中国西南季风区不同水体稳定同位素特征分析——以重庆市北碚区为例

通过对重庆市北碚区大气降水和马鞍溪上游龙滩子水库水的氢氧同位素进行的一个水文年（2014年）的样品采集监测,研究了降水与水库的水的氢氧同位素之间的变化特征和规律。结果表明:(1)北碚区大气降水线方程为δD=8.82δ18O+18.97,r=0.99,n=101,P<0.01,δD、δ18O相关性极为显著,该区大气降水线斜率和截距大于全球大气降水线和中国大气降水线,表明研究区主要受西南季风和东南季风双重影响所致;(2)大气降水中δD、δ18O具有明显的季节变化,夏半年偏负,冬半年偏正;(3)大气降水中的δD、δ18O与降水量及温度呈现负相关关系,降水量效应显著,并且该效应远远掩盖了温度效应;(4)水库中水的δD、δ18O具有极好的相关性,其δD、δ18O样点落于全球大气降水线和区域大气降水线附近,并且水库中水d的变化趋势与降水d基本一致,表明前者主要补给来源是降水,而水库中水的δD、δ18O和d的变化幅度远远小于降水,表明前者不仅受降水补给,还受土壤水和地下水的补给。      

黄河流域大气降水氢、氧稳定同位素时空特征及其环境意义

大气降水δ18O值的变化是一个蒸发和凝结的物理过程,与纬度、海拔、距海岸的距离、季节和降水量等因素有关,具有规律变化的特征。根据黄河流域上中下游地区取得的降水同位素数据和降水气象资料,分析了该区域降水中δ18O的时空变化特征。研究了流域上中下游降水中稳定同位素与温度和降水量的关系,揭示了流域降水中稳定同位素的变化规律。结果表明,流域上游和中下游降水中稳定同位素具有不同的季节变化特征,上游地区表现为夏季富集、冬季贫化,中游和下游则与之相反;在空间变化上,流域降水稳定同位素自上而下整体趋于逐渐贫化,波动明显,存在显著的极值区;黄河流域上、中下游具有不同的同位素过程,上游地区受海拔效应和内陆循环影响显著,而中下游则主要受季风系统和局地因素的影响。局地大气水线以及d与大气水汽压关系的分析表明,流域降水在从云层底部降落到地面的过程中,具有明显的二次蒸发现象,并伴随着同位素的分馏。     

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。     

不同模式模拟的降水稳定同位素效应的比较和评估

利用引入水稳定同位素循环的ECHAM4、GISS E、HadCM3、MUGCM以及iAWBM的模拟数据,分析了全球降水中稳定同位素效应的空间分布特征,对不同模式的模拟结果之间以及模拟结果与GNIP（Global Network of Isotopes in Precipitation）的实际监测结果之间进行了比较,旨在对稳定同位素大气环流模式的模拟有效性进行评价,改善对水循环中水稳定同位素效应的理解和认识。结果显示,5个模式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,降水中稳定同位素的温度效应、降水量效应的分布特点以及全球大气水线GMWL（Global Meteoric Water Line）均被很好地模拟出。比较而言,ECHAM4模拟的降水中的平均δ18O以及δ18O平均季节差的空间分布与GNIP的实际分布最接近,拟合水平也最高;ECHAM4、GISS E、MUGCM和iAWBM再现全球温度效应空间分布的能力较强,拟合水平大致相当;由iAWBM模拟的降水量效应空间分布与实际分布之间的相关性最强,5个模式模拟的与实测的δ18O/P相关系数符号相同的站点数大致位于同一水平;GISS E和iAWBM模拟的全球大气水线与实测的GMWL最接近。     

利用稳定同位素大气水平衡模式模拟降水中δ18O的分布

利用稳定同位素大气水平衡模式,模拟了2012年全球大气水汽和降水中δ18O的空间分布和时间变化以及降水中δ18O与降水量、温度之间的关系.其目的在于检验稳定同位素大气水平衡模式模拟水稳定同位素循环的能力,揭示稳定同位素效应产生的主要原因,改善对水循环中稳定同位素效应的理解和认识.模拟结果很好地再现了全球降水中δ18O的纬度效应、大陆效应和季节差异.在水循环过程中,引起降水中稳定同位素空间变化和时间变化的原因与蒸发对水汽同位素的富集作用、降水对水汽同位素的贫化作用、凝结温度对水汽同位素贫化程度的影响有关.模拟的降水量效应主要出现在中低纬度海洋和季风区,这种分布形势与δ18O季节差和降水量季节差的分布相对应;模拟的温度效应主要出现在中高纬度陆地,这种分布形势与降水中δ18O季节差的分布形势相对应.在一些低纬度地区,伴随强降水量效应的出现,温度效应也同时出现.     

水汽源区变化对陕西关中降水稳定同位素的影响

基于关中地区7个站点的降水同位素及气象数据,分析了δ~(18)O的时空特征及环境效应,模拟出代表站点的气团运移轨迹,利用向外长波辐射(OLR)数据研究水汽源区变化及对夏半年降水稳定同位素的影响。结果表明:δ~(18)O有着较为明显的季节性变化规律,由春季到冬季逐渐下降,空间分布则呈由东南向西北递减的趋势;大气降水线方程表现出明显的过渡性区位特征,夏半年以降水量效应为主;水汽主要通过西北与东南两个水汽通道输送,青藏高原的热力、动力性质对水源差异产生了较大影响;水汽源区变化与对流层中上部水汽含量场都与稳定同位素特征、水汽运移轨迹有着较强的对应关系,8、9月形成于西太平洋的热带辐合带(ITCZ)使东南季风成为夏季关中地区主要的水汽输送通道。     

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。     

拉萨河流域地表径流氢氧同位素空间分布特征

为了探析径流过程中稳定同位素变化特征及其控制因子, 利用2008年拉萨河流域地表径流中δ18O和δD的监测数据以及相关气象和水文资料, 初步研究了流域δ18O和δD的空间分布特征.研究发现: (1)拉萨河流域以大气降水为主要补给来源, 且干流体现了较明显的蒸发效应; (2)河水偏正的d过量参数特征指示了冰雪融水的补给特征; (3)季风降水期间, 拉萨河流域由高程效应和水平距离所造成的δ18O递减率约为0.16‰·(100 m)-1; (4)大循环尺度下, 流域内河水呈现了明显的大陆效应.研究表明高海拔地区地表径流氧氘同位素分布特征能够有效示踪流域水文循环过程, 并提供古高度变化研究的稳定同位素证据.      

中国大陆大气降水线斜率分区及其水汽来源研究

大气降水是自然界水循环过程中的一个重要环节。由于元素的各个同位素的质量不同,造成了降水中H2O与D2O之间、H2O与H218O之间的分馏效应。水循环过程中,由于同位素成分的热力分馏作用,全球降水中氢和氧稳定同位素存在一种线性关系,1961年Craig把这种关系定义为大气降水线。(Meteoric Water Line,简称为MWL):δD=8δ18O+10,又称为全球大气降水线(Global Meteoric Water Line,简称为GMWL)。本文通过对近年来全国各地大气降水中氢氧稳定同位素(2H、18O)之间的关系的资料进行整合作图,发现大气降水线斜率的大小存在地域差异并具有分区的特征,分析认为这种特征应该与当地降水的水汽来源有着密切联系,结合大气降水水汽来源,将中国大陆降水线斜率大体分为:东南沿海区、西南区、青藏高原区、西北内陆区、东北及华北内陆区几大区域,最终可以通过各地大气降水线的斜率分区来区分不同的水汽来源。     

北麓河多年冻土区降水及河水稳定同位素特征分析

为了进一步全面理解和探索青藏高原水文水循环过程,采用同位素方法并结合气象资料对青藏高原北麓河区域2011年6~12月降水和河水稳定同位素时空特征进行分析。探讨了北麓河降水同位素与日平均气温、降水量之间的相互关系,同时也对比分析了北麓河降水和河水的同位素变化特征。结果表明:北麓河降水同位素在整个观测期内总体受温度控制,但存在季节变化,其中6~9月降水同位素受到温度和降水量效应的共同控制,9月以后则主要受温度的影响。河水同位素与降水同位素相似的变化特征,体现了降水补给特征,另外降水量也能够影响河水同位素变化:降水量小则降水对其影响较小,反之则大。与北麓河降水线相比,河水δ18O~δD关系的斜率和截距偏大,揭示该区域河水除了受大气降水的补给外,还受到区域水体内循环和蒸发分馏作用的影响。     

锑的地球化学行为以及锑同位素研究进展

锑被广泛用于生产各种阻燃剂、玻璃、橡胶、颜料、陶瓷、半导体原件等。锑在火成岩中属于分散元素,但可以富集在沉积岩中（如深海黏土、页岩及碎屑岩）。锑常出现在与辉长质深成岩有关的岩浆硫化物矿床、与花岗岩有关的硫化物矿床、碎屑岩-碳酸岩赋矿的钨-锑-汞层控矿床及热液铅锌矿床中。目前高精度锑同位素的分析测试方法已基本成熟,即酸溶、阳离子树脂交换柱结合硫醇棉纤维法或阴阳离子交换柱法分离富集锑、氢化物发生器MC-ICP-MS测定锑同位素。仪器的质量歧视校正通常采用标样-样品匹配法、In内标法和Sn内标法。不同地质储库端元的锑同位素组成变化较大（达18‱）,海水为～3.7‱,硅酸岩为0.9‱～2.9‱,硫化物（辉锑矿、闪锌矿、黄铁矿、白铁矿）为-1.9‱～16.9‱。且来自不同国家的辉锑矿具有不同的锑同位素组成,不同产地玻璃的锑同位素组成也不同。锑同位素在氧化还原过程（或硫化物沉淀）和无机吸附过程会发生明显分馏,分别达～9‱和～4‱。因此,锑同位素有可能作为一种灵敏的地球化学示踪剂,对示踪成矿物质来源、刻画与氧化还原等过程有关的成矿过程和探讨矿床形成机理、矿区重金属锑污染的治理以及考古等方面具有重要指示作用。     

Note on the isotopic geochemistry of fossil-lacustrine tufas in carbonate plateau—A study from Dungul region (SW Egypt)

Lithological, chemical, and stable isotope data are used to characterize lacustrine tufas dating back to pre-late Miocene and later unknown times, capping different surfaces of a Tertiary carbonate (Sinn el-Kedab) plateau in Dungul region in the currently hyperarid south-western Egypt. These deposits are composed mostly of calcium carbonate, some magnesium carbonate and clastic particles plus minor amounts of organic matter. They have a wide range of (Mg/Ca)_molar ratios, from 0.03 to 0.3. The bulk-tufa carbonate has characteristic isotope compositions: (δ¹³C_mean = −2.49 ± 0.99‰; δ¹⁸O_mean = −9.43 ± 1.40‰). The δ¹³C values are consistent with a small input from C4 vegetation or thinner soils in the recharge area of the tufa-depositing systems. The δ¹⁸O values are typical of fresh water carbonates. Covariation between δ¹³C and δ¹⁸O values probably is a reflection of climatic conditions such as aridity. The tufas studied are isotopically similar to the underlying diagenetic marine chalks, marls and limestones (δ¹³C_mean = −2.06 ± 0.84‰; δ¹⁸O_mean = −10.06 ± 1.39‰). The similarity has been attributed to common meteoric water signatures. This raises large uncertainties in using tufas (Mg/Ca)_molar, δ¹³C and δ¹⁸O records as proxies of paleoclimatic change and suggests that intrinsic compositional differences in material sources within the plateau may mask climatic changes in the records.     

古陶产地同位素示踪的初步研究

江苏花厅以及河南郑州的古陶的分析结果表明不同产地和同一产地不同文化特征的古陶有不同的Pb和Nd同位素组成，因此Pb和Nd同位素组成可以成为判别古陶产地的重要标志。     

Radiogenic isotopes in fluid inclusions

Radiogenic isotopes studied in fluid inclusions are still a limited field, with great potential for expansion as analytical techniques improve. The main limitation for Sr, Ar and He isotope work is the very small number of radiogenic atoms produced in a typical fluid inclusion. The requirements to analysts are correspondingly high. Examples show that isotopic tracing on fluid inclusion fluids can be a decisive tool in solving geological problems.     

Pb-Sr-Nd-Hf 同位素参数计算及程序设计

Pb、Sr、Nd、Hf 同位素都是放射性成因的重稳定同位素,地质过程中不发生同位素分馏,因而其同位素组成只与来源有关而与过程无关。这些同位素组成是成岩（成矿）物质来源及其构造环境判别的重要标志,特别是在研究壳幔分离与壳幔相互作用中起着不可替代的作用。由于这些参数的计算涉及相对复杂的公式推导,许多地质工作者并未系统学习过同位素地球化学理论,在对公式与参数的理解上难免会出现偏差,导致数据处理错误。本文对铅- 锶- 钕- 铪同位素的相关参数以及这些参数的计算公式作一全面的介绍,在此基础上,作者应用Excel VBA 设计了一套计算机程序。该程序界面友好、使用方便、结果可靠。     

Neoproterozoic chemostratigraphy

Chemostratigraphy has diverse applications to investigating the rock record, such as reconstructing paleoenvironments, determining the tectonic setting of sedimentary basins, indirect dating, and establishing regional or global correlations. Chemostratigraphy is thus an integral component of many investigations of the ancient sedimentary record. In this contribution, we review the principle inorganic geochemical methods that have been applied to the Neoproterozoic sedimentary record. Analysis of the traditional stable and radiogenic isotope systems, such as δ¹³C, δ¹⁸O, δ³⁴S, and ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr, is routine, particularly in successions rich in carbonate. These mainstay applications have yielded invaluable data and information bearing on the chronology and evolution of this eventful era in Earth history. Alongside the growing database of traditional data, a series of novel geochemical techniques have given rise to important new models and constraints on Neoproterozoic biogeochemical change. In particular, a range of proxies for water column redox, mainly obtained from black shales, have shed light on the pace and tempo of Neoproterozoic oxygenation and its link to the appearance of early animal evolution. Increased integration of diverse geochemical, sedimentological, and paleontological datasets, and the gradual radiometric calibration of the stratigraphic record promise to bring the details of the evolution of the Neoproterozoic Earth system into ever greater focus.     

The influence of hydrology and climate on the isotope geochemistry of playa carbonates: a study from Pilot Valley, NV, USA

Carbonates often accompany lake and lake‐margin deposits in both modern and ancient geological settings. If these carbonates are formed in standing water, their stable isotope values reflect the aquatic chemistry at the time of precipitation and may provide a proxy for determining regional hydrologic conditions. Carbonate rhizoliths and water samples were collected from a playa lake in eastern Nevada. Pilot Valley (～43°N) is a closed‐basin, remnant playa from the Quaternary desiccation of palaeo‐Lake Bonneville. Water is added to the playa margin by free convection of dense brines to the east and forced convection of freshwater off the alluvial fan to the west. Both freshwater and saline springs dot the playa margin at the base of an alluvial fan. Water samples collected from seven springs show a range from ?16 to ?0·2‰ (Vienna Standard Mean Ocean Water), and are consistent with published values. The δ¹⁸O_calcite values from rhizolith samples range from ?18·3 to ?6·7‰ (Vienna Pee Dee Belemnite), and the average is ?12‰ V‐PDB (1 ? σ SD 2‰). With the exception of samples from Little Salt Spring, the range in the δ¹⁸O_calcite values collected from the rhizoliths confirms that they form in equilibrium with ambient water conditions on the playa. The initial geochemical conditions for the spring waters are dictated by local hydrology: freshwater springs emerge in the northern part of the basin to the east of a broad alluvial fan, and more saline springs emerge to the south where the influence of the alluvial fan diminishes. Rhizoliths are only found near the southern saline springs and their δ¹³C_calcite values, along with their morphology, indicate that they only form around saltgrass (Distichlis sp.). As the residence time of water on the playa increases, evaporation, temperature change and biological processes alter the aquatic chemistry and initiate calcite precipitation around the plant stems. The range in δ¹⁸O_calcite values from each location reflects environmental controls (e.g. evaporation and temperature change). These rhizoliths faithfully record ambient aquatic conditions during formation (e.g. geochemistry and water depth), but only record a partial annual signal that is constrained by saltgrass growth and the presence of standing water on the playa margin.     

稳定和放射性同位素在Cu-Ni-PGE岩浆矿床研究中的应用:实例及需要注意的问题

硫、氧同位素和放射性同位素比值在示踪岩浆与围岩的反应及在岩浆镍-铜-铂族元素矿床成因中同化过程的重要性方面有很大作用。如1.1Ga的Duluth杂岩、Norilsk地区二叠-三叠纪侵入岩和1.4Ga的Kabanga侵入岩体中矿床的硫同位素测定结果证明硫来自含硫化物和硫酸盐的围岩。1.3Ga的VoisbeysBay矿床矿石的硫同位素δ34S值通常落入公认的地幔硫同位素组成范围(0±2‰)内,而对其元古宙变质沉积围岩进行的详细研究结果显示δ34S的平均值也在此范围。全面了解同位素组成的潜在混染对合理评价提供硫来源的围岩在矿石形成中的作用是非常必要的。用氧同位素和放射性同位素示踪岩浆和围岩相互作用时,必须在开放体系没有扰动同位素系统情况下进行。在氧同位素体系和放射性同位素体系(如Re/Os、Pb同位素体系)中,元素在热液条件下活动性强或主相没有发生同位素交换与吸收,都会导致低温热液过程掩盖高温过程。只有在进行详细的岩相观察和单矿物分析之后,再应用围岩混染同位素模式才是有意义的。     

湘中龙山Au-Sb矿床成矿物质来源——来自S、Pb和Sr同位素证据

龙山Au-Sb矿床是湘中Au、Sb矿集区的代表性矿床,本文对其不同类型矿石、矿区围岩和区域地层进行了S、Pb、Sr同位素组成对比研究。矿石中硫化物的δ³⁴S值为-3.0‰～5.1‰,平均值2.3‰;矿区围岩的δ³⁴S值为4.0‰～5.9‰,平均值5.2‰;区域地层的δ³⁴S值为9.3‰～13.3‰,平均值11.3‰。矿石与矿区围岩、区域地层的硫同位素组成差别较大,矿石硫具岩浆来源特征。矿石中硫化物的²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb、²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb和²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb比值分别为16.992～18.457、15.392～15.722和37.586～38.960,矿区围岩的²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb、²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb和²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb比值分别为17.630～...