林沙漠外围发现的末次冰期砂楔群,表明我国北方沙漠在末次冰期属于不连续的多年冻土区.     

巴丹吉林沙漠石英δ18O值及其物源意义

巴丹吉林沙漠是世界上沙丘最高大的沙漠,其沙源研究对认识沙漠形成、高大沙山发育和防沙治沙工程有重要意义。石英是沙漠沉积物中常见的矿物,其氧同位素值可示踪物源。采集沙漠西北部、东部、东南部高大沙山、丘间低地与湖泊以及雅布赖山前的表层沉积物,测定了样品不同粒级的石英δ18O值。结果表明:①石英δ18O值随粒级减小有增大趋势,同一样品不同粒级石英δ18O值存在较大差异,相同粒级石英δ18O值也有变化。②石英δ18O值介于9.4‰~19.3‰,均值为13.3‰（n=55）;其中沙丘沙的石英δ18O值介于9.5‰~16.6‰,均值为12.9 ‰（n=39）;湖相沉积物的石英δ18O值介于9.4‰~19.3‰,均值为14.2‰（n=16）。③区域内,<16 μm粒级的石英δ18O值与16~64 μm、125~154 μm、200~250 μm、> 300 μm粒级的石英δ18O值都存在显著差异,但200~250 μm与 > 300 μm粒级的石英δ18O值没有显著差异;经区域对比,巴丹吉林沙漠 < 16 μm粒级的石英δ18O值与柴达木盆地沙漠、蒙古戈壁风成沉积物 < 16 μm石英δ18O值无显著差异,但巴丹吉林沙漠16~64 μm粒级的石英δ18O值与蒙古戈壁风成沉积物16~64 μm石英δ18O值存在显著差异;这似乎暗示研究区的细颗粒物质可能是远源的。巴丹吉林沙漠沉积物的石英δ18O值位于火成岩石英、砂岩和变质岩石英δ18O值分布阈值内,受区域地质条件、物源混合、粒级效应等因素的影响,砂粒级的石英δ18O值所指示的母岩成份特征与祁连山区岩石的岩性有较好吻合。