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。     

2020年新疆于田MS6.4地震温泉水文地球化学异常特征研究

2020年6月26日新疆于田县发生M_S6.4地震, 地震发生前后对震中80 km内的两个温泉在2019年9月至2020年10月的水文地球化学的变化特征进行了研究, 结果表明: ①温泉水的来源为其周围昆仑山的冰川融水, ②克孜勒沙衣温泉补给高程6 km, 水化学类型为Na-HCO₃、 部分平衡水、 温泉循环深度达到1.7 km左右, 其主要气体组分为N₂, 幔源氦占10.6%。 ③乌什开布隆温泉补给高程为3.1 km, Ca·Na-HCO₃·SO₄型, 未成熟水, 可能与浅层冷水发生了混合作用, 循环深度仅达到0.5 km, 该温泉的水化学组分对周围的地震活动有明显的异常响应, 伽师M_S6.4地震前, 区域应力的不断加载使断裂带内裂隙发生明显变化, 从而温泉流体行为发生变化, 使乌什开布隆温泉的离子浓度小幅度上升, 且Cl^-含量在于田M_S6.4地震后16天突增。 因此, 对乌什开布隆温泉及克孜勒沙衣温泉的流体地球化学特征进行连续监测, 可以为未来阿尔金断裂及西昆仑断裂的交会区地震危险性提供有效判断指标。     

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+<...     

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。     

银川断陷盆地地壳结构与构造的地震学证据

通过跨银川断陷盆地,完成了一条长68.9 km的高分辨深地震反射探测剖面,首次获得了银川盆地地壳精细结构、地堑型断陷盆地深部断裂系（黄河断裂、银川断裂、贺兰山东麓断裂）特征及深浅构造关系.结果表明：银川断陷盆地上地壳为双程走时8 s（深度约20 km）反射面以上的区域,上地壳上部地层层位丰富,地层分段连续性较好,上地壳下部地层分层特征不明显,地质构造简单;下地壳(8～13 s)反射能量较弱,反射同相轴不明显;下地壳下部壳幔过渡带（13 s附近）由一组能量较强、持续时间较长（1.5 s）的反射波组组成,厚度约4.5 km.芦花台断裂、银川断裂分别于12～12.5 km、18～19 km深处交汇于贺兰山东麓断裂,贺兰山东麓断裂于28～29 km深处交汇于黄河断裂,黄河断裂为错断Moho面的深大断裂,银川地堑为以黄河断裂为主,其他断裂为辅组合而成的负花状构造.根据贺兰山东麓断裂和银川断裂的相互关系,认为贺兰山东麓断裂对1739年平罗—银川8级地震起主要控制作用.     

天山地区地震监测井(泉)水文地球化学特征

为研究天山地区地震监测井(泉)地下水化学特征,系统采集了20个天山断裂带地震监测点地下水化学样品,综合运用氢氧同位素、Gibbs图、离子比值、Piper三线图、Na-K-Mg三角图和舒卡列夫分类等方法探讨了监测点的水化学及水文地球化学特征。结果如下:(1)天山地区地震监测井(泉)水中主导阳离子为Na⁺,阴离子分别为HCO₃^-、SO₄^2-和Cl^-,TDS介于249.9～10 272.3mg·L^-1之间,多数为淡水。(2) δD、δ¹⁸O结果表明天山地区地震监测井(泉)水主要来源于大气降水。Gibbs图表明研究区监测点地下水元素主要受岩石溶滤控制,南天山和乌鲁木齐监测点地下水受到一定蒸发浓缩控制。离子比值显示碳酸盐和硫酸盐矿物溶解是控制地下水主要离子组分主要因素。(3) Na-K-Mg三角图表明天山地区地震监测井(泉)水多数为“部分平衡水”,部分为“未成熟水”,水—岩反应处于较为活跃的程度,有利于孕震信息的传递,适合...     

基于氢氧同位素分析南昌地震台流体观测井水补给来源

在地震地下流体研究中,地下水补给及循环过程是重要的研究内容之一,氢氧同位素示踪技术是目前研究该过程的常用手段。南昌地震台流体观测井自2013年8月22日投入观测以来,其基础数据未进行有效分析,通过对南昌井水样数据进行氢氧同位素及水化学实验分析,结果表明：井水主要补给源为直接大气降雨,补给前经历了一定蒸发作用;水—岩反应不充分,属于未成熟水;水样中无明显优势阳离子,Ca²⁺、Na⁺占主体,优势阴离子为HCO₃^－,表明井水属重碳酸型水;水源补给高程约582 m。南昌地震台流体观测井总体受大气降水影响较大。     

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...     

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。     

昆明地震台流体观测井水文地球化学特征

以昆明地震台井水、渔塘水为研究对象,通过水质、同位素分析方法并结合水文地质、构造地质等资料,探究井水地球化学特征及意义,以及井水与渔塘水之间的水力关系。研究结果显示：昆明地震台井水、渔塘水水化学类型为HCO₃—Ca型,水质受含水层和隔水层岩性控制,与2018年相比2020年井水水化学特征发生了显著变化,K⁺、HCO₃^-浓度降低,这反映了昆明地震台井—含水层渗透性有所增加;SO₄^2-、Cl^-浓度的增加则表明昆明地震台井水会受到人为干扰。研究区构造活动平稳,井水为未成熟水,演化程度较低,因含水层渗透性增强和人为干扰,自2018年7月至2020年11月昆明地震台井水—岩作用有所增强,表现为δD、δ¹⁸O富集,Mg²⁺浓度升高。井水补给来源为大气降水,补给区位于观测井正北的石关一带。渔塘水与昆明地震台井水间存在水力关系,在分析地表水对昆明地震台井的影响时应予以考虑,但渔塘水不是影响井水的主要因素。     

三轴压力下水与砂岩反应的实验研究

通过饱水砂岩的三轴压缩实验, 研究了含水层砂岩的破裂过程及其伴随的水化学变化, 并探讨了砂岩在蠕变和剪切破裂过程中地震水化异常现象的形成机理。 用离子色谱仪(IC)和等离子原子发射光谱仪(ICP-OES)测定了不同压力条件下实验溶液的F^-、 Cl^-、 NO^-₃、 SO^2-₄、 Ca²⁺、 Mg²⁺、 Na⁺浓度。 饱水砂岩在差应力作用下, 随着蠕变时间延长和剪切作用的强化实验, 溶液中主要离子的浓度均有不同程度的增大, 仅Mg²⁺浓度是降低的。 F^-和Cl^-浓度变化最明显, 在2~12小时的蠕变时间内分别增大约10倍和4倍, 而随剪切作用的强化分别增大约5倍和3倍。 这种变化主要与矿物的溶解和流体包裹体的混入有关。 实验结果表明, F^-、 Cl^-和Ca²⁺可作为砂岩含水层地震水化前兆监测的灵敏组分。     

贺兰山—银川地堑及邻区重力异常特征及构造意义

贺兰山—银川地堑及邻区地质结构复杂,对该区域深浅结构特征的研究具有重要意义.本文采用重力归一化总梯度成像和二维小波多尺度分解方法对研究区内重力异常进行了垂向和横向构造分析.重力归一化总梯度成像结果显示高低转换带的倾角、倾向与地质上的贺兰山东麓断裂、银川断裂和黄河断裂分布吻合较好,贺兰山西麓断裂与贺兰山东麓断裂汇交深度约18 km,银川断裂与黄河断裂汇交深度约25 km;二维小波多尺度分解成像结果表明正谊关断裂、贺兰山西麓断裂、芦花台断裂和银川断裂为上地壳断裂,贺兰山东麓断裂、青铜峡—固原断裂以及黄河断裂为下地壳断裂,且这三大断裂可能分别是阿拉善地块东南边界和鄂尔多斯地块西南边界;1739年平罗M 8.0古地震震中与银川断裂在重力剖面深度约15 km汇交,其垂向高低梯度为强变形带,同时古地震震中位于重力正负异常转换部位的低值区,据此可推断此次古地震的发震构造是银川断裂.这些结论可提高对贺兰山—银川地堑及邻区地质结构的认识,为该区地壳动力学过程及强震的孕震机理研究提供一定的科学依据.     

新保安—沙城断裂带土壤气地球化学特征分析

测量断裂带土壤气浓度变化, 是监测断裂活动性和地震危险性的重要途径之一。 2014年5月, 我们在怀来地区新保安-沙城断裂测量了断层土壤气H₂、 He、 CO₂、 Rn、 Hg浓度以及CO₂、 Rn、 Hg的通量。 测量结果显示: H₂、 He、 CO₂、 Rn、 Hg浓度变化范围分别为, H₂: (0.4～34.2)×10^-6、 He: (2.8～7)×10^-6、 CO₂: (0.051～1.19)%、 Rn: (0.31～18.22) kBq/m³、 Hg: (2～54) ng/m³。 土壤气H₂和Rn是揭示断层位置的有效参数之一, 在断层附近以及有陡坎的地区有明显高值异常。 通过对怀来地区新保安-沙城断裂土壤气浓度及通量地球化学研究初步确定断裂带有较高的脱气强度, 与此区域地震活动性有一定的关系。     

龙门山断裂带温泉水文地球化学特征

对地震活动强烈地区进行水文地球化学监测可以很好地获取与地震相关的深部流体地球化学信息。通过研究龙门山断裂带及其周围13个温泉及观测井的水文地球化学特征,建立该断裂带温泉水文循环模型,揭示其水化学变化与地震活动的关系。结果表明:(1)龙门山断裂带温泉水主要来自其周围0.8～3.2 km高山的大气降水;(2)温泉水化学类型沿龙门山断裂从北到南、从西到东依次为重碳酸型、硫酸型、氯化物型,温泉水的循环深度、水岩反应程度及微量元素富集因子不断增加;(3)在汶川M_S8.0地震、芦山M_S7.0地震发生后,震中距200 km以内的温泉的离子组分呈下降趋势,这可能是在震后愈合过程中,龙门山断裂内部渗透性减弱、水岩反应程度衰减所致。     

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。     

2012年6月30日新源Ms6.6地震前后北天山泥火山及温泉的水化学变化

2012年6月30日新源-和静M_s6.6地震前后,新疆北天山地区的泥火山及温泉出现了明显的水化学异常。在地震前后4天内,采集了两批泥火山和温泉水样品,测定了泥火山和温泉水样的水化学参数。资料表明,泥火山喷溢水属于低温、弱碱性咸水或盐水,水化类型为CI-Na,来源于储存在封闭构造中并与干旱海相、河湖相沉围岩发生了漫长而复杂水岩作用的大气降水。温泉水为中温、弱碱性SO₄·CI-Na型淡水,形成于地表水沿断裂深循环过程中的水岩作用。安集海泥火山出现同震喷溢,震后泥水温度(T)、总矿化度(TDS)、K+、Na+及Ca2+大幅上升;独山子、白杨沟及AM02泥火山为震前喷溢,独山子、白杨沟泥火山表现为T.TDS、EC、Na+、CI的升高和K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺的降低;AM02泥火山K⁺、Mg⁺明显降低,Ca²⁺上升达223%。震后沙湾25号泉T降低7℃, TDS、电导率(EC)、K⁺、Na⁺、 Ca²⁺、 .Mg²⁺、CI^-及$SO_{4}^{2-}$升高。研究结果可用于北天山地区的地震趋势分析和改进利用各泥火山、温泉进行北天山地区地震活动性监测的水化学方法。     

太阳活动高年上电离层中O+-H+离子过渡高度的特征

本文用日本电离层探测卫星ISS-b的资料,假设F₂层峰顶以上电离层中各类离子随高度呈扩散平衡分布,得到了太阳活动高年（1978年8月-1979年8月）确定顶外电离层电子密度剖面形状的一个重要参数,即O⁺-H⁺离子过渡高度h_T的一些变化特征.指出h_T的日变化特性主要受电离层中O⁺离子的产生与复合作用的控制.太阳活动高年在不同纬度和所有经度区域,平均说来日间h_T为大约1500-2500km变化,而夜间位于800-1400km,冬夜甚至接近中性氢、氧原子的化学平衡高度.过渡高度也表现出明显的纬度关系,在接近±20°的磁赤道地区,h_T基本上不随纬度变化;但在大于±30°磁纬区域h_T随纬度很快增加.义中还就h_T随时间和地磁（或地理）纬度变化的机制作了简要讨论.     

滇西地区地壳结构的爆破地震研究

本文描述我国滇西地区洱源-江川和遮放-宾川二条剖面的地壳结构爆破地震的研究结果。 资料分析解释的结果说明,该地区的地壳内存在四个界面:P_g、P₂⁰、P₃⁰与P₄⁰面。P_g面为结晶基底面,深度在0.3-3.5km之间,界面速度约5.90km/s。P₀²面为地壳上部反射面,深度在12至24km间,其界面速度约6.30-6.50km/s。该界面的下方,在大部分地段是一厚梯度层至莫霍界面。在30-35km的深处,局部地区存在弱反射界面P₃⁰。而莫霍面（即P₄⁰面）的深度在37-46km。遮放-宾川剖面的地壳平均速度约6.40km/s,莫霍界面速度为8.06km/s。但洱源-江川剖面的这两种参数分别为6.19km/s与7.75km/s,其下侧50km的深处还存在P₅⁰反射面。 遮放-宾川剖面上的怒江断裂在P₄⁰及P₂⁰面上有2.5km的深度跳跃。澜沧江断裂经过的地方,P₄⁰震相追踪中断,波形畸变。这类现象在洱源-江川剖面的几个地方也有明显反应,在元谋-绿汁江断裂处莫霍面的深度跳跃达3km,断裂还使江川炮的P₄⁰震相追踪中断。 在洱源-江川剖面的中段,发现了上地幔低速度异常带,速度值为7.75km/s。     

岩溶湿地表层水体CO2分压时空分布特征及其扩散通量

为揭示岩溶湿地表层水体二氧化碳分压(pCO₂)的时空分布规律及其扩散通量,以我国最大的岩溶湿地贵州威宁草海为研究对象,分别于2019年7月(丰水期)和12月(枯水期)通过网格布点法,系统采集草海表层湿地水体,测定水样理化指标和离子组成,利用PHREEQCI软件计算水体pCO₂,并基于Cole提出的气体扩散模型估算水-气界面二氧化碳(CO₂)的扩散通量.结果表明:草海湿地表层水体丰水期pCO₂的变化范围为0.44~645.65μatm,平均值为(55.94±124.73)μatm;枯水期变化范围为35.48~707.95μatm,平均值为(310.46±173.54)μatm;丰水期水体整体pCO₂低于枯水期,空间上两期水体均呈现东部区域及河流入湖口处pCO₂较高,而中西部区域pCO₂欠饱和的特征.水-气界面CO₂的扩散通量在丰水期变化范围为-43.27~27.16 mmol/(m²·d),平均值(-34.49±12.93)mmol/(m²·d),枯水期变化范围为-33.36~28.15 mmol/(m²·d),平均值(-8.02±15.85)mmol/(m²·d),与其他岩溶湖库相比,水生植物丰富的草海在两个极端水文期CO₂扩散通量相对较低,总体表现为大气CO₂的汇.     

汤东活动断裂带土壤H2、Rn地球化学特征

为研究汤东断裂带土壤气体地球化学特征及其所反映的构造地球化学背景, 采用野外监测的方法分析了张河村与邢李庄村两条测线的土壤H₂、 Rn分布特征。 结果表明, 张河村H₂浓度、 Rn活度浓度的分布范围分别为0.24×10^-6～174.7×10^-6、 13.3～69.8 kBq·m^-3, 背景值分别为14.26×10^-6, 24.8 kBq·m^-3。 邢李庄测线H₂浓度、 Rn活度浓度的分布范围11.8×10^-6～67.06×10^-6、 43.6～72.6 kBq·m^-3, 背景值分别为37.13×10^-6、 72.6 kBq·m^-3。 张河村测线在90～105 m处, H₂、 Rn出现强烈高值异常, 而120～150 m处出现高值异常。 异常值位于断裂带附近, H₂、 Rn气体测值对断裂位置具有良好的指示作用。 气体异常主要受汤东活动断裂构造控制, 汤东断裂下方的深大断裂和汤阴地堑中下地壳的低速体对深部气体释放有重要作用。