内蒙古达里诺尔湖流域地表水和地下水环境同位素特征及补给关系

为了探明达里诺尔湖流域地表水与地下水的氢(H)、氧(O)同位素的变化特征及相互补给关系,于2013年对达里诺尔湖及其周围的河水、井水、泉水中H、O同位素进行了取样分析,并结合总溶解性固体悬浮物(TDS)和区域水文地质对达里诺尔湖流域的补给关系进行讨论分析.结果表明:1)河水、泉水、井水中H、O同位素的值基本落在全球雨水线上,湖水H、O同位素落在全球雨水线的右下方,说明河水、井水、泉水没有发生蒸发分馏,而湖水则发生较大程度的蒸发分馏;对达里诺尔湖流域地表水与地下水的H、O同位素进行回归模拟,得出该区域的蒸发趋势线方程:δD=4.8753δ18O-20.139(n=32,R2=0.9968).蒸发线表明,这些水样具有相同水源的特征.2)从实地考察发现,泉水补给河水,泉水和河水补给湖水,同时井水、泉水和河水有相似的δD、δ18O和TDS值,且不随季节变化而变化,推断达里诺尔湖附近地下水补给湖水;区域水文地质条件亦证明达里诺尔湖周边地下水补给湖水.     

基于水化学和氮氧同位素的贵州草海丰水期水体硝酸盐来源辨析

为明确草海湖水及其入湖河流硝酸盐污染的主要来源,定量分析各来源的贡献率,对草海湖水与入湖河流水化学特征和水体硝酸盐的氮氧同位素组成进行了系统研究.通过对草海湖水、河水、井水丰水期水体理化参数和同位素分析发现:湖水的NO_3~-/Cl~-比值和Cl-浓度表明其主要受牲畜粪便和城镇污水输入的影响,而河水与井水则受农业活动和城镇污水的共同影响.δD-water与δ~(18)O-water显示草海水体主要源于大气降水,并有较强的蒸发作用.湖水δ~(15)N-NO_3~-和δ~(18)O-NO_3~-值分别为-5.56‰～11.30‰和0.02‰～25.40‰,较河水偏负而较井水偏正.稳定同位素混合模型(SIAR)计算结果表明草海湖水及其入湖河流硝酸盐主要源于化肥、土壤有机氮、牲畜粪便相关的农业活动,其贡献率在50%以上;城镇污水贡献率在22%左右;大气降水的贡献主要体现在湖水中.     

河水-地下水侧向交互流运动机制

河水-地下水交互带对河流和地下水水质保护具有重要作用.为研究河水-地下水侧向交互带中交互流的运动机制,以重庆市马鞍溪为研究对象,选取旱季2015年12月至2016年4月为研究期,对河水、交互带及地下水的水位、水温、pH、Cl-进行监测,结合对交互带沉积物渗透系数、水体氢氧稳定同位素和溶解有机碳浓度的分析.结果表明,沉积物渗透系数对交互带水位变化及交互流运动有重要的影响,使得交互流在距河岸10cm附近易受降水下渗及蒸散发的影响.研究期间以地下水补给河水为主,地下水在补给过程中对交互流的影响逐渐减弱.交互流在距河岸30cm附近仍以受地下水影响为主,地下水运动至距河岸10~30cm后与降水、河水的混合作用增强,水分受沉积物质地影响在距河岸10cm附近富集,并通过交互流不断补给河流,从而对河水水质造成潜在影响.     

基于氡同位素的平原湖荡枯水期湖水地下水补排通量

水是人类生存之源,而湖荡被称为地球之“肾”,是河湖水系连接的关键缓冲节点,与人类生存和发展息息相关。长三角平原水系众多,河流纵横,天然湖泊与人工沟渠遍布,平原湖荡湖水与周边地下水的水力联系较为频繁,而地下水对湖泊水均衡贡献尚不明确,对平原湖荡地下水赋存和运移规律的认识不足。本研究以苏州吴江区元荡湖为研究对象,选取氡同位素作为湖水和地下水水力交换过程的示踪剂,建立氡箱模型,揭示元荡湖不同区段与地下水的水力联系过程和补给关系,并通过水位动态验证分析湖水—地下水交互关系。枯水期元荡湖水位和氡浓度空间分布特征指示研究区内地下水向湖水排泄,其中以湖泊西侧较为明显,地下水入流补给的氡为7.137×10⁶ Bq/d,输入量源项占比为90%,地下水流入量为4540.801 m³/d,地下水每日流入量对元荡湖水量的贡献率为2.551%。参数敏感性分析结果表明,风速与地下水²²²Rn活度为特别敏感参数,取值差异较大时会导致计算误差急剧增大,改善测点布置和提高模型参数精度能有效提高模型计算结果的准确性和可靠程度。借助氡同位素示踪方法,建立湖泊...     

鄱阳湖湿地典型中生植物水分利用来源的同位素示踪

水分是维持植物生长、决定种群分布的关键因子,研究植物水分利用来源是揭示水文过程与植被演替作用机制的基础,作为中国最大的淡水湖泊系统,鄱阳湖水文情势的显著改变已直接影响到湿地生态系统的水分补给来源.本文通过测定降水、土壤水、地下水、湖水和植物茎水中δ¹⁸O、δD同位素组成,识别鄱阳湖湿地典型中生植被——茵陈蒿（Artemisia capillaris）群落的土壤水分补给来源,并应用直接对比法和IsoSource多源混合模型估算优势种茵陈蒿的主要吸水区间及水源利用比例.结果发现：（1）与降水同位素相比,湖水和湿地土壤水同位素较为富集,地下水同位素较少发生分馏;（2）湿地地下水主要受历史长期降水和湖水共同补给,土壤水在雨季4—6月和秋季9—10月主要受降水补给,夏季7—8月深层土壤水受湖水侧向入渗和地下水的共同补给,并在蒸发作用下水分向浅层土壤传输;（3）茵陈蒿主要利用0~80 cm深度的土壤水,且能够在不同土层水源间灵活转换.当土壤含水量较高时（4—5月）,主要利用0~40 cm浅层土壤水,利用率约49%~68%;当浅层土壤含水量较低时（6—8月）,主要利用40~80 cm深层土壤水,利用率高达74%~95%;当植物进入生长后期（9—10月）,主要利用0~15 cm表层土壤水,利用率介于41%~70%.总体发现,湖水是鄱阳湖湿地中生植物群落土壤水分的重要补给来源,优势种茵陈蒿能够响应土壤含水量的变化改变吸水深度,具有较强的干旱适应能力.研究结果可为鄱阳湖湿地植被生态系统演变和科学保护提供理论参考.     

呼伦湖流域氢氧稳定同位素特征及其对水体蒸发的指示作用

以呼伦湖流域为例研究该区域氢氧稳定同位素在不同水体中的分布特征,并探讨氢氧稳定同位素对在该区域水文过程的指示作用.流域湖水、入湖河水、周边地下水水样的氢氧稳定同位素分析结果表明,夏季8月份湖水中的重氢氧稳定同位素比7月份的更加富集.而河水中氢氧稳定同位素在同一时间内的河流沿程上存在明显的差异,下游水体中的氢氧稳定同位素要比上游更加富集.研究区的河水和湖水的δ~(18)O-δD关系特征显示,河水和湖水的δ~(18)O-δD的关系点全部位于当地降水线的右下方,说明流域河水和湖水水体受到明显的蒸发作用.而井水的δ~(18)O-δD的关系点大都靠近当地大气降水线,说明这一区域的地下水主要是大气降水渗入地下形成.利用氢氧稳定同位素分馏过程中的氢氧稳定同位素的比率与剩余水体的关系,并在考虑湿度因子的动力分馏模拟下,计算出河水的剩余水体比例在0.85~0.96之间,而湖水的剩余水体比例在0.71~0.77之间.最后,利用氢氧稳定同位素质量平衡法对呼伦湖多年平均蒸发量进行了估算,估算的湖泊蒸发量结果与实测值相近,相对误差为5.4%,说明方法可靠.氢氧稳定同位素对于研究区域水文过程有着重要的作用,在今后呼伦湖流域水文研究中有着更加广泛的应用空间.     

长江中下游平原升金湖流域硝酸盐来源解析及其不确定性

考虑流域地理特征的空间分异,以升金湖流域人口/农业集约区大渡口(DDK)与森林子流域唐田河(TTH)为研究区,利用贝叶斯同位素混合模型分别解析这2个子流域硝酸盐来源的贡献率,并分析其不确定性.研究表明:(1)地下水中,DDK、TTH硝酸盐均主要来源于粪便/污水,贡献率可达65%以上,粪便/污水通过土壤下渗导致地下水硝酸盐富集.(2)地表水中,DDK硝酸盐主要来源于化学肥料,贡献率约为56%;而TTH主要来源于土壤,贡献率为44%;化肥和粪便/污水在DDK的贡献率要高于TTH.(3)无论是地表水还是地下水,贡献率大的硝酸盐来源,其不确定性较大,这与流域土地利用方式、生活污染源以及土壤理化特性等因素的空间差异有关.     

基于环境同位素技术的怀沙河流域地表水和地下水转化关系研究

地表水和地下水是流域水循环的重要组成部分, 流域内地表水和地下水之间的相互作用历来是流域水循环研究的关键环节. 环境同位素和水化学作为水循环研究中的示踪剂, 可以有效地揭示流域内地表水和地下水之间的转化关系. 在对位于北京市怀柔区的怀沙河流域进行现场调查并对泉水、河水和井水采样进行氢氧稳定同位素和水化学组成测定的基础上, 分析了流域内沿河道不同部位的泉水、河水和井水的氢氧稳定同位素和水化学组成的空间分布规律和演化趋势. 依据泉水出露的高程和氧同位素含量之间的关系, 揭示出泉水的氧同位素高程效应, 为推断泉水的补给来源提供了理论依据; 运用氯离子质量平衡方法, 估计了流域内年平均地下水补给率. 根据地下水补给来源, 联系流域内水文地质状况和现场调查结果, 以及对比怀沙河流域和密云水库以上的潮白河流域20世纪60~90年代同期降雨径流系数, 初步推断出流域内相当一部分地下水来源于流域之外高程较高的区域, 流域为非封闭流域. 在综合分析的基础上, 结合氢氧稳定同位素和水化学组成及流域内地形地质和水系特征, 分析了流域内不同部位地表径流和地下径流对河川径流的相对贡献, 并揭示了地表水和地下水之间的补给-排泄相互转化关系.     

地热水氢氧同位素分布特性

地热水的流动和运移可以带来深部地质、地层信息,可以反映地应力场的变化.对地热水的研究可以更好地了解地下结构,为地震预测提供一种方法和依据.地热水与雨水、河水等有不同的氢氧同位素分布,根据分布的不同,可以对地热水补给源进行探讨.前人研究结果表明,地热水的可能补给源有大气降水、卤水、岩浆水等,大部分地热水的补给源被认作是当地大气降水,但地热水氢氧同位素组成与当地大气降水不同,不同的可能原因有多种,如地热水的大气降水补给源不在当地、大气降水与围岩的氧同位素交换、大气降水的不平衡蒸发、大气降水与氢氧同位素组成不同的水混合等等.为了验证前人成果,本文根据前人研究,利用氢氧同位素分布特征总结地热水可能的补给源,并利用有限元方法构建台湾仁泽2号井理想渗流模型,计算得到地热水渗流速度场,再结合氢氧同位素分布值,讨论地热水的可能来源.有限元计算结果表明,当地下水源处于饱和状态时,地表水的最大下渗速度为1.3×10-8m/s,因此,地热水的补给源并非当时当地的大气降水,综合考虑氢氧同位素背景值与海拔的线性关系,水源有可能是几千年前的远距离的高山大气降水,补给过程中与围岩发生物质交换,且可能还有另一个补给源,该源为氢同位素值与高山大气降水相近,氧同位素值较之稍高的岩浆水.     

淮北临涣矿采煤沉陷区不同水体水化学特征及其影响因素

为研究淮北临涣矿采煤沉陷区不同水体的补给水源及溶质来源,在现场调查的基础上,系统采集丰水期、平水期、枯水期沉陷区积水、地表河水和浅层地下水样进行测试分析,采用Piper三线图、Gibbs图和因子分析方法,对不同水体水化学特征及其影响因素进行讨论.结果表明:地表水水体总溶解性固体(TDS)质量浓度表现为枯水期丰水期平水期,浅层地下水表现为枯水期平水期丰水期,地表水TDS质量浓度明显高于浅层地下水.地表水中主要阴阳离子为Na~+、Cl~-和SO_4~(2-),水化学类型主要为SO_4~(2-)-Cl~--Na~+型;浅层地下水离子以HCO_3~-、Ca~(2+)和Mg~(2+)为主,表现为HCO_3~--Ca~(2+)-Mg~(2+)型.结合Gibbs图和因子分析可知,地表水受蒸发作用、地表径流以及采煤活动等因素影响,浅层地下水在一定程度上体现出大气降水和地表水补给的特点,受岩石风化作用影响较为明显.     

琼中地震台重力仪记录同震响应特征分析

2013年2月6-8日圣克鲁斯群岛发生6次强震,琼中地震台的重力仪记录都有同震响应出现。本文从重力仪记录的面波的延迟时间、最大变形幅度、同震持续时间3个方面研究了6次强震的同震响应特征。     

Contribution to the knowledge of the magmatic evolution by the study of the variation of the coefficient of viscosity

The determination of the coefficient of viscosity of eruptive products gives useful elements to the knowledge of possible variations of composition and physical conditions of the magmas.     

On the Mechanism of the Secular Tidal Acceleration of the Solid Inner Core and the Viscosity of the Liquid Core

As is known, the secular deceleration of the Earth's diurnal rotation is explained mainly by the tidal friction in the ocean. Below we consider this mechanism in some detail, taking into account also elastic deformations of the mantle under the action of ocean loading and the interaction between the tide-generating body, ocean tidal wave, liquid outer core, and solid inner core. It is shown that elastic displacements of the core-mantle boundary under the action of ocean loading are of about the same amplitude and phase as the elastic loading displacements of the Earth's outer surface. As a result, side by side with the mechanism of secular deceleration of diurnal rotation of the mantle, there are also (1) the opposite mechanism of secular acceleration of diurnal rotation of the outer liquid core and of the solid inner core and (2) the mechanism of excitation of differential rotation in the liquid core. Taking these effects into account, we compare theoretical and modern observed data on the eastward drift of the solid inner core. It is shown that the best agreement may be obtained if the turbulent viscosity of the liquid core is about 2 × 10 ³ Poise     

Comparison Between the Nutations of the Planet Mars and the Nutations of the Earth

The nutations of the planets Mars andEarth are investigated and compared. Alarge number of interior structureparameters are involved in the nutationcomputations. The comparison between the observations and the computationsprovides several constraints on these parmeters andtherefore allows a better understanding of the physics of the interior of theplanet. For the Earth, the high precision of the observations of the nutationshas led to a very good determination of interior properties of the planet. ForMars, observations of nutations are not yet available, and we review how theamplitude of the Martian nutations depends on the hypotheses consideredfor its interior. Although Mars is very similar to the Earth, its interior is not well known;for example, we don't knowif its core is liquid or solid. Only if the core is liquid,the Free Core Nutation (FCN) normal mode exists and can alter the nutationswhich are close to the resonance. From the observed geoids, it is known thatboth planets are not in hydrostatic equilibrium. The departure is larger forMars than for the Earth, and consequently, the implication of considering a convective mantle instead of a mantle in hydrostatic equilibrium described byClairaut's equation for the initial equilibrium state of the planet is largeron the Martian nutations than on the Earth nutations. The consequences of theuncertainty in the core dimensions are also examined and shown to be of a veryhigh influence for Mars if the core is liquid, due to the potential changes inthe FCN resonance. The influence of the presence of an inner core, which isknown to exist for the Earth, could be more important for Mars than for theEarth if the inner core is large. Due to the presence of Tharsis on Mars, thetriaxiality of this planet has, additionally, larger effects than on Earth.     

Pictorial Series of the Manifestations of the Dynamics of the Earth

Studia Geophysica et Geodaetica -     

动水压力对深水桥墩地震响应影响的研究综述

地震激励下处于深水中的桥墩和周围水体的相互作用将对桥梁结构的动力响应产生较大影响。首先对地震作用下水-桥墩的相互作用理论做了概括,给出了动水压力对桥墩的作用效应及各自的适用范围;对主要的三种考虑流固耦合效应的分析方法做了对比,探讨了地震作用下影响水-结构相互作用的主要因素,并对今后的研究提出了建议。     

Evolution of the Source of the Active Region of the Sun

Geomagnetism and Aeronomy - The magnetic evolution of the active region of the Sun at the level of the photosphere has been studied. Magnetic synoptic maps of the 2007 Kitt Peak Observatory were...     

Magnetic stratigraphy of the Ordovician in the lower reach of the Kotuy River: the age of the Bysy-Yuryakh stratum and the rate of geomagnetic reversals on the eve of the superchron

Until recently, the existing data prevented the geophysicists from accurately dating the Bysy-Yuryakh stratum, which outcrops in the middle reach of the Kotuy River, constraining the time of its formation to a wide interval from the end of the Late Cambrian to the beginning of the Silurian. The obtained paleomagnetic data unambiguously correlate the Bysy-Yuryakh stratum to the Nyaian regional stage and constrain its formation, at least a considerable part of it, by the Tremadocian. This result perfectly agrees with the data on the Bysy-Yuryakh conodonts studied in this work and yields a spectacular example of the successful application of paleomagnetic studies in solving important tasks of stratigraphy and, correspondingly, petroleum geology. Within the Bysy-Yuryakh stratum, we revealed a large normal-polarity interval corresponding to the long (>1 Ma) period when the geomagnetic reversals were absent. This result, in combination with the data for the Tremadocian and Middle–Upper Cambrian sequences of the other regions, indicates that (1) the rate of occurrence of the geomagnetic reversals on the eve of the Ordovician Moyero superchron of reversed polarity was at most one reversal per Ma; (2) the superchron does not switch on instantaneously but is preceded by a certain gradual change in the operation conditions of the dynamo mechanism which, inter alia, manifests itself by the reduction of the frequency of geomagnetic reversals with the approach of the superchron. This finding supports the views according to which a process preparing the establishment of the superchrons takes place at the core–mantle boundary.     

On the determination of the non-linearity of the gravimeter scale

Summary The results of two different methods of the determination of the non-linearity of the gravimeter scale are compared; the economy is discussed as well.