金华地区地下水同位素特征及更新能力研究

金华地区位于金衢盆地东段,对其地下水同位素特征及更新能力研究对于整个盆地地下水资源研究具有重要意义,通过分析研究区内稳定同位素氘(D)和氧(~(18)O)以及放射性同位素氚(~3H)和碳(~(14)C)的空间分布特征,建立了金华地区降水线方程为:δD=8.29δ~(18)O+15.9,讨论了地表水、潜水、红层地下水的环境同位素的组成特征,对潜水及红层地下水的更新能力进行了评价。结果表明,金华地区降水线方程斜率及截距均大于全球大气降水;潜水、红层地下水及地表水三者联系密切;潜水、红层地下水在接受降水的补给后经历了不同程度的蒸发作用;红层地下水D和~(18)O同位素明显向下游富集;潜水~3H值介于6.6～19.0TU,~(14)C年龄显示为现代水,因此其可更新能力较强,红层地下水放射性~(14)C年龄为3020～5360BP,可更新能力较弱,红层地下水3H值介于4.4～12.3TU,表明红层地下水中有现代水的混入,δ~(18)O随着地下水的年龄的增加而偏负。     

淮北煤田太原组灰岩水年龄及同位素地球化学特征

为了解淮北煤田太原组灰岩水年龄、水化学特征及演化,采集了淮北煤田29个矿井地下水样品进行水常规、氢氧同位素及~(14)C测试。利用传统图示及统计方法探讨了地下水化学特征及演化,约束了地下水年龄及径流特征。结果表明:淮北煤田太原组灰岩水年龄在2900～21910 a之间变化,不同矿区之间灰岩水化学特征有明显差异。闸河矿区以较低的TDS浓度、最小的地下水年龄和最高的δD和δ~(18)O值为特征,为淮北煤田太原组灰岩水主要的补给区;临涣矿区孙疃矿、宿县矿区桃园矿具有较大的地下水年龄、较高的TDS浓度和低的δD和δ~(18)O值,为主要排泄区。TDS浓度等值线图和地下水年龄等值线图呈现一致的演化规律,淮北煤田东北部闸河矿区为主要补给区。太原组灰岩水径流特征主要受构造背景的控制,地下水补给条件及水岩相互作用程度决定了水体中TDS浓度和氢氧同位素富集特征。     

同位素在饮马河流域示踪地下水的应用

本文阐述了环境同位素在地下水研究中的作用和饮马河流域水文地质概况。运用稳定同位素D和~(18)O千分偏差值分析了地下水成因、地表水与地下水的补排关系。采用放射性同位素~3H、~(14)C和地下水动力学等方法计算了地下水年龄。通过分析和讨论,对地下水成因和地下水循环周期有了新认识。因此利用环境同位素示踪地下水,对选择供水水源地具有重要意义。     

滇东黔西地下水氢氧同位素特征

通过大气降雨氢氧同位素进行分析,得出了滇东黔西的大气降水线为δ(D)=7.848δ(~(18)O)+11.00,地下水氢氧同位素组成落在滇东黔西大气降雨线附近,说明研究区地下水是由大气降雨补给。从贵州中部向西云南昆明,地下水中越来越贫重同位素,显示夏季滇东黔西地区大气自东向西运移的特点。研究区自东向西地下水中氧漂移越来越明显,说明自黔西到滇东水岩作用越来越强烈。研究区氘过量系数d为9.9,显示了滇东黔西地区不平衡蒸发强烈。滇东黔西地区地下水出露高程和δ~(18)O值的关系为δ~(18)O(‰)=-0.00259H-5.657,地下水出露高程与δD值得关系为δD(‰)=-0.0236H-31.08。即在滇东黔西地区海拔每上升100m,地下水中δ~(18)O值下降0.259‰,δD值下降2.36‰。     

滇东黔西地下水氢氧同位素特征

通过大气降雨氢氧同位素进行分析,得出了滇东黔西的大气降水线为δ(D)=7.848δ(~(18)O)+11.00,地下水氢氧同位素组成落在滇东黔西大气降雨线附近,说明研究区地下水是由大气降雨补给。从贵州中部向西云南昆明,地下水中越来越贫重同位素,显示夏季滇东黔西地区大气自东向西运移的特点。研究区自东向西地下水中氧漂移越来越明显,说明自黔西到滇东水岩作用越来越强烈。研究区氘过量系数d为9.9,显示了滇东黔西地区不平衡蒸发强烈。滇东黔西地区地下水出露高程和δ~(18)O值的关系为δ~(18)O(‰)=-0.00259H-5.657,地下水出露高程与δD值得关系为δD(‰)=-0.0236H-31.08。即在滇东黔西地区海拔每上升100m,地下水中δ~(18)O值下降0.259‰,δD值下降2.36‰。     

陕西省现代大气降水氢氧同位素组成特征研究

陕西地处我国东部湿润气候与西部干冷气候的过渡地区,气候偏冷,偏旱,降水偏少,蒸发量远大于降水量。全境呈南北狭长状,分属三个不同气候带。本文根据自然地理分区(陕北、关中、陕南)的大气降水氢氧同位素组成的逐月变化,求得陕西地区大气降水的雨水线公式:δD=8.36δ~(?)O 14.5。又根据气象要素——温度(t)、降水量(L)、蒸发量(1)对降水的氢氧同位素组成的影响,通过回归分析得出,影响δ值变化的主要因素是降水量,且为负相关,其次是温度和蒸发量。大气降水δ值与综合气象要素的回归方程式为:δD=-46.382 2.0438t-0.3084L-0.05451,δ~(18)O=-7.8436 0.2677t-0.0335L-0.00611。进而根据全省大气降水和由降水补给的地下水氢氧同位素组成之间的关系,通过相关计算,求得地下水δ值与大气降水δ值的相关关系式:δD_(地下水)=0.3062δD_(降水)-51.00,δ~(?)O_(地下水)=0.1411δ~(18)O_(降水)-8.14。     

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。     

某石油污染场地地下水石油烃生物降解的13C、34S同位素证据

应用稳定同位素技术示踪研究石油烃生物降解作用机理是近年来发展起来的一种有效的新方法。在对某石油污染场地地质和水文地质条件进行详细调查的基础上,分析了场地地下水总石油烃(TPH)、溶解无机碳(DIC)和电子受体(SO24-等)以及稳定C、S同位素等含量的变化规律。研究结果表明:场地地下水不同程度地受到了石油烃类污染,TPH和DIC含量沿地下水流方向逐渐降低,主要电子受体含量和pH相应呈现升高的趋势;场地内污染地下水δ13C值低于未污染地下水δ13C值、且由上游向下游随地下水中DIC含量减少呈逐渐升高的趋势。稳定碳同位素守恒分析结果表明:控制污染场地地下水中DIC含量变化的主要过程为产生CO2的生物降解作用;同时,随着地下水SO24-质量浓度由上游向下游升高,δ34S值逐渐减小。瑞利分馏模型拟合结果证明,场地内发生了以硫酸盐作为电子受体的生物降解反应。     

稳定锶同位素在海洋地球化学循环中的研究进展

非传统稳定锶同位素(δ~(88)/~(86)Sr)的研究近年来已取得了较大的进展,其主要研究内容集中在讨论稳定锶同位素在海洋地球化学中的应用,主要包括以下几个方面:稳定锶同位素(δ~(88)/~(86)Sr)在自然界主要储库中的组成、显生宙海水δ~(88)/~(86)Sr的变化规律和海洋中锶同位素系统平衡的评估。海水中的锶同位素组成在显生宙发生过较大的变化,通过对海洋锶同位素体系对各输入和输出通量组成动态变化的响应评估表明,现代海洋锶同位素体系处于不平衡状态,这一现象被归因于冰期后的风化顶峰尚未结束。联立放射性锶同位素87Sr/~(86)Sr和稳定同位素δ~(88)/~(86)Sr所建立的完整的锶同位素体系相较传统放射性锶同位素87Sr/~(86)Sr能够对海洋锶地球化学循环的动态过程进行更好的评估,在海洋地球化学相关领域具有广阔的应用前景。     

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。     

同位素技术在黄河下游河水侧渗影响范围研究中的应用

运用同位素技术确定河水与地下水的关系是当前研究的热点.利用在黄河下游悬河段4个剖面上采取的67个地下水和黄河水样,获得了δD、δ18O和T(TU)在空间和时间上的分布规律.潜水的氚值和δ18O的特征表明,黄河水与地下水水力联系密切,黄河对地下水的影响,南岸在郑州一带影响范围小,约5 km,向东影响范围逐渐增大,在中牟和开封一带约为7～10 km;在黄河北岸影响范围大约9～20 km.     

持续蒸发与补给蒸发过程中水体咸化及同位素分馏的实验研究

蒸发浓缩作用是引起水体咸化的重要原因。利用华北浅层地下水样,设计持续蒸发和补给蒸发两种实验方案,探讨不同蒸发过程中水化学和同位素的演化差异。结果表明,持续蒸发过程中水体盐分浓缩速率明显大于补给蒸发;Ca~(2+)和HCO_3~-在两种蒸发实验下出现分离,主要受方解石沉淀影响,Mg~(2+)、Na~+、K~+、Cl~–和SO_4~(2-)含量随着盐度的升高而增加,在两种蒸发实验中无差异。蒸发过程中,氢氧同位素逐渐富集,与剩余水比例呈指数关系,与阴阳离子呈两段式线性关系。持续蒸发过程中氢氧同位素随着盐分(电导率)的升高逐渐富集,δ~(18)O最大值达20.81‰,蒸发线方程为δD=4.11δ~(18)O–25.23;而补给蒸发过程中,随着盐分(电导率)的增加氢氧同位素富集缓慢,后期相对稳定,δ~(18)O最大值为2.9‰,蒸发线方程为δD=3.41δ~(18)O–28.2。两种实验方案结果说明氢氧同位素在水相的富集不成比例,氢同位素在蒸发过程中富集速率大于氧同位素。     

黔中茶店桥地下河流域不同水体硫酸盐浓度特征及来源识别

茶店桥地下河位于西南岩溶区,流域内"三水"转换迅速,地下水是当地的重要饮用水源。本文对流域内雨水、地表水、地下水中的SO_4~(2-)浓度进行了测试,利用氘(δD_(H_2O))、氧(δ~(18) O_(H_2O))同位素示踪地表水、地下水补给来源,用硫酸盐硫(δ~(34)S_(SO4))、氧(δ~(18) O_(SO4))同位素探讨了地表水、地下水中SO_4~(2-)的来源,并计算了地下河出口河水中不同SO_4~(2-)来源的贡献比例。结果表明:1不同水体中SO_4~(2-)浓度大小顺序为地表水地下水雨水,与邻近区域相比,茶店桥地下河流域雨水、地表水、地下水呈现富集SO_4~(2-)的特征。2地表水、地下水的主要补给来源为大气降水,硫酸不仅和HCO_3~-共同参与了流域内碳酸盐岩的溶解,也参与了雨水中含钙镁颗粒物的溶解。3地表水δ~(34)S_(SO4)、δ~(18) O_(SO4)值分别介于-12.98‰~-10.19‰和-0.54‰~+9.13‰之间,地下水δ~(34)S_(SO4)、δ~(18) O_(SO4)值分别介于-14.32‰~+16.58‰和+2.81‰~+14.35‰之间,SW02的SO_4~(2-)主要来源于大气降水,SW01、SW03、GW02、GW03、GW06主要来源于煤层,GW05主要来源于石膏,GW01、GW04为混合输入源。4地下河出口河水中大气降水带来的SO_4~(2-)贡献比例为13%,煤层硫化物氧化的贡献比例为40%,石膏溶解的贡献比例为47%。     

激光同位素光谱法测量水中氢氧同位素组成的实验室间比对研究

激光同位素光谱分析方法是近些年使用较广泛的一种便捷、快速的测试稳定同位素组成的技术,能同时分析出水中δD、δ~(18)O同位素组成,因其操作简单,检测效率高,体积小,野外现场测试携带方便,迅速在环境、地质、生态和能源等领域得到广泛应用,但是该测试分析方法尚没有相应的国家标准,测试结果得不到有效的溯源,在使用过程中缺乏规范和统一。为此,本文通过在全国范围内12家实验室选取8个比对水样(δD值在-189.1‰~-0.4‰内,δ~(18)O值在-24.52‰~0.32‰内),利用激光同位素光谱法测试比对D/H和18O/16O值,探讨激光同位素光谱仪分析水中δD、δ~(18)O值的准确度和精密度。测试结果表明:各个协作实验室数据准确、稳定,方法的重复性和再现性良好;激光光谱法测定的δD精密度为0.4‰(1σ),δ~(18)O精密度为0.05‰(1σ),与传统稳定同位素质谱的精度几乎一致,因此适用于常规水样中δD、δ~(18)O测定,可以开展野外在线实时检测水中氢氧同位素组成。本研究为开展制定激光同位素光谱法测定环境液态水中δD、δ~(18)O同位素组成标准方法的工作推广和应用提供了参考。     

《沉积地球化学应用讲座》(五)第五讲 稳定同位素在其他岩类研究中的应用

一、稳定同位素在硅质岩研究中的应用目前,稳定同位素在硅质岩研究中的应用,主要有以下两个方面。 (一)判别硅质岩的形成环境在一定温度下,硅质岩的氧同位素组成是水介质氧同位素组成的函数(δ~(18)OSiO_2=δ~(18)O_水+A,在一定温度下A为常数),而水介质的氧同位素组成在又是盐度的函数(δ~(18)O_水=BS+C,S代表盐度,B、C是常数)。因此,根据硅质岩的氧同位素组成可以推断形成介质的盐度,进而判别形成环境类型。     

银川盆地水体氢氧稳定同位素特征分析

中国西北部银川盆地干旱少雨,大量的黄河水用于灌溉,灌溉入渗水对地下水循环的参与程度、参与深度研究是进一步解决灌区水环境问题和确定地下水污染来源的关键,需要深入研究。笔者通过氢氧稳定同位素特征分析和氚同位素年龄分析,构建了银川盆地不同水体同位素特征分布关系。结果表明:银川盆地降水和流经的黄河水的氢氧稳定同位素丰度均值都分布在全球雨水线上,降水和黄河水符合全球大气降水来源;深层地下水、浅层地下水及由地下水排泄汇集的排水沟水的氢氧稳定同位素都分布在地下水拟合线上(δD=8.24δ18O+1.08)。这条地下水拟合线与全球雨水线近似平行分布。两线之间的差异指向2种不同水循环的主导过程,即蒸发-混合主导过程和水岩交互-混合主导过程。两种解释对应的灌溉循环量分别占地下水排泄量的44.07%和89.76%,初步认为水岩交互-混合是地下水拟合线分布于全球雨水线下方的主导过程。     

锡林河流域地表水和浅层地下水的稳定同位素研究

2006年4—9月,在从锡林河源头沿河流进行地表水和地下水同位素样品采集和分析的基础上,利用全球降水同位素监测网(GNIP)包头站的大气降水稳定同位素资料,结合锡林河流域的气象和水文资料,对锡林河流域大气降水、地表水和地下水稳定同位素进行了研究.结果表明:地下水中δ18O和δD值分别集中在-11.7‰～-14.9‰和-80‰～-89.5‰范围内,δ18O沿地下水流向有增加的趋势,大部分地下水中δ18O的季节波动性不大;河流干流δ18O和δD的年算术平均值从源区的-12.8‰和-94.5‰到入锡林河水库处的-10.0‰和-79.3‰,差值分别约为3‰和15‰.河水中的δ18O值沿流程增加而增大的现象可归结为受含有较高δ18O值的地下水补给作用和河水的蒸发作用的共同影响,其中对δ18O蒸发富集的研究显示,蒸发引起δ18O富集值为1‰.通过地下水线(GWL)和地表水线(SWL)及区域大气降水线(LMWL)的对比分析发现,在径流季节,降水对地表水的贡献小,地下水是地表水主要的补给源,地表径流基本是地下水的排泄.     

河北平原地下水硫酸盐34S和18O同位素演化特征

地下水中硫酸盐的34Ss和18O在探寻地下水的水质演化规律、赋存环境特征方面具有重要的研究意义,笔者选取保定-河间-沧州-黄骅剖面采集深层地下水水样,分析测试了其主要阴阳离子含量、δ18O、δD、14C及δ34Sso42-和δ18Oso42-各项指标,在此基础上首次探讨了河北平原地下水中硫酸盐的硫、氧同位素分布特征与演化机理.研究发现研究区地下水硫酸盐的δ34Sso42-值沿地下水流向增大,δ18Oso42-值则在一个较小的范围内波动,最终接近一个常数值,二者间呈现较好的负相关关系;δ34Sso42-值随地下水14C年龄的增加而增加,δ34Sso42-则随地下水14C年龄的增加而趋于稳定;34Sso42-值与r(so42-)/r(C1-)的值呈负相关关系,δ18Oso42-值与r(SO42-)/r(C1-)的值则呈正相关关系.在研究区地下水中硫酸盐的34S和18O同位素的分布演变特征主要由SO42-和水之间的同位素交换反应、微生物硫酸盐的还原作用、硫化氢的再氧化作用所影响,其中微生物硫酸盐的还原作用的结果使地下水中的硫酸盐富集34S,SO42-和水之间的同位素交换反应是影响地下水的δ18Oso42-值的主导因素,使地下水的δ18Oso42-取决于地下水的氧同位素组成.     

锦屏山地下水碳酸碳氧同位素组成

HCO_3~-是地下水中主要化学成份之一,主要来自CO_2气体的加入及地层中碳酸盐岩的溶解,HCO_3~-中的碳氧稳定同位素(~(13)C、~(18)O)与地层中碳酸盐岩存在相关关系。在系统采集和测定了锦屏山碳酸盐岩地层、钙华及地表水、地下水中HCO_3~-的~(13)C、~(18)O组成的基础上,发现地下水因起源、补给和径流循环条件不同,其碳氧稳定同位素组成也各不相同,据此为查明锦屏山地下水系的发育特征提供了重要依据。     

川东北石笋120~103 ka BP稳定碳同位素记录与控制机制

利用川东北梭子洞石笋SZ2的稳定碳同位素组成(δ~(13)C)高分辨率重建了120~103ka时段的石笋碳同位素序列。SZ2的δ~(13)C变化与该石笋稳定氧同位素组成(δ~(18)O)的长期变化趋势明显不同。在整体变化趋势上δ~(13)C变化与生长速率相似,反映石笋表面滴水时间间隔影响的CO_2脱气作用和CaCO_3沉积可能是影响SZ2的δ~(13)C长时间尺度上变化的主要因素。但在较短时间尺度上,SZ2的δ~(13)C与δ~(18)O变化基本趋势一致,反映了地表植被类型(如C3/C4植被比例)、植被密度、土壤微生物活动以及洞穴通风效应的变化可能是引起SZ2的δ~(13)C短时间尺度上变化的主要因素。