承德北部茅荆坝地热田地热流体的水化学和同位素特征及其成因

承德北部茅荆坝地区地表出露的地热水温度高达98.7℃,赋存于裂隙较发育的侏罗世中粗粒二长花岗岩热储,SO_(4)^(2-)含量较高,但关于该区地热流体的补给来源、循环演化过程与成因机制研究尚少。为了认识该基岩山区地热系统的成因以合理开发利用地热资源,在区域地热地质调查的基础上,测试分析了不同水体的水化学组分、地下水年龄(^(3)H和^(14)C)、硫酸盐硫、氧同位素(δ^(34) S-SO_(4)^(2-)和δ^(18) O-SO_(4)^(2-))、碳酸盐碳同位素(δ^(13)C-HCO_(3)^(-))、锶同位素(^(87)Sr、^(86)Sr)等特征值。结果表明:(1)茅荆坝地区地热水化学类型以SO_(4)-Na型为主,硅酸盐矿物的溶解及阳离子交换作用促进了地热水中Na^(+)、K^(+)和SiO_(2)的富集,水中SO_(4)^(2-)并非来源于硫酸盐岩矿物溶解,推测为H_(2)S气体从深部还原环境上升到浅部氧化后生成SO_(4)^(2-),也可能来源于高温地热水与硫反应形成的硫酸盐;(2)地热水n(^(87)Sr)/n(^(86)Sr)均值为0.7092,与海相碳酸盐岩比值接近,揭示热储深部可能存在海相碳酸盐岩储层;(3)地热水属于古地下水,^(14)C校正年龄为11.9~14.9 ka,循环更新能力差,由周边山区的大气降水补给,补给高程在1532~1632 m;(4)地热系统深部热储温度为142~144℃,高温中心位于热田北部。研究结果对冀北山地地热资源的可持续开发利用具有重要意义。

基于地理探测器的张承地区表层土壤湿度变化的驱动因素分析

河北张家口、承德地区(以下简称“张承地区”)作为京津冀地区的生态屏障、重要的水源保护地和风沙阻隔区,近年来开展了一系列生态治理工程。土壤湿度作为综合反映气候、植被覆盖、土壤性质的重要指标,在大气水—地表水—地下水的循环中至关重要。但张承地区地处半干旱区,水资源相对匮乏,且现有研究忽视了对其土壤湿度空间变化特征及驱动因素的分析。研究以中等分辨率成像光谱仪数据、全球陆地数据同化系统数据集等为基础,基于温度-植被干旱指数模型反演并分析张承地区2001—2021年土壤湿度及时空变化特征,利用地理探测器方法分析8个驱动因子对张承地区土壤湿度时空异质性的解释力。结果表明:(1)2001—2021年张承地区的土壤湿度呈现波动上升趋势,土壤湿度分布为东部高,西部低,张家口低于承德;空间上,研究区83.09%区域的土壤湿度呈现逐年上升的趋势;(2)研究区土壤湿度的驱动因素解释力大小排序为:归一化植被指数>土壤类型>年均降水>土地利用类型>坡度>高程>年均气温>坡向,其中归一化植被指数和土壤类型的解释力均高于30%,为主导驱动因素;(3)在交互作用分析中,多因子共同作用的影响大于单因子作用,归一化植被指数与高程的交互影响作用最强。研究结果对于张承地区水资源的高效利用及生态环境保护具有重要的参考作用。

基于放射性同位素分析吐鲁番盆地地下水年龄

地下水年龄是地下水循环规律的重要信息来源,研究吐鲁番盆地地下水年龄,对于当地水资源管理具有重要意义。通过分析在吐鲁番盆地采集的29组地下水样品的放射性同位素T和14 C值,估算了吐鲁番盆地地下水的补给时间及平均滞留时间。研究表明,吐鲁番盆地地下水14 C浓度小于20-22.5pmc的水为古水。通过对水体的年龄进行研究发现,在火焰山南侧东部,源自库姆塔格沙漠的地下水为古水,相当晚更新世末次冰期补给的水体。北盆地东部地下水和其他区域浅井的地下水中14 C值较高,说明地下水的年龄较新,地下水都属于全新世补给。

河北省张承地区2001—2020年植被动态变化及驱动因素分析

张承地区(张家口—承德)作为京津冀的水源涵养功能区,植被动态对其生态环境建设和保护有重要意义。本文以MODIS-NDVI、气温降水、土地利用、地下水位埋深和实测土壤湿度数据为基础,利用Sen+Mann-Kendall趋势分析和偏相关性分析等方法,分析张承地区2001—2020年植被时空变化特征及其与气温降水、土地利用、地下水位埋深和土壤湿度响应特征。结果表明,研究区NDVI年均值为波动上升趋势。植被覆盖率空间分布呈“西北低,东南高”的特点。植被显著改善地区主要分布在坝下大部分区域,占研究区85.79%的面积。降水、气温与植被指数的偏相关性较好,皆呈正相关。研究区人类活动导致用地类型发生的变化与植被变化有响应联系。区内地下水位埋深在6.2 m的地方植被长势最好。土壤湿度空间分布为坝上低、坝下高,植被指数在整体趋势上随实测土壤湿度的增大而增大。

基于InVEST模型的张承地区水源涵养功能时空变化特征

水源涵养作为重要的生态系统服务功能之一,对张家口和承德地区的生态系统及用水安全有着重要的意义。为了改进以往研究中对地形及土壤渗透性等考虑不足、对数据空间异质性分析不充分等问题,文章基于生态系统服务和权衡的综合评估模型(integrated valuation of ecosystem services and tradeoffs,InVEST),使用多种高精度的遥感、再分析数据等产品,对2001—2020年张承地区的水源涵养功能进行定量化评价及驱动因素分析。研究发现,2001—2020年张承地区水源涵养功能空间分布上呈现坝下高坝上低的特点,各年水源涵养功能的空间分布存在差异性的同时也具有一定的相似性。时间变化上,20年间水源涵养深度以-0.08 mm/a的平均速率呈下降波动趋势。结合Sen+Mann-Kendall分析发现区内水源涵养功能变化趋势以“基本不变”、“轻微增长”、“轻微降低”三者为主,总占比近98%。区内降水量对水源涵养功能具有很强的显著正相关关系,气温对水源涵养功能在部分地区具有显著负相关关系,植被与水源涵养功能的关系相对复杂。张承地区2020年林地的水源涵养功能最强,水源涵养深度达28.64 mm,总量而言,草地水源涵养功能的贡献最大,水源涵养量达1.12×10^(9)m^(3)。20年间变化中,耕地水源涵养量的降低最为明显,变化速率达-6.49×10^(6)m^(3)/a。上述结果说明张承地区20年间水源涵养功能的时空特征主要受到降水量与植被型土地利用的控制。研究为张承地区生态建设及水资源管理提供重要的决策依据。

基于表面能量平衡模型的张承地区蒸散发研究

张家口承德地区是京津冀城市群生态安全的重要屏障,针对该地区长时间序列实际蒸散的时空变化研究较少,以张家口承德地区为研究区,基于表面能量平衡模型(SEBS)结合MODIS和GLDAS数据反演了研究区2001年1月—2020年12月逐月的蒸散量,将反演结果与MOD16A2数据在趋势上进行了对比,并用2021年7月的野外实测数据在像元尺度上对其进行验证,利用Sen+MannKendall显著性检验方法对其时空趋势变化进行了分析,用相关性分析研究了其影响因素。结果表明:模型蒸散量反演结果与MOD16A2数据在月尺度上相关性良好,与野外实测数据的相对误差小于15%,具有较高的可靠性;研究区的年蒸散量在20 a间呈现波动上升趋势,最大值为2013年的545 mm,最小值为2002年的348 mm,且承德地区的蒸散量明显高于张家口地区;20 a间研究区75.41%的区域蒸散量基本稳定不变,5.13%的区域蒸散量增加,1.11%的区域蒸散量显著降低,18.35%的区域蒸散量轻微降低;气温、植被对蒸散量的影响具有显著的正相关性,不同土地用地类型下蒸散量由高到低的顺序为:林地>水体>草地>耕地>建设用地>未利用土地。

河北张家口市某种植区土壤营养元素生态化学计量与空间分异特征

应用地统计学、生态化学计量学和GIS技术,对河北省张家口市万全区某种植区的表层土壤N、P、K_(2)O、CaO、MgO、S、Mo、Mn、Fe_(2)O_(3)、B、Corg、pH等参数含量特征、趋势分布、空间变异性及生源要素的分布特征进行研究。结果表明,研究区Corg属于较强分异型,变异系数为71.54%,其余元素均属于弱或均匀分异型。N、P、K_(2)O和pH整体呈现极丰富和丰富等级,S、Mo、Mn、Fe_(2)O_(3)、B和Corg则处于缺乏和极缺乏等级。通过不同趋势阶数中误差的比较叠加块金系数分析,初步确定研究区可分为3种预测类型,即无趋势预测、一阶趋势预测和二阶趋势预测。K_(2)O、CaO、MgO、S、Mn和Corg主要受结构型影响,N、P、Mo、Fe_(2)O_(3)、B和pH主要受结构型和随机性混合影响,其中S和Mo的变异函数表面具有较弱的方向性。生态化学计量学表明,生源要素平均含量K_(2)O>Corg>N>P>S,土壤CNR和NPR主要受控于土壤Corg和N,垂向上表现为以表聚型和平稳型分布为主,以突变型和锯齿型分布为辅。最后通过普通克里格插值清晰可见区域范围内N、P、K_(2)O、CaO、MgO、Mn均表现为由东北部至西南部流域范围内明显异常区,主要受控于河流迁移搬运作用,重点区中N和P属于梯型,K_(2)O、CaO和pH属于内凹型,S和Mo属于外凸型,MgO、Fe_(2)O_(3)、Mn、B和Corg属于跳跃型。

新疆柴窝堡盆地地下水化学及稳定同位素研究

地下水是维持乌鲁木齐河流域社会经济发展和生态系统的最重要的水源,尤其是柴窝堡盆地因大量开采使得地下水水位下降、湖面萎缩,地下水系统动态特征发生了变化,所以研究区内地下水水流系统及其补径排关系对于深入研究盆地地下水流系统特征和合理开发利用地下水水资源能够提供重要的基础资料,尤其是对调整地下水资源的开采布局具有现实意义。本次研究主要以地质、水文地质背景资料为基础,结合地下水补给环境的差异,利用水化学和水的稳定同位素进行示踪研究,确定了柴窝堡盆地地下水的补给来源和排泄途径,区分出盆地排泄带不同点的补给区,包括东山、南山和西山补给区,对同一补给区又细分出不同的水流系统。

莺歌海盆地晚第三纪构造特征的三维泥料模拟实验及其动力学意义

莺歌海盆地是发育在古红河断裂带之上的新生代盆地,晚第三纪的构造运动触发了盆地中热流体自超压封存箱向外大规模突破,使热流体及泥质的活动具有规律性成群成带的特征。本次实验基于相似理论,在对盆地的演化史及区域构造应力场充分分析的基础上,进行了晚第三纪盆地构造应力场的三维泥料模拟,证实了红河断裂右旋走滑派生的拉分效应控制了莺歌海盆地晚第三纪的构造活动,而晚第三纪的构造活动又是雁列式断裂展布及底辟体分布的主导因素。

胶州——莱阳盆地白垩纪莱阳群中的震积岩及构造意义讨论

通过对胶州-莱阳盆地沉积层的野外考察和岩心观察,系统分析了莱阳群的沉积特征及其变化规律,鉴别出一些较典型的震积岩类型;较详细描述了其中的粉砂质液化脉、震裂液化角砾岩、震褶岩和砂枕构造等地震液化特征。最后从盆地的区域地质背景出发,初步认为白垩纪早期胶州-莱阳盆地的形成与其南部苏鲁造山带的后期隆升同时,造成研究区总体处于伸展-裂解的构造环境之中。强烈的同沉积构造活动伴随频繁的地震发生,致使盆地内早期沉积的莱阳群以普遍发育震积岩为特征。

莺歌海盆地东方1-1底辟区深部热流体穿层的热应力及其效应

东方 1 - 1底辟区的热流体活动相当强烈和频繁 .深部热流体的穿层上涌产生热应力造成了局部的应力场状况的变化 ,形成了特征性的构造和断裂系统 ,水力破裂、热流体拱张形成褶皱和局部破裂等 ,这些褶皱和断裂共同构成了底辟带热流体活动中垂向输导的主要通道之一 .由于热流体穿层活动不仅携带了大量的烃类气和CO2 等非烃气 ,而且具极强的热力作用 ,引起了强烈的热异常 ,导致所穿入的浅部地层中的热力学参数 ,如粘土矿物的演化、储层中流体包裹体以及岩石所含有机质的镜质体反射率等发生一系列的异常变化 ,致使底辟作用前后底辟体内部及其围岩的特征具有非常显著的差别 .本次研究对热流体穿层所引起的热应力效应和温度异常采用Field模型进行了定量动力学模拟 ,结果显示应力场和温度场的分布随着时间不断向上迁移 ,使各小断裂和裂隙连通形成流体的良好的垂向运移通道 ,在热流体活动的通道附近热应力的影响十分明显 。

济南岩溶泉域泉群区水化学与环境同位素研究

本文通过对济南岩溶泉域排泄区地下水样品的分析,采用主要离子(Cl、NO_3、Mg、Ca、HCO_3、SO_4)、微量元素(Br、Ba、Sr)、氢氧同位素(~2H和^(18)O)、硫同位素(^(34)S)等示踪因子的综合研究方法,结合岩溶泉域实际水文地质条件,揭示了济南泉水的水文地球化学特征、枯丰期水化学动态和环境同位素特征,确定了泉水在枯、丰水期不同的补给来源及补给途径。研究显示,泉群区出流的泉水可以分为三组,黑虎泉出流的路径是经奥陶系灰岩直接出流,趵突泉是经奥陶系灰岩与第四系沉积层出流地表,而五龙潭泉、珍珠泉和53号井则是在灰岩和侵入岩体的接触地带及第四系沉积层较薄弱处涌出地表;在丰水期地下水是混合补给,包括来自奥陶系岩溶水直接补给和硅酸盐岩裂隙水的间接补给,而在枯水期地下水主要由奥陶系岩溶水直接补给;泉群区地下水中的S主要来源于燃煤,而且有不断增加的趋势。

新疆乌鲁木齐河流域北部平原区水文地球化学

乌鲁木齐河流域是西北干旱地区内流盆地的典型代表,也是水文地质研究的重点区域。本次研究利用以往工作的资料,并在流域下游北部平原区采集地下水和地表水样品21组,用无机离子作为示踪剂,结合环境同位素的分析,提出乌鲁木齐河流域平原区的地表水普遍溶解有蒸发盐,与晚全新世（近4000年）以来我国西北地区气候不断变得干旱有关;并将北部平原区的地下水划分为三层不同水体：现代水（埋深21～65 m）是乌鲁木齐河河水经蒸发后入渗补给的,而下面二层水为晚全新世初期（埋深179～259 m）和晚更新世末次冰期（埋深～353 m）补给的水都是原地的降水入渗。

渤中坳陷流体包裹体特征及其对成藏研究的意义

通过详细观察渤中坳陷部分钻孔岩心和充分认识坳陷沉积特征，对重点井段进行了流体包裹体的研究。研究表明：渤中坳陷次生流体包裹体主要赋存于石英颗粒的微裂隙、碳酸盐胶结物和方解石脉中，可分为4类：纯液相包裹体、纯气相包裹体、液态＋气态包裹体、盐水溶液包裹体。包裹体均一温度的测定显示其主要分为3期：88～100℃、115～140℃和140～155℃，说明渤中地区油气运聚期次至少存在3期。结合埋藏史和热史的资料分析表明，渤中坳陷总的成藏时间较晚，主要运聚期发生在13Ma（馆陶晚期）以来。

莺歌海盆地超压流体活动与断裂系统的相互关系

莺歌海盆地内超压流体活动十分强烈 ,主要活动形式有侧向对流型和垂向对流型 ,将超压流体的演化与区域构造演化结合起来 ,对断裂与超压流体的成因关系提出了新见解 ,揭示出断裂对超压流体的输导及超压流体对断裂的开启的相互作用。张裂隙作为超压流体活动的诱导 ,超压的幕式突破就主要起因于上覆负载层中的断裂、破碎带 ,发生压力释放 ;而普遍发生的幕式流体释放又进一步开启垂直裂隙 ,造成上下地层间的连通 。

渤海海域构造应力场演化及其在油气聚集中的作用

渤海海域位于渤海湾盆地东部,在盆地区域动力学背景下,形成了渤海海域特征的沉积和构造环境。渤海海域新生代具有早期断陷、后期拗陷的特点,断裂以NE—NNE走向为主,其次是EW走向,再次是NW走向。通过区域构造演化和沉积体系的深入研究,将海域新生代地质构造活动按构造应力的方向、大小和其他构造形变参数划分为4个期次:①古新世;②始新世—渐新世;③中新世—早更新世;④晚更新世至今。在一系列构造演化过程中,构造应力场的变化对海域内的3组主要断裂具有重要的影响。不同方向的断裂在不同阶段应力场的作用下,所表现的特征和对油气的控制作用是不同的,尤其是NNE—NE向断裂在构造演化过程中多次具有走滑活动,油气主要聚集在走滑作用所派生的局部圈闭或附近存在的构造弱化带中。

莺歌海盆地DF1-1底辟断裂系统及其对天然气成藏的控制

莺歌海盆地的巨厚充填、高地温梯度及大规模的超压流体活动等特殊的地质背景 ,造就了DF1- 1底辟构造的独特性 ,其内天然气的总体特征与底辟区的断裂系统存在着密切的联系 .底辟区内的超压流体活动使其上覆地层产生众多的断裂和裂隙 .这些垂向上的断裂和裂隙既构成了异常压力体系能量释放的主要通道 ,同时也形成了天然气运移的垂向输导体系 .在断裂开启过程中上升的活动流体主要取决于断裂下延的深度及断裂上延所连通的中深-浅层的渗透性砂体 ,因此由断裂与砂体的相互配置所构成的输导体系在DF1- 1气田的成藏中起着重要的作用 .根据DF1- 1的成藏特点 ,强调断裂系统与天然气运聚的相互促进关系 ,建立了断裂系统与天然气成藏关系模式 .

琼西莺歌海盆地断裂系统的成因机制

通过对莺歌海盆地构造变形背景和变形基本特征的分析,详细地研究了盆地断裂系统的特征及其分布规律,并结合区域构造演化,对断裂的成因机制进行了探讨。认为北西向断裂控制了盆地的总体构造格局,尤其是强烈的右旋扭动形成南北向雁行式的张裂隙,诱导了泥-流体底辟构造的发生;泥-流体底辟活动进一步形成局部的应力场,开启新的断裂和破碎带,同时,形成与超压流体的活动相关的流体压裂。

辽河盆地东部凹陷古地温演化研究

基于化学动力学原理,采用镜质组反射率模拟计算法,对辽河盆地东部凹陷14口井的古地温演化进行了恢复,重建了各时期平均古地温柱。总结了古地温演化的总体特征,认为研究区古近纪古地温演化特点是Es3高,Es1-2低,Ed-N高,为波状高地温演化。区域上,凹陷内部呈南北高、中央低的趋势,南部黄金带、二界沟及北部牛居地区的地温梯度一般在35℃～40℃/km,而中段相对较低(29℃～35℃/km)。

乌鲁木齐河流域西山地区地下水化学特征

乌鲁木齐河西山地区位于流域中游上段山间盆地的西部,具有独特的水文地质条件,作为乌鲁木齐市的备用水源地,其地下水环境和补给排泄条件的研究非常重要。通过地表水和地下水的化学成分演化研究,结合氢氧稳定同位素分析,将地下水的补给分为两期,即全新世补给和晚更新世补给,并以此得出乌鲁木齐河在晚更新世发育于研究区现在河道的西侧,自末次冰期后由西向东摆动的结论。另外西山地区农场的灌溉活动,促进了河水的蒸发以及后续的溶解交替发生,方解石和石膏矿物不断从河水中溶解,芒硝的相对浓度不断在地下水中累积。当原河水蒸发成固相蒸发盐,然后溶解在新补给的水体中时,原河水的氢氧同位素值不再被保留下来。