基于氢氧同位素的陈家河流域地表水与地下水时空特征研究

2017年,松宜地区陈家河煤矿区发生了酸水污染事件,对当地环境产生了严重影响,生态环境部委托相关单位对该区展开了地下水污染调查工作,试图查明地下水污染程度及污染路径,为后期治理提供水文地质依据。通过分析陈家河流域地表水与地下水氢氧同位素组成特征及分布规律,探讨不同水体之间的补给关系,结果表明：(1)陈家河流域水体δ¹⁸O-δD关系图斜率与斜距均小于全球大气降水线,显示该区域水体主要由大气降水补给。(2)δD与δ¹⁸O上游至下游变负的趋势增大,表明下游地表水受到地下水与矿洞水补给。(3)δD与δ¹⁸O的数值关系表明,在陈家河流域下游可能存在地下水运移的优势通道,例如断层导水带,岩溶通道等。(4)流域范围内水体δ¹⁸O与Cl含量关系反映流域中下游地区地下水在一定程度上受到人类活动的影响。     

蒲阳河流域地下水水化学及同位素特征

保定西部山前地区位于太行山及华北平原交界带,为缓解极端气候灾害对生产生活的影响,维持地下水资源的可持续开发利用,开展相关的地下水水化学及同位素特征研究。研究区地下水化学类型以HCO3—Ca·Mg、HCO3·SO4—Ca·Mg及SO4·HCO3—Ca·Mg为主,区内地下水主要来源于大气降水,流域内地表水补给地下水;地下水中化学成分为Ca2＋、Mg2＋、HCO-3、SO2-4,主要来源于岩石风化作用,同时受到人类活动的影响,地下水中硝酸盐含量明显升高;由于受到褶皱构造的控制,流域的上游及平原区均出现年龄大于60年的地下水,多数岩溶水年龄较复杂,从现代水到大于60年的水均有分布。研究成果为流域内水资源的合理开发利用提供建议,区内岩溶地下水的开发将在一定程度上缓解极端天气的影响。     

开滦范各庄矿地下水氢氧同位素和水化学研究及其实际应用

通过范各庄老矿区地下水的氢氧同位素和δ¹⁸O值与Ca²⁺的活度积关系的研究,以及Na⁺、Ca²⁺和Mg²⁺浓度与其离子势关系的研究,可以判识各层地下水及其混合作用、地下水的补给和水力联系。     

三江平原地表水与地下水氢氧同位素和水化学特征

地表水与地下水的相互作用是水循环研究中的重要组成部分,是水资源管理、规划和优化配置的基础。通过野外考察取样和室内测试分析,应用同位素和水化学方法分析了三江平原地表水与地下水的相互作用关系。结果表明:兴凯湖水氢氧同位素最富集,乌苏镇井水同位素最贫化。松花江、黑龙江和乌苏里江沿河流流向,δD都呈现贫化的趋势;δ18O在松花江和黑龙江沿河流流向有富集的趋势,而沿乌苏里江则呈现贫化趋势。在松花江和黑龙江汇合处,黑龙江江水同位素贫化,电导率低。深井的氢氧同位素比浅井贫化,电导率较小。三江平原当地大气降水线(LMWL)为δD=7.4δ18O-3.1。三江平原水化学主要是Ca·Mg-HCO3型,在人类活动较大的地方,水化学类型发生了改变。利用氢氧同位素和水化学分析表明降水是地表水和地下水的补给源,地表水与地下水水力联系较强。地表水与地下水应作为统一体进行水资源管理。     

氡(222Rn)在地下水-地表水相互作用中的应用研究进展

地下水-地表水相互作用是水资源管理和地表水生态系统保护中重要的一个环节,氡同位素(²²²Rn)由于其在地下水与地表水中含量差异显著、性质保守、检测难度低,广泛运用于地下水-地表水相互作用的研究当中。本文通过总结分析²²²Rn在不同地表水体(海水、河水、湖水等)中的应用,指出刻画地下水氡浓度的异质性是估算地下水排泄的重点和难点。在估算海底地下水排泄(SGD)时,氡的混合损失项估算不确定、海水氡浓度时空变异性、SGD的多组分特征等可能给估算结果带来较大不确定性;在估算河流地下水排泄时难以确定氡的大气逃逸量;研究人员对氡在示踪地表水补给地下水方面的研究程度相对不足。本文从科学研究和实际生产方面,对²²²Rn的研究应用提出以下潜在方向:(1)降低地下水氡空间变异性对估算地下水排泄量的影响;(2)针对不同水体、不同水文条件,准确刻画氡的大气逃逸量;(3)拓展²²²Rn示踪能够解决的科学问题;(4)将氡质量平衡模型计算与不确定分析相结合,实现软件化。     

格尔木河流域平原区地下水同位素及水化学特征

通过对格尔木河流域天然水中H、O同位素的系统分析,根据地球水化学组分循环演化规律所对应流域不同类型水体的同位素组成的研究,结果表明流域地下水化学组分随流程增加溶滤作用增强,地下水中HCO3-逐渐减少,Cl-则增加。运用δD、δ18O和3H值建立了流域大气降水线方程,确定了山区河水非当年降水补给,河水以地下水补给为主、其次是冰雪融水和大气降水补给。山区降水δD、δ18O均值低于平原区,表明平原区降水受蒸发作用影响水中富重同位素。平原区地下水中的δD、δ18O值与河水基本一致,说明平原区地下水主要受河水出山后入渗补给。承压自流水δD和δ18O值与潜水基本一致,根据地下水的3H值确定早于潜水年龄,且随埋深增加δD、δ18O值减少的趋势,其年龄亦由新变老。     

基于水化学和氢氧同位素的兴隆县地下水演化过程研究

地下水的补给来源及其水-岩作用过程研究对于识别地下水水化学成分的形成机制、合理开发利用和地下水污染防治具有重要意义。为了了解兴隆县地区地下水水质及其水源涵养条件,为区域地下水污染防治和饮用水源安全提供支持,论文基于兴隆县地下水的水化学和氢氧稳定同位素（δD和δ18O）特征,综合利用Gibbs图解、主要离子比值和统计分析方法,深入讨论了兴隆县地下水的水化学特征、补给来源和水文地球化学演化过程。研究结果表明,兴隆县地下水呈弱碱性,主要为HCO₃—Ca·Mg型水,总溶解固体（TDS）变化范围为52.2~556.8 mg/L,平均值为238.0 mg/L;地下水主要来源于大气降水补给,蒸发作用对地下水水化学组分的影响较小;区域地下水的水化学组分主要受碳酸盐岩组成矿物白云石和方解石的溶解-沉淀过程的控制,受上覆铝硅酸盐矿物水解影响不大;区域东部和南部地下水Sr2+含量较高,推测碳酸盐岩下伏侵入岩及古老变质岩分布对Sr2+富集有一定影响;地表水和地下水水力联系密切,部分区域地下水受人类活动影响,造成地下水NO₃-含量超过饮用水卫生标准限值。     

北京永定河流域地下水氢氧同位素研究及环境意义

利用氢氧同位素方法对北京地区永定河流域地下水状况及补给运移规律进行了研究。在系统采集了不同地点、不同深度的地下水样品的基础上,分析测试样品的δD、δ^18O、T。通过分析研究成果资料,初步判断出本区地下水的状况及补给运移规律：浅层地下水主要以近10a左右的“新水”为主,而且其主要补给方式是地表大气降水的垂直入渗补给;中深层地下水普遍混有“新水”,且新水比例有增大趋势;深层地下水基本以50a以上“老水”为主,但局部已混有“新水”。本区地下水的状况反映出浅层水补给深层水的越流现象普遍,这会引起深层地下水水质下降。由此可见,本区地下水水资源由于人工不合理的开采利用,状况不容乐观。     

新疆阿勒泰地区地表水体氢氧同位素组成及空间分布特征

氢氧同位素可以识别水体来源,示踪水循环,自20世纪50年代以来已被广泛应用于水文地球化学领域。已有学者开展了新疆大气降水及部分河流湖泊的稳定同位素研究,而关于阿勒泰地区大气降水之外的地表水体稳定同位素研究尚需加强。本文采用液体水激光同位素分析法开展了新疆阿勒泰地区地表河水、湖泊、山泉水、雪水、锂矿坑裂隙水五类水体的氢氧同位素组成研究。结果表明：阿勒泰地区各种类型水体氢氧同位素组成差异明显,地表河流的δ18O及δD值变化范围分别为-15.4‰~-11.5‰及-114‰~-100‰,氘过量参数（d值）变化范围为-12.4‰~12.4‰;乌伦古湖湖水的δ18O及δD值均远高于地表河流,平均值分别为-5.95‰及-78.5‰,氘过量参数远低于地表河流,均值为-30.9‰。地表河流与全球及乌鲁木齐大气降水线相比差异很大,河水除了大气降水外还受到冰川融水的补给,且在水循环过程中经历了蒸发分馏作用,地表河流之间的氢氧同位素组成差异主要受水体补给来源及蒸发程度强弱的控制。由于氢氧同位素温度效应、纬度效应等的存在,阿勒泰地区水体δD及δ18O与水温（T）、总溶解性固体（TDS）及主要离子Na+、K+、Ca2+、Cl-、SO42-摩尔浓度呈显著正相关关系,而与采样点纬度及溶解氧含量（DO）呈显著负相关关系（P < 0.05,n=32）。本研究获得的氢氧同位素组成特征为阿勒泰地区各类型水体稳定同位素研究提供了基础数据。     

九江地震台地下水氢氧稳定同位素变化特征及意义

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。通过对九江地震台2井地下水、大气降水及周边天花井水库水、马尾水高山泉水的样品进行氢氧同位素测定分析,结果表明,与降水相比地下水氢氧同位素变化更为稳定。夏半年,大气降水氢氧同位素与降水量呈显著的负相关关系,具有明显的降水量效应;冬半年,与温度成显著的正相关关系,具有明显的温度效应,地下水氢氧同位素并未表现出明显的降水效应和温度效应。氢氧同位素及过量氘揭示地下水在下渗补给前经历了明显的蒸发分馏作用,并与围岩进行~(18)O交换,δ~(18)O与δD计算的补给高程分别约为647m、440m。九江台地下水总体属于大气成因型,循环过程为较稳定的裂隙水补给形成承压自流井。     

基于氡同位素示踪的洞庭湖区枯水期湖水与地下水交互作用研究

洞庭湖区水系发达,水文地质条件复杂,人类活动强烈,地表水和地下水的水力联系变化频繁,其研究的难度以及由此造成的研究不足影响了对湖区地下水赋存和运动规律的深入认识。本文以洞庭湖整体为研究对象,采用水位动态分析和氡(²²²Rn)同位素示踪法,定性和定量研究枯水期洞庭湖区地表水与地下水的交互作用关系与交互通量。枯水期洞庭湖区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,尤以东洞庭湖最为显著。氡箱模型计算结果显示枯水期地下水排泄²²²Rn通量为455.09 Bq/(m²·d),占总输入²²²Rn通量的60.07%,地下水排泄总量为0.29×10⁸ m³/d,平均排泄速率为56.27 mm/d,地下水排泄对湖水的贡献率为7.04%。敏感性分析表明：风速、地下水和湖水²²²Rn浓度以及湖面面积等参数较为敏感,合理布置取样点并提高敏感参数测量准确度能提高模型计算结果的可靠度。氡同位素示踪法物理意义明确、操作过程简便,是研究复杂区域地下水补、...     

塔吉克斯坦水体同位素和水化学特征及成因

2011年9～10月采集了中亚干旱半干旱地区塔吉克斯坦不同区域的河水、泉水和湖水,通过不同水体样品水化学指标、氢氧同位素分析,初步研究了该区域水化学类型和同位素空间分布特征,并探讨了其形成原因和环境意义。研究结果表明:塔吉克斯坦河水和泉水的主要水化学类型为Ca-HCO₃-型,水体离子主要来源于方解石和白云石风化,局部地区受蒸发岩风化和硅酸盐风化的影响,偶见Ca-SO₄2-和Na-HCO₃-型水体分布。湖泊多分布在东部山区,受多年干旱蒸发影响,水化学类型为Mg-SO₄2-和Na-Cl-型,以微咸水和咸水湖为主。研究区内河水和泉水氢氧同位素变化范围分别为-129.38×10-3～-65.19×10-3和-17.06×10-3～-9.33×10-3,空间上从东向西逐渐富集。受水体来源的区域差异影响,东部和西部河水水体氢氧同位素关系式存在明显不同。反映了东部地区河水以冰川补给为主,西部地区以降水补给为主,而湖水氢氧同位素的变化主要反映了水体蒸发程度。     

河北牛驼镇与天津地热田水化学和氢氧同位素特征及其环境指示意义

本文分析了河北牛驼镇和天津两个中低温地热田水化学、氢氧同位素分布特征及其反映的地热水赋存环境。结果表明:两个地热田系统存在明显差异,从浅部第四系地下水到雾迷山组地热水存在各自的混合线。不同层位的浅层地下水、地热水物理混合作用明显。地热田蓟县系雾迷山组和奥陶系高温地热水与碳酸岩含水介质发生的水-岩相互作用,造成了δ18O发生飘移;馆陶组和明化镇组地热水主要是浅部第四系地下水与雾迷山组和奥陶系地热水发生混和作用的结果。牛驼镇地热田雾迷山组和奥陶系地热水中Cl~–和HCO_3~–含量增高的同时,SO_4~(2-)含量随之减小(0.20~1.30 mg/L),明显低于天津地热田雾迷山组及奥陶系地热水中的SO_4~(2-)含量(273~394 mg/L),指示牛驼镇地热田雾迷山组和奥陶系地热水发生了明显的脱硫酸作用。水化学、氢氧同位素分布特征揭示了牛驼镇地热田雾迷山组和奥陶系地热水处在还原环境中,与浅部第四系地下水水力联系弱,主要以侧向径流补给为主,而天津地热田奥陶系和雾迷山组地热水与浅部第四系地下水水力联系较强,同时存在垂向和侧向径流补给。牛驼镇和天津两个地热田均具有巨大的地热资源开发潜力,但在开发过程中要坚持资源环境并重的原则,保障地热资源的持续利用。     

大沽河流域上游水化学特征及其控制因素研究

大沽河流域是青岛市、烟台市重要的供水源区,为研究大沽河流域水化学特征及成因机制,选取大沽河流域上游补给区开展研究,采集35个地下水样品和5个地表水样品。综合运用描述性统计分析、Piper三线图、Gibbs图以及离子比值等方法,结合水文地质条件,分析研究区水化学特征,探索其水化学组成的成因机制。结果表明,大沽河流域地下水为弱碱性水,占优势的阴、阳离子分别为HCO-3、SO2-4和Ca2+、Mg2+。水化学类型共分多种,其中以HCO-3·SO2-4—Ca2+·Mg2+为主。大沽河流域水化学特征受水—岩作用、阳离子交换作用的影响,岩石风化溶解是水化学特征的主要控制因素,且阳离子交换作用活跃。Na+、K+、Cl-、偏硅酸主要来源于硅酸盐岩的溶解,Ca2+、Mg2+和SO2-4主要来源于碳酸盐岩的溶解,显著高于来自蒸发盐岩风化溶解的贡献。人类活动对地下水化学特征有较大影响,农业种植、养殖业等人类活动导致水中NO-3浓度普遍偏高,同时人类活动加剧了硅酸盐矿物的风化溶解,使得偏硅酸浓度升高,超过74%的水样偏硅酸质量浓度达到了25 mg/L。     

大沽河流域上游水化学特征及其控制因素研究

大沽河流域是青岛市、烟台市重要的供水源区,为研究大沽河流域水化学特征及成因机制,选取大沽河流域上游补给区开展研究,采集35个地下水样品和5个地表水样品。综合运用描述性统计分析、Piper三线图、Gibbs图以及离子比值等方法,结合水文地质条件,分析研究区水化学特征,探索其水化学组成的成因机制。结果表明,大沽河流域地下水为弱碱性水,占优势的阴、阳离子分别为HCO-3、SO2-4和Ca2+、Mg2+。水化学类型共分多种,其中以HCO-3·SO2-4—Ca2+·Mg2+为主。大沽河流域水化学特征受水—岩作用、阳离子交换作用的影响,岩石风化溶解是水化学特征的主要控制因素,且阳离子交换作用活跃。Na+、K+、Cl-、偏硅酸主要来源于硅酸盐岩的溶解,Ca2+、Mg2+和SO2-4主要来源于碳酸盐岩的溶解,显著高于来自蒸发盐岩风化溶解的贡献。人类活动对地下水化学特征有较大影响,农业种植、养殖业等人类活动导致水中NO-3浓度普遍偏高,同时人类活动加剧了硅酸盐矿物的风化溶解,使得偏硅酸浓度升高,超过74%的水样偏硅酸质量浓度达到了25 mg/L。     

锡林河流域地表水和浅层地下水的稳定同位素研究

2006年4—9月,在从锡林河源头沿河流进行地表水和地下水同位素样品采集和分析的基础上,利用全球降水同位素监测网(GNIP)包头站的大气降水稳定同位素资料,结合锡林河流域的气象和水文资料,对锡林河流域大气降水、地表水和地下水稳定同位素进行了研究.结果表明:地下水中δ18O和δD值分别集中在-11.7‰～-14.9‰和-80‰～-89.5‰范围内,δ18O沿地下水流向有增加的趋势,大部分地下水中δ18O的季节波动性不大;河流干流δ18O和δD的年算术平均值从源区的-12.8‰和-94.5‰到入锡林河水库处的-10.0‰和-79.3‰,差值分别约为3‰和15‰.河水中的δ18O值沿流程增加而增大的现象可归结为受含有较高δ18O值的地下水补给作用和河水的蒸发作用的共同影响,其中对δ18O蒸发富集的研究显示,蒸发引起δ18O富集值为1‰.通过地下水线(GWL)和地表水线(SWL)及区域大气降水线(LMWL)的对比分析发现,在径流季节,降水对地表水的贡献小,地下水是地表水主要的补给源,地表径流基本是地下水的排泄.     

矿区流域不同水体同位素时空特征及水循环指示意义

为了探究平朔矿区所在流域不同水体同位素的时空变化规律,揭示采煤活动下区域水循环规律,于2020年8月和12月对流域内地表水、地下水和矿井水进行采样,测试样品的D和¹⁸O同位素组成,并利用贝叶斯混合模型MixSIAR计算了矿井水不同来源的贡献率。结果表明：(1)地表水和矿井水δD和δ¹⁸O夏季较冬季高;地下水δD和δ¹⁸O季节差异不明显。地表水氢氧同位素值沿程呈增加趋势,但局部受到矿井水的补给,出现贫化;地下水氢氧同位素值沿径流方向呈逐渐增加趋势。(2)采煤区氢氧同位素值较非采煤区明显增加。受季节效应影响,在空间分布上8月浅层地下水氢氧同位素高值区域较12月明显增多。(3)δ¹⁸O与δD关系图表明,地表水在接受大气降水的补给之后受到了蒸发分馏作用的影响;浅层地下水的补给源较复杂,深层地下水由于采煤形成的导水裂隙带受到了浅层地下水和地表水的补给;矿井水受地表水、浅层地下水和深层地下水的补给。(4) MixSIAR模型揭示出深层地下水是矿井水的主要补给来源,占61.60%～67.20%,且补给比例冬季大于...     

产出水识别及受污染地下水水化学和氢氧稳定同位素特征

识别地下水污染来源、认识受该类污染源污染的地下水化学特征是地下水污染防治工作的重中之重。产出水作为石油、天然气工业的废水,具有组分复杂、危害性大的特点。针对受产出水污染的地下水研究较少,受污染地下水的特征以及识别该污染源的方法尚不明确的问题,笔者以延安某地下水污染场地为研究区,利用水文地球化学和氢氧稳定同位素的方法探讨受产出水污染的地下水的水化学和同位素特征,并通过对比地下水和油层水的钠氯系数、氯镁系数、脱硫系数和碳酸盐平衡系数对产出水进行识别。研究结果表明,该区域受产出水污染的地下水表现为高TDS和贫化的氢氧稳定同位素特征;其水化学类型以Cl−Na型、Cl−Mg·Ca·Na型为主,且随着受产出水影响程度降低,地下水由Cl−Na型转化为Cl−Mg·Ca·Na型,再到HCO3·SO4−Na·Ca·Mg型;离子比例关系较正常地下水混乱,无线性规律;受产出水污染的地下水的钠氯系数、氯镁系数、脱硫系数和碳酸盐平衡系数大小均在长6油层水的范围内,表明判断油气成藏条件的相关参数可以用来识别产出水污染。该研究探讨了受产出水污染的地下水的水化学特征和氢氧稳定同位素特征,提出对比地下水和油层水的相关参数来识别产出水污染的方法,对产出水污染场地的识别、认识、调查、监测、和修复具有重要意义。     

辽南营口地区某些金矿床的铅同位素和氢氧同位素特征及成矿热液来源

辽南营口地区的猫岭金矿、黄家营子金矿、金厂沟金矿、隈子金矿等,金矿矿区内的矿石铅和中生代似斑状黑云母二长花岗岩的钾长石铅都是二个阶段的异常铅,二者的铅同位素组成近于一致,其中猫岭金矿的铅同位素组成与元古宙盖县组变质岩的铅同位素组成近于一致,表明成矿物质来自中生代似斑状黑云母二长花岗岩和盖县组变质岩。由氢氧同位素组成研究结果看,这些金矿的成矿热液主要来自于花岗岩浆热液,混有少量的大气降水。