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。

青藏高原西北部班公湖流域夏季主要水体H-O同位素组成及其影响因素

作为高寒内陆区的青藏高原西北部班公湖流域水文数据资料较为匮乏,导致对区域水循环过程和气候环境的认识不够深入,氢氧稳定同位素示踪技术可为解决该问题提供理想途径。本文系统分析班公湖流域夏季含湖水、河水、冰川融水和地下水4种不同类型的水体中氢氧同位素的组成,阐释水体氢氧同位素、氘盈余参数沿程变化的特征及其与水体矿化度、高程、经纬度和全球大气降雨线之间的关系,并进一步剖析同位素组成变化的控制因素。结果显示,水体中δ^(2)H和δ^(18)O的波动范围分别为-112.37‰~-24.90‰和-14.84‰~2.01‰,平均值及标准差分别为-76.73‰±26.49‰和-8.43‰±5.24‰。湖水δ^(2)H和δ^(18)O相对其他水体富集,测定结果更偏正值,冰川融水δ^(2)H和δ^(18)O相对其他水体更为贫化。流域水体氢氧同位素的大陆效应总体不明显,部分水体有一定高程效应体现。水体氢氧同位素演化趋势表明,冰川融水与全球大气水线接近,易受大气降雨影响。同时其他水体线的较小截距和斜率值,表明大气降雨不是这些水体的直接补给源。河流沿程的水体δ^(2)H和δ^(18)O呈递增趋势,越远离冰川融水补给端的河水和湖水值越偏正,反映强蒸发的特点。水体氘盈余参数及其与矿化度之间的关系也指示蒸发作用是影响该区域水体氢氧同位素变化的主要因素。

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。

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。

用氢氧稳定同位素评价闽江河口区地下水输入

通过分析闽江河口区降水、地表水和地下水的氢氧稳定同位素特征,揭示降水的环境同位素效应和地下水的形成演化规律,定量评价河口区多种水体的混合过程及地下水输入量。夏季的降水氢氧同位素组成相对贫化,呈现出降雨量效应。在δ18O与δD关系图上,闽江北岸基岩裂隙水、平原及丘陵区浅层地下水均落在福州降水线上,而南岸平原及丘陵区浅层地下水大部分落在福州降水线右下方,其拟合线与降水线交点与5～9月农灌期降水氢氧同位素加权值接近,表明北岸地下水主要来自降水补给,而南岸地下水同时接受灌溉水和降水补给,并在入渗过程中经历了不同程度的蒸发作用。闽江河口段除接受两岸地下水补给外,局部河段还接受断裂带裂隙水补给。将线性端元混合模型、数字高程模型和地下水文分析法结合起来定量评价地下水的输入和各水体的混合过程,结果显示,在河口段淡水区,地下水混合比率上限为8.8%,其中包括0.4%的断裂带裂隙水;在河口段淡咸水混合区,淡水(河水、地下水)和海水的混合比为53∶47,其中地下水的保守混合比率为1.7%;枯水期闽江河口段地下水保守输入量为87.0 m3/s,是闽江径流量的12.8%。

青海湖流域高寒草甸壤中流水分来源研究

通过对青海湖流域高寒草甸壤中流水分来源进行研究,以期揭示青海湖流域高寒草甸系统壤中流的产流机制。收集了大气降水、土壤水和壤中流中δ^(18)O和δD及实测降水数据,对比分析了大气降水、土壤水和壤中流的氢氧同位素特征,并使用了二源线性混合模型对壤中流进行了产流来源计算。结果表明:青海湖高寒草甸分布区大气降水线(LMWL)的斜率和截距均高于全球大气降水线(GMWL),降水较多的月份δ^(18)O、d-excess值较低;壤中流的水分来源与地形及其土壤深度密切相关,具体表现为:(1)壤中流在坡下土壤上层(0—40cm)和下层(40—80cm)产流氢氧同位素值相对聚集,并具有较明显的蒸发富集特征,表明该部分壤中流多源于降雨前储存于土壤中的水分,雨前土壤水对于壤中流在坡下土壤上层(0—40cm)和下层(40—80cm)产流的平均贡献率为85.88%和83.48%;(2)坡中壤中流水分来源因土壤深度而异,雨前土壤水对壤中流在坡中土壤下层(40—80cm)产流的平均贡献率为57.59%,表明大气降水和雨前土壤水贡献相当;壤中流在坡中土壤上层(0—40cm)产流与当地大气降水的季节变动基本一致,雨前土壤水对该层壤中流产流的平均贡献率为39.90%,表明其主要受到大气降水的驱动,与坡中金露梅灌丛根系和土壤孔隙分布有关。同时,随着雨前含水量、降水量和降水特征的不同,雨前土壤水和大气降水对于壤中流的贡献特征也会发生变化。

淮南煤田潘谢矿区深层地下水氢氧同位素特征分析

从淮南煤田潘谢矿区采集了不同水体(大气降水、地表河水、太原组灰岩水、奥陶系灰岩水和寒武系灰岩水)样品34个,进行溶解性总固体(TDS),δD和δ18 O的测试,分析了不同水体的氢氧同位素组成特征及其成因.结果表明:不同的蒸发斜率以及氘盈余表明潘谢矿区多个灰岩含水层的蒸发作用以及地下水滞留时间的差异.太原组灰岩水与地表水(河流)水力联系相对于奥陶系灰岩水更强,灰岩水(石炭系、奥陶系、寒武系的碳酸盐岩裂隙岩溶水)的同位素组成特征可能因为浅层水与深部地下水的混合.水岩作用等原因导致灰岩含水层表现出了不同程度的氢氧同位素漂移.

北京地区地热水氘过量参数特征分析

文章通过80组不同地热田的样品,分析总结了北京地区地热水资源氘过量参数的特征:(1)地热水的平均δ值为5.4,常温地下水的平均d值为6.04,热水的d值与氚值都较低,水岩作用所导致的氧同位素交换比冷水更容易进行;(2)地下热水的氢和氧同位素组成具有明显的热交换趋势,d值随地下水年龄增大而递增,当地热水年龄为(12.76±0.13)ka时,d值为11.2,而当地热水年龄为(38.96±0.63)ka,d值为14.6;(3)在同一地区,d值随着地下水埋深加大而减小,埋深为125.13 m时d值为5.72,埋深为3221 m时,d值为3.03;(4)从补给源到排泄区,地下水的d值应逐渐降低,其中北部补给区平均d值为7.31,北京断陷盆地平均d值为5.68,南部凤河营地区仅为-9.20;补给源区与排泄区水的d的差值越大,地下水的运动速度越慢;(5)当Eh小于200 m V时,北京地区地下热水的d值随着Eh值的降低而减少,如在桐热-7中,氧化还原电位为-326 m V,d值为-9.20,而在TR-43中氧化还原电位为158 m V,d值为7.48;当Eh大于200 m V时,地下热水的d值随着Eh值的降低而增加,但增幅较小。

外源地下水补给二连浩特盆地

为了查明二连浩特地下水的补给来源,采用同位素地球化学分析方法,研究了二连浩特地区的大气降水、地表水、土壤水与地下水之间的转化关系。结果表明:土壤含水率在蒸发作用下长期处于亏缺状态,入渗降水不足以改变土壤含水亏损状态;土壤水的氘氧值相比大气降水贫化,将土壤水、地下水和当地降水的氘氧同位素比较发现,土壤水主要来自于地下水补给;西藏羌塘盆地的降水氘氧关系与二连浩特地下水的氘氧关系相似,表明二连浩特盆地的地下水接受外源水补给;二连浩特盆地玄武岩喷发地区广泛分布着铁白云岩、红土、钙华、硅华、膏盐等矿物,矿物中的Fe、Mg、Ca、Si等元素,可能来自深循环地下水;铁白云岩与红土的形成,表明深循环地下水曾经历过了高温过程;外源水可能来自青藏高原河流或湖泊的渗漏水,深循环地下水通过火山熔岩管道补给二连浩特等火山玄武岩地区的地下水。根据地下水深循环原理,在二连浩特火山口附近打出了4口自流井,单井自流水量达到30 m^3/h。

基于氘盈余分析季节性降水对浅层地下水的补给——以鹰潭孙家农田小流域为例

本研究基于氢氧稳定性同位素技术，分析了2012年4月至2014年3月孙家农田小流域降水、灌溉水和地下水的氢氧同位素季节变化规律，并应用δD-δ18O关系图和氘盈余质量平衡法分别确定了研究区浅层地下水的主要补给来源和季节性降水对地下水补给的贡献率。结果表明，研究区大气降水线方程为：δD=8．49δ18O＋16．7m=110，R2=0．98）。降水中δD（-113．3‰～7．5‰）和δ18O（-14．9‰--0．9‰）季节性差异明显；地下水δD和δ18D（-45．3‰--40．4‰和-7．29‰---6．44‰）相对稳定；灌溉水δD和δ18O分别介于-66．2‰--28．39‰和-9．17‰--5．00‰，变化范围小于降水，大于地下水。在δD-δ18O关系图中，地下水各水样点主要分布在当地大气降水线附近，说明地下水主要受大气降水补给。降水中氘盈余（dexcess）介于113‰～23．7‰，夏半年（4—9月）巩dexcess平均值（10．8‰）显著低于冬半年（10-3月）dexcess平均值（17．1‰）。地下水氘盈余相对稳定，介于8．75‰～14．9‰，平均值为11．9‰。通过氘盈余质量平衡法计算得出，夏半年降水对地下水的贡献率为83％，而冬半年的贡献仅有17％，表明季节性降水对地下水补给的贡献差异显著，夏半年降水对地下水补给具有主导性作用。

云南白水台雨水线及钙华δ^18O的季节和空间变化特征

通过对云南白水台地区大气降水的δ18O和δD分析,建立了该地区大气降水线,并通过对过量氘的季节性变化特征分析,发现白水台地区冬、夏季风期间降雨云团有不同的源区。对现代钙华δ18O的季节变化分析,发现钙华的氧同位素值与降雨量有着较好的线性负相关关系,这一发现为下一步利用古钙华的δ18O数据重建古降水量提供了基础。研究还发现,水中富含轻氧稳定同位素16O的H2O向大气蒸发以及富含轻氧稳定同位素16O的CO2向大气逸出,是下游方向钙华δ18O增加的主要原因。

环境同位素在邢台煤矿放水试验中的应用

根据氧－１８、氘、氚同位素在邢台煤矿放水试验中的变化规律，分析了奥灰水对大青水的影响程度、大青水的可能来源等，得出井田的３个水文地质单元富水地段以及补给源和补给强度。特别是用环境同位素方法进一步证实了该井田是一个３面阻水、北面进水的断块岩溶水区。为煤矿防治水提供了依据。

气相色谱法测定氘气中痕量的氧、氮

建立了测定高纯氘气中痕量氧、氮的气相色谱法。采用5A分子筛微填充石英毛细管色谱柱(30 m×0.32 mm×30μm),氦气作为载气,在50℃条件下对氘气中痕量氧、氮进行分离,以脉冲氦离子化检测器进行定性定量分析。建立的测定高纯氘气中微量氧、氮测定方法的精密度小于15%,最低检出浓度为0.5×10-6(mol/mol)。

四川黄龙降水氢、氧同位素对气候变化的指示意义

与全球大气降水线相比,黄龙大气降水线的斜率和常数项均较小,这与水滴在未饱和大气中降落时重同位素的蒸发富集作用有关,且反映了近几十年以来黄龙的气候有向暖干变化的趋势。降水稳定同位素的显著降水量效应说明黄龙降水的水汽主要来源于低纬度海洋。过剩氘的季节变化及降水氢、氧同位素的降水量效应反映了黄龙地区旱季受大陆性气团的影响,空气干燥,降水量小,因此蒸发强,重同位素的富集作用强,从而降水中稳定同位素比率高;在雨季,受来自海洋水汽的影响,空气湿润,降水量大,因此蒸发弱,重同位素的富集作用轻,从而降水中稳定同位素比率低。据此推测,降水量效应可能是不同水汽来源对降水稳定同位素影响的结果。黄龙的降水温度效应不显著,季风气候抑制和掩盖了温度效应。

中国西南季风区不同水体稳定同位素特征分析——以重庆市北碚区为例

通过对重庆市北碚区大气降水和马鞍溪上游龙滩子水库水的氢氧同位素进行的一个水文年(2014年)的样品采集监测,研究了降水与水库的水的氢氧同位素之间的变化特征和规律。结果表明:(1)北碚区大气降水线方程为δD=8.82δ^(18)O+18.97,r=0.99,n=101,P<0.01,δD、δ^(18)O相关性极为显著,该区大气降水线斜率和截距大于全球大气降水线和中国大气降水线,表明研究区主要受西南季风和东南季风双重影响所致;(2)大气降水中δD、δ^(18)O具有明显的季节变化,夏半年偏负,冬半年偏正;(3)大气降水中的δD、δ^(18)O与降水量及温度呈现负相关关系,降水量效应显著,并且该效应远远掩盖了温度效应;(4)水库中水的δD、δ^(18)O具有极好的相关性,其δD、δ^(18)O样点落干全球大气降水线和区域大气降水线附近,并且水库中水d的变化趋势与降水d基本一致,表明前者主要补给来源是降水,而水库中水的δD、δ^(18)O和d的变化幅度远远小于降水,表明前者不仅受降水补给,还受土壤水和地下水的补给。

氦气中氘、氧和氮气的气相色谱分析

反应堆在运行中由于空气的漏入及慢化剂重水辐解产物的生成,复盖气体He中会含有微量D2,O2,N2,CH4,CO和CO2等杂质。为确保反应堆正常运行需对He气中杂质进行监测。国外多用气相色谱法做常规分析,但需采用双柱甚至三柱切换,操作比较麻烦。本工作采用5A分子筛单柱分离-程序升温法,以He为载气将D2,O2,N2,CH4,CO和CO2六种杂质气体完全分离,并用标准曲线法对其中D2,O2和N2作出定量分析。

长江干流水体氢氧同位素空间分布特征

采用热转换元素分析同位素比值质谱法(TC/EA-IRMS)对重庆至上海段长江干流的氢氧同位素进行了监测,分析了该段长江水的氢氧同位素和氘过量参数的空间变化规律,并探讨了δ(18 O)和δ(D)与大气降水氢氧同位素的关系。结果表明:长江干流不同地段水体受补给来源、大陆效应、高程效应等因素影响,其水体氢氧同位素也呈现出不同的特征。沿径流方向长江干流水体的δ(18 O)和δ(D)沿程逐渐偏正。长江干流上游重庆至宜昌段的氘过量参数大部分小于全球大气降水线的氘过量参数10‰,且波动较大,达3.0‰～12.2‰,而长江中下游地区氘过量参数基本稳定在10‰左右。蒸发浓缩作用导致长江中下游周边湖泊水体的氢氧同位素较长江水体偏正。

三峡库区典型支流氢氧同位素时空分布特征研究

定量分析三峡水库支流库湾中水体组成,研究支流库湾水循环过程,有助于分析支流库湾的环境问题。对三峡水库内的草堂河及其毗邻干流进行了连续1 a的观测,分析了水体中氢氧同位素特征,阐述了在干支流相互作用下,三峡水库支流库湾的水团来源及其组成,探讨了三峡水库蓄水后支流库湾水循环的变化。研究表明:长江干流和支流库湾中δD/δ^(18)O与区域降水线十分接近,表明其水团主要来源为大气降水;同时长江和支流库湾中的氘盈余与建库前有明显不同,说明三峡水库蓄水之后长江干流和支流库湾水体组分发生了一定改变;支流库湾中水体混合比存在明显的时空变化,长江干流水团占的比例为76. 9%~99%。

重氧水分离级联中氘和氧18浓度分布及其影响

在水精馏法分离同位素的系统中,氘和氧18同时得到富集,情况比较复杂。为使该系统的模拟更加贴近实际情况,提出了一种可同时计算氘和氧18浓度分布及氧16/氧18分离系数的新方法。此方法将不同的水分子划分为四个集总,简化了复杂的同位素交换反应网络。然后利用ASPEN PLUS的反应精馏模块进行计算。对一个五塔级联的水精馏制氧18水系统的模拟计算表明,产品中氘浓度达到了70.7%,氧18浓度达到了98.0%。在最后一个精馏塔内,随着氘含量的增加,氧16/氧18分离系数-cal从接近-H216O/H218O变得更接近-D216O/D218O。

西安 咸阳地下热水氘过量参数研究

通过分析西安、咸阳地区地下热水的δ18O和δD同位素数据,研究了氘过量参数d的特征及水岩交换程度对d值分布的影响。结果表明:西安、咸阳地区浅层地下热水水岩作用不明显,深层地下热水水岩交换作用显著,发生氧漂移,咸阳部分水点发生较为明显的2H交换;含水层封闭性越好,地质环境越还原,水岩作用就越强,d值就越小;氧漂移愈偏离大气降水线,d值越小,埋深愈大,滞留时间愈长,矿化度愈大,地下热水温度越高。