地学前缘

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“水文地球化学研究进展”主题专辑目次

2022, 29(3): 0-0.

摘要 ( 117 )

PDF(438KB) ( 157 )

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高碘地下水成因与分布规律研究

王焰新, 李俊霞, 谢先军

2022, 29(3): 1-10.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.1.47

摘要 ( 514 )

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PDF(5594KB) ( 406 )

我国是世界上已知面积最大的水源性高碘国家,碘的长期过量摄入对居民健康产生极大威胁。在不同的环境水文地质条件下,高碘地下水成因模式可概括为:埋藏-溶解型、压密-释放型和蒸发-浓缩型。基于对高碘地下水成因机理的认识,我们利用大数据模型预测了全国高碘地下水赋存情况,发现其高风险区(p>0.5)约占国土面积的19.8%,且涵盖了全部已知的高碘地下水分布区。开展地下水系统中有机碘形态定量表征、碘的水文地球化学行为微观机理识别和迁移活化过程定量模拟研究,将深化对高碘地下水成因与分布规律的认识,为供水水质安全和预防水源性高碘甲肿提供重要的科学依据。

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深部水文地质研究的机遇与挑战

文冬光, 宋健, 刁玉杰, 张林友, 张福存, 张森琦, 叶成明, 朱庆俊, 史彦新, 金显鹏, 贾小丰, 李胜涛, 刘东林, 王新峰, 杨骊, 马鑫, 吴海东, 赵学亮, 郝文杰

2022, 29(3): 11-24.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.1.49

摘要 ( 636 )

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PDF(4206KB) ( 543 )

经济社会快速发展需要更多的能源与资源保障,地球深部资源与能源极其丰富。“向地球深部进军”是经济社会发展需要与资源勘查开发技术、经济效益成本承受能力相匹配的必然发展趋势。随着“碳达峰、碳中和”战略目标的提出,绿色低碳高质量发展成为时代发展的主旋律。为满足能源、资源保障和生态环境保护等重大需求,加大清洁能源勘探开发力度、提高碳封存能力、强化地质储能研究等显得尤为重要。深部水文地质作用与此息息相关,亟待重视和加强研究。本文采用文献分析法,通过学科发展历程与热点焦点问题的综合对比研究,对深部地下水分布与循环理论研究、深部地下水地质作用下地热与锂资源成藏、深部地热-干热岩与页岩气等清洁能源开发、深部咸水层CO₂地质封存、地质储能等方面涉及的深部水文地质研究现状和未来趋势进行了分析总结,认为深部水文地质在高温高压条件下地下水循环动力机制、物质能量转换过程、水岩相互作用、成热成藏机理和勘查监测技术精准度等方面尚需深入系统的研究,而储层非均质性刻画、热源机制、深部资源能源可持续开发技术、人工干预下深部资源环境演变特征、水力压裂诱发地震以及断层对流体触发的敏感性和触发过程演变等是未来应给予重点关注的关键性问题。

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基于文献计量学分析水文地球化学研究进展及趋势

王广才, 王焰新, 刘菲, 郭华明

2022, 29(3): 25-36.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.1.48

摘要 ( 539 )

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PDF(7295KB) ( 293 )

水文地球化学研究在可持续发展中起到重要作用,然而目前对该领域的阶段性总结分析研究还较少。本文使用文献计量学可视化分析方法,以1982年1月1日到2021年11月17日被Web of Science收录的有关水文地球化学的检索信息为基础,使用CiteSpace和 VOSviewer等软件对水文地球化学研究现状和趋势进行分析。结果表明,水文地球化学论文发文量与被引量整体呈现上升趋势,2010年以后发文数量是2010年以前发文数量的两倍,水文地球化学研究仍然具有较大的发展空间。其中,中国积极参与水文地球化学领域的研究,近几年的发文量增长幅度高于美国、德国、加拿大等发达国家,这与中国国家自然科学基金会的资助以及各个科研机构的研究分不开。通过关键词分析,1982年至2021年水文地球化学研究的主题为:地下水质量与人体健康、同位素的研究与应用、元素的迁移转化和微生物作用以及地下水-地表水水文地球化学过程。文献计量工具方法与“水岩相互作用国际学术会议”统计共同表明:不同空间尺度和环境下的水岩相互作用、同位素技术的开发与应用、生物地球化学以及地下水质量是未来水文地球化学领域的主要研究趋势。

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岩溶关键带水文地球化学研究进展

周长松, 邹胜章, 冯启言, 朱丹尼, 李军, 王佳, 谢浩, 邓日欣

2022, 29(3): 37-50.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.1.40

摘要 ( 441 )

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PDF(2966KB) ( 295 )

岩溶关键带处于岩石、水、土壤、大气、生物五圈交汇地带。正确认识岩溶关键带的结构、特点及其水文地球化学过程是当前地球关键带与岩溶水科学研究的重点问题。本文基于对国内外相关研究成果的归纳整理,剖析了岩溶关键带水文地球化学内涵、岩溶关键带水动力垂向分带、岩溶关键带框架下的水文地球化学过程与机制, 探寻变化环境下岩溶关键带水文地球化学过程演变的规律与驱动机制。指出了当前研究中存在的薄弱环节:目前工作仅停留在传统岩溶地下水科学工作范畴,未从岩溶关键带框架体系的角度考虑植物冠层至岩溶含水层之间水文地球化学过程及其耦合关系,未考虑新污染物持续输入、地球大数据科学工程深入实施、全球碳排放路径逐渐改变等时代因素对岩溶水文地球化学研究的潜在影响。进一步的研究可以从以下方面开展:基于岩溶关键带框架体系的新污染物水文地球化学研究,基于大数据框架体系的岩溶水文地球化学研究,“双碳战略”下的岩溶水文地球化学研究,岩溶关键带水文地球化学驱动的物质转化与能量迁移过程及其耦合以及高分辨率监测、评估与模拟手段的综合应用。

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区域地下水污染综合评价研究现状与建议

何宝南, 何江涛, 孙继朝, 王俊杰, 文冬光, 荆继红, 彭聪, 张昌延

2022, 29(3): 51-63.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.1.29

摘要 ( 632 )

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PDF(3804KB) ( 277 )

区域地下水污染综合评价研究是一项总结区域地下水水质特征、评估地下水水质和污染状况、分析其驱动机制、研判其演化趋势的重要基础性工作,也是地下水污染防控以及水质改善的重要依据。受水文地质领域一些传统概念、观念以及技术方法的限制,在水质综合评价、污染评价、天然劣质水与污染的区分、人类活动影响等方面存在诸多问题和挑战,认知的科学性和可靠性不断受到质疑,给政府管理部门的应用和决策带来困惑。本研究通过梳理分析近年来区域地下水污染综合评价的研究现状,回顾总结了在水质综合评价、背景值、污染评价、劣质水和劣变水评估以及人类活动识别等方面存在的问题,提出了几点认识和建议:(1)“指标分类评价-组合表达”的水质及污染综合评价思路,可为解决现阶段水质及污染综合评估容易造成歧义和误导的问题提供新的方向;(2)视背景值的建立不仅能够解决传统概念背景值无法获取的问题,还能有效进行污染判定、劣质水和劣变水评估以及人类活动识别,是一项亟待全面开展的基础性工作;(3)劣质水和劣变水概念及评价思路的提出,对区分天然劣质水和污染水具有借鉴意义,在科学回答这两类水对我国地下水水质的影响、帮助决策者理解水质不安全成因等方面有重要意义,但是方法学方面需要进一步探讨;(4)对人类活动影响的识别和量化,进一步推动了对输入型污染、诱导型水质恶化以及水化学场变化所引起的各种水质问题的认识,进而对判断水质演化趋势、污染防控、分类解决水质问题具有重要的意义。

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地下水典型氧化还原敏感组分迁移转化的研究热点和趋势

郭华明, 高志鹏, 修伟

2022, 29(3): 64-75.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.1.37

摘要 ( 330 )

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PDF(2315KB) ( 188 )

C-N-S反应体系是地下水系统中氧化还原敏感组分循环和能量流动的关键系统,但它如何与Fe、Mn循环过程、相关功能微生物代谢路径耦合并控制氧化还原敏感组分的迁移转化却并不清楚。本文在对国内外相关文献进行归纳总结的基础上,把地下水中的氧化还原敏感组分分为氧化富集型和还原富集型,较为系统地梳理了地下水系统C、N、S循环驱动的典型氧化还原敏感组分(主要以U、Cr、Fe、As为例)迁移转化过程,指出了该领域的主要研究热点,包括C-N反应体系中典型氧化还原敏感组分的迁移转化、C-S反应体系中还原富集型组分活化和氧化富集型组分固定机理、典型氧化还原敏感组分之间的相互作用、微生物作用下典型氧化还原敏感组分的转化和富集等,并提出基于代谢路径的C-N-S反应体系及其驱动下地下水典型氧化还原敏感组分转化过程和富集机理,将成为本领域的发展趋势。

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氡(²²²Rn)在地下水-地表水相互作用中的应用研究进展

廖福, 罗新, 谢月清, 易立新, 李海龙, 王广才

2022, 29(3): 76-87.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.1.44

摘要 ( 521 )

HTML ( 23 )

PDF(2354KB) ( 347 )

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。

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城镇化进程中珠江三角洲地区浅层地下水中砷分布特征及成因

吕晓立, 郑跃军, 韩占涛, 李海军, 杨明楠, 张若琳, 刘丹丹

2022, 29(3): 88-98.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.1.26

摘要 ( 537 )

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PDF(7479KB) ( 1585 )

随着经济的快速发展,城镇化和工业化成为影响地下水环境的重要因素。沿海城市化地区地下水中砷来源复杂,不仅有各种人为来源,天然沉积环境更是造成高砷地下水的主要成因。本文通过对比珠江三角洲地区不同历史时期水化学组分变化,采用离子比和主成分分析技术,研究了城镇化背景下研究区不同类型含水层地下水中砷的分布特征及成因。结果表明,研究区浅层地下水砷浓度介于未检出至420 μg·L^-1之间,主要以As(Ⅲ)的形态存在,孔隙含水层的砷浓度普遍高于裂隙和岩溶含水层。取自研究区的1 567组地下水化学样品测试结果显示,ρ(As)>10 μg·L^-1的高砷地下水样品检出89组,占比5.7%。其中,孔隙、裂隙和岩溶含水层高砷地下水分别检出82组、4组和3组,占比分别为7.8%、0.8%和9.7%。高砷地下水主要分布在城镇化地区,其比例为非城市化地区的5倍以上。对比历史水化学数据,近10年新增城镇建设用地浅层高砷地下水中砷浓度平均值增加了30%。高砷地下水通常具有pH值较高、氧化-还原电位(Eh)较低等特性。地下水中砷浓度与 $NH 4 +$ 、Fe、Mn浓度及耗氧量呈正相关。三角洲平原区第四系基底富含有机质的淤泥质沉积地层,在微生物降解和有机质矿化作用下,固着砷的铁(氧)氢氧化物被还原溶解促使砷释放富集。城镇化过程中含砷工业废水的泄漏入渗是佛山市南部顺德区地下水中砷的另一重要来源。受原生沉积环境和人为输入双重作用,三角洲平原区所形成的中性至弱碱性还原环境是高砷地下水赋存的主要成因。

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塔里木盆地南缘绿洲带地下水砷氟碘分布及共富集成因

孙英, 周金龙, 杨方源, 纪媛媛, 曾妍妍

2022, 29(3): 99-114.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.1.33

摘要 ( 382 )

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由于地表水资源稀缺,地下水是塔里木盆地南缘绿洲带重要用水水源,因此,系统查明该区地下水砷氟碘的分布及成因至关重要。基于塔里木盆地南缘绿洲带233组地下水水样检测结果,分析不同含水层中高砷、高氟和高碘地下水的空间分布及水化学特征,结合研究区地质、水文地质条件和地下水赋存环境进一步揭示影响地下水砷氟碘的来源、迁移与富集的水文地球化学过程。结果表明:地下水砷、氟、碘浓度变化范围分别为1.091.2 μg/L、0.0128.31 mg/L、10.02 637.0 μg/L。地下水高砷、高氟和高碘水样分别占总水样的7.3%、47.2%和11.6%,砷氟碘共富集占比为3.0%。砷氟碘共富集地下水主要分布于研究区中部的民丰县,水化学类型主要为Cl·SO₄-Na型。自补给区至过渡区再至蒸发区,地下水氟、碘浓度明显增大,砷浓度在过渡区和蒸发区均较大;砷氟碘共富集地下水取样点主要分布于36.060.0 m深度的浅层承压含水层中。浅层地下水受蒸发作用和矿物溶解沉淀作用的影响,随砷氟碘富集项的增多而增大。第四纪成因类型中风积物对氟浓度的影响较大,洪积-湖积物对砷和碘浓度的影响较大。细粒岩性、平缓的地形、地下水浅埋条件、偏碱性的地下水环境、微生物降解作用下有机质介导的矿物溶解是利于砷氟碘共富集的主要机制。

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化隆—循化盆地不同类型含水层组高氟地下水的分布及形成过程

邢世平, 郭华明, 吴萍, 胡学达, 赵振, 袁有靖

2022, 29(3): 115-128.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.1.34

摘要 ( 381 )

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天然成因的高氟地下水是世界范围内备受关注的环境问题和饮用水安全问题。前人对高氟地下水的形成过程已开展了大量研究,但是对于高原盆地复杂水文地质条件下不同类型含水层组(第四系松散层含水层、基岩裂隙或岩溶含水层以及新生代古近纪以来的碎屑岩含水层)高氟地下水的分布和形成过程尚不明确。本文以化隆—循化盆地为研究区,通过采集、测试研究区内的各类地下水样品,分析研究区内不同类型含水层中地下水的化学特征及同位素特征。结果表明,高氟地下水(1.007.73 mg/L)主要分布在沿黄河的河谷区域和巴燕低山丘陵区域的泉水和潜水中以及深部的承压水中,在垂向上高氟地下水无明显分布规律。接受黄河水入渗补给的河谷潜水中氟离子浓度较低,补给黄河的河谷潜水中氟离子浓度较高。贫钙富钠的弱碱性苏打型水有利于地下水中氟的富集。泉水和潜水中氟主要来源于萤石的溶解,而承压水中氟除了来源于萤石外,还来源于其他含氟矿物。对于潜水和第四系松散层泉水,蒸发浓缩作用促进了地下水中氟的富集。另外,阴离子竞争吸附作用、阳离子交换吸附作用是泉水(第四系松散层泉水和基岩裂隙泉水)和潜水中氟元素富集的主要原因,而承压水中氟离子浓度受竞争吸附作用影响较大,阳离子交换吸附作用影响较小。研究成果可为化隆—循化盆地低氟地下水的勘查和开发提供科学依据。

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华北平原高氟地下水中稀土元素分布和分异特征

刘海燕, 刘茂涵, 张卫民, 孙占学, 王振, 吴通航, 郭华明

2022, 29(3): 129-144.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.7.24

摘要 ( 299 )

HTML ( 26 )

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高氟地下水是世界各国研究者广泛关注的重大环境问题。尽管对高氟地下水的化学特征、形成机理和扩散机制等已有不少研究,但其稀土元素(REE)的含量和分异特征以及这些特征能否反映高氟地下水的形成和分布尚不清楚,这在一定程度上限制了REE在高氟地下水中的运用。本研究以地下水氟离子异常严重地区——华北平原为研究区,沿地下水流向采集浅层和深层地下水样,研究分析了水中氟离子和REE的地球化学特征。浓度分析结果表明地下水氟离子浓度介于0.28 mg/L和9.33 mg/L之间,其中55%超出我国饮用水标准规定值1.0 mg/L;PHREEQC计算结果反映地下水中氟以NaF、CaF⁺、MgF⁺和自由态F^-形式存在,其中自由态F^-含量占主导(85.42%99.39%);高氟地下水主要分布于中部冲积湖积平原以及东部冲积海积平原,60%高氟地下水样分布在180 m深度以下;水化学图件分析结果指示浅层高氟地下水的形成主要受蒸发浓缩作用的控制,而深层高氟地下水是水岩相互作用下的矿物溶解和离子竞争吸附共同作用的结果。研究区地下水REE含量处于pmol/L至nmol/L级别,PHREEQC模拟计算结果表明REE主要以碳酸络合物( $REECO 3 +$ 和$REE(CO_{3})_{2}^{-})$的形式存在,与氟离子络合的稀土元素(REEF²⁺和 $REEF 2 +$ )占01.18%;上陆壳(UCC)标准化结果显示,所有地下水均呈重REE(HREE)和中REE(MREE)相对于轻REE(LREE)富集的模式,且具有显著Ce负异常(0.11<Ce/Ce^* = Ce_UCC/(La_UCC×Pr_UCC)^0.5<2.29)特性;地下水富HREE主要归因于HREE比LREE优先与碳酸根络合,并且形成更加稳定的碳酸络合物。沿地下水流向,深层地下水中总REE含量与地下水中氟浓度均呈现不断上升的变化趋势,同时高氟地下水比低氟地下水更易富集重稀土元素,说明稀土元素对深层含水层富氟行为具有一定的指示作用。

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黄河三角洲浅层地下水盐分来源及咸化过程研究

侯国华, 高茂生, 叶思源, 赵广明

2022, 29(3): 145-154.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.1.45

摘要 ( 291 )

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黄河三角洲地下水咸化已成为区域最突出的生态环境问题之一。识别地下水补给及盐分来源是有效控制和改善地下水咸化问题的关键。本研究采集了研究区浅层地下水、地表水和海水等不同类型水样,利用离子比、Piper三线图、吉布斯图等方法对八大离子浓度、δD和δ¹⁸O 组成、Br和Sr 浓度等进行地下水补给研究与盐分来源辨析。结果表明:(1)黄河三角洲浅层地下水以总溶解性固体(TDS)为338 g/L的咸水为主,地下水水化学类型较为单一,主要为Cl-Na型。(2)三角洲区域地下水以大气降水补给为主,并且在补给过程中经历了不同程度的蒸发作用的影响,黄河现行流路区域地下水主要来源于河水侧渗补给,但浅层地下水含水层水平渗透性较差限制了黄河侧渗补给范围。(3)海洋是黄河三角洲浅层地下水盐分的主要来源,黄河现行流路区域及近岸地下水盐分来源于海水混合,三角洲北部刁口河等古河道区域地下水盐分主要来源于海相蒸发盐淋滤溶解。

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普定岩溶水-碳循环模拟试验场水体双碳同位素特征(δ¹³C-Δ¹⁴C)与碳足迹

李栋, 赵敏, 刘再华, 陈波

2022, 29(3): 155-166.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.1.35

摘要 ( 671 )

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PDF(5051KB) ( 145 )

河流输送到海洋的溶解无机碳(DIC)和有机碳(OC)受自然和人为双重因素的影响。了解DIC和OC的年龄、来源和转化,有助于掌握全球碳收支和提高现在以及未来自然和人类对河流碳循环影响的估算精度。本研究以普定岩溶水-碳循环试验场泉(地下水)-池(地表水)耦联系统为研究对象,利用双碳同位素(¹³C-¹⁴C)方法,结合水生植物生长和传统水文地球化学特征,揭示了地下水-地表水系统中DIC和颗粒有机碳(POC)的来源及其转化机制。研究发现:(1)泉-池系统中DIC和POC的Δ¹⁴C具有相同的变化趋势,泉水中Δ¹⁴C值低于池水中Δ¹⁴C值,反映后者可能有“较年轻”的CO₂的加入;(2)池水水化学和碳同位素变化由土地利用类型和池中水生植物共同控制;(3)池水中颗粒有机碳(POC)浓度明显高于泉水,且其Δ¹⁴C值表现出与沉水植物和DIC的一致性(表观年龄均为3 200900 a),说明池水POC主要源于池中水生植物光合作用利用了碳酸盐风化产生的老碳(DIC),使新形成的有机质在表观年龄上“偏老”;(4)池水水体内源有机碳对水体POC的贡献在75%以上,内源有机碳通量(以C计)在250 t·km^-2·a^-1至660 t·km^-2·a^-1之间,相对于其他土地利用类型,草地对应的地表水系统具有最大的内源有机碳占比和通量,指示了沉水植物控制型浅水水体初级生产对有机碳循环的重要作用。综上,我们认为在岩溶区通过土地利用调整来调控水生植物群落对于增加碳汇具有重要潜力。

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天津平原区浅层地下水水化学特征及碳酸盐风化碳汇研究

李海明, 李梦娣, 肖瀚, 刘学娜

2022, 29(3): 167-178.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.1.39

摘要 ( 297 )

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PDF(8364KB) ( 249 )

大气 CO₂浓度在控制全球气候变化方面具有至关重要的作用,研究碳循环、CO₂收支平衡和精确评估是制定区域CO₂减排策略和寻找新的碳汇途径最重要的组成部分。碳酸盐风化碳汇是全球碳循环研究的一个重要方向。为此,本研究以天津平原区浅层地下水为研究对象,通过对地下水调查及水样的采集与分析,运用水化学分析方法分析了地下水水化学特征,并估算了地下水总储存量、DIC储量和碳酸盐风化碳汇量。研究结果表明:浅层地下水化学场自北部山前平原向南部冲积平原和滨海平原,呈现出自北而南和由北西向南东的水平水化学分带规律,地下水由低浓度的淡水、微咸水变为高浓度咸水,沿此方向水化学类型由HCO₃-Ca·Na·Mg→Cl·SO₄-Na→Cl·HCO₃-Na→Cl-Na型转变;淡水区、微咸水区和咸水区面积分别为733、3 034和6 564 km²。地下水水化学组分中Ca²⁺、Mg²⁺和 $HCO 3 -$ 主要来源于碳酸盐的溶解作用。研究区浅层地下水总储存量为2 241 640万m³,总DIC储量为8.13×10⁶ t,总碳汇量为4.11×10⁶ t。研究区浅层地下水淡水区、微咸水区和咸水区地下水储存量分别为157 799万、6 245 936万和1 459 247万 m³,DIC浓度分别为19200、19200和19342 mg/L,DIC储量分别为0.67×10⁶、1.65×10⁶和0.58×10⁶ t,碳汇量分别为0.22×10⁶、0.90×10⁶和2.98×10⁶ t。沿地下水流向,DIC、储量和碳汇量的空间分布均呈现出由低到高的趋势。

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湿润亚热带典型白云岩流域的岩溶无机碳汇强度

曾成, 何春, 肖时珍, 刘再华, 陈旺光, 何江湖

2022, 29(3): 179-188.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.1.43

摘要 ( 209 )

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岩溶作用积极参与全球碳循环过程,进一步弄清岩溶碳汇机制对于精确评估碳循环过程意义重大。中国碳酸盐岩分布面积广大,尤以西南地区最为广泛与集中,虽然本区已开展了较多以石灰岩为主流域的岩溶碳汇研究,但是与白云岩流域相关的研究较为薄弱,这不利于精确评价中国岩溶碳汇潜力和服务于国家碳中和战略。为此,本文以中国西南岩溶区内具代表性的贵州施秉黄洲河白云岩流域作为研究区,对湿润亚热带典型白云岩小流域的水-岩-气相互作用及其无机岩溶碳汇进行了为期1年(2018年5月至2019年5月)的水文水化学自动监测研究。获得了黄洲河白云岩流域的降雨量、流量、水温、电导率、pH值等高时间分辨率的连续监测数据,并采用化学热力学模型计算了方解石与白云石饱和指数及河水中CO₂分压等水化学指标。结果显示:(1)该白云岩流域属典型的山区雨源型河流,洪水流量过程虽然呈现显著的暴涨暴落特征,但是流域出口河水的化学动态仍受水化学稳态行为的控制;(2)流域上游高原面上浅切割地表河两侧发育溶隙型含水介质,中下游排水系统为地表河,由于地表河水中CO₂的释放,使该流域出口河水的方解石饱和指数较高,并伴有河床钙华沉积;(3)采用白云石开放系统化学热力学模型,结合不同土地利用类型的土壤CO₂数据,计算出泄流于地表河的岩溶地下水 $HCO 3 -$ 浓度为5.1 mmol/L,该值要高于黄洲河出口河水 $HCO 3 -$ 平均浓度16%,表明该岩溶流域内的地表河因受紊流脱气和水生生物光合作用的影响,水中的溶解无机碳有所降低;(4)由水化学-径流法准确计算了该白云岩流域的岩溶碳汇通量(以CO₂计),为36.43 t/(km²·a),该值并未显著高于中国南方其他碳酸盐岩流域的岩溶碳汇通量,表明白云岩流域覆被中CO₂浓度仍与流域径流量呈反比关系,这两个主控因子的共同作用,使湿润亚热带岩溶流域的岩溶碳汇通量不至于发生较大变化。

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有机污染土壤-地下水系统中的微生物场及多场耦合研究

熊贵耀, 吴吉春, 杨蕴, 祝晓彬, 刘梦雯, 宋亚霖

2022, 29(3): 189-199.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.1.32

摘要 ( 417 )

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了解污染场地中微生物群落对有机污染物迁移转化的影响是高效修复治理有机污染场地的基础。自然界中的微生物以“场”的形式通过与水动力场、温度场、化学场等耦合作用,发挥其在维护生态稳定性及物质循环过程中的功能。微生物与有机物关联研究的文献计量分析结果显示,近年来关于微生物和有机物的研究主要集中在微生物群落结构、有机物的生物降解及有机物的迁移转化3个方面及一系列的关联研究中,而关于将微生物以“场”的形式定量刻画微生物在物质循环转化和维持生态稳定性方面作用的研究几乎没有。为此,本文通过研究给出了微生物场的定义,提出了有机污染场地中的微生物场概念模型和数学模型,分析了微生物场的主要影响因素及影响机制,构建了微生物场与水动力场、温度场、化学场之间耦合的本构模型。最后,对微生物场下一步的研究提出了展望。

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污染场地原位热修复技术与能效分析

张小刚, 张芳, 李书鹏, 韦云霄, 侯德义, 李广贺

2022, 29(3): 200-206.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.1.42

摘要 ( 296 )

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PDF(3037KB) ( 138 )

本文围绕原位热修复技术所存在的有效性和能耗难以评估的问题,基于原位热修复技术机制、影响因素、能效等方面进行系统分析,揭示原位热修复技术热量传递和污染物驱动机制,探讨热导率和电导率等原位热修复能效的影响因素;基于电阻加热(ERH)修复技术原位中试研究,分析了ERH系统的加热性能和该场地加热0100 d的温度场时空分布,解析温度空间分布差异的原因。研究表明,ERH存在电阻发热和电极井热传导两种机制,加热效率受电极井距离和地层环境影响,热量散失是未来原位热修复技术能效评估应关注和研究的因素。

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高氯酸盐自然衰减的柱实验研究

梁凯旋, 刘菲, 张莉

2022, 29(3): 207-216.
DOI: 10.13745/j.esf.2022.1.36

摘要 ( 385 )

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PDF(3913KB) ( 108 )

高氯酸盐( $ClO 4 -$ )是一种小分子量、有毒的无机络阴离子,普遍存在于环境中。由于其分子大小与碘离子相似,会干扰人体甲状腺的正常功能,因此其环境污染问题引起了广泛的关注。本文选取污染场地的天然河沙为试验材料,主要通过柱实验对地下水中 $ClO 4 -$ 自然衰减过程进行研究,考察了铁氧化物、 $NO 3 -$ 对 $ClO 4 -$ 自然衰减过程产生的影响。结果表明,高氯酸盐自然衰减过程主要由微生物驱动,天然河沙可去除2 mg/L的 $ClO 4 -$ ,但其过程缓慢且还原量有限,长期去除率不超过10%,其限制因素为缺乏电子供体;铁氧化物可以促进 $ClO 4 -$ 自然衰减,但当溶解性铁的浓度低于5.5 mg/L时,衰减过程开始受到影响;地下水中的 $NO 3 -$ 会抑制 $ClO 4 -$ 的降解,当 $NO 3 -$ 低至10 mg/L或以下时, $ClO 4 -$ 才开始明显降解。

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砂岩含水介质中铀的吸附和迁移行为研究

崔迪, 杨冰, 郭华明, 连国玺, 孙娟

2022, 29(3): 217-226.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.1.30

摘要 ( 410 )

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PDF(2546KB) ( 149 )

地浸铀矿山退役后,含水层中残留的含铀浸出液随着地下水的运动向下游迁移扩散,存在对周边地下水污染的风险。本文设计了若干组批实验和柱实验,研究铀在北方某地浸铀矿山砂岩含水介质中的吸附和迁移行为。实验结果表明,砂岩对铀的吸附在12 h以内达到平衡,铀初始浓度越高,砂岩的铀吸附容量越大;砂岩对铀的吸附为吸热反应,温度升高有利于吸附反应的进行。溶液pH值和共存 $HCO 3 -$ 浓度会对铀的吸附作用产生强烈的影响:pH值在7左右时,铀的吸附量最高; $HCO 3 -$ 浓度越高,铀的吸附量越低。这些影响是通过改变溶液中铀的络合形态和砂岩矿物表面的电荷性质实现的。柱实验表明,pH值、铀浓度、流速和 $HCO 3 -$ 浓度是影响铀在饱和砂岩含水介质中迁移的重要因素。pH值≤7时,pH值越高,砂岩柱越不易被铀穿透;而铀浓度、流速、 $HCO 3 -$ 浓度越高,砂岩柱越易被铀穿透。两点非平衡模型可以很好地拟合不同条件下铀在砂岩柱中的迁移过程。批实验获得的分配系数是柱实验的1.16.6倍。通过对比实验条件、含水层特性和地下水化学特征,确定分配系数为48.1 mL/g时,较适合描述研究区内砂岩含水层中的铀迁移。上述认识为地浸铀矿山地下水铀的反应运移过程和天然自净化机理提供了理论依据。

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天津平原区加油站地下水石油烃污染特征及其生物降解机理研究

刘学娜, 李海明, 李梦娣, 章卫华, 肖瀚

2022, 29(3): 227-238.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.1.41

摘要 ( 441 )

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PDF(6886KB) ( 155 )

加油站地下水中石油烃污染是较为普遍的现象,本文对研究区位于不同水文地质条件的加油站地下水进行取样分析,分析加油站地下水中石油烃的污染特征和地下水化学类型特征,并运用因子分析、相关性分析和多元回归分析揭示加油站地下水中石油烃潜在的生物降解机制。研究结果表明,地下水化学类型主要可划分为Cl-Na型、HCO₃-Na型、HCO₃-Ca型和SO₄-Na型4类。加油站地下水中石油烃的检出率为85.71%,检出浓度为0.020.35 mg/L。因子分析结果表明影响地下水化学组成的因素主要以水-岩相互作用和石油烃的生物降解为主。TPH与地下水化学指标间的相关关系表明:TPH与K⁺、Na⁺、Cl^-、Mn、Mg²⁺、 $SO 4 2 -$ 呈现负相关的关系,与pH值、 $HCO 3 -$ 、 $NO 3 -$ 、 $NO 2 -$ 、Ca²⁺、Fe不存在显著的相关关系。加油站地下水环境中可能存在嗜盐或耐盐微生物,导致随着盐度的升高,总石油烃(total petroleum hydrocarbon,TPH)生物降解率加快,TPH浓度呈现出降低的趋势。微生物利用电子受体( $SO 4 2 -$ 、Mn、 $NO 3 -$ 、Fe)降解TPH的过程中,电子受体的贡献率为:铁还原(64.88%)>锰还原(24.86%)>硫酸根还原(5.78%)>硝酸盐还原(4.46%),即加油站地下水中铁锰还原菌的石油烃生物降解为优势反应。

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长江经济带某石化场地土壤中污染物分布与微生物特征

叶翔宇, 陈雪霞, 于波, 张敏, 郭彩娟, 卢晓霞

2022, 29(3): 239-247.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.1.46

摘要 ( 639 )

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PDF(3743KB) ( 112 )

从长江经济带某在役石化场地采集了3个点位不同深度的土壤样品,测定了石油烃等污染物的含量和微生物的群落结构,以揭示污染物分布规律和微生物特征。结果显示,3个点位污染程度不同,但污染物含量均随深度先升高后降低,最高含量均出现在埋深4.0 m左右,即地下水位附近。土壤中C6-C9高达5 302 mg/kg,C10-C40高达625.6 mg/kg,芳烃高达455.2 mg/kg,卤代烃高达41.54 mg/kg。土壤微生物的丰富度和多样性随深度增加而降低,同一深度土壤微生物的丰富度和多样性随污染物含量增大而降低。门水平上Actinobacteria、Firmicutes和Spirochaetes的相对丰度和石油烃含量显著正相关(p<0.05),属水平上Streptomyces、SCADC1-2-3、Desulfitobacterium和Cryptanaerobacter的相对丰度和石油烃含量显著正相关(p<0.05)。

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基于图像法的多孔介质双分子反应溶质运移模拟

刘咏, 张琪, 钱家忠, 吴盾, 张文永

2022, 29(3): 248-255.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.1.28

摘要 ( 367 )

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PDF(3945KB) ( 97 )

采用图像分析法确定溶质浓度,以硫酸铜和EDTA二钠作为双分子反应物,在多孔介质模型中开展了不同粒径(1.52.0,2.53.0,3.54.0 mm)和流量(1.0,1.5,2.0 mL/s)下反应性溶质运移实验,探讨了应用不完全混合的对流弥散模型(IM-ADRE)对双分子反应溶质运移的模拟和预测,并进行了参数敏感性分析。结果表明:图像分析法可准确获取多孔介质中显色反应性溶质的浓度,灰度值与浓度的决定系数R²大于0.96;用IM-ADRE模型能够准确预测双分子反应性溶质硫酸铜和EDTA二钠在3种不同多孔介质中的运移过程,误差低于3.71%;实验条件的改变对IM-ADRE模型参数D、m和β₀的影响显著,说明模型参数依赖于环境条件,其变化规律需要根据实际环境条件进一步率定,便于IM-ADRE模型的进一步推广应用。

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准饱和多孔介质中地下水驱替速率、圈闭气体饱和度和准饱和渗透系数的关系

程东会, 李慧, 王军, 李爽, 黄梦楠, 马成龙, 饶泽

2022, 29(3): 256-262.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.1.38

摘要 ( 283 )

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圈闭有不连续、非流动和非混溶气体的含水层,被称为准饱和含水层。圈闭气体的存在会降低含水层的渗透性能,但准饱和渗透系数、圈闭气体饱和度和驱替速率之间的关系还没有完全被理解。本文通过室内砂性介质的驱替试验开展了圈闭气体饱和度、准饱和渗透系数和驱替速率三者相互关系的研究。研究表明,虽然总体上圈闭气体饱和度随驱替速率的增大而减小,但是在高驱替速率和低驱替速率分别出现了圈闭气体饱和度不随驱替速率变化的等值区间,该“台阶”型曲线可以采用与van Genuchten曲线类似的数学模型来表征,而砂性介质的准饱和渗透系数与圈闭气体饱和度之间呈简单的线性负相关关系。这两个经验模型说明可以用驱替速率定量估算准饱和渗透系数,该关系为利用驱替速率估算准饱和渗透系数提供了理论依据。上述准饱和水力学性质为深入理解准饱和地下水水流提供了依据。另外,驱替速率与圈闭气体饱和度的关系还表明,实验室测量完全饱和渗透系数时,应以大于初始毛细上升速率的速率进行饱和,以避免介质中的空气被水圈闭。

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基于水循环分析的水资源乘数效应评价:以黄河上游北川河流域为例

朱亮, 刘景涛, 张玉玺, 刘丹丹, 角世哲

2022, 29(3): 263-270.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.1.27

摘要 ( 289 )

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PDF(3750KB) ( 107 )

针对半干旱地区大规模植被恢复对流域水资源的影响,引入经济学的乘数效应理论,探索创建了基于流域水循环演变的水资源效应评价模型,从广义水资源的角度出发,评价了植被恢复引起水循环演变条件下水资源效应的变化趋势。结果表明:大规模植被恢复引起北川河流域水循环条件发生明显变化,在降水条件基本稳定的情况下,植被恢复前后地表产流系数从0.254降为0.207,基流系数从0.156降为0.134;陆地水循环过程中,土壤-植被系统的有效用水占比增加,土壤水-地下水系统有效用水占比减小;单位降水量(100 mm)的狭义水资源效应降低了7.2 mm,涵盖生态效应的广义水资源效应增加了5.2 mm,水循环变化引起流域水资源效应提高。植被恢复引起降水在不同水循环环节上分配的变化趋势符合国家以生态为核心的布局,对提高半干旱地区流域水资源综合效应发挥着重要作用。

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基于ERA5-Land数据集的玛纳斯河径流模拟研究

唐豪, 王晓云, 陈伏龙, 姜龙, 何朝飞, 龙爱华

2022, 29(3): 271-283.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.1.50

摘要 ( 694 )

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PDF(8016KB) ( 231 )

气象数据是水文过程研究的关键要素,再分析数据的发展为资料缺乏地区的径流模拟提供了新的解决方案。为研究ERA5-Land再分析数据集在径流模拟中的适用性,本文以玛纳斯河流域肯斯瓦特水文站以上流域为研究区,选取多个评价指标对ERA5-Land降水和温度进行准确性评价,并采用经验模态分解(EOF)分析其在研究区内的分布特点。在准确性方面,ERA5-Land与实测数据具有较好相关性,降水探测率为0.96,能反映大多数的降水事件,但与实测数据相比总体偏高21.81%,气温准确性好于降水,总体拟合效果较好,最优范围为-520 ℃,在极值部分不确定性有所增加。EOF决定性模态表明研究区内降水、气温变化趋势基本一致,即易受大尺度天气系统影响。利用该数据集驱动SWAT模型在月、日尺度上对玛纳斯河流域进行径流模拟,在验证期纳什系数(NSE)分别为0.88和0.82,具有较好的模拟效果。ERA5-Land再分析数据集可为西北缺乏实测气象资料地区径流模拟提供参考。

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基于机器学习模型的淮河流域中长期径流预报研究

胡义明, 陈腾, 罗序义, 唐超, 梁忠民

2022, 29(3): 284-291.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.10.2

摘要 ( 561 )

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PDF(3473KB) ( 216 )

准确可靠的中长期径流预报是支撑水资源科学调配、提高水资源利用效率的关键。本研究采用AdaBoost模型(AdB)、随机森林模型(RF)和支持向量机模型(SVM)进行淮河流域王家坝和蚌埠站当年11月至次年10月共12个月的中长期径流预报研究。采用置换准确度重要性度量法从130项气象-气候因子及前期降雨/流量构建的1 562个因子变量中筛选出影响各月径流的关键因子,构建了基于AdB、RF和SVM模型的各月径流预报模型,模型参数采用随机搜索技术并结合交叉验证方式确定。采用变幅误差合格率和等级(五级)预报合格率指标对模型的预报精度进行了评估。变幅误差合格率指标表明,王家坝12个月的平均合格率分别为99.8%(AdB)、96.6%(RF)和95.9%(SVM),蚌埠站分别为100%(AdB)、94.8%(RF)和93.8%(SVM);等级预报合格率指标表明,王家坝12个月的平均合格率分别为79.0%(AdB)、76.4%(RF)和79.9%(SVM),蚌埠站分别为81.0%(AdB)、75.6%(RF)和76.6%(SVM)。模型均具有较好的预报效果,但RF和SVM模型对于高流量值的预报存在偏低现象,AdB模型整体上优于RF和SVM模型。

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郯庐断裂带南段的重磁场特征及其地质意义

郑祺方, 郑宇舟, 赵睿, 匡星涛, 张婉, 刘英会, 徐璐平, 吴云, 周道卿

2022, 29(3): 292-303.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.1.55

摘要 ( 213 )

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由于断裂两侧的磁性、密度的纵横向差异在重力、磁力异常上有所表现,因此所获得的重力、磁力数据为深入研究关键的地质课题提供了科学基础,如郯庐断裂带的基底性质、断裂形成特征和岩浆岩分布。利用最新的高精度航空重力和磁力数据以及地面重力数据,绘制了郯庐断裂带地区的1∶50 000重力和磁力异常图,并结合区域地质数据分析了重力和磁力异常特征。分析结果认为:存在连体的郯庐—大别古老构造带,郯庐断裂带南段是元古宙和燕山中期岩浆活动的复合反映带;郯庐断裂带为中元古—新元古代时期南华北陆块与下扬子陆块的界限;磁力、重力异常图对比说明,合肥盆地范围由老到新向东扩展。

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邯邢式铁矿形成机制:来自河北武安斑状二长岩中“含铁熔体-流体”的证据

杨誉博, 苏尚国, 霍延安, 宁亚格, 顾大鹏

2022, 29(3): 304-318.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.7.22

摘要 ( 203 )

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PDF(15711KB) ( 242 )

人们对邯邢式铁矿形成机制一直存在争议。为解决这一科学问题,本文对在河北武安赵庄地区斑状二长岩中发现的“含铁熔体-流体”脉及团斑进行了详细的矿物学及岩石学研究。结果显示:“含铁熔体-流体”矿物组合分带明显,其中核部矿物组合为Di+Amp+Mt+Ap+Pl,边部矿物组合为Prh+Cal。“含铁熔体-流体”中磁铁矿具有明显的环带结构,中心部分TiO₂含量为2.23%,边部磁铁矿TiO₂含量为0.36%0.57%。核部∑REE高过边部两个数量级,在球粒陨石标准化稀土元素分配图中呈右倾型曲线,与武安地区侵入岩同源,在未经流体加入时的高温岩浆环境中结晶。边部磁铁矿在球粒陨石标准化稀土元素分配图中显示REE轻微亏损,且有明显的Ce负异常,指示了磁铁矿结晶环境有大量富含挥发分的流体加入。在磁铁矿(Ti+V)-(Al+Mn)图解中,“含铁熔体-流体”中的磁铁矿落于斑岩型磁铁矿和Fe-Ti、V型磁铁矿区域,也处于热液型磁铁矿与岩浆型磁铁矿之间。这表明“含铁熔体-流体”并非侵入岩与围岩发生接触交代反应后形成的远端夕卡岩脉,而是源于深部的“含铁熔体-流体”在浅部结晶的产物。以高钛、富集REE为特征的磁铁矿是深部岩浆房铁矿浆结晶的磁铁矿微晶。由于富含挥发分的流体注入岩浆房形成流体超压,磁铁矿微晶与气泡结合沿岩浆通道快速上升。最后在1.552.19 km的深度形成以低Ti、亏损REE为特征的磁铁矿,并结晶形成角闪石等流体晶矿物。

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内蒙古大井铜锡多金属矿床矿石中Cu-S同位素特征及成矿预测

王跃, 苏尚国, 张旗, 周奇明, 张雅南

2022, 29(3): 319-328.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.11.5

摘要 ( 203 )

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内蒙古大井铜锡多金属矿床是大兴安岭成矿带代表性矿床之一,矿区位于内蒙古东部林西县境内,成矿地质条件良好。矿床矿石中同位素特征及与成矿的关系研究薄弱。本文通过对矿体中黄铜矿Cu同位素,黄铜矿、黄铁矿S同位素和Pb同位素的研究表明:黄铜矿δ⁶⁵Cu 值总体范围为 -0.46‰+0.32‰,平均值为0 ‰,2σ误差平均值约为0.03‰;黄铜矿、黄铁矿δ³⁴S值总体范围为 +0.076 ‰+3.00‰,平均值为+1.83‰,且δ³⁴S值分散程度也较小,整体较均一,属于岩浆硫的同位素特征;Pb同位素数据整体变化很小,具体为²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb=18.29118.353,²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb =15.50115.574,²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb =38.05138.265。结合区域前人的研究表明,大井矿Cu同位素的变化是由于硫化物-岩浆分异过程导致,大井矿矿石黄铜矿δ⁶⁵Cu的变化可能指示了矿化阶段成矿硫化物的演化方向,δ⁶⁵Cu逐渐降低的方向可能存在隐伏矿体,研究区域东部生产区域与外围预测未生产区域具有一致的Cu同位素特征,Cu同位素证据表明大井矿外围预测区可能存在深部隐伏矿体。

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华南泥盆-石炭系界线剖面旋回地层学研究

李山, 吴怀春, 房强, 许俊杰, 时美楠

2022, 29(3): 329-339.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.12.1

摘要 ( 364 )

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PDF(7085KB) ( 240 )

泥盆-石炭纪过渡期是地球演化过程中的一个重要阶段,发生了地球气候系统从温室向冰室转型和生物灭绝等重大事件。准确且高分辨率的年代格架是理解这些事件的基础。本文利用高分辨率磁化率作为古气候替代指标,对贵州省长顺县睦化Ⅱ剖面和大坡上剖面以及广西壮族自治区南丹县度里剖面的泥盆-石炭系界线附近深水沉积序列进行旋回地层学研究。识别出受到短偏心率、斜率和岁差控制的沉积旋回厚度分别为1.092.39、0.290.73、0.180.51 m。利用轨道短偏心率进行天文校准,结果证实泥盆纪晚期短偏心率、斜率、岁差周期分别为约100、32.227.2和20.915 ka。利用大坡上剖面已知的U-Pb放射性同位素年龄和天文校准结果建立高精度浮动天文年代标尺并进行旋回地层对比。确定了泥盆-石炭系界线附近牙形类生物带和Hangenberg生物灭绝事件的持续时间,并计算出泥盆-石炭系界线年龄为(359.58±1.9) Ma。

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滦平盆地西瓜园组中段厚层砾岩沉积特征及成因机制研究:来自滦页1井全井段连续取心的证据

王成, 姜在兴, 孔祥鑫, 张元福, 张建国, 袁晓冬, 刘晓宁

2022, 29(3): 340-355.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.9.37

摘要 ( 311 )

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为了探讨陆相断陷盆地厚层砾岩的沉积特征、成因机制和控制因素,寻找有利勘探目标,以滦平盆地西瓜园组中段厚层砾岩为研究对象,运用沉积学理论,结合测井、录井、岩心、薄片和测试结果,对厚层砾岩的岩相及岩相组合、沉积构造和电性进行分析。研究表明,西瓜园组中段厚层砾岩具有被黑色页岩包裹的特征,即顶、底部与黑色页岩突变接触。岩心中大量的黄铁矿和部分敏感元素指标反映了缺氧的强还原环境,表明其为深水环境中的砾岩体。基于不同成因,共识别出滑动、滑塌2种重力流类型。滑动沉积主要包括6种岩相、5种岩相组合,以主滑动面、次滑动面、高角度层理,以及层内小型正断层和逆断层为主要识别标志;滑塌沉积包括6种岩相、4种岩相组合,以滑动面、滑塌变形构造、包卷层理、泄水构造、变形砾以及部分原生层理(粒序层理)为主要识别标志。根据滑动面的发育位置、自然伽马曲线和声波曲线的幅度变化特征,可以划分出4期滑动沉积。西瓜园组时期滦平盆地的边缘坡折带、物源供给和一定的触发机制共同控制深水滑动、滑塌型重力流的形成,结合控制因素和沉积特征建立陆相断陷湖盆陡坡带滑动-滑塌型重力流的发育模式。

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塔里木盆地西南缘叶城地区新元古代冰期事件

李王鹏, 李慧莉, 王毅, 刘少峰, 张仲培, 杨伟利, 蔡习尧, 钱涛, 李晓剑

2022, 29(3): 356-380.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.6.30

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新元古代冰期事件记录了“雪球地球”事件重要的地质信息。塔里木盆地周缘新元古代冰碛岩地层露头发育,是研究新元古代冰期事件的理想基地。由于发育多套新元古代火山岩,盆地东北缘库鲁克塔格地区新元古代冰碛岩地层时代已获得较多年代学数据约束;但盆地周缘其他地区新元古代冰碛岩地层公开报道年代学数据较少,不能准确限定其沉积时代,导致冰期事件对比存在争论。为此,本文选择塔里木盆地研究程度较低的西南缘叶城地区新元古代冰碛岩地层,开展岩石学、同位素年代学、岩石地球化学等研究,明确其冰期沉积特征,约束其沉积时代,开展冰期事件对比,讨论古气候风化条件等。南华系波龙组和雨塘组冰碛岩地层具有较低的化学蚀变指数(CIA),分别代表新元古代2次寒冷的冰川气候记录。冰川沉积及其相邻层位的碎屑锆石U-Pb年代学数据显示,波龙冰期的起始年龄晚于(710±13) Ma,与全球Sturtian冰期对应;雨塘冰期的起始年龄不会早于(656±18) Ma,其结束年龄可被南华系顶界年龄635 Ma或上覆震旦系库尔卡克组碎屑锆石年龄(634±9) Ma限定,与全球Marinoan冰期对应。

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南极半岛西摩岛始新世拉揭塞塔组Teredolites遗迹化石研究

李若霜, 李全国

2022, 29(3): 381-391.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.7.23

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Teredolites遗迹化石是一类赋存于海相地层中的以木质基底为特征的钻孔遗迹组合,是由海相钻木类双壳动物(如船蛆、海笋等)寄生于漂浮或沉入海洋的树干中形成。Teredolites遗迹化石可指示浅海沉积环境,提供寄生木材的分类信息、古地理信息以及埋藏过程中的环境信息。本文研究了南极半岛西摩岛拉揭塞塔组顶部首次发现的一例Teredolites longissimus(Apectoichnus longissimus)遗迹化石,层位时代为晚始新世,根据木基底内保存的船蛆化石的发育特征和分布特征,确定本例为船蛆幼年群体对木基底的初期感染形成的钻孔遗迹。利用场发射扫描电镜(FESEM)和X射线能谱仪(EDS)对基底木化石和船蛆化石进行深入研究分析,将本例Teredolites遗迹化石的基底木化石定为裸子植物罗汉松科(Podocarpaceae)叶枝杉型木属未定种(Phyllocladoxylon sp.),证实了叶枝杉型木属在西摩岛上的分布延续至始新世晚期;船蛆化石内部赋存大量草莓状黄铁矿,其中粒径超过10 μm的草莓状黄铁矿占比达39.2%,最大粒径达到44 μm,粒径的统计和分析显示其形成于氧化水体沉积环境,证明始新世晚期南极半岛地区古海洋处于氧化海状态。

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