山西长治辛安泉域岩溶水硫酸盐污染来源分析

辛安泉域核心区域工农业相对发达,人类活动强烈,逐渐出现岩溶地下水位下降、泉流量减小和水质污染等水环境问题。硫酸盐污染是泉域岩溶水的主要污染物之一,通过科学手段进行污染来源分析和识别,可为泉域保护提供决策依据。硫氧同位素是地下水领域应用较广的一种环境同位素方法,不仅技术成熟且识别精度高。本次研究将硫氧同位素方法与水化学方法结合,在辛安泉域采取岩溶泉水、岩溶地下水、孔隙水、裂隙水和河水五类水样,测试硫同位素δ^(34)S、氧同位素δ^(18)O和硫酸根离子SO_(4)^(2-)含量,以分析辛安泉域岩溶水硫酸盐污染来源。结果显示,辛安泉域岩溶水水质的硫酸盐大部分符合地下水III类标准,硫酸盐含量较高的区域主要集中在西部滞流缓流区与襄垣和长治子系统的分界处、长治子系统和平顺-壶关子系统南部等地区。西部滞流缓流区硫酸盐主要来源于石膏、硬石膏的溶蚀,人类活动影响较小。泉域南部岩溶水中硫酸盐主要来源是煤矿开采的影响,大气沉降也是重要来源之一。

柳林泉域岩溶水水化学及碳硫同位素特征

以2011年5月的同位素取样及水化学分析资料为基础,利用Piper三线图和同位素测年、示踪等方法,分析了柳林泉域内岩溶水的水化学和碳硫同位素特征。结果表明,沿泉域的补给区—径流区—排泄区—滞流区一线,岩溶水离子含量由碱土金属离子、弱酸为主逐渐过度到以碱金属离子、强酸为主;水化学类型由HCO3-Ca·Mg型向Cl·SO4-Na型转变;岩溶水14 C年龄由现代水增加到7 000年左右;岩溶水放射性流速由5.72m/a减至0.68m/a,减少了8.4倍;岩溶水中34S含量与石膏中的34S含量接近,结合当地的水文地质条件,可推测岩溶水中硫酸根离子主要来源于中奥陶统石膏岩的溶解。

柳林泉域岩溶水中SO_4^(2-)的来源探讨

SO_4^(2-)浓度偏高是晋西柳林泉域岩溶水的主要特色之一,判断SO_4^(2-)来源对于理解岩溶水的水文地球化学过程具有重要意义。在分析区域地质、水文地质条件及岩溶水中SO_4^(2-)浓度空间分布特征的基础上,利用化学计量学法、同位素质量平衡模型和Rayleigh蒸馏模型,分析了岩溶水中SO_4^(2-)的主要来源,计算了不同来源的SO_4^(2-)所占的比例和滞流区岩溶水中SO_4^(2-)的还原比例。结果显示,石膏的溶解和黄铁矿的氧化是柳林泉域岩溶水中SO_4^(2-)的主要来源,排泄区岩溶水中石膏溶解来源的SO_4^(2-)所占比例介于73%~88%之间,平均为81%;黄铁矿氧化来源的SO_4^(2-)占比12%~27%,平均为19%。滞流区发生了硫酸盐的还原作用,约有9%~15%的SO_4^(2-)被脱硫细菌还原为H2S气体,且越靠近西部边界,还原反应所消耗的SO_4^(2-)比例越高。

山西柳林泉域岩溶地下水溶解无机碳特征及控制因素

稳定碳同位素可指示岩溶动力系统无机碳循环过程及流域水文地球化形成演化。为揭示山西柳林泉域岩溶地下水循环演化规律及控制因素。本研究对泉域补给区、径流区、排泄区、深埋区29个岩溶地下水的主要离子组分和碳同位素进行测试分析。研究结果表明,流域内岩溶地下水的δ^13CDIC,VPDB(DIC—溶解无机碳)具有较大的变化范围,最大值为-8.19‰,最小值为-13.35‰,平均值为-10.09‰。从补给区、到径流区、到排泄区,到深埋区δ^13CDIC,VPDB值呈不断增重的变化规律。补给区来源于土壤CO2的比例最高,范围为46.22%~58.04%,平均值为51.13%,其次是径流区,范围为36.22%~58.37%,平均值为42.05%,排泄区和深埋区最小,范围分别为37.61%~41.52%和35.61%~42.26%,平均值分别为39.38%和38.28%。从补给区到径流区、到排泄区、到深埋区,随着径流途径增大和硫酸参与溶蚀的比例增加,DIC(溶解无机碳)中来源于土壤CO2的比例减小,碳酸盐岩来源的碳的比例增加。

滇西北德钦-中甸一带温泉逸出气体的地球化学特征

为探讨滇西北地区德钦-中甸一带温泉气体的地球化学特征及其来源,对采集到的18个温泉逸出气体样品的化学组分和氦、碳同位素组成进行了分析。结果显示,德钦-中甸一带CO2含量偏高且主要沿金沙江断裂和德钦-中甸断裂分布,平均CO2的释放量为80.6%;气体样品的^3He/^4He值为0.06-0.74Ra,中甸地区的下给茨喀和天生桥温泉为研究区高幔源氦释放区,分别达到7.6%和5.0%;中甸地区碳同位素也表现为幔源的特征,δ^13CCO2变化范围为-1.94‰--5.95‰。与已有的深部探测结果对比,研究区幔源氦释放较高的中甸地区（下给茨喀温泉、天生桥温泉）主要位于软流圈上涌区（四川黑水-金川-道孚-雅江-稻城）南端的边缘地带,因而幔源氦释放不显著。

娘子关泉域岩溶水SO42-、δ34S特征及其环境意义

在分析区域地质、水文地质条件及水化学同位素的基础上,研究了山西娘子关泉域岩溶水的SO^2-4、硫同位素分布特征。研究表明:(1)泉域西北、西南地区岩溶水的SO^2-4主要来源于石膏的溶解;(2)泉域中部汇流区岩溶水的SO^2-4含量高而δ^34S值低,其中的SO^2-4主要来源于煤系矿坑水,这是因为温河、桃河及南川河沿岸的岩溶水接受了被矿坑水污染的河水的渗漏补给以及部分地区受到钻孔串层污染;(3)娘子关泉群中城西泉水中的SO^2-4主要来源于煤系矿坑水,而五龙泉和集泉站水中的SO^2-4主要来源于石膏的溶解;(4)泉域东北部及东部河流沿岸以外的地区,岩溶水中的SO^2-4主要来源于大气降水、石膏溶解,并受到所处地层岩性的影响。

柳林泉域岩溶水特点与地质背景条件分析

柳林泉域作为我国北方典型的单斜-顺置式岩溶水资源系统,岩溶水在循环过程中表现出与其它泉域共性的同时,也存在一些非常奇特的特征:(1)由于泉域内断层、褶皱轴和区域隔水顶板的阻水作用,造成了岩溶地下水在主径流方向上的二级排泄与三次富集;(2)由于泉域中部王家会阻水性背斜轴的倾覆所形成的地下潜流断面梯形形态,导致了泉水流量衰减幅度与阻水断面上游区岩溶地下水位下降幅度的不匹配;(3)由于泉域南、北翼岩溶地下水循环路径和所处的地球化学背景不同,导致了分布在三川河两岸相距不足300m的泉水水化学特征表现出很大的差异性;(4)由于岩相建造地处中奥陶世古膏盐湖东部边缘,泉域西部中硬石膏溶解不仅形成了岩溶热水,而且还使得柳林泉成为"锶矿泉水"。上述特征都是由柳林泉域特定的地质结构、地球化学环境和岩相古地理条件所决定的。

塔中奥陶系储层硫化氢成因及主控因素

塔中奥陶系储层内硫化氢广泛分布,由于其剧毒、易溶于油水中、腐蚀性强,给勘探开发工作带来一定难度。为了弄清奥陶系储层的硫化氢成因及分布规律,在分析现有关储层中H_2S来源研究成果的基础上,结合塔中地区奥陶系碳酸盐岩中的矿物组分、H_2S及其硫碳同位素分析来探讨其H_2S原因。结果表明:三期方解石交代硫酸盐矿物,且硫酸盐未被TSR还原;奥陶系内硫化氢硫同位素普遍比寒武系内硫化氢硫同位素低;奥陶系内硫化氢硫同位素和地层水硫酸根硫同位素具有伴生关系,TSR发生在烃水过渡带;TSR反应物与硫化氢含量无相关关系,并出现了沥青质碳同位素值的负偏;甲烷碳同位素值与硫化氢含量无相关关系,甲烷并未参与TSR。奥陶系与寒武系内硫化氢为不同阶段各自的产物;硫化氢生成时期为奥陶系良里塔格组(O_3l)和鹰山组(O_(1-2)y)内TSR发生在晚燕山期-喜山期,寒武系内TSR发生在晚海西期和晚燕山期-喜山期。总体上,奥陶系内硫化氢为原地TSR成因,受控于走滑断裂注入寒武系高矿化度、富镁地层水和油气,以及沿I号断裂运移的贫硫化氢干气稀释作用。

硫氧同位素在识别辛安泉域岩溶水SO_(4)^(2-)来源中的应用

硫酸盐超标是辛安泉域岩溶水水质恶化的主要现象之一。识别岩溶水中硫酸盐的来源对于全面理解岩溶水水文地球化学过程,合理开发利用和保护岩溶水资源具有重要意义。通过野外水文地质调查、水样采集和水化学同位素测试,采用硫氧双同位素示踪技术,分析识别了辛安泉域岩溶水中硫酸盐的物质来源。研究结果表明,泉域内岩溶水中的硫酸盐主要来源于石膏溶解、地表水渗漏和矿坑水入渗,且以石膏溶解和地表水渗漏混合居多。研究成果为辛安泉域岩溶水资源的保护与合理开发利用提供了重要的环境和水文地质学依据。

柳林泉域地表水与岩溶地下水的混合作用研究

研究岩溶水系统中地表水、地下水的混合作用对于岩溶地下水资源的合理开发利用和保护具有重要意义。在野外调查与取样分析的基础上,利用水文地球化学模拟技术和环境同位素示踪技术,研究了柳林泉域地表水与岩溶地下水的混合作用,计算了混合比例,并利用该比例估算了典型补给区的大气降水入渗补给量。结果表明:岩溶地下水由补给区向径流区、由径流区向排泄区流动的过程中,在地表河流渗漏带附近与入渗的地表水发生混合作用,地表水、地下水的混合比例分别约为3∶1和2∶3;在田家会上游的岩溶水补给区,大气降水多年平均入渗补给流量约为0.07 m3/s。

鄂西走马地区南华系大塘坡式锰矿床中硫同位素特征及其地质意义

近年来,鄂西走马地区发现了“大塘坡式”锰矿床,但是该区内锰矿的硫同位素相关研究尚未见报道。本文对鄂西走马地区的锰矿开展了详细的野外地质调查与钻孔岩心样品的硫同位素研究,结果表明:含锰岩系大塘坡组中黄铁矿δ34S值具有异常高值(33.7‰~46.2‰平均40.1‰)。但与贵州西溪堡、高地、湖南民乐、重庆小茶园、湖北古城等扬子地块周缘典型“大塘坡式”锰矿中黄铁矿δ34S值相比,研究区含锰岩系中黄铁矿δ34S值一般要低12‰~20‰,与黔东地区成锰盆地边缘相的黄铁矿δ34S数值相近,可能是研究区成锰盆地当时的水深比较浅,或者是位于一个大的成锰盆地的边缘相地带,导致水深较浅,含锰岩系厚度小,不利于走马地区大塘坡期大规模锰矿成矿。此外,研究区含锰岩系底部发育Sturtian盖帽碳酸盐岩(灰岩)等特征,也佐证研究区在大塘坡期为浅水沉积。

硫氧同位素示踪污染物来源在济南岩溶水中的应用

近年来,济南岩溶水硫酸盐浓度逐年升高,为了对硫酸盐污染区域实施有效的防治措施,保障饮用水安全,识别硫酸盐的污染来源极其重要。在系统分析研究区水文地质条件的基础上,根据实际的采样测试数据,采用硫、氧(S、O)双同位素示踪技术,分析识别了济南趵突泉泉域硫酸盐的主要污染来源,并通过Iso Source质量守恒模型,估算了硫酸盐各污染来源的贡献率。结果表明:泉域内硫酸盐主要污染来源有大气沉降、污水和土壤;大气沉降来源贡献率最大,均值达到53. 9%;其次是污水来源,均值为31%;土壤来源贡献率最小,均值为15. 1%。该研究为北方岩溶区地下水硫酸盐来源的定量研究提供了一种新方法,为济南趵突泉泉域硫酸盐污染防治提供了科学依据。

河南省舞钢—鲁山地区石墨矿碳硫同位素特征及成因分析

华北克拉通南缘是我国晶质石墨矿重要成矿带之一。本文对位于华北克拉通南缘的舞钢—鲁山地区石墨矿进行了详细的岩相学、微量元素地球化学和碳同位素等方面的研究,探讨石墨矿的形成古环境、碳质来源和成矿机制。结果表明,该区太华杂岩中的石墨矿以片麻岩型石墨矿为主,石墨片径大于0.287 mm(50目)平均占比85.50%,为大鳞片晶质石墨矿。对比华北克拉通孔兹岩系内片麻岩型石墨的δ^(13)C值中位数,该类型碳同位素由北向南逐步降低。研究区石墨矿床主要形成于古元古代晚期2.3~2.15 Ga,变质程度为高角闪岩相,古沉积环境为富氧的海陆交互相,古水体盐度主要为咸水。石墨碳同位素组成相对稳定(δ^(13)C_(V-PDB)=-20.68‰~-28.41‰),是富含原生生物有机质在沉积富集后,变质过程中脱CH4热解为乙炔和氢,乙炔再裂解为单质碳和氢,有机物经变质结晶为石墨并聚集形成石墨矿床。石墨矿层较大的δ^(34)S波动(δ^(34)S_(V-CDT)=1.64‰~6.47‰)证明当时生物的硫呼吸已经开始,也支持了研究区石墨中碳主要来源于早期沉积物中有机质的结论。

酸雨对桂林枯水期岩溶地下水δ^(13)C_(DIC)及碳汇效应的影响

定量评价硫酸对岩溶碳汇效应的影响有助于提高岩石风化碳汇通量估算精度,对当前全球气候变化研究意义重大.选取受酸雨影响的桂林岩溶区为研究对象,在枯水期对研究区14个岩溶大泉和15条地下河水化学成分和碳同位素进行了测试分析,结果表明:岩溶大泉和地下河中阳离子以Mg2+和Ca2+为主,阴离子以HCO3-为主,分别占阳离子和阴离子组成的90%以上,SO42-含量较低,其含量范围为0.004~0.213mmol/L;所占阴离子组成比例为0.12%~6.11%;δ13CDIC、[Ca2++Mg2+]/[HCO3-]更偏向于碳酸溶解端元,离硫酸溶解端元距离远,证实硫酸参与碳酸盐岩的溶解对地下水无机碳(dissolved inorganic carbon,简称DIC)及δ13CDIC的影响有限;与Sr2+/Ca2+值一样,δ13CDIC主要受径流条件控制,其大小可以反映地下水径流条件的强弱.利用化学计量关系计算出由硫酸溶蚀碳酸盐岩的平均比例为22.64%,产生的DIC(HCO3-H2SO4)占总DIC的平均比例为13.04%,碳酸产生的DIC(HCO3-H2CO3)占地下水总DIC的比例为86.96%,其中来源于土壤大气中的HCO3-比例为43.48%.因此,扣除硫酸对地下水中DIC的贡献后,岩溶碳汇效应将减少13.04%.

许家沟泉域岩溶地下水硫同位素特征及硫酸盐来源解析

硫酸对碳酸盐岩的溶蚀作用影响着岩溶碳汇效应,确定其分布特征及来源对估算区域岩溶碳汇量至关重要。北方太行山前岩溶泉域地下水中的硫酸盐受多因素影响,其来源及控制机制尚不清晰。为此以许家沟岩溶泉域为研究对象,利用水化学和硫氧双同位素示踪技术,分析了硫酸盐和δ^(18)O_(SO4)、δ^(34)S_(SO4)值的分布特征,解析了硫酸盐的来源,并借助IsoSource软件量化了各来源的贡献率。结果表明:泉域岩溶地下水硫酸盐含量为4.17~129.24mg·L^(-1),平均值为27.55mg·L^(-1),从裸露区到深埋区硫酸盐含量呈增大趋势;δ^(18)O_(SO4)、δ^(34)S_(SO4)值分别为4.95~7.64‰、3.60~14.02‰,平均值为6.12‰和7.27‰,δ^(18)O_(SO4)值变化不大,而δ^(34)S_(SO4)值与硫酸盐含量具有相同的变化规律,从裸露区至深埋区呈增大趋势;泉域岩溶地下水硫酸盐来源于硫化物氧化、大气降水和石膏溶解,在不同区域内它们的贡献率有所不同,平均贡献率分别为63.52%、23.46%和13.01%。研究结果可为准确评估泉域的碳汇效应提供数据支持。