中国中东部地区地表水环境锶元素地球化学特征研究

水环境中锶的含量及其变化、地理分布及其控制因素等特征的研究有助于认识区域水文地球化学特征及流域盆地岩石风化速率等地球化学行为,因此河流环境中锶的地球化学行为是地球化学研究的重要课题之一。对我国中东部地区部分河流水体中溶解态锶含量进行了分析研究发现,与世界上主要河流溶解态锶含量平均值0.078 mg/L相比,中国中东部地区河水中的锶含量(0.139 mg/L)明显偏高。分析研究表明,中国中东部地区河水中的锶主要源于蒸发盐岩和碳酸盐岩的风化作用,流域锶含量从南向北逐渐增加的现象主要受流域岩石或沉积物类型的控制,化学风化作用越强烈,河流锶含量越高。除了受区域岩性的影响外,气候条件对流域河水中的锶含量水平及地理分布起到一定的控制作用。     

锶同位素在沉积学中的应用新进展

随着分析测试技术的不断提高 ,锶同位素研究取得了重大进展。近年来 ,显生宙以来海水锶同位素的变化曲线不断得以补充和修正 ,已建立起具有全球一致性、可对比的海水锶同位素变化曲线背景值 ,为锶同位素的应用奠定了基础。现在 ,锶同位素不仅在示踪岩浆及成矿热液的来源和演化、计算晚期成岩改造作用的规模和程度及流体 /岩石比等方面已趋于成熟 ,并且越来越广泛运用于海平面变化、板块活动、海底扩张、成岩演化等方面的研究。此外 ,在一些热点研究上 ,如全球变化、生态环境等方面 ,也逐渐显现出重要性     

云南保山中晚志留世碳酸盐岩的锶同位素组成及海平面变化

本文以云南保山地区中上志留统栗柴坝组海相碳酸盐岩作为研究载体,运用锶同位素比值方法,结合岩石学、古生物学等,对该区志留系中晚期的海平面变化情况及其影响因素进行了研究。其中锶同位素比值数据为该区首次获得,其所反映的海平面变化趋势与同时期美国中西部的海平面演化曲线具有良好的耦合性。研究结果表明;剖面第一段至第二段,~(87)Sr/~(86)Sr值逐渐减小,表明此时海平面相对逐渐升高;第二段~(87)Sr/~(86)Sr值整体处于相对低的水平,总体呈现出逐渐减小趋势,且在21号样品处达到最低值(0.710 5),说明此阶段海侵作用明显;第三段,在较短的地质时期内,~(87)Sr/~(86)Sr值表现出相对强烈的正偏移,达到极值0.728 49,说明海平面相对下降明显。总之,志留系中晚期海平面表现为先升后降的过程。锶同位素的强烈偏移以及岩石内较高的~(87)Sr/~(86)Sr值,正是同时期造山运动和海平面下降事件的反映。     

赣江河水主成分及锶同位素地球化学研究

于2007年11月,系统采集赣江流域枯水期河水样品22个,对其主要离子成份组成和锶同位素比值进行了分析测定,以期获得赣江流域化学风化过程及物质来源信息。研究结果显示,赣江流域河水的离子成分主要来源于硅酸岩和碳酸盐岩两端元混合组成的岩石和土壤的化学风化或溶解,且风化作用在近地表环境中进行。流域水体的化学组成基本代表了典型的硅酸岩地区河流的相应化学组成,显示出与碳酸盐岩地区河流及世界主要河流河水化学组成的差异性,如Si、Na、K等含量较高。其次,赣江河水还显示了受人类活动对水体化学组成的影响较大、以及大气CO2消耗率较高等特点。     

元素-锶同位素技术在农产品原产地溯源中的应用

农产品质量安全及其产地溯源是当今世界共同关注的问题。国际上,将元素-同位素技术应用到农产品溯源领域正受到极大关注。通过研究农产品原产地土壤、岩石、降水及地表水等环境因子中元素-同位素组成与农产品之间的对应关系,可定位农产品原产地及其生长地域环境地球化学特征。目前,追溯农产品产地的技术方法存在同位素分馏效应,人为干扰因素...     

河流锶元素及其同位素地球化学研究现状与问题

文章系统阐述了近30年来河流锶元素及其同位素地球化学研究方面取得的进展、现状及目前存在的问题,这些问题主要包括:河流锶同位素比值对于源岩的解释问题、河流锶元素含量及其同位素组成的全球参比值问题、不同的端元输入对河流锶元素及其同位素组成的影响以及不同制约因素及研究方法对河流锶元素及其同位素组成的影响等问题。根据目前的研究资料,笔者指出在进行河流锶元素及其同位素地球化学研究过程中应当:(1)考虑矿物岩石在风化过程中锶元素的释放特征及其同位素演化规律;(2)结合同位素地球化学及雨水化学方法对大气及人类活动输入对河流锶元素及其同位素组成的贡献进行校正;(3)开展主要流域的研究工作,尤其是不同构造、地质及气候背景条件不同流域间的对比研究,建立河流锶元素及其同位素组成区域参比值;(4)在研究方法上,应该对区域内降雨、岩石、土壤、沉积物及地下水中的锶元素及其同位素地球化学特征进行系统分析,包括不同形态的锶元素及其同位素地球化学特征的研究。     

氢氧同位素组成对丰沛平原区水循环的指示意义

丰沛平原区包括丰县、沛县与铜山区北部,近年来该地区出现地下水超采、地下水氟污染等严重的问题。为调查该地区水循环情况,采集了地表水与地下水样品共28个,分析了氢氧同位素组成的分布规律及其影响因素,并讨论了丰沛平原区浅层地下水与地表水转化关系以及各自的蒸发损失情况。研究结果表明：大气降水的云下二次蒸发程度较小,地下水的蒸发比附近地区更强烈。地下水同位素含量呈现总体沿地下径流方向逐渐富集的趋势,且地下水¹⁸O与CO₂存在微弱的交换作用导致¹⁸O贫化。结合水文地质调查与氢氧同位素特征,推断出河流中上游更倾向于地下水补给地表水,河流下游地表水对地下水大量渗漏。利用两端元法计算得出,总体上地表水受到地下水补给的比例为20%～40%左右,部分地区补给比例达60%以上。河流下游河水对地下水的补给比例大多介于25%～50%不等,部分点位可达90%。采用非平衡分馏条件下的Rayleigh模型计算蒸发比例,河水的蒸发损失约为23%～28%,地下水蒸发损失约为15%～20%。结果可为丰沛平原区及周边相似地区的水资源管理提供科学参考。     

鄱阳湖三江口柱状沉积物有机氮同位素特征及其环境指示意义

通过对鄱阳湖三江口处柱状沉积物中δ15N、C/N比值、TOC和TN等含量的测定,分析了其有机质及氮素的来源.结果表明: 赣江、抚河、信江及鄱阳湖处柱状沉积物δ15N值变化范围分别为2.44‰~4.55‰、4.03‰~5.84‰、3.79‰~4.81‰及3.42‰~8.13‰.赣江南支其沉积有机质主要来源于土壤有机质;抚河整个柱状沉积物以自生有机物源为主;信江西支在12cm以下其沉积有机质主要受藻类及土壤有机质两种物源的影响,而12cm以上受外源影响比较小;鄱阳湖梅溪嘴表层2cm处沉积有机质来源以藻类为主,而中间6~3cm处主要来源于土壤有机质,7cm以下主要来源于藻类及土壤有机质.赣江南支、信江西支及鄱阳湖梅溪嘴沉积物氮素均主要来源人工合成肥料和土壤流失氮,而抚河主要来源于土壤流失氮.     

西江水氢氧同位素组成的空间变化及环境意义

2014年6月和2015年1月,在西江各干流和支流分别采集了54个水样,对水的氢氧同位素组成进行了分析.结果表明,西江水体δ18O和δD存在明显的线性关系,这种相关关系旱季显著于雨季,西江水体旱、雨季18O、D值均沿大气降水线分布.氘盈余(d)值雨季大于旱季,主要是由于雨季降水多通过落水洞、竖井、漏斗等岩溶形态直接补给地下河,与围岩接触的时间较短,而旱季降雨较少,地表河系统受储存在岩溶裂隙、孔隙中的地下水体补给.由于受海拔高度及蒸发效应的影响,西江干流红水河—浔江段和支流右江—郁江段δ18O和δD值整体上表现为沿流程逐渐偏正的趋势,而由于桂江支流上游到下游海拔差异不大,流程简短、加上桂江支流水量少于西江干流和右江—郁江支流,桂江支流未出现从上游到下游逐渐偏正现象.通过δ18O与高程的关系建立了二者之间的线性回归模型,揭示了雨季西江水体随高度的变化率为:-0.44‰·(100 m)-1,旱季为-0.45‰·(100 m)-1,反映西江流域降水的高度效应,这对流域水循环过程的研究具有重要的水文地质意义.     

非传统稳定同位素锶(δ~(88/86)Sr)的地球化学研究进展

锶有4个稳定同位素:84Sr、86Sr、87Sr和88Sr。但其中的非传统稳定同位素(δ88/86Sr)成为近年来国际同位素地球化学领域的研究热点。本文根据国际众多学者的研究,阐述了大多数实验室新近采用双稀释剂和TIMS方法来获得高精度δ88/86Sr数据的原理,并综述自然界δ88/86Sr变化,列出一些影响锶同位素分馏的因素。综合讨论其在地质方面的应用:(1)根据冷水珊瑚稳定锶同位素重建古海洋温度;(2)联立87Sr/86Sr和δ88/86Sr来研究海洋中锶的地球化学循环;(3)利用骨骼中的锶稳定同位素研究古营养学。     

沉湖130年来湖泊沉积物有机碳、氮稳定同位素变化及其环境指示意义

通过对2020年沉湖湖心采集的73cm长沉积柱(CH-01)中总有机碳(TOC)、总氮(TN)、有机碳同位素(δ¹³C_org)和氮同位素(δ¹⁵N)指标的分析,并结合年代测定(²¹⁰Pb、¹³⁷Cs比活度测试)结果,分析了130多年来沉湖沉积物有机质的来源,探讨受人类活动影响下湖泊的生态环境变化过程.结果表明:沉湖沉积物平均沉积速率为0.52cm/a,呈缓慢增大趋势.TOC、TN含量变化范围分别为0.89%～3.65%和0.04%～0.20%,δ¹³C、δ¹⁵N值变化范围分别为-29.34‰～-26.13‰和1.67‰～5.48‰,TOC、TN在38～26cm的快速上升对应于1970～1990年沉湖周边人口增长和湖泊改造工程频繁期.沉积物中有机质为混合来源,主要为土壤有机质、陆生C3植物和水生维管束植物.其中土壤有机质和陆生C3植物的贡献较大,1980年后由于人类活动导致湖泊水动力减弱,湿地内水生维管束植物对沉积物有机质的贡献率增大....     

表生风化淋滤迁移过程的Cd同位素分馏及其指示意义

利用Cd同位素来示踪Cd污染源是近年发展起来的一个新的同位素示踪体系,具有极大的优越性。然而,在利用Cd同位素示踪污染源的研究中,表生风化淋滤作用是否会导致同位素分馏,目前还没有研究报导,限制了Cd同位素在示踪污染源方面的应用。通过对Pb-Zn矿山主要固体污染源的表生风化淋滤过程进行模拟实验表明,无论是淋滤实验还是可交换态Cd实验,淋滤液总体上较残留态富集Cd的重同位素,其中尤以硫化矿最为明显,其Cd同位素分馏可达0.50‰(δ^114/110Cd)。此外, Cd的淋滤率与淋滤产生的Cd同位素分馏总体呈负相关关系。因此,我们认为在利用Cd同位素端元模型示踪污染源时,必须充分考虑表生风化淋滤作用可能带来的影响。     

白洋淀不同水体氢氧同位素特征及其指示意义

为深入认识白洋淀湿地水文循环过程,于2020年开展大气降雨、河水、湖水和地下水样品采集和测试,揭示了不同水体氢氧稳定同位素特征及其对蒸发、水动力条件、地表水和地下水交互作用的指示意义.结果表明,白洋淀不同水体氢氧同位素特征差异较大,δD和δ18O均值存在如下关系:6月湖水＞10月湖水＞上层地下水＞河水＞中层地下水＞下层...     

武山铜矿层状含铜黄铁矿矿体锶同位素地球化学特征及矿床成因

武山铜矿层状含铜黄铁矿矿体与花岗闪长斑岩具有完全不同的Sr同位素组成。层状矿体中胶黄铁矿、黄铁矿的87Sr／86Sr比值变化于0．7117－0．7241之间，而花岗闪长斑岩中长石和磷灰石的87Sr／87Sr在0．7072-0．7099之间。表明二者具有不同的物质来源，层状矿体物质主要来自上地壳和地层。而花岗间长班岩则主要来自上地幔和下地壳。铅同位素组成表明层状矿体中的铅来自古生代地层。层状矿体硫化物的Rb－Sr等时线年龄为328±21Ma，87Sr／86Sr的初始值为0．7138，表明民状矿体矿石形成于石炭纪，成矿物质自上地壳；而花岗闪长班岩的Rb－Sr等时线年龄为140Ma，为燕山早期的产物。根据研究结果，并结合矿体地质特征等，我们认为武山层状含铜黄铁矿矿体为与海西期海底火山活动有关的喷气（热水）沉积矿床。     

荔波板寨小流域水体硫同位素特征及其对流域风化的指示意义

在生态脆弱的喀斯特地区,硫酸的参与加快了碳酸盐岩的风化速率,改变了区域碳循环过程。选择位于西南喀斯特森林地区的板寨小流域为研究区域,结合地表、地下水化学及其SO_4~(2-)的δ~(34)S同位素特征,分析了水体主要溶解物的来源,验证硫酸参与区域碳酸盐的风化过程。研究结果显示:所有水样均表现出明显的岩溶水化学特征,其主要阴离子为HCO_3~-,占总阴离子的57.4%~93.8%,流域内小学附近采样点的泉水中含有较多的SO_4~(2-);流域水体主要阳离子为Ca~(2+)、Mg~(2+),二者分别占总阳离子当量的61.4%~90.8%和7.64%~37.6%,其中板寨河水中含有较多的Mg2+,平均可占总阳离子当量的33.0,表明板寨河水可能受石灰岩和白云岩风化的共同作用。小学样点的SO_4~(2-)含量远高于其余各个样点。而δ~(34)S同位素结果显示小学和黎明关两个样点地下水SO_4~(2-)的平均δ~(34)S同位素值分别为-11.1‰和-9.12‰,接近贵州煤的δ~(34)S同位素统计值,表明其可能受到地下煤层中硫化物氧化的影响。瑶寨地下水和板寨河水的δ~(34)S同位素与西南喀斯特地区大气降水SO_4~(2-)的δ~(34)S同位素值相近,可能主要来源于大气降水。     

瓶装饮用水的水化学、同位素特征及其指示意义

通过对四类(天然矿泉水、纯净水、矿物质水、苏打水)36种品牌瓶装饮用水的水化学与同位素组成的分析,研究了各瓶装饮用水的水化学和同位素组成特征、水文地球化学形成作用及其水源补给循环特征。研究结果表明:瓶装饮用水的TDS变化幅度较大(7.26~638.23mg/L),纯净水和矿物质水的TDS较低(7.26~47.5mg/L),水化学类型以HCO3-Na型为主,其次为HCO3-Ca·Na型和HCO3-Ca型,Gibbs图和离子比例系数揭示了各类饮用水水源在形成过程中所发生的水化学作用;瓶装饮用水中氢氧同位素组成变化幅度较大(δD:-160.21‰~-43.96‰,δ18 O:-20.91‰~-6.00‰),其同位素组成均分布我国大气降水线附近,表明各饮用水水源主要来自于大气降水补给,西南地区水样中氢氧同位素较为贫化(δD:-160.21‰~-83.83‰,δ18 O:-20.91‰~-11.58‰),东南和华北地区则较为富集(δD:-79.68‰~-43.96‰,δ18 O:-10.9‰~-6.00‰),除东北和西北地区,其他地区氘盈余(d值)均低于全球雨水的平均值10‰,反映各水样的补给水源在形成过程中受到蒸发作用的影响;高程和温度与氢氧同位素有较好的相关性,随高度增加或温度降低,瓶装饮用水中δ18 O逐渐贫化。     

水化学和环境同位素对济南东源饮用水源地地下水演化过程的指示

济南东源水源地属于岩溶裂隙水,是济南市的主要供水水源.以济南市东源水源地为研究区,通过对研究区地下水和地表水的主要离子含量、氢氧同位素比值分析,揭示了东源饮用水源地地下水的补给来源、地表水的影响及水岩作用过程.结果表明,区内地下水水化学类型相似,阳离子以Ca~(2+)为主,阴离子以HCO_3~-和SO_4~(2-)离子为主;大气降水是该地区地下水和河水的主要补给来源,且经历了不同程度的蒸发作用.地下水化学组分主要受水-岩作用的控制,方解石和石膏等贫镁矿物的溶解沉淀以及上覆第四系地层硅酸盐矿物的水解是区内地下水水化学组分的主要来源;部分地段河水污染渗漏补给地下水,造成地下水污染,主要超标指标为总硬度、NO_3~-、NH_4~+、SO_4~(2-)、Fe和Mn.     

长沙地区不同水体稳定同位素特征及其水循环指示意义

分析不同水体中的环境同位素变化特征是应用同位素示踪技术进行区域水循环研究的必要基础.根据2012年1月至2013年12月对长沙地区大气降水、地表水(河水)及地下水(泉水、井水)的跟踪取样,分析了不同水体中δD、δ18O的变化特征.结果表明,由于水汽来源的季节差异,长沙地区降水中D、18O的组成呈现出明显的季节变化,降水中δ18O变化与气温、降水量等气象要素之间存在显著负相关,当地大气水线(LMWL)特征揭示了长沙地区湿润多雨的气候;地表水中δD、δ18O的波动小于降水,其稳定同位素值的季节变化相对于降水存在延迟特征,冬夏半年河水线(RWL)的差异表明地表水在不同季节的主要补给源有所不同;地下水中δD、δ18O的波动幅度最小,并且泉水、井水中δD与δ18O的变化范围以及平均值都非常接近,说明这两种水体间存在较密切的水力联系,干旱月份地下水δD、δ18O持续偏低,可能与树根对地下水的吸取加强有一定的关系.研究结果对于合理利用本地区水资源有一定指导意义.     

双河洞流域氢氧同位素特征及其指示意义

为了探究喀斯特区域地表水与地下水的相互转化关系及水-岩作用特征,以双河洞流域为研究对象,分别在2018年12月和2019年6月对流域地表水与地下水进行监测采样。运用数理统计、Piper三线图、回归分析等方法对水样的氢氧同位素组成和水化学特征进行分析。结果表明：(1)旱季和雨季流域内地表水、地下水优势阳离子以Ca²⁺和Mg²⁺为主,优势阴离子以HCO^-₃为主;水化学类型为Ca²⁺·Mg²⁺-HCO^-₃型。(2)流域内氢氧同位素具有季节变化特征,表现为雨季高、旱季低;流域沿程有着复杂的转换关系,池武溪上游以地下水补给地表水为主,池武溪中游至下游地表水与地下水交替补给。(3)流域氘盈余值呈现出旱季低雨季高的季节差异,在水-岩作用的影响下与当地大气降水的氘盈余值变化特征相反,而且水-岩作用强烈的区域与流域洞穴密集分布的特点相对应。