桂林地区不同类型岩溶地下水中δ13CDIC、δ18O的特征及意义

对桂林地区地下河水、岩溶大泉中的δ13CDIC、δ18O及Ca2+、Sr2+含量进行了测试分析。结果表明,地下河水的δ13CDIC值范围为–15.99‰～–12.29‰,平均值为(–14.03±1.15)‰;δ18O值范围为–6.63‰～–5.78‰,平均值为(–6.24±0.24)‰。岩溶大泉的δ13CDIC值范围为–15.26‰～–9.22‰,平均值为(–12.05±1.57)‰;δ18O值范围为–6.97‰～–3.19‰,平均值为(–5.68±0.97)‰。岩溶大泉的δ13CDIC值、δ18O值比地下河水的分别偏重1.98‰和0.56‰。通过分析发现,水的循环方式引起了不同类型地下水的同位素差异,地下河以管道流的形式进行循环,循环速度快,水岩作用时间短,碳酸盐岩碳的贡献相对较少;同时,出口处水所经历的蒸发作用时间也短,水的δ18O值偏轻。岩溶大泉以裂隙流的形式进行循环,循环速度慢,水岩作用时间长,碳酸盐岩碳的贡献相对较多;泉口处水所经历的蒸发作用时间也长,水的δ18O值偏重。Sr/Ca值与δ13CDIC值具有正相关关系,而与δ18O值的相关性差。这意味着δ13CDIC值与Sr/Ca值一样,可以在一定程度上反映出地下水的径流条件。     

不同时间段青木关岩溶地下河水化学变化主导因素分析

利用多参数水质分析仪,对典型岩溶槽谷区重庆青木关岩溶地下河出口姜家泉的月尺度、农耕期和暴雨期3个不同时间段的水化学动态变化特征进行监测,通过主成分分析法,研究这3个不同时间段水化学变化主导因素的异同。结果表明:月尺度期间,电导率、pH值和Ca~(2+)、Mg~(2+)、K~+、Na~+、HCO_3~-受雨水稀释作用,使丰水期低于枯水期;水化学变化主要受5个主成分影响,累积方差贡献率为90.75%,但其主导因素是水-岩作用。农耕期,降雨携带残余的粪肥、氮磷钾肥汇入地下河,电导率和Cl~-、NO_3~-、K~+、Na~+浓度升高;水化学变化主要受3个主成分影响,累积方差贡献率为87.81%,但其主导因素是施肥活动。暴雨期间,各离子浓度变化经过平稳期、上升期、稳定期、特殊期4个阶段。上升期,降雨对地下河影响最大,导致水-岩作用增强,电导率和Ca~(2+)、HCO_3~-浓度上升;对地表土壤和化肥的冲刷淋溶作用显著,导致Al、Fe、Cl~-、K~+、Na~+和NO_3~-浓度明显上升。水化学变化主要受4个主成分影响,累积方差贡献率为80.09%,但其主导因素是水-岩作用、地表土壤和养分流失。     

重庆南山老龙洞地下河流域岩溶地下水DIC和δ13CDIC及其流域碳汇变化特征

以重庆南山老龙洞岩溶地下河流域为例,通过分析地下河水DIC变化特征与来源,估算了流域岩溶碳汇通量,并探讨了自然条件和人类活动对岩溶碳汇的影响。研究结果表明,老龙洞地下河的水化学类型为Ca-HCO3-SO4型,显示其形成过程中受碳酸盐岩碳酸溶蚀和硫酸溶蚀共同控制。地下河水DIC浓度为3.1~6.3mmol/L,其中夏季因受降雨稀释作用影响DIC较冬季的低;地下河水δ13CDIC值介于-3.8‰~-13.1‰之间,且夏季比冬季偏高约2‰。根据地下河水DIC浓度和流域径流量计算出流域岩溶净碳汇通量均值约为167.31×103mol/(km2?a)。降雨条件下,流域岩溶碳汇通量随流域径流量的迅速增加而增加。另外,流域碳酸盐岩溶蚀还受到人类活动产生的硫酸型酸雨影响,使得地下水δ13CDIC值相对偏高,它在一定程度上减少了流域碳汇通量。      

重庆市青木关地下河流域岩溶水脆弱性评价的COPK模型

岩溶地下水脆弱性评价对于保护岩溶地下水水质具有至关重要的作用,目前很多的地下水脆弱性评价模型是以现有的水文地质为基础,然而气候变化对岩溶地下水的脆弱性也产生一定的影响。本文利用COPK模型评价2008~2012年降水变化条件下重庆青木关流域岩溶地下水的脆弱性及变化。结果表明,流域地下水脆弱性高的地区主要分布在洼地槽谷地区;流域降水变化对其脆弱性产生明显影响,降水量和极端降雨事件的增加使得岩溶地下水脆弱性高的面积增大。     

青木关岩溶地下水系统硝酸盐污染研究进展及展望

人为活动通常是地下水硝酸盐污染的主要原因。不同来源的NO3-具有不同的氮同位素组成,利用地下水NO3-中的δ15N值可有效识别地下水硝酸盐污染的来源。以重庆青木关岩溶地下河为例,综述了利用地下水硝酸盐中氮同位素识别NO3-污染源与循环的研究进展,简述了近年迅速发展的阴离子交换树脂取样法,概述了此方面研究存在的主要问题,并展望了今后的研究方向。     

典型岩溶槽谷区地下河水文动态响应研究——以重庆青木关地下河为例

为了更好地掌握重庆青木关地下河水文动态变化规律,2007年5月至2008年6月利用WGZ-1型光电数字水位计和水质监测仪(CTDP300型在线水质分析仪）,对降雨量和地下河水位、水温、pH及电导率进行了连续自动监测,并采用水文动态曲线线型分析法分析了该地下河水文动态变化对降水事件的响应。结果表明,地下河水文动态对降雨响应迅速,水位流量过程曲线线型呈不对称尖峰型,尤其在2007年7月17日出现的大暴雨事件中,最高水位为1.175m,滞后最大雨强6h10min,最大流量为2.5781m3/s,而观测中该地下河最小流量仅为0.0189 m3/s,反映出该岩溶地下河发育强烈,赋水空间较单一、含水层对水资源调蓄能力较弱。电导率、pH和水温对降雨同样快速响应,电导率由602.7μs/cm降到462.09μs/cm,pH由7.23降到7.01,水温由18.9℃上升到19.5℃,各指标滞后不超过15h。      

贵州纳朵洞洞穴水化学性质和δ~(13)C_(DIC)特征及其影响因素研究

文章对2013年4月至2014年5月期间贵州关岭纳朵洞四处滴水(D3、D4、D10、D11)和一处池水(DC)进行了动态监测,逐月采集洞穴水样品,分别测定样品的稳定碳同位素组成和水文地球化学参数,探讨了纳朵洞洞穴水化学性质、δ~(13)C_(DIC)值变化特征及其之间的相关性。结果表明:(1)洞穴水在监测期间相对方解石为过饱和水,且正在沉积碳酸盐,而在雨季洞穴水SIc降低,PCO_2升高;(2)洞穴水的溶解无机碳同位素值(δ~(13)C_(DIC))呈现显著的季节变化规律,夏季值偏轻,冬季偏重,可以较好的响应外界环境变化;(3)5个监测点洞穴水同期的δ~(13)C_(DIC)值存在较大差异,洞穴水δ~(13)C_(DIC)值分别与其相应的Ca~(2+)、Mg~(2+)、HCO~-_3、EC和SIc等水文地球化学指标之间存在较好的相关关系,受到不同程度土壤淋溶、基岩溶解以及前期方解石沉淀(PCP)的共同作用。因此,结合水文地球化学过程分析洞穴次生沉积物中碳同位素携带的环境信号,将提高对δ~(13)C解译的准确性。     

重庆地区岩溶地下河水溶解无机碳及其稳定同位素特征

稳定碳同位素是指示岩溶动力系统碳来源及转化的重要指标。为揭示重庆地区岩溶地下水中溶解无机碳基本特征和碳来源,本文对该地区63条岩溶地下河水样进行了水化学和碳同位素分析。研究结果表明,重庆地区地下河水溶解无机碳主要表现形式为HCO3-,雨季由于稀释作用其浓度低于旱季。重庆岩溶地下河水δ13C-DIC（V-PDB）旱季变化范围为-15.34 ‰～-5.89 ‰,雨季变化范围为-17.40 ‰～-4.23 ‰。根据δ13C同位素质量平衡方法,计算得到重庆地下河旱季碳酸盐岩溶蚀对DIC贡献为45.1 % ～79.7 %,雨季平均为34.6 %～82.1 % 。计算结果表明,在人类活动不断增强的情况下,岩溶水体DIC通量中碳酸盐岩溶解来源的DIC和其参与岩溶地下水δ13C值的形成并不一定是岩溶作用理论方程中所计算的50 %,而是有一定的变化范围。因此在计算岩溶作用碳汇时,建议通过δ13C值扣除碳酸盐岩溶蚀形成DIC的通量后再来推算岩溶作用形成的碳汇量。     

农业活动对岩溶作用碳汇的影响:以重庆青木关地下河流域为例

以受农业活动影响强烈的重庆青木关地下河流域为研究对象,利用CTDP300多参数水质自动记录仪、WGZ-1型光电数字水位计、HOBO小型气象站在线自动监测电导率、水位以及降雨等数据,并获取流域耕地面积数据,于2010年分月采集地下水样,分析常规水化学和地下水溶解无机碳δ13C,初步探讨流域农业活动对岩溶作用过程和碳汇的影响,发现农业活动对岩溶作用过程产生明显的影响,进而影响到岩溶地质碳汇。地下水水化学以及地下水δ13CDIC值证实了流域地下水DIC是碳酸、硝酸和硫酸共同溶蚀碳酸盐岩的产物;每月碳酸溶蚀碳酸盐岩产生DIC占地下水中总DIC的比例在55.53%～81.25%之间,雨季(62.98%)普遍低于旱季(74.86%);碳酸溶蚀碳酸盐岩产生的DIC的量为14.67×106mol/a,其中岩溶作用产生的净CO2汇量为7.335×106mol/a,而硝酸和硫酸溶蚀碳酸盐岩产生的DIC总量为7.48×106mol/a,约占地下水中总DIC的33.8%,单位面积耕地上硝酸和硫酸溶蚀碳酸盐岩产生DIC的强度为1.89×106mol/(km2.a)。人类活动引入的硝酸和硫酸参与碳酸盐岩的溶解并改变了区域碳循环。     

重庆芙蓉洞洞穴水DIC-δ13C的变化特征及影响因素

为了研究芙蓉洞滴水和池水中溶解无机碳碳同位素(DIC-δ13C)的变化特征、影响因素及其气候环境指示意义,于2013年5月-2014年5月对芙蓉洞进行了洞穴监测.结果显示芙蓉洞山体土壤CO2浓度和洞内空气CO2浓度均表现出明显的季节变化特征,夏半年浓度偏高,冬半年浓度偏低,受温度和降水量的共同影响.芙蓉洞5个滴水点的DIC-δ13C平均值为-8.98‰,两个池水点的DIC-δ13C平均值为-6.98‰,池水的DIC-δ13C比滴水的重2‰.对应2013年7月的干旱气候,洞穴水DIC-δ13C在10月相应出现明显偏重值,偏轻的DIC-δ13C值则是对湿润气候的滞后响应.洞穴水的DIC-δ13C变化对地表气候的响应具有明显的滞后期.洞穴水DIC-δ13C主要受土壤CO2的影响,基岩溶解作用、包气带的开放性等因素也会对洞穴水DIC-δ13C造成一定的影响.研究结果表明在短时间尺度上,洞穴水DIC-δ13C变化响应了当地降水量以及地表湿润状况的变化.     

农业活动对表层岩溶泉水化学特征及溶解无机碳损失量的影响

以重庆市南川区不同农业活动强度下的3个表层岩溶泉为例,通过分析泉点水化学变化特征来估算不同泉点的DIC损失量（△DIC）和探讨农业活动对岩溶碳汇的影响。研究结果表明:柏树湾泉水温变幅较小,电导率、pH值相对兰花沟泉、后沟泉较低。由于农业活动的影响,兰花沟泉、后沟泉Ca2+ 浓度偏高,而HCO3-浓度偏低。NO3-、SO42-浓度也因农业活动干扰,表现出后沟泉、兰花沟泉远大于柏树湾泉。随农业活动强度的增加,△DIC也逐渐增大,表现为:柏树湾泉（1.64 mmol/L）＜兰花沟泉（4.28 mmol/L）＜后沟泉（4.36 mmol/L）。△DIC与(SO42-+NO3-)呈正相关,表明农业活动越强烈,DIC损失量越大,岩溶碳汇的损失也随之增大。      

华北寒武纪苗岭世晚期δ13C演化及生态环境特征

豫北和鲁西地区寒武系苗岭统上部δ¹³C演化表现为下降趋势,芙蓉统下部δ¹³C呈上升趋势,并表现出显著正漂移,这次δ¹³C正漂移出现在三叶虫Chuangia带内,可与世界各地芙蓉统排碧阶的δ¹³C正漂移(SPICE)对比。δ¹³C演化趋势与三叶虫、牙形石、浮游植物的繁盛与萧条表现出一定的耦合关系。苗岭世晚期三叶虫大规模绝灭时期,δ¹³C呈逐渐降低趋势,苗岭世末期新的三叶虫科大量出现时期,δ¹³C呈上升趋势。另外,海平面升降对δ¹³C演化具有明显的影响,海侵时期沉积的碳酸盐岩其δ¹³C呈逐渐增大趋势,高水位早期沉积的碳酸盐岩具有较高的δ¹³C值,高水位晚期或海平面下降期沉积的碳酸盐岩的δ¹³C呈逐渐下降趋势。海平面变化是导致生态环境变化、生物群落演化、碳同位素组成演化的关键因素。     

固体13C核磁共振技术在石油地球化学研究中的应用

生烃母质的结构及其演化特征是石油地球化学研究的重要课题之一,随着新的分析测试方法的出现,生烃母质结构组成的研究已从基本的元素分析向官能团分析方向发展。固体核磁共振¹³C（NMR）分析已成为研究物质结构及其演化的一种有效手段,它可以测定不同类型含碳官能团的定量分布,从而计算各种结构参数,提供有关碳骨架最直接的重要信息。将这些结构信息从烃源岩的生烃潜力评价、烃源岩的生烃演化过程及机理、烃源岩的热演化判定等角度考虑实际存在的地质问题,发现脂族碳是油气的主要贡献者,油气潜力碳含量的高低决定了烃源岩生烃潜力的大小,芳核平均结构尺寸是有效的热演化衡量标尺。固体¹³C核磁共振分析为石油地球化学的研究打开了新局面。     

水生光合生物对茂兰拉桥泉及其下游水化学和δ~(13)C_(DIC)昼夜变化的影响

碳酸盐风化能否形成稳定持久碳汇很大程度上取决于风化产生的溶解无机碳(DIC)能否被水生光合生物利用及其利用程度,后者可通过地表水水化学和?13CDIC的昼夜变化进行探讨。本研究对冬季茂兰拉桥表层岩溶泉及其中游和下游池水的温度、pH、电导率(EC)和溶解氧(DO)进行了为期30 h(1月27日10:00至1月28日16:00)高分辨率(15 min/次)的昼夜动态监测和?13CDIC定期取样(白天每隔2 h,夜间每隔4 h)测定,以了解水生光合生物对水化学和?13CDIC昼夜动态变化的影响。同时,结合水面静态箱CO2测定获得的岩溶水与空气CO2交换通量,对生物碳泵效应进行了估算。结果表明,在少有沉水植物生长的泉口及其下游水池,水化学和?13CDIC的昼夜变化明显偏小,而在沉水植物(轮藻为主)大量生长的中游水池,水的DO、pH、SIC(方解石饱和指数)和?13CDIC在白天呈逐渐增加趋势,而在夜间逐渐降低,与水生生物的新陈代谢进程(白天以光合作用为主,晚上以呼吸作用占优势)相一致;另一方面,水的EC、3HCO?、Ca2+和p(CO2)(二氧化碳分压)呈现相反的变化趋势,即白天下降,晚上上升。计算得到中游水池因类似海洋"生物碳泵"效应固定下来的有机碳通量达到336 t C/(a·km2),是海洋的51倍,表明陆地水生生态系统应该作为"遗失碳汇"的一个重要方面继续进行研究。     

海南岛万泉河口沉积物有机碳、 氮同位素的特征及其环境意义*

对海南岛万泉河口沙美内海柱样K3和K4沉积物进行生物地球化学指标总有机碳(TOC)、总氮(TN)、有机碳同位素(δ¹³ C)、氮同位素(δ¹⁵ N)的分析,以及²¹⁰ Pb定年了解其近代变化特征,追踪沉积物有机质来源的变化,提取沉积环境演变及人类活动的信息。K3中TOC的变化介于0.51 ％ ~1.12 ％ ,K4变化介于0.43 ％ ~1.49 ％ ,而其随时间的变化反映了流域内人类活动的历史。17世纪TOC含量明显增加记录了明末清初开始流域内广泛种植农作物的活动,19世纪以来TOC含量逐渐增加,至现代达最高值,对应了工业革命以来人类活动的增强。K3和K4的δ¹³ C值变化分别在-24.38 ‰ ~-21.02 ‰ 之间和-24.74 ‰ ~-20.17 ‰ 之间,δ¹⁵ N值变化分别在2.20 ‰ ~4.62 ‰ 之间和2.39 ‰ ~5.02 ‰ 之间,映证了本区沉积物有机质是陆源物质和海洋物质混合的特点。明末清初开始流域内广泛种植玉米等农作物造成δ¹³ C值增加和δ¹⁵ N值减少; 自19世纪以来至现在,该区的经济活动增加,人口的持续增长,尤其是近50年来化肥农药的大量使用,造成陆源输入的有机碳含量大幅增加,使δ¹³ C值减少和δ¹⁵ N比值增加。 δ¹³ C值自19世纪以来就逐渐变轻,说明陆源和海洋有机碳的比例发生了变化,较轻的陆源有机碳比例相对增加,较重的海洋有机碳比例相对减少,反映了玉带滩沙坝的增长、沙美内海封闭、海水交换作用减少的状况。C/N比值分别从底部的16.19和17.36到顶部减小为11左右,自19世纪以来呈明显减小的趋势也反映了沙美内海泻湖自生的藻类有机质供应越来越多,也说明了其逐渐封闭、水动力条件越来越弱,与外海的交换作用逐渐减少的状况。