氢氧同位素组成对丰沛平原区水循环的指示意义

丰沛平原区包括丰县、沛县与铜山区北部,近年来该地区出现地下水超采、地下水氟污染等严重的问题。为调查该地区水循环情况,采集了地表水与地下水样品共28个,分析了氢氧同位素组成的分布规律及其影响因素,并讨论了丰沛平原区浅层地下水与地表水转化关系以及各自的蒸发损失情况。研究结果表明:大气降水的云下二次蒸发程度较小,地下水的蒸发比附近地区更强烈。地下水同位素含量呈现总体沿地下径流方向逐渐富集的趋势,且地下水^(18)O与CO_(2)存在微弱的交换作用导致^(18)O贫化。结合水文地质调查与氢氧同位素特征,推断出河流中上游更倾向于地下水补给地表水,河流下游地表水对地下水大量渗漏。利用两端元法计算得出,总体上地表水受到地下水补给的比例为20%~40%左右,部分地区补给比例达60%以上。河流下游河水对地下水的补给比例大多介于25%~50%不等,部分点位可达90%。采用非平衡分馏条件下的Rayleigh模型计算蒸发比例,河水的蒸发损失约为23%~28%,地下水蒸发损失约为15%~20%。结果可为丰沛平原区及周边相似地区的水资源管理提供科学参考。

基于氢氧同位素的黄土区场次降水水体补给转化关系研究

黄土高原地区开展的生态建设措施改变了流域地形并影响了水文过程。为探究影响途径,以黄土区典型小流域王茂沟流域为研究区,针对场次降水,采集降水前、后的坝地、梯田两种地类分层土壤样品、降水样品、地表水和浅层地下水样品,通过稳定氢氧同位素技术分析水体中的δD和δ18 O,揭示了黄土沟壑区降水-地表水-浅层地下水、降水-土壤水之间的传输转化关系。结果表明:场次降水(20230423)时段内,降水量为70.0 mm,降水和地表水补给浅层地下水,补给比例分别为27.62%和72.38%;地表水和浅层地下水水分传输过程中存在坝地的情况下,降水对浅层地下水的补给率增加了31.90%;沿程地表水和浅层地下水之间的蒸发损失为1%~13%,且在地表水补给浅层地下水的过程中,蒸发损失随传输距离的增加而增大;坝地深层土壤水较梯田更容易受到降水补给;坝地0~60 cm土层土壤水对60~100 cm土壤水的垂向补给率(48.11%)小于梯田0~40 cm土层土壤水对40~100 cm土壤水的垂向补给率(55.11%)。研究成果可为黄土高原地区生态建设治理对流域水文过程的影响研究和区域生态环境保护提供参考。

那棱格勒河流域氢氧同位素特征及其指示意义

本文基于那棱格勒河流域63组样品测试结果,分析流域内大气降水、河水、地下水、湖表卤水和晶间卤水的氢氧同位素和氘盈余参数分布特征及主控因素,结果表明:(1)受到蒸发和水汽再循环的双重影响,研究区大气降水δD、δ^(18)O均大于我国平均值,且研究区大气降水线斜率小于全球大气降水线但大于西北干旱区其他流域大气降水线,东亚季风远距离输送是导致研究区8月大气降水氘盈余偏低的主要因素。(2)研究区河水线斜率小于全球大气降水线,河水氘盈余与δ^(18)O、TDS呈负相关关系,均为河水经历强蒸发作用导致同位素分馏所致,研究区南部山区降雨是河水主要补给来源,高程效应导致不同区段河水δD、δ^(18)O产生差异。(3)不同区段地下水与地表水补给、排泄关系存在差异,加之地下水主要接受山区多源补给,导致地下水线斜率、截距均大于全球大气降水线和当地大气降水线。(4)湖表卤水和晶间卤水均出现“氧漂移”现象,且二者氘盈余参数均小于0,这与蒸发导致氢氧同位素过度分馏密切相关,盐类矿物溶滤作用是致使晶间卤水氘盈余值小于湖表卤水的主要原因。

渭北煤田主要充水含水层氢氧同位素特征及指示意义

为探查矿区含水层补径排特征,开展了含水层氢氧同位素化学研究。以渭北煤田为研究对象,对研究区4个矿区的3个主要充水含水层和采空区,采集并测试了31组稳定氢氧同位素样品和7组放射性氢氧同位素样品。结合矿区水文地质资料与矿井涌水特征,综合分析了研究区充水含水层同位素地球化学特征及其指示意义。研究结果表明:研究区奥陶系灰岩含水层浅埋和深埋范围普遍与大气降水有联系。董家河煤矿相近太原组灰岩含水层和奥陶系灰岩含水层水力联系密切。研究区奥陶系径流方向整体为自西向东流动。研究区太原组灰岩含水层存在氧漂移现象,说明该含水层在煤炭开采扰动下,水岩相互作用密切。

赣中新衡萤石矿床成矿流体特征研究:来自流体包裹体及氢氧同位素的证据

萤石作为一种重要的非再生非金属战略矿产资源,是有“工业味精”之称的氟元素最主要的来源,受到各国的重视,随着科学技术和国民经济的快速发展,其经济价值和战略地位日益突出,广泛应用于冶金、建材、氟化工等传统领域和新能源、新材料、新医药等战略性新兴产业,因此萤石也被称为“第二稀土”(方贵聪等,2020;王春连等,2022;杨世文等,2022;王岩等,2023)。

基于氢氧同位素的平原湖荡地表水与地下水转化研究

地表水与地下水间的相互转化以及量化地下水补给量是湖泊水循环研究的重要内容。本文采集了元荡湖区域湖水、地下水样品,测试了其氢氧稳定同位素组成和水化学组成,运用Piper三线图分析其水化学类型、通过钻孔实测的地下水埋深绘制元荡湖区域旱季(2022年12月)和雨季(2023年6月)的地下水水位等值线图,结合电导率(EC)和溶解性总固体(TDS)定性分析地表水-地下水之间的转化关系,利用同位素水量平衡方程、线性端元混合模型定量评价了湖水、地下水、河水和降水之间的转化量。结果表明,研究区湖水和地下水的水化学类型均为HCO_(3)^(-)·SO_(4)^(2-)·Ca^(2+)·Na^(+)·Mg^(2+),旱季和雨季湖水均受到地下水的补给,拟合得到的湖水旱季、雨季氢氧稳定同位素线性回归方程表明雨季斜率较小,蒸发更为强烈。湖水主要由河水、地下水和降水补给,其三者在旱季的补给比例分别为59%、26%和15%,在雨季的补给比例分别为23%、39%和38%。本文成果为元荡湖区域以及太湖流域的综合治理提供了科学依据。

基于氢氧同位素技术在干旱区酿酒葡萄水分利用研究中的应用与思考

探讨运用氢氧稳定同位素技术,解决干旱区制约酿酒葡萄产业高质量发展的水资源短缺和水分利用率不高并存的问题。本文通过总结梳理植物水分利用研究历程及理论基础、技术方法和成果,对比分析氢氧稳定同位素技术的理论基础和技术优势,初步探讨了氢氧稳定同位素在酿酒葡萄水分溯源和利用策略方面的应用前景,并提出今后研究思路框架。应用氢氧稳定同位素技术确定酿酒葡萄水分利用策略研究的重要方向:深入开展土壤类型、作物品种、气候对氢氧稳定同位素的影响研究;建立氢氧稳定同位素计算模,精准分析酿酒葡萄整个生育期水分来源及水分利用效率;基于土壤-植物-大气连续体氢氧稳定同位素特征,综合分析酿酒葡萄生理代谢特性、植株茎流特征,提高分析精度,解决因分馏导致的数据偏移问题。为定量化分析酿酒葡萄水分利用策略,实现酿酒葡萄水分优化配置和精准管理化灌溉提供理论依据和技术支撑。

辽东连山关(3075)铀矿床氢氧同位素特征及矿床成因探讨

连山关地区位于华北克拉通北缘铀成矿带,是辽东地区主要铀矿远景区之一,连山关(3075)铀矿床是品位最富的热液型铀矿床之一。为了探讨该矿床成矿流体的来源,分析成矿模式,为矿区外围找矿提供依据,对比研究了不同成矿阶段的绢云母中氢氧同位素特征。结果表明,成矿早阶段绢云母中的δ^(18)O_(H_(2)O)值为7.04‰~7.24‰,平均值为7.14‰,δD_(H_(2)O)值为-45.42‰~-40.62‰,平均值为-43.02‰;主成矿阶段绢云母中的δD_(H_(2)O)值为4.52‰~6.42‰,平均值为5.47‰,δD_(H_(2)O)值为-16.15‰~-15.85‰,平均值为-16.00‰;成矿晚阶段绢云母中的δ^(18)O_(H_(2)O)值为1.46‰,δD_(H_(2)O)值为4.21‰。区域变质变形作用促使辽河群矿物脱水形成变质流体,变质流体沿着断裂带从辽河群经接触带流向连山关岩体内部。

赣南青塘岩溶盆地系统地下水氢氧同位素特征分析

基于赣江流域水文地质调查(1∶5万青塘幅)项目,通过地面调查、地下水样采集、实验测试、数据综合分析等手段,研究青塘岩溶盆地系统地下水氢氧同位素特征。研究表明,盆地内不同地下水取样点δ^(18)O、δD及d值差异明显,δ^(18)O值的变化范围为-6.55‰~-4.45‰,均值为-5.85‰;δD值的变化范围为-38.25‰~-27.90‰,均值为-34.47‰;d值的变化范围为7.70~14.15,均值为12.34。对青塘岩溶盆地内地下水氢氧同位素特征综合分析研究,揭示了该地区地下水的补给主要来源于大气降水,第四系地下水与岩溶地下水具有密切的水力联系,地下水与地表水存在一定的关联,为该地区地下水污染防治提供依据。

甘肃阳山金矿碳氢氧同位素与成矿流体来源

甘肃文县阳山金矿的探明黄金储量已达308t,平均品位4.74g/t,是我国地质勘查储量最大的金矿床。该矿床产于西秦岭造山带,是一个同碰撞形成的类卡林型金矿床,矿体受EW向韧脆性剪切带控制,赋矿围岩为泥盆系碳质千枚岩-板岩-碳酸盐-硅质岩和侵入其中的花岗斑岩脉。热液石英的流体包裹体之δ^(13)C_(CO_2)(PDB)值为-2.5‰～-5.6‰,δ^(87)C_(CH_4(PDB))值为-23.1‰～-32.6‰,说明成矿流体来源于碳酸盐地层或相似岩石建造的变质或/和改造脱水作用。该结论尚被流体氢氧同位素研究结果所证明,成矿早阶段和主阶段流体的δ^(18)O_W值介于9.5‰～15.3‰,δD_W值为-86‰～-73‰。两件矿化晚阶段流体的δ^(18)O_W氧分别为2.7‰和6.8‰,表明有强烈的大气降水热液混入。总体而言,成矿流体系统从早到晚、从深到浅,由变质热液演变为大气降水热液。特别补充说明,上述研究结果和认识与我们根据流体包裹体和矿床地质研究得出的结论相吻合。

基于碳氢氧同位素的桉树人工林水循环过程研究进展

桉树是我国南方地区重要的速生用材树种,在我国人工林资源中具有十分重要的地位。然而,桉树种植带来的生态环境问题日益受到关注,尤其在对桉树是否为“抽水机”、桉树大面积种植是否导致土壤干旱和地下水位下降等问题上一直存在诸多争议。碳氢氧稳定同位素为陆地生态系统水循环过程定量研究提供了有效和便捷的方法,能系统和定量地阐明桉树人工林生态系统水文过程、不同水体转化关系和桉树水分利用效率等。系统归纳了碳氢氧同位素在桉树人工林生态系统水循环过程(包括大气降水、林冠穿透水、地表水、土壤水、植物水、地下水及蒸发水等)和植物水分利用效率中的应用研究进展,指出了当前研究中存在的不足,展望了其未来研究和应用前景。研究结果可为我国桉树人工林可持续经营理念下的水资源优化管理提供科学依据。

基于氢氧同位素与水化学的潮白河流域地下水水循环特征

为了研究变化环境下潮白河流域地下水水循环规律,通过现场调查,结合环境同位素及水化学应用,对潮白河流域浅层和深层地下水采样,测定其氢、氧环境同位素及水化学成分,通过分析其变化特征判明地下水的补给来源以及各含水层的相互联系。降水和地下水中的环境同位素δD和1δ8O组成分析表明,降水是山前地下水的主要补给源,山区浅层地下水受蒸发影响非常强烈。水化学研究结果表明,山区地下水水质以Ca2+和HCO3为主,属Ca2+-Mg2+-HCO3型地下水。山前地下水类型为Ca2+-Mg2+-HCO3、Na+-K+-HCO3、Mg2+-Ca2+-HCO3和Ca2+-Mg2+-Cl-SO24。平原区地下水为Mg2+,Na+和HCO3。滨海冲积海积平原为Ca2+-Mg2+-HCO3型和Ca2+-Mg2+-Cl-SO24型地下水。水化学分析证实了越流补给的存在。Ca2+和HCO3离子均呈山区高、山前和平原低、而滨海增高的趋势。沿潮白河流向地下水类型变化为:Ca2+-Mg2+-HCO3Na+=K+-HCO3Ca2+-Mg2+-HCO3。

东天山康古尔金矿成矿晚阶段地幔流体参与成矿作用的碳氢氧同位素证据

康古尔金矿位于塔里木板块北部被动大陆边缘阿奇山-雅满苏裂谷带之北侧,是一个典型的韧性剪切带型(造山型)金矿,成矿作用表现为含金石英脉和石英碳酸盐脉两个阶段。本文对矿石中的碳酸盐脉和矿床周围地层中的碳酸盐岩进行了C、H、O同位素测试。通过研究初步认为:矿床周围地层石炭纪干墩组和雅满苏组中大理岩的C、O同位素组成与世界上其他地区的海相碳酸盐基本相同,以富^(13)C和^(18)O为特征,明显有别于矿石中碳酸盐脉;后者的C、H、O同位素组成与地幔多相体系中的原始碳酸岩基本相似,暗示在康古尔金矿成矿晚阶段有地幔流体参与成矿作用。

卧龙地区大气降水氢氧同位素特征的研究

根据四川卧龙自然保护区2003年7月—2005年6月2个水文年大气降水的氢、氧同位素组成,提出卧龙地区大气降水线方程为δD=9.4431δ8O+28.658(r=0.943,n=74,p<0.05);实测雪水δD-1δ8O的线性回归方程为δD=9.3761δ8O+33.245(r=0.959,n=31,p<0.05);与全球降水线方程δD=81δ8O+10比较偏离较大。实测夏季(6—9月)降水δD-1δ8O的线性回归方程为δD=8.1651δ8O+9.480(r=0.961,n=29,p<0.05),卧龙地区夏季实测降水线与全球降水线吻合,揭示了该降水线方程的特征。对全年氘过量值(d)及夏季(丰水季)和冬季(枯水季)年氘过量值(d)及降水线特征研究表明,卧龙地区冬季降水主要来源于大陆性气团,即卧龙地区内部局部水汽蒸发所产生;夏季降水主要来源海洋性气团,并受东南季风的影响。夏季降水事件中出现一些极低的d值,主要是受到了大陆性冷气团的袭击和季风的影响。卧龙地区夏季(丰水季)降水中1δ8O的降水量效应明显,且季风气候抑制和掩盖了温度效应。

山西沁水盆地南部太原组煤储层产出水氢氧同位素特征

为了研究沁水盆地南部太原组15号煤储层及其顶板灰岩的含水特征及水动力条件,从沁水盆地南部柿庄地区采集了煤层气井排出水、矿井下的煤层水与煤层顶板灰岩水、地表水共51个水样进行氢氧同位素及主要离子浓度测定。结果表明:目前排采15号煤的煤层气井排出水是煤层水和煤层顶板灰岩水的混合水。15号煤储层和顶板灰岩裂隙含水层之间存在较强的水力联系,煤层在排水过程中接受灰岩水的大量补给。煤层顶板灰岩裂隙含水层封闭性较差,水在灰岩裂隙中径流速度较快。煤层顶板灰岩水表现出^(18)O漂移的特点,排采15号煤的煤层气井排出水既表现出^(18)O漂移特点,也表现出D漂移特点,而排采3号煤的煤层气井排出水则主要表现出D漂移特点。煤层气并排出水的δD和δ^(18)O值都与矿化度TDS呈现出一定的正相关性,δD和δ^(18)O值也可以作为判断煤层水径流条件的参考因素。

中国西南地区降水氢氧同位素研究进展与展望

中国西南地区属典型的季风气候,降水的水汽来源及其影响因素非常复杂.通过检索西南地区有关降水氢氧同位素的文献,对西南三省一市降水氢氧同位素研究进行了综述.从已开展研究的区域和站点、主要采用的样品采集与分析方法、主要的研究内容(同位素组成、大气降水线、氘盈余)和水汽来源、影响因素以及区内的空间差异等几方面进行总结,并对今后西南地区降水氢氧同位素的研究进行展望,为研究区域降水氢氧同位素的进一步研究提供科学指导.

青海玉树东莫扎抓铅锌矿床地质特征及碳氢氧同位素地球化学研究

东莫扎抓铅锌矿床位于青藏高原羌塘地体东北缘,是"三江"北段铅锌铜银多金属成矿带中的典型代表,对该矿床地质特征和成因类型的研究有助于理解区域铅锌铜银多金属成矿规律,对区域找矿具有重要意义。笔者通过详细的矿区地质考察、系统的矿石光薄片显微镜下鉴定和矿石中方解石的碳、氢、氧同位素分析测试,概述了东莫扎抓铅锌矿床的地质特征和成矿流体的碳、氢、氧同位素组成特征。东莫扎抓铅锌矿床矿体呈似层状展布,产状严格受到矿区逆冲断层的控制,赋矿围岩为上三叠统结扎群波里拉组灰岩和下-中二叠统开心岭群尕迪考组灰岩,发育强白云石化和弱硅化,矿物组合简单,主要为闪锌矿+方铅矿+黄铁矿+白云石+方解石+重晶石,矿石结构以皮壳状、草莓状等胶状结构和他形粒状结构为主,矿石构造为浸染状、角砾状、团块状和脉状。矿石中方解石的δ13CV-PDB值、δ18OV-SMOW值和δDV-SMOW值分别为-1.8‰～+3.3‰、+6.1‰～+24.6‰和-137‰～-53‰,计算得到成矿流体的δ18O流体值为-0.5‰～+13.8‰。研究结果表明,东莫扎抓铅锌矿床的成矿流体主要来自盆地封存热卤水和大气降水,金属物质可能由区域流体在长距离迁移过程中通过与碳酸盐岩地层相互作用,以及淋滤含矿地层底部的火山岩而得来,成矿过程中伴随着碳酸盐岩的溶解作用,可能存在有机质的参与。据此,笔者将东莫扎抓矿床归为发育在碰撞造山带中受逆冲推覆断裂构造控制的类MVT铅锌矿床,并初步建立了东莫扎抓铅锌矿床的构造控矿模型。

基于氢氧同位素的岔巴沟流域地表水-地下水转化关系研究

以黄土高原丘陵沟壑区岔巴沟流域为研究对象,通过2005年6月、8月两次对地表水、地下水采样,分析δD、δ18O、电导率(EC)和pH的变化,研究了岔巴沟流域的地表水—地下水转化关系.河水的氢氧同位素和EC沿河道变化大;主河道河水的δ值沿程富集,而EC在6月份时逐渐增加而8月份则先减小后增大;地下水δ值变幅较小而EC变化大.结果表明,旱季,河水接受以泉水为主要排泄形式的地下水补给,流量很小,在部分河段甚至干涸,仅在中游部分河段,由于河道两侧地下水位下降,基流或降雨径流对地下水形成一定的补给,但在其它河段没有明显的补给;雨季,降雨径流的退水过程快,洪水补给地下水的时间短且局限在河道两侧,洪峰过后,地表径流源于基岩裂隙泉以及各支沟淤地坝拦蓄的降雨径流,中游河水接受基岩裂隙泉水及各支流的补给量增加,而下游支流及泉水流量小,对地表径流量的贡献小,地表水沿程经历强烈蒸发,仅河道附近的地下水接受河水补给.淤地坝减少地下水排泄,增加地下水的转化量以及淤积层、地表径流的矿化度,但尚未明显影响地下水水质.

黄土高原岔巴沟流域降水氢氧同位素特征及水汽来源初探

降水是流域水循环中重要的输入因子，对其同位素组分的研究有助于确定流域水体间的水力联系，还可反映流域综合自然地理及气象气候信息；结合地表水、土壤水及地下水同位素组分变化，可以确定降水入渗及产汇流过程、地下水补给及更新能力，进而为完整的水循环机理研究提供依据。结合水文气象观测，本文分析了黄土高原典型丘陵沟壑区岔巴沟流域2004年-2005年月降水以及曹坪西沟实验流域次降水环境同位素组分雨量效应、高程效应、季节变化、δD与δ^18O间的关系等，并对不同时空尺度上大气降水线的变化规律进行分析，结果表明该地区不同年份及雨季前后，降水的水汽来源不同且经历蒸发过程差异较大；同时发现大气降水线中斜率与氘盈余之间存在良好的线性关系9．74×S—d=69．3，即虽然不同年份大气降水线存在差异，但两者存在相对稳定的线性关系，该关系可能与水汽来源之外的某种固定的综合自然地理特征有关，也为获得可靠的分析结果提供了参考。

蒸发皿中水面蒸发氢氧同位素分馏的实验研究

气象要素与蒸发密切相关,通过室内外不同气象条件下的器皿水蒸发实验,获得了水面蒸发氢氧稳定同位素分馏因子与气象要素的关系。实验结果表明,随着蒸发的进行,剩余水体中逐渐富集重同位素;自由水体蒸发同位素分馏在垂线上有分层现象,表层水体同位素值比垂线平均的同位素值略富集;不同温度条件下的室内蒸发实验中,温度越高,液-气间分馏系数越小,相应于同一剩余水体体积比,剩余水体稳定同位素值则越低。室外器皿水自由蒸发实验中得出的蒸发线方程斜率较大地偏离了当地降水线,表明实验期间水体蒸发分馏作用较明显。该研究为进一步揭示水体蒸发分馏规律提供了可靠的实验依据。