四川石棉公益海温泉水文地球化学特征

利用水文地球化学数据建立温泉水文循环模型, 探讨温泉水文地球化学变化与地震的关系, 对中强地震短临流体异常判断具有重要的意义。 通过对石棉公益海温泉水常量元素、 微量元素和氢氧同位素以及锶同位素的测量, 探讨了该区域水文地球化学时空变化特征。 因此, 于2008年10月至2019年9月, 共对公益海温泉采集水样206个, 并对温泉水中离子组分和浓度, 温泉逸出气组分、 温泉气体同位素、 碳同位素和氢氧同位素含量进行测量。 分析结果表明: ① 公益海温泉主要为Na-HCO₃·Cl型水, δD、 δ¹⁸O同位素测值分别为-14.19‰~-14.83‰和-108.67‰~-110.47‰, 分布于大气降水线附近, 说明温泉水主要源于大气降水; ② 据SiO₂地温计计算热储温度约94.12℃, 循环深度约4.3 km, 表明大气降水入渗地下, 在热源加热后, 沿着断层和裂隙循环到地表, 形成温泉补给; 并且, 锶同位素和微量元素研究发现, ⁸⁷Sr和⁸⁶Sr主要来自硅酸盐类矿物, 微量元素含量较低, 水岩反应程度较弱; ③ 通过对研究区进行长时间连续观测发现, 在公益海周围300 km范围内的3个五级以上的地震使温泉水中常量元素的浓度, 分别出现了震前异常、 同震响应和震后效应。 推测这可能是因为公益海温泉位于公益海断裂和安宁河断裂的交会区, 推测周围的地震会触发公益海温泉水中的离子地球化学特征产生变化。 结合已有地质资料与公益海温泉水文地球化学数据, 建立公益海断裂带温泉水文循环模型, 这些对公益海断裂带周围未来中强地震短临流体异常判断具有重要的意义。     

甘肃东南地区温泉流体地球化学特征

根据氢、 氧、 氦同位素与水化学组分资料, 讨论了甘肃东南地区温泉水的来源、 地球化学变化及其与2008年汶川M_S8.0地震的关系。 测定结果表明: 样品的溶解性固体总量(TDS)范围为241.7~2 372.1 mg/L。 采集的7处温泉(通渭汤池河温泉、 清水地震台、 天水地震台、 武山地震台、 武山22号井、 成县地震台、 武都地震台)水样可归为四种化学类型: Na·Ca-SO₄、 Ca·Mg-SO₄、 Na-HCO₃·SO₄、 Ca·Mg-SO₄·HCO₃。 地下热水的化学类型与裂隙深度和围岩的岩性有关, 离子浓度和断裂深度基本成正相关。 通渭汤池河温泉和武都地震台的δ18O和δD值分别在-11.4‰ ~ -7.6‰和-85.7‰ ~ -57.1‰的范围内, 通渭汤池河温泉和武都地震台中³He/⁴He的值分别为0.4×10^-7和12.7×10^-7。 氢、 氧、 氦同位素组成特征表明温泉水源于大气降水, 在循环过程中经历了水岩反应, 且可能有地表水的混入。 2008年汶川M_S8.0地震发生后, 研究区域内温泉水中K⁺、 Ca²⁺含量总体上升, SO^2-₄、 Cl^-含量总体下降, Na⁺含量变化不明显; 热水循环深度受地震影响发生变化。 本文确定了甘肃东南地区温泉来源、 水化学类型成因及其与汶川M_S8.0地震的关系。     

依兰—伊通断裂北段地下水化学特征

在位于依兰—伊通断裂北段的4个地震流体观测站及其附近地区采集了19个水样,对水样的水化学组分及氢氧同位素组成进行分析,对该地区地下水类型及成因等地球化学特征进行了研究。结果表明：（1）取样点水温变化为8.5℃～23.4℃,水样的矿化度为32～568 mg/L,全部为低矿化度水;（2）水样分为10种化学类型,水-岩反应均未达到完全平衡;通河台井水属于部分平衡水,具有深部来源特征;（3）δD和δ¹⁸O值的分别为-100.24‰～-65.46‰和-13.47‰～-8.53‰,表明所测水样的补给源主要为大气降水。     

辽东南地区地下水化学时空变化

根据辽东南地区10处泉水、井水的水化学组分和氢、氧同位素组成,讨论了地下水的化学类型、成因及其动态变化特征.测得水样的TDS范围为105.38～809.05 mg·L-1,主要阳离子为Na+、Ca2+,主要阴离子为SO42-、HCO3-;δ18O和δD值分别为-9.25‰～-7.53‰和-66.43‰～-54.33‰.根据Piper分类法,所采水样可划分为9种水化学类型.样品的氢氧同位素组成表明,研究区泉/井水主要来源于大气降水,并有深部流体的混入.在花岗岩分布区,大气降水经水-岩相互作用演化成F-含量较高的SO4·HCO3-Na型、HCO3-Na型或SO4-Na型水,为花岗岩裂隙水的典型特征;金州的水样因受碳酸盐岩层影响和海水入侵形成Cl-Ca·Mg型水;砂砾岩中的长石类矿物水解和粘土矿物的离子交换作用使得Na+和Ca2+相对富集形成HCO3-Na·Ca型水.地震发生前后部分泉/井出现了K+、F-和Cl-离子浓度的异常变化,这可能是深部流体混入浅层地下水造成的.K+、Mg2+、Ca2+、Cl-离子浓度变化对辽宁地震活动的响应较好.研究结果可用于辽宁地区流体地球化学地震监测、预测和水环境研究.     

辽宁省地震监测站地下水化学类型及成因分析

通过测试辽宁省15个地震监测站泉水或井水的氢、氧同位素组成及主要离子组分含量,讨论了泉水或井水的化学类型及其成因.测得泉水或井水的δD和δ~(18)O值范围分别为-82.5‰--54.4‰和-11.4‰—-7.3‰,表明所测泉水和井水的主要来源为大气降水.研究区低温泉水为低矿化度的Ca-SO_4·HCO_3型或Ca-HCO_3·SO_4型;而较高温度的花岗岩裂隙水中溶解了较多的钠硅酸盐矿物,水化学类型主要为Na-HCO_3·SO_4型;碳酸盐岩及含砾砂岩含水层分别分布于辽宁省西部及中部地区,水温略低于高温花岗岩裂隙水,水化学类型为Na·Ca-HCO_3型.水中F~-含量较高,且F~-含量与温度、pH值、Na~+和HCO_3~-的浓度呈正相关,表明泉水或井水的化学类型是深部富CO_2流体及大气降水与花岗岩反应的结果.     

河套盆地周缘泉水化学组分对2015年4月15日阿左旗MS5.8地震的响应*

根据河套盆地周缘断裂带泉水的氢、氧同位素组成和水化学组分,讨论了该区地下水的化学类型、成因及其与地震活动的关系。于2014年9月下旬和2015年4月15日M_S5.8阿左旗地震震后在河套盆地周缘的乌拉山断裂带、色尔腾断裂带、狼山断裂带以及桌子山断裂带采集了17个泉水和井水样品,测得水样的TDS分布在143.8~42 553.0mg/L范围内,δD和δ¹⁸O值分别在-83.6‰~66.56‰和-11.16‰~8.2‰的范围内,来源为大气降水。根据舒卡列夫分类法,震前水样可划分为13种水化学类型,震后西山咀、圐圙朴隆等5个点采样点泉水的水化学类型发生变化。其中,乌拉山断裂带的水样以HCO₃-Ca型低矿化度地表水为主;色尔腾断裂带、狼山断裂带泉水受白垩系含水层影响,矿化度较高,富含HCO^-₃及SO^2-₄;桌子山一带受煤矿开采影响,水样以富SO^2-₄和Cl^-的高矿化度水为特征。地震前后TDS、阴、阳离子以及γNa/γCl、γ(SO₄+Cl)/γHCO₃、γHCO₃/γCl等毫克当量比值能够较好地反映地震。2015年4月15日阿左旗M_S5.8地震后,呼鲁斯太、迪延阿贵庙及八一井的水化学组成变化较大,对地震响应较为敏感。呼鲁斯太地区泉水的TDS稍有降低,但HCO^-₃在阴离子中所占比例有所增加,表明震后该地区含水层的泉水与较低矿化度的含碳酸盐岩含水层水发生了混合;八一井的TDS值有所增加,γNa/γCl比值有所降低,表明深部高矿化度水的混入;迪延阿贵庙水样的TDS稍有下降,但NaCl的相对含量较震前有所升高,表明有低矿化度NaCl水的混入。本工作不仅确定了该区水文地球化学背景,而且对地震监测和预测具有一定参考价值。     

云南宁洱—通关火山区温泉水文地球化学与地震短临前兆异常特征研究

温泉水文地球化学监测可以提供很好的地震短临前兆异常信息。通过采集云南宁洱—通关火山区8个温泉出露点的水样进行水化分析,研究了温泉水文地球化学变化与地震的关系。结果表明：(1)通关火山温泉有6种水化类型,分别是Na·Ca-HCO₃、Na·Cl-HCO₃、Na-HCO₃、Ca-HCO₃、Na·Ca-SO₄·HCO₃和Na·Ca-Cl·SO₄型。(2)δ¹⁸O和δD值分别为12.69%～-10.80‰和-89.2%～-81.5‰,表明研究区温泉水主要补给来源是大气降水,补给高程为2.0～2.7 km。(3)温泉的热储温度在81.7℃～86.3℃,热循环深度为1.1～1.3 km,其热源主要是地热增温及岩浆热。(4) 2020年云南绿春M_L4.4地震前,清平热水塘和西萨温泉的Na⁺、Cl^-、SO₄^2-浓度均出现不...     

大凉山断裂带温泉水文地球化学特征

2010—2021年对大凉山断裂带10个温泉开展采样,测定了15个水样中的常量元素和氢氧同位素,进行温泉水文地球化学特征研究,建立了温泉水文地球化学循环模型。研究结果表明：(1)δD、δ¹⁸O的测量值分别为-86.8%～-100.54%和-11.7%～-13.7%,分布于大气降水线附近,表明大凉山断裂带温泉水主要为大气降水补给,其补给高程为2.1～2.5 km;(2)温泉水化学类型主要有HCO₃-Ca·Mg、SO₄·HCO₃-Ca·Mg、HCO₃-Ca、HCO₃-Na·Ca、HCO₃-Na和SO₄·HCO₃-Ca;(3)主量元素来自碳酸盐矿物和硅酸盐矿物的水-岩反应;(4)Na-K-Mg三角图表明该区温泉水样均为未成熟水;(5)运用硅-焓模型图解法得到该区热储温度为105.9℃～203℃,冷水混入比例约为68%～86%,其循环深度为1.9～3.9 km;(6)循环深度越深,地震活动性越强。     

新疆温泉县泥火山喷发水的化学特征研究

本文讨论了新疆温泉县泥火山喷出水的化学特征。于2012年10月~2014年6月测量了温泉县泥火山喷发水、明目泉泉水及附近河水的化学组分(K+、Na+、Ca2+、Mg2+、F-、Cl-、SO2-4、HCO-3♂和CO2-3)和温泉县泥火山喷发水的氢氧同位素组成(δD和δ18O)。结果表明,该泥火山喷发水的化学类型为Na-HCO3SO4,δ18O-δD值小幅度偏离大气降水线,主要形成于大气降水顺断裂或裂隙深循环过程中与围岩的水岩作用;泥火山离子浓度较高,变化幅度低于5%,背景值稳定,可作为区域地震地球化学监测的对象。     

内蒙古—辽宁交界地区地下水化学类型及其成因分析

通过对内蒙古东部—辽宁西部地区主要活动断裂带及其周边25个泉、井、河流、水库取样点的氢氧同位素组成及主要离子含量进行测试,讨论了该地区地下水的物质来源及其与地震活动的关系。结果表明：(1)研究区地下水主要来源于大气降水。水样TDS范围为40.14～1 720.87 mg/L,低矿化度(TDS<200 mg/L)水样的离子主要来源于岩石溶解和大气输入,而其它水样的离子主要来源于岩石溶解和深部流体,大气输入相对很小,但各测区深部流体的贡献有明显差别;(2)低温热水、中温热水及高温热水均为花岗岩裂隙水,其水化学类型为硫酸型和重碳酸型,富含碱性长石的火成岩溶解导致地下水富Na⁺,周围构造活动相对活跃。其中,RST水样更接近深部储水层的热水特征,表明其受深部流体影响为主;(3)NS和AES水样位于阴山北部高原区,为CO₂过饱和水,属重碳酸钠型;AES受干旱区季节性降水淋滤表层可溶盐、水体的蒸发以及深部富CO₂流体混入造成其矿化度最高;(4)KZHQ和BYNE水样分别处于碳酸盐岩含水层和含砾砂岩含水层,由于Ca^2+<...     

山西夏县中心地震台温泉水化学特征

采集夏县中心地震台温泉水及周边水点样品进行水化学组分特征分析。利用矩形图、Na-K-Mg三角图等方法,初步分析温泉水的水质类型、水-岩平衡状态、热储温度以及循环深度等,并结合氢氧同位素组成特征,初步分析温泉水补给来源。研究表明,夏县中心地震台温泉水化类型属于Na-Cl·SO₄型,水-岩反应属于部分成熟水,热储温度为148.8℃,循环深度为3.91 km,补给源主要为大气降水,温泉为断裂型温泉。以上结果可为该台流体异常分析提供基础研究资料,为夏县地区水化研究奠定基础。     

中国火山温泉气体地球化学特征及其在火山监测中的应用

中国火山温泉主要分布在吉林长白山、云南腾冲和黑龙江五大连池等火山区。这些火山虽然处于休眠状态,但大面积的温泉分布指示着岩浆房存在的可能性。本文总结了前人研究成果,分析了中国主要火山区温泉气体地球化学特征,并探讨了温泉气体在火山监测中的应用。长白山、腾冲和五大连池火山区温泉气体地球化学性质类似,都以CO₂为主要气体,含量在80%以上,最高可达99%以上,其它气体组分包括CH₄、N₂、O₂、SO₂、H₂S、He和H₂等。长白山火山温泉气体中氦同位素比值（3He/4He）最高,约为4—6R_A,CO₂中碳同位素比值（δ13C）为-7.9‰—-1.3‰,CH₄中碳同位素为-48.0‰—-28.7‰;腾冲火山温泉气体氦同位素比值为3—5.5R_A,CO₂中的碳同位素为-6.49‰—-2.07‰,CH₄中碳同位素为-23.5‰—-9.3‰;五大连池火山温泉气体氦同位素比值约为3R_A,CO₂中的碳同位素比值为-9.6‰—-3.1‰,CH₄中碳同位素为-47.2‰—-44.4‰。3个火山区的温泉气体均显示地幔来源的岩浆气体特征,并在上升运移过程中受地壳或古俯冲物质的影响。     

Variation of δ18O, δD and 3H in karst springs of south Kashmir,western Himalayas (India)

Water samples were collected from cold and warm karst springs for stable isotopes (δ¹⁸O and δD) and ³H from SE of Kashmir valley (western Himalayas) to distinguish the sources of recharge and infer their recharge areas. The spring water samples were most depleted in heavier isotopes in May (average δ¹⁸O: ?8.87‰ and δD: ?50.3‰) and enriched in September (average δ¹⁸O: ?7.58‰ and δD: ?48.1‰). The depleted ¹⁸O and ²H of spring waters bear the signatures of winter precipitation while as the enriched ¹⁸O and ²H of spring waters bear the signature of summer rainfall. D‐excess and ³H corroborate with the stable isotope results that the spring flow in spring season (May) and autumn (September) is dominantly controlled by the melting of winter snowmelt and summer rainfall, respectively. The results showed that unlike δD, the δ¹⁸O value in the karst spring waters decreases in January suggesting δ¹⁸O shift. The spring water samples also fall above the Local Meteoric Water Line and Global Meteoric Water Line indicating the δ¹⁸O shift due to interaction of groundwater with the host carbonate rocks during its traverse. The mean elevation of the recharge areas of the springs using δ¹⁸O and δD tracers was also estimated. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

Effects of ultrafiltration on salt migration and isotopic composition of pore water in groundwater depression area in Hengshui,NCP

Clay aquitards are semipermeable membranes that allow groundwater flow while retarding solute migration has been researched extensively but also subjected to much debate. At present, there is no evidence of whether the physical and chemical properties of clay soil and the isotopic composition of pore water affect the semipermeable membrane effect. In this study, we collected clay samples from drilling cores (30–90 m) in the Hengshui area located in the North China Plain (NCP), then extracted pore water using a high-pressure squeezing device. Vertical hydrochemical and isotopic profile variation trends for the pore water were revealed using hydrochemical (Cl⁻, Na⁺, Ca²⁺, K⁺, Mg²⁺, and SO₄²⁻) and stable isotopic measurements of H, O and Cl. The results showed that the hydrochemical clay interlayer pore water of the saline aquifer is Cl/SO₄-Na/Mg type and the average total dissolved solids (TDS) are 10.17 g/L. However, the hydrochemical clay aquitard pore water is of the Cl/SO₄-Na/Ca type with an average TDS of 1.90 g/L. The hydrochemical clay interlayer pore water of aquifer II is of Cl-Na/Ca type with an average TDS of 1.10 g/L. Our results showed that the water quality of the aquifer II is not affected by the upper part of the saline aquifer, thus the clay aquitard acts as a significant barrier to salt movement. A polarization layer concentrated in ions was formed between the upper part of the saline aquifer and the clay aquitard. The concentration polarization layer increases the salt-inhibition effect. H, O and Cl isotopic composition results showed significant fractionation. The pore water of aquifer II lacked heavy isotopes (²H, ¹⁸O, ³⁷Cl), but had significant heavy isotope enrichment in the concentrated polarized layer (the δ²H value was −76‰, the δ¹⁸O value was −8.4‰, and the δ³⁷Cl value was 1.59‰). Hyperfiltration thus played a significant role in isotope fractionation.     

Diagenetic fluid evolution and water-rock interaction model of carbonate cements in sandstone: An example from the reservoir sandstone of the Fourth Member of the Xujiahe Formation of the Xiaoquan-Fenggu area,Sichuan Province,China

Carbonate cement is the most abundant cement type in the Fourth Member of the Xujiahe Formation in the Xiaoquan-Fenggu area of the West Sichuan Depression. Here we use a systematic analysis of carbonate cement petrology, mineralogy, carbon and oxygen isotope ratios and enclosure homogenization temperatures to study the precipitation mechanism, pore fluid evolution, and distribution of different types of carbonate cement in reservoir sand in the study area. Crystalline calcite has relatively heavy carbon and oxygen isotope ratios(δ13C = 2.14‰, δ18O = -5.77‰), and was precipitated early. It was precipitated directly from supersaturated alkaline fluid under normal temperature and pressure conditions. At the time of precipitation, the fluid oxygen isotope ratio was very light, mainly showing the characteristics of a mixed meteoric water-seawater fluid(δ18O = -3‰), which shows that the fluid during precipitation was influenced by both meteoric water and seawater. The calcite cement that fills in the secondary pores has relatively lighter carbon and oxygen isotope ratios(δ13C = -2.36‰, δ18O = -15.68‰). This cement was precipitated late, mainly during the Middle and Late Jurassic. An important material source for this carbonate cement was the feldspar corrosion process that involved organic matter. The Ca2+, Fe3+ and Mg2+ ions released by the clay mineral transformation process were also important source materials. Because of water-rock interactions during the burial process, the oxygen isotope ratio of the fluid significantly increased during precipitation, by about 3‰. The dolomite cements in calcarenaceous sandstone that was precipitated during the Middle Jurassic have heavier carbon and oxygen isotope ratios, which are similar to those of carbonate debris in the sandstone(δ13C = 1.93‰, δ18O = -6.11‰), demonstrating that the two are from the same source that had a heavier oxygen isotope ratio(δ18O of about 2.2‰). The differences in fluid oxygen isotope ratios during cement precipitation reflect the influences of different water-rock interaction systems or different water-rock interaction strengths. This is the main reason why the sandstone containing many rigid particles(lithic quartz sandstone) has a relatively negative carbon isotope ratio and why the precipitation fluid in calcarenaceous sandstone has a relatively heavier oxygen isotope ratio.     

河库连续体中溶解性无机碳及其同位素的时空分异特征——以澜沧江云南段为例

河流及水库等水生态系统中的溶解性无机碳(DIC)是全球碳循环与大气、陆地和海洋之间碳相互作用的重要组成部分.以澜沧江云南段上游天然河段及下游梯级水库群形成的连续体为研究对象,分析了河库连续体表层水体中水化学特征、溶解性无机碳浓度及其碳同位素时空分布特征.研究结果表明:河库连续体水体中溶解无机碳(DIC)及其同位素(δ13 C DIC)组成特征总体表现为:DIC浓度丰水期较低,枯水期较高,平均值分别为2.59±0.44和3.30±0.37 mmol/L;δ13 C DIC值丰水期偏负、枯水期偏正,平均值分别为-8.52‰±0.38‰和-6.95‰±0.53‰,与自然河流的季节变化特征相似.水体DIC来源主要包括土壤及水体有机质分解生成的CO 2、碳酸盐风化和水气界面CO 2的交换过程.澜沧江河库连续体中DIC浓度及δ13 C DIC组成的时空异质性特征与流域岩性、土壤生物地球化学过程以及微生物活动强度等均有较大关系.当前,澜沧江梯级水库群建库时间短,梯级联合运行下调度复杂,水文条件多变,梯级水库对河流重要生源要素——碳累积影响方面的“水库效应”还不明显.