新疆霍城县水环境同位素特征及其指示作用

在分析研究区水文地质条件基础上,根据同位素测试结果,重点分析了地下水、泉水及地表水氢氧稳定同位素和氚同位素的分布特征.潜水δD变化范围为-87.71 ～-75.40‰,δ18 O为-12.80～-10.91‰.承压水δD为-90.44～-65.57‰,δ18O为-13.08～-8.17‰.地下水氚浓度主要集中在15 ～ 30TU范围内,绝大部分地下水为1953年以前所补给.地下水与地表水均起源于当地大气降水.潜水与承压水水力联系较强,潜水与承压水属于同一含水系统,在开发过程中要十分注重保护这一含水系统,防止过度开发导致含水系统遭到破坏.     

闪电河流域“三水”季节变化特征

分析水体中氢(H)、氧(O)稳定同位素(δD、δ~(18)O)的变化,可以判断出不同水体的变化特征及相互关系。通过2014年5、8、10月对内蒙古正蓝旗境内闪电河流域地表水、浅层地下水及大气降水等样品的连续采集,得到地表水样21个、地下水样69个、大气降水样21个,在对"三水"样品δD、δ~(18)O值测试分析的基础,进一步讨论了"三水"变化特征及相互关系,结果显示:1闪电河流域"大气降水线"表达式为:δD=8.01δ~(18)O+6.83‰(r=0.962 1),反映了研究区蒸发量远大于降水量的气候特征。而不同月份d(氘盈余参数)出现差异,降水最多的8月d值最低,降水最少的10月d值最高,显示了大气降水次数或强度对二次蒸发作用产生了一定程度的影响。2闪电河流域地下水与地表水中δD、δ~(18)O值,不仅位于"大气降水线"之下,而且不同月份地表水与地下水中δD、δ~(18)O值的变化区间也出现差异。5月,各断面地下水与地表水中δD、δ~(18)O值差异不大,说明地下水与地表水得到充分混合;8月和10月,地表水中δD、δ~(18)O值比地下水明显偏重且各断面中大气降水所占比例较高,显示了大气降水过程对地表水H、O同位素变化的影响。此外,闪电河流域自上游到下游地表水中δD、δ~(18)O值在8月相近,而在10月逐渐出现偏大,指示了10月强烈蒸发作用对地表水中δD、δ~(18)O值变化的影响。     

新疆铁门关市域地下水氢氧稳定同位素特征分析

文中通过采集代表性的地下水样品60组及地表水样品12组，采用对比分析方法，分析了新疆铁门关市地下水稳定同位素特征及氘盈余值，并结合水化学特征，讨论了铁门关市域范围地下水的补给来源。结果表明：区内地下水补给来源主要为大气降水，且经历了较强烈的蒸发作用。北部冲洪积砾质平原区地下水主要受低山区降水及冰雪融水补给，南部细土平原区受人类活动影响较强，浅层地下水主要接受灌溉入渗补给。沿地下水流向，蒸发作用逐渐增强，d值逐渐减小，浅层地下水咸化加剧。文中研究为铁门关市地下水循环演化规律、地下水资源调查以及合理开发利用提供了科学依据，且具有一定区域特色。     

内蒙古东乌旗地区地下水水文地球化学

以内蒙古东乌旗地区为例,分析地下水化学成分、同位素D,18O和3H以及铀、氡元素含量,研究干旱地区地下水水化学类型、成因、年龄和放射性环境问题。结果表明:①东乌旗地区地下水类型有HCO3-Na型,主要为氧化环境的潜水;SO4.Cl.HCO3-Na、SO4.Cl-Na型,主要为氧化-还原环境混合成因承压水;Cl-Na,Cl.SO4-Na型,为还原环境水化学特征;②同位素D,18O组成特征表明,地下水来自大气降水渗入补给,又表现出不同于大气降水中D,18O的差异性;③放射性同位素3H显示裂隙水、层间承压水可能主要来源于20世纪60年代以前,潜水主要是近期降水结果;④地下水存在一定的放射性危害,作为饮用水水源的砂岩含水层水,应加强对生活水源铀、氡含量检测;⑤地下水中的氡具有两面性。     

基于环境同位素的陇东盆地地下水分析

目前同位素技术在水文水资源领域应用非常广泛,也取得了较大的成果,研究地下水同位素对于有效开发利用水资源和预测地下水环境的变化具有重要的意义.根据陇东盆地同位素测试结果,分析盆地地下水同位素分布特征,追溯地下水的来源及运移过程.结果发现:陇东盆地地下水均来源于大气降水,地下水循环具有浅层循环与深层循环两种模式.浅层地下水积极参与现代水循环,可更新能力较强,地貌对地下水径流控制作用明显.深层地下水为古地质时期补给形成的,水交替径流缓慢,可更新能力弱,地下水径流受地质构造控制,从向斜两翼向核部汇集在盆地中部排泄于河流基准排泄面.     

应用环境同位素识别松嫩平原西南部地下水的补给来源

识别地下水的补给来源是进行合理开发利用与科学管理地下水资源的重要前提.文中根据松嫩平原月大气降水同位素数据,建立了当地大气降水线方程δD =7.29 δ18O-0.81‰;通过分析研究区内110件地下水样品的环境同位素(2H、18O、3H)特征以及结合区域水文地质条件,识别出了研究区地下水的补给来源.结果表明:第四系潜水补给来源以当地降水为主,受蒸发作用影响强烈;第四系承压水补给来源有两种途径,一种是山前平原的侧向补给(降水来源)或上层第四系潜水的渗透补给;另一种可能是δ18O值更为贫化的山区降水入渗所形成的侧向补给.新近系泰康组与大安组承压水的补给来源为历史时期的古降水,其水汽来源特征与现今相比更加湿润.     

内蒙古中部夏季大气降水中同位素变化

大气降水中稳定同位素(δD、δ~(18)O)含量变化及相互关系是分析大气降水过程潜在影响因素的重要指标之一。通过采集内蒙古中部地区呼和浩特市、锡林郭勒盟正蓝旗和赤峰市克什克腾旗达里诺尔湖等区域的夏季大气降水样品,进行了δD、δ~(18)O值测试,同时结合包头市大气降水同位素测试结果,进行了区域大气降水变化特征对比分析,结果显示:(1)内蒙古中部4个区域"大气水线"间存在明显差异,表明区域大气降水的水汽来源并不一致,同时叠加区域蒸发作用的影响,使得内蒙古中西部地区的包头市"大气水线"的斜率(5.84)和截距(-8.88)较低,而位于东南部的达里诺尔湖区域"大气水线"的斜率(8.26)和截距(7.21)较高,最接近全球或全国"大气水线";(2)内蒙古中部地区的大气降水同位素组成主要受到降水过程及区域强烈蒸发作用的影响。夏季不同月份大气降水中d值出现明显波动,显示不同月份大气降水同位素组成的主要影响因素存在差异:7月的大气降水量占夏季降水总量的比例最高,受季风降水影响作用最强烈,同时d值最低,说明降水过程对降水同位素组成的影响作用可能超过了蒸发作用的影响;6、9月降水量相对减少,而d值相对较高,显示蒸发作用的影响较强。     

氢氧稳定同位素对达里湖水体蒸发与补给来源的指示作用

为了研究稳定同位素质量平衡法在寒旱区封闭型内陆湖泊水量平衡计算中的适用性,以内蒙古高原达里湖作为研究区域,基于流域水体样品中氢氧稳定同位素(δD、δ~(18)O)特征分析,讨论了δD、δ~(18)O对水体蒸发和补给来源的指示作用。结果表明:夏季达里湖水体氢氧稳定同位素值不断减小,其主要受到降水过程的影响;冬季结冰过程使得氢氧同位素在冰体中富集。达里湖湖水δ~(18)O-δD关系点落在了当地大气降水线的右下方,显示湖区水体蒸发最为强烈;部分河水和地下水δ~(18)O-δD关系点落在当地大气降水线左上方,显示当地大气降水并非其地下水的主要补给来源。利用稳定同位素质量平衡法对2018年达里湖蒸发量和地下水补给量进行估算,结果显示年蒸发量约为2.69×10~8m~3,全年地下水补给量约为1.65×10~8m~3。在考虑动力分馏和初始水体同位素组成的条件下,利用水体稳定同位素分馏过程中δD与剩余水体比例的关系,计算得到达里湖湖水蒸发损失量约为初始水体的41%～46%。     

喀什噶尔河流域平原区深层承压水咸化机理研究

为了解新疆喀什噶尔河流域平原区深层承压水咸化情况,于2016年6—11月采集13组深层承压水样品进行水化学（K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、HCO^-₂3、CO^2-₂3、SO^2-₂4、Cl^-和TDS）及氢氧稳定同位素测试,运用数理统计、相关性分析、Piper三线图、矿物饱和指数法揭示研究区深层承压水咸化主要机理。结果表明：研究区深层承压水趋于咸化,淡水、微咸水、咸水的比例分别为46.1%、23.1%、30.8%;研究区深层承压水补给来源主要为大气降水,氢稳定同位素（δD）变化范围为-92.7‰~-58.2‰,平均值为-76.9‰,氧稳定同位素（δ¹⁸O）变化范围为-12.8‰~-7.8‰,平均值为-10.6‰;地下水氘盈余值（d）变化范围为-1.50‰~18.70‰,平均值为7.68‰。地下水的咸化受水岩相互作用影响,其中地下水阳离子交换作用明显,溶滤作用是地下水咸化的主要影响因素。     

喀什河流域降水同位素特征及水汽来源分析

利用喀什河流域山区2017-07—2018-06大气降水同位素数据,以及流域山区温度、降水气象资料,分析了降水中δ18O、δD和氘盈余(d-excess)变化特征,讨论了δ18O与气温、降水量的关系,通过利用HYSPLI模型追踪分析流域山区大气降水的水汽来源。结果表明:(1)流域内降水中δ18O季节变化明显,夏季δ18O同位素富集,冬季δ18O同位素贫化。(2)不同降水类型中δ18O、δD的关系差异明显,夏季δD蒸发分馏大于δ18O、降雨大气降水线斜率及截距较小;冬季δD蒸发分馏明显减弱,降雪大气降水线斜率及截距较大。(3)流域内大气降水同位素存在明显的温度效应,但是降水量效应不显著。(4)流域内大气降水水汽主要来源于大西洋,受水汽远距离输送,途中加入较多二次蒸发水汽的影响,氘盈余值(d-excess)整体上偏大,但是2月氘盈余偏低,与受北极气团源地温度低、空气湿度大、水汽输送路径短影响有关。(5)该流域夏季降水主要来源于西风环流和局地再循环水汽,冬季则受西风环流和北极气团共同影响,大西洋水汽形成的降水占研究区总降水量的68.6%,局地再循环水汽占17.1%,北冰洋水汽形成的降水占研究区总降水量的14.3%。     

中国西北中小型盆地天然地下水水化学特征——以公婆泉盆地为例

研究分析干旱气候条件下甘肃北山公婆泉盆地天然地下水水化学成分特征,结合水文地质条件与水化学特征Piper三线图表明:研究区存在4种类型地下水,白垩系深层水中钙镁离子含量相对高于其他类型水.地下水氚同位素结合水化学特征较好地区分了水源点的水文地质属性.氢氧同位素表明,该区地下水来源于大气降水,第四系浅层水受到强烈的蒸发作用,发生了一定程度的氧漂移,并影响"混合水"的同位素组成.最后分析了地下水主要离子的来源,以及地下水形成过程中所受到的溶滤、沉积和蒸发等水文地球化学作用.     

乌鲁木齐地区大气降水中δD和δ18O的变化特征

本文研究了乌鲁木齐地区近17年(1986—2002)大气降水的氢氧同位素组成,提出了大气降水线方程为δD=7.21δ18O+4.50,并与全国及全球降水线方程进行对比,揭示了该降水线方程的特征。研究表明,乌鲁木齐水分来源复杂,主要是西风带输送的海洋水汽和局地的蒸发,大气降水的加权平均18O与月平均气温相关关系显著,与雨量效应(降水量效应)较相关,降水中温度效应明显,且在一定时期很大程度上其影响掩盖了雨量效应。乌鲁木齐降水中δ18O的季节变化与温度的季节变化几乎一致,温度是制约降水中稳定同位素变化的主要影响因子。     

滹沱河冲积平原浅层地下水有机污染研究

地下水是滹沱河冲积平原主要工农业及生活用水水源,地下水污染程度直接影响到区内居民的健康状况。为阐明人类活动影响下浅层地下水有机污染状况,以滹沱河冲积平原为重点研究区,采集了大量地下水样品进行测试分析。结果表明:区内浅层地下水已经受到有机污染威胁,主要检出有机组分为卤代烃类和氯代苯类,其中三氯甲烷检出率高达14.02%;有机物超标样品较少,但是超标浓度较高,主要超标组分为四氯化碳。利用EPI Suite软件计算可知高检出组分GUS值均较高,有较高的一致性。由于有机物的高毒理性,研究区内有机污染已经不容忽视。     

西藏雨季主要水体氢、氧同位素特征

通过对2014年雨季西藏境内63处水体中δD和δ~(18)O值的测定,分析其中氢、氧稳定同位素组成特征。结果表明:水体δD和δ~(18)O的取值范围分别为-152.06‰~-19.05‰和-16.96‰~4.66‰,δD较δ~(18)O的标准差大,平均值分别为-101.38‰和-9.67‰;3种水体的δD和δ~(18)O值关系为湖泊δD相对河流δD富集,河流δD相对沼泽δD富集,湖泊δ~(18)O相对河流δ~(18)O和沼泽δ~(18)O富集,河流δ~(18)O和沼泽δ~(18)O无差异;蒸发趋势方程分别为δD湖泊=6.14δ~(18)O-45.48(n=22,R2=0.855),δD河流=7.83δ~(18)O-26.22(n=32,R2=0.858),δD沼泽=5.93δ~(18)O-52(n=9,R2=0.723),河流相比湖泊和沼泽水体的δD与δ~(18)O更易受大气降水的影响;氘过量参数特征为湖泊-79‰~-17‰,河流-40‰~-5‰,湿地沼泽-34‰~-7‰,表现出蒸发强烈的水体特征;沼泽水体δ~(18)O与纬度的一元线性回归方程为y=1.67x-63.23。     

鄂尔多斯高原潜水同位素特征及其成因分析

西北干旱半干旱区地下水的补给来源和方式仍没有统一的认识。通过对比鄂尔多斯高原不同水体氢氧稳定同位素特征,发现鄂尔多斯高原潜水的δD、δ~(18)O平均值(-71.75‰,-9.64‰)相对于当地降水均值(-65.00‰,-8.79‰)偏负。通过综合分析区内气候特点、地下水补给方式、潜水位动态等方面因素,认为潜水δD、δ~(18)O偏负现象与干旱地区降水的雨量效应和季节性冻土冻融作用下降水入渗补给地下水过程有关。δD、δ~(18)O值偏负的大降水补给地下水的能力较强,可能使潜水δD、δ~(18)O值偏负;冻土冻融条件下δD、δ~(18)O值偏负的冬季降水有效入渗补给能力较强,是潜水δD、δ~(18)O值偏负的另一可能原因。研究表明,利用氢氧稳定同位素研究干旱半干旱区地下水的补给来源和方式,需要考虑不同降水条件及冻土冻融作用下地下水补给能力的差异及其对地下水同位素组成的影响。     

Evaporative enrichment of stable isotopes(δ~(18)O and δD) in lake water and the relation to lake-level change of Lake Qinghai,Northeast Tibetan Plateau of China

Stable isotopic compositions(δ18O and δD) have been utilized as a useful indicator for evaluating the current and historical climatic and environmental changes. Therefore, it is vital to understand the relationship between the stable isotopic contents in lake water and the variations of lake level, particularly in Lake Qinghai, China. In this study, we analyzed the variations of isotope compositions(δ18O, δD and d-excess) in lake water and precipitation by using the samples that were collected from Lake Qinghai region during the period from 2009 to 2012. The results showed that the average isotopic contents of δ18O and δD in lake water were higher than those in precipitation, which were contrary to the variations of d-excess. The linear regression correlations between δ18O and δD in lake water and precipitation showed that the local evaporative line(LEL) in lake water(δD=5.88δ18O–2.41) deviated significantly from the local meteoric water line(LMWL) in precipitation(δD=8.26δ18O+16.91), indicating that evaporative enrichment had a significant impact on isotopic contents in lake water. Moreover, we also quantified the E/I ratio(evaporation-to-input ratio) in Lake Qinghai based on the lake water isotopic enrichment model derived from the Rayleigh equation. The changes of E/I ratios(ranging from 0.29 to 0.36 between 2009 and 2012) clearly revealed the shifts of lake levels in Lake Qinghai in recent years. The average E/I ratio of 0.40 reflected that water budget in Lake Qinghai was positive, and consistent with the rising lake levels and the increasing lake areas in many lakes of the Tibetan Plateau. These findings provide some evidences for studying the hydrological balance or water budget by using δ18O values of lake sedimentary materials and contribute to the reconstruction of paleolake water level and paleoclimate from an isotopic enrichment model in Lake Qinghai.     

Spatial distribution of δ~2H and δ~18O values in the hydrologic cycle of the Nile Basin

Existing δ2H and δ18O values for precipitation and surface water in the Nile Basin were used to analyze precipitation inputs and the influence of evaporation on the isotopic signal of the Nile River and its tributaries. The goal of the data analysis was to better understand basin processes that influence seasonal streamflow for the source waters of the Nile River, because climate and hydrologic models have continued to produce high uncertainty in the prediction of precipitation and streamflow in the Nile Basin. An evaluation of differences in precipitation δ2H and δ18O values through linear regression and distribution analysis indicate variation by region and season in the isotopic signal of precipitation across the Nile Basin. The White Nile Basin receives precipitation with a more depleted isotopic signal compared to the Blue Nile Basin. The hot temperatures of the Sahelian spring produce a greater evaporation signal in the precipitation isotope distribution compared to precipitation in the Sahara/Mediterranean region, which can be influenced by storms moving in from the Mediterranean Sea. The larger evaporative effect is reversed for the two regions in summer because of the cooling of the Sahel from inflow of Indian Ocean monsoon moisture that predominantly influences the climate of the Blue Nile Basin. The regional precipitation isotopic signals convey to each region's streamflow, which is further modified by additional evaporation according to the local climate. Isotope ratios for White Nile streamflow are significantly altered by evaporation in the Sudd, but this isotopic signal is minimized for streamflow in the Nile River during the winter, spring and summer seasons because of the flow dominance of the Blue Nile. During fall, the contribution from the White Nile may exceed that of the Blue Nile, and the heavier isotopic signal of the White Nile becomes apparent. The variation in climatic conditions of the Nile River Basin provides a means of identifying mechanistic processes through changes in isotope ratios of hydrogen and oxygen, which have utility for separating precipitation origin and the effect of evaporation during seasonal periods. The existing isotope record for precipitation and streamflow in the Nile Basin can be used to evaluate predicted streamflow in the Nile River from a changing climate that is expected to induce further changes in precipitation patterns across the Nile Basin.     

亚洲中部高山降水稳定同位素空间分布特征

为了揭示中亚高山地区大气降水稳定同位素的时空分布特征,开展不同尺度下干旱区水文循环的研究,分析了亚洲中部天山、昆仑山、祁连山地区18个站点的降水氢氧稳定同位素资料。结果表明:天山、昆仑山和祁连山地区降水稳定同位素季节变化较为明显,表现出夏半年高、冬半年低的变化趋势。3个地区降水稳定同位素的空间分布也呈现出显著的季节差异。除昆仑山外,天山和祁连山大气降水线方程的斜率均低于全球大气降水线,说明这些地区的降水受到较强的蒸发影响。研究区各站点降水稳定同位素均呈显著的温度效应,区域内降水量效应不明显。春、夏季昆仑山地区3站点的降水δ^18O高程效应较明显,降水δ^18O随海拔上升而降低,其余地区没有明显的高程效应。除昆仑山地区西合休外,亚洲高山地区氘盈余(d值)总体表现出冬半年高,夏半年低的变化趋势。     

包头地区大气降水δD和δ~(18)O变化特征浅析

大气降水中氢氧稳定同位素包含着水循环演化过程中的历史信息,对揭示水资源的形成及演化机制具有重要的意义。文中根据包头站大气降水中稳定同位素和气象资料,分析了包头地区(1986-1992年)大气降水的氢氧稳定同位素的变化特征及其与气温和降水之间的关系,发现该区氘盈余值(d)具有冬季高夏季低的特点,且d值接近全球大部分地区降水的d值(10‰)。该区大气降水中δ18O值具有夏季高冬季低,δ18O的温度效应显著,而降水量效应只在夏半年(4-9月)间显著。同时提出了包头地区当地大气降水线方程为δD=6.4δ18O-4.07,与全国及全球降水线方程相比,反映出干旱的气候特征。     

Origin and circulation of saline springs in the Kuqa Basin of the Tarim Basin,Northwest China

It is widely accepted that hydrogeochemistry of saline springs is extremely important to understand the water circulation and evolution of saline basins and to evaluate the potential of potassium-rich evaporites.The Kuqa Basin,located in the northern part of the Tarim Basin in Northwest China,is a saline basin regarded as the most potential potash-seeking area.However,the origin and water circulation processes of saline springs have yet to be fully characterized in this saline basin.In this study,a total of 30 saline spring samples and 11 river water samples were collected from the Qiulitage Structural Belt(QSB)of the Kuqa Basin.They were analyzed for major(K^+,Ca2^+,Na^+,Mg2^+,SO42-,Cl-and HCO3-)and trace(Sr2^+and Br-)ion concentrations,stable H-O-Sr isotopes and tritium concentrations in combination with previously published hydrogeochemical and isotopic(H-O)data in the same area.It is found that the water chemical type of saline springs in the study area belonged to the Na-Cl type,and that of river water belonged to the Ca-Mg-HCO3-SO4 type.The total dissolved solid(TDS)of saline springs in the QSB ranged from 117.77 to 314.92 g/L,reaching the brine level.On the basis of the general chemical compositions and the characteristics of the stable H-O-Sr isotopes of saline springs,we infer that those saline springs mainly originated from precipitation following river water recharging.In addition,we found that saline springs were not formed by evapo-concentration because it is unlikely that the high chloride concentration of saline springs resulted in evapo-concentration and high salinity.Therefore,we conclude that saline spring water may have experienced intense evapo-concentration before dissolving the salty minerals or after returning to the surface.The results show that the origin of salinity was mainly dominated by dissolving salty minerals due to the river water and/or precipitation that passed through the halite-rich stratum.Moreover,there are two possible origins of saline springs in the QSB:one is the infiltration of the meteoric water(river water),which then circulates deep into the earth,wherein it dissolves salty minerals,travels along the fault and returns to the surface;another is the mixture of formation water,or the mixture of seawater or marine evaporate sources and its subsequent discharge to the surface under fault conditions.Our findings provide new insight into the possible saltwater circulation and evolution of saline basins in the Tarim Basin.