江汉平原地下水混合的^(14)C年龄曲线投影校正研究

地下水^(14)C年龄的分布可以指示地下水渗流的方向及其变化。经典校正模型可以消除水化学组成变化对^(14)C年龄的影响,但很难识别地下水混合,导致得到的^(14)C年龄代表的是地下水的混合年龄。本文根据地下水化学组分变化提出了识别混合和校正a^(14)C值的方法,并以江汉平原为研究实例进行解剖。江汉平原地下水中硫酸盐矿物溶解导致SO_(4)^(2-)含量增加,且SO_(4)^(2-)含量与a^(14)C值的关系曲线可以识别混合,并利用曲线投影校正a^(14)C值,提出了混合-IAEA模型。IAEA年龄和混合-IAEA年龄的分布差异揭示出地下水渗流变化。年轻地下水混合区为年轻地下水的汇聚方向;老地下水混合区为老地下水的汇集方向。因此,对于大型沉积平原(或盆地)的地下水流系统,使用^(14)C定年时需要考虑地下水混合的影响,混合校正后的^(14)C年龄可以用来识别地下水渗流变化。

风化土壤封存水H、O稳定同位素揭示的青海东部岩溶发育对青藏高原隆升的响应

青海东部岩溶发育受青藏高原隆升和古气候变化的影响。岩石风化成壤过程中的大气降水被封存在风化土壤中,由于黏土渗透性极低,黏土矿物之间毛细力阻止后续大气降水的直接驱替,风化土壤保留了当时大气降水的部分信息。在青海东部岩溶发育地区采集17组风化土壤样品,利用真空-低温水样提取装置提取土壤中的封存水,根据氢氧稳定同位素的温度效应,计算各地质历史时期的温度,构建温度变化曲线,并根据氢氧稳定同位素的降雨量效应,利用δD值定性评估各地质历史时期的降雨量,构建降雨量变化曲线。结果表明:风化土壤封存水的δD和δ^(18)O具有统一的来源,受蒸发作用和氧同位素交换的影响;自元古代到新生代,青海东部地区温度和降雨量波动频繁,冷热干湿交替;元古代和古生代岩溶未发育,中生代时期岩溶发育不充分;新生代是青藏高原快速隆升时期,也是青海东部岩溶发育的主要时期,新生代时期青海东部逐渐变冷,降雨量逐渐增加,新生代各阶段岩溶发育方式不同,由化学溶蚀作用转变为物理风化作用,总体降雨量不大,水动力条件不足,岩溶发育的强度和深度不大,青海东部的岩溶形态多以小型溶洞、涌水岩溶裂隙为主。该研究结果可为青海东部岩溶水资源的演化和利用提供理论依据。

水化学和同位素揭示的广东儒洞地热咸水形成机制

地热咸水的形成机制是开发地热资源的重要参考,地热咸水中的化学组分可以揭示经历的水化学作用,同位素的示踪可以指示地下水的来源和水化学过程。因此,选用水化学和同位素来揭示广东儒洞地热咸水的来源和形成机制。研究表明,广东儒洞地热田发育高盐度地热水(TDS>8000 mg/L),Cl^(-)和Ca^(2+)的含量分别高达5059.76 mg/L和1991.42 mg/L,为Cl^(-)Ca·Na型水。K-Mg温标和玉髓温标估算热储温度88.13~121.42℃,循环深度1963~2790 m。水文地质条件和氢氧同位素结果证实,地热水来自于东部丘陵地区的大气降水补给,补给高程为260~315 m。通过离子比例系数和^(87)Sr/^(86)Sr分析,儒洞地热田地下水运移的环境较封闭,高温下发生了较充分的花岗岩矿物的溶解,同时围岩中蒸发成因盐岩的溶解提供了主要水化学组分,海水入侵的可能性较小,地热咸水和围岩存在一定的阳离子交换作用。因此,围岩中的蒸发成因盐岩的溶解和花岗岩矿物的溶解是地热咸水化学成分形成的主因。

地下水H、O、C同位素揭示的末次冰盛期以来青海东部岩溶发育响应

青海东部岩溶发育在青藏高原持续隆升的高海拔、高寒的构造和气候背景,具有其独特性。岩溶水作为气候记录档案不仅记录了古气候的变化,也对岩溶发育特征及其变化有所反映。本文通过青海东部岩溶水的H、O、C同位素组成,探讨温度和湿度变化,揭示气候变化下青海东部岩溶发育的响应。结果表明,青海东部地区岩溶水化学类型以HCO_(3)-Ca和HCO_(3)-Ca·Mg型为主,水化学组分来源于碳酸盐岩的溶解,岩溶水末次冰盛期以来以大气降水补给为主。从末次冰盛期到全新世早期,总体温度较低,降雨量较多,并在青藏高原持续抬升的地史阶段的夷平面塑造下,青海东部地区形成了独有的高寒-高山岩溶地貌。其中,青海湖流域降雨量较少,温度偏高,岩溶发育不强烈。湟水河流域气候变化频繁,总体气温较低,降雨量较多,是岩溶主要发育地区,且岩溶发育良好。在末次冰盛期,青海东部气候寒冷,降雨量偏多,岩溶较为发育;进入全新世冰后期,气温开始回升,降雨量减少,限制了青海东部岩溶发育强度和深度。末次冰盛期是青海东部地区地表岩溶发育主要时期,岩溶发育方式主要以冻融、冰劈作用为主。

50~1000 a地下水定年新方法:放射性成因^(32)P法

地下水年龄是重要的水文地质学参数,可以指示地下水的循环时间和更新能力。常用环境同位素测定地下水年龄,但不同的环境同位素由于半衰期不同导致定年范围有限,50~1000 a成为地下水定年的“短板”。然而,50~1000 a是近代人类活动频繁的时期,地下水资源、水环境和水气候记录档案等研究都需要年龄标尺。^(32)Si可以用来确定50~1000 a地下水的年龄,但是由于其复杂且费时费力的前处理和测试限制了^(32)Si定年的应用。^(32)Si衰变生成子同位素^(32)P,^(32)Si和^(32)P在3个月内会达到放射性平衡,放射性活度达到一致。天然状态下50~1000 a地下水中的^(32)Si与^(32)P一直处于放射性平衡状态,所以直接富集地下水中的^(32)P可以用于50~1000 a地下水的年龄测定。地下水中^(32)P的富集采用氢氧化镁共沉淀法,方便快捷。因此,放射性成因^(32)P有望解决50~1000 a地下水的定年“短板”。在江汉平原地下水实例研究中发现,放射性成因^(32)P定年结果与^(32)Si定年结果基本一致。因此,放射性成因^(32)P是解决50~1000 a地下水定年“短板”的有效工具,且便捷准确。