應用案例

Picarro L2130-i（結合穩(wěn)定同位素（2H、1?O和??Sr/??Sr）和水化學了解辛安巖溶地下水系統(tǒng)的水文地球化學過程）

發(fā)表時間：2024-04-17

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原文題目：Combining stable isotope (2H, 18O and 87Sr/86Sr) and hydrochemistry to understand hydrogeochemical processes in karst groundwater system, Xin’an, northern China

DOI: https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-1913433/v1

背景簡介

地下水是人類生存所必需的重要水資源之一，但是巖溶地區(qū)的水文地質特征卻是異常復雜的。巖溶地區(qū)的地下水系統(tǒng)是由裂隙、洞穴和地下河所組成的，其中的水體成分可能受到多種不同的因素的影響，例如地表水的滲漏、降雨量和水文地質特征等。為了更好地了解巖溶地區(qū)地下水的水化學特征和流動路徑，研究人員通常需要利用多種水文地質方法來進行研究。最近，中國地質科學院水文地質環(huán)境地質研究所的研究人員利用穩(wěn)定同位素和水化學分析方法，對新安巖溶地區(qū)的地下水進行了深入的研究，并取得了一系列有意義的成果。

穩(wěn)定同位素是研究地下水的重要工具之一，不同的同位素可以用來追蹤地下水來源，以及地下水在地下流動過程中的物質交換過程。在此項研究中，研究人員使用了²H、¹⁸O和⁸⁷Sr/⁸⁶Sr三種穩(wěn)定同位素來研究新安巖溶地區(qū)的地下水。²H和¹⁸O是研究地下水和表層水之間的關系的重要同位素，因為它們可以反映水體在不同溫度和濕度下的蒸發(fā)和凝結過程，進而揭示出水體之間的相互關系。⁸⁷Sr/⁸⁶Sr同位素用于指示地下水的地質來源，也可以用來探究水文地質特征、地下水的流動路徑以及地下水與巖石之間的相互作用關系。

研究方法

研究人員在新安巖溶地區(qū)采集了多個地下水樣品并進行了同位素和化學分析,從2018年4月和5月共采集不同含水層地下水樣品117份，其中巖溶地下水69份，孔隙地下水23份，地下水18份裂縫地下水，礦井排水地下水7份。并在不同海拔高度和不同季節(jié)采集了24份雨水樣本。喀斯特地下水和春季樣本采集自中奧陶紀和寒武紀石灰?guī)r含水層。采樣位置如圖所示。樣品在現(xiàn)場通過0.45µm膜進行現(xiàn)場清洗，并在3個新的350 mL聚乙烯瓶中收集。這些瓶子在取樣前已經用去離子水沖洗了三次。對于陽離子和Sr同位素的測量，將試劑質量的硝酸添加到其中一個聚乙烯瓶中，直到pH小于2。然后樣品在4°C下保存直到分析。

研究結果

研究結果表明，新安巖溶地區(qū)的地下水成分非常復雜，受到多種因素的影響。通過²H、¹⁸O和⁸⁷Sr/⁸⁶Sr的分析，研究人員發(fā)現(xiàn)新安巖溶地區(qū)地下水中的不同成分來自不同的水來源，而且這些水源之間還會相互混合。其中，雨水對于地下水的貢獻也是非常重要的，但是地下水存在著一定程度的蒸發(fā)和凝結現(xiàn)象，這使得地下水變得更加復雜。

巖溶地下水的δ¹⁸O和δ²H組成位于LMWL（局部降水線）附近，且斜率略小于LMWL的斜率，這意味著地下水在補給過程中有淺層地下水參與。局部大氣水線的斜率與全球大氣水線類似，穩(wěn)定氫和氧同位素的組成也與GMWL（大氣降水線）一致。

在巖溶地區(qū)，由于巖石的溶解作用，地下水的化學成分也受到了很大的影響。通過計算地下水的碳酸鹽飽和度，研究人員可以確定出該地區(qū)在不同的季節(jié)和降水量下地下水中碳酸鹽物質的溶解程度。此外，研究人員還通過對地下水的水化學成分分析，揭示了地下水中主要離子的來源和特征。他們發(fā)現(xiàn)，新安巖溶地區(qū)地下水中主要的離子成分是Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃^-和SO₄^2-，而這些離子的來源主要是來自于巖石和土壤等。總的來說，新安巖溶地區(qū)的地下水是非常具有代表性的，這是中國其他巖溶地區(qū)的研究所需要借鑒的。巖溶地區(qū)的水文地質特征非常復雜，需要綜合利用多種水文地質方法來進行研究。研究人員通過對地下水的同位素和化學成分的分析，可以更好地了解地下水的水化學特征和地下水的流動路徑，從而更好地進行地下水資源的管理和保護。這項研究的成果對于巖溶地區(qū)的水資源管理和保護具有重要的指導意義，相信在以后的研究中，將會有更多的科研成果被取得。

設備分享

Picarro L2130-i 同位素水分析儀可提供高質量的水穩(wěn)定同位素測量，這對古氣候學、水文學和海洋學等苛刻的應用至關重要。δ¹⁸O和δD的測量充分表明了系統(tǒng)的高精度和重現(xiàn)性。Picarro同時提供多種外國設備，可以分析各種形式或來源的水。

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Picarro L2130-i（結合穩(wěn)定同位素（2H、1?O和??Sr/??Sr）和水化學了解辛安巖溶地下水系統(tǒng)的水文地球化學過程）

Picarro L2130-i（結合穩(wěn)定同位素（2H、1?O和??Sr/??Sr）和水化學了解辛安巖溶地下水系統(tǒng)的水文地球化學過程）