巴丹吉林沙漠地下水补给源的同位素水文地球化学研究

摘要

本文对巴丹吉林沙漠及周边地区地下水进行了氢、氧、碳、氦、铀及锶等同位素水文地球化学研究，同时建立了相似优先比模型，用于研究区域水化学指标的聚类分析。研究成果总结如下： a)湖盆的瑞利分馏模型中，只有补给量大到一定值后，计算得出的氘氧同位素的值才满足巴丹吉林沙漠湖泊水的实测值范围，此时湿度h不再是引起其值变化的主要因素，补给水量才是影响巴丹吉林沙漠地下水氘氧值分布的关键。这一结果表明降水不是沙漠湖泊形成的主要补给源； b)巴丹吉林沙漠的地下水并非古水，也不是古水与现代降水的混合，而是核爆之后产生的现代水通过深大断裂带补给的，沙漠周围山地地表临时径流和基岩裂隙水只对沙漠边缘地带浅层地下水有补给作用，而对沙漠内部地下水的补给极其有限； c)黄河源头的扎陵湖与鄂陵湖存在渗漏，受强烈蒸发的湖水通过断裂带补给巴丹吉林沙漠的地下水形成湖泊群。巴丹吉林沙漠地下水的氘氧同位素偏离全球大气降水线发生异常的最直接原因应是补给源头的蒸发作用，其余如水岩相互作用、反复蒸发动力效应和高程效应也是主要的影响因素； d)巴丹吉林沙漠高大沙山是由地下水维系的，沙丘内部的水上升至地表时发生强烈蒸发，下部的水又不断补给，以至经历补给．蒸发．补给的反复过程，使得氧同位素强烈富集； e)由聚类分析推论得出：巴丹吉林沙漠、古日乃、温图高勒不同地点的泉水、井水样品聚类结果相近，说明它们之间很可能存在特殊的渗透通道。黑河水与祁连山融水的相似程度比巴丹吉林沙漠与祁连山融水的更大，可排除其补给以诺尔图为代表的巴丹吉林沙漠地下水的可能性。由聚类结果的相互关系及远近推测渗透路径可能是：地下水经由巴丹吉林沙漠海子补给古日乃和温图高勒，古日乃和温图高勒的湖水样的发散估计与强烈的蒸发作用有关，或长时间与周围岩土体发生离子交换变化所致； f)巴丹吉林沙漠湖泊与高大沙山共存的奇特景观是在地下水与风的共同作用之下形成的，地下蒸汽总量控制着沙山的规模，而断裂带的展布则控制着沙山的走势。

目录

文摘

英文文摘

前言

声明

第一章绪论

1.1文献综述

1.1.1地貌学

1.1.2地层序列及层理学

1.1.3年代地层学

1.1.4古生物学

1.1.5砂粒粒度

1.1.6地球化学

1.1.7结语

1.2选题依据及研究方案

1.2.1研究存在问题

1.2.2研究方法和手段

1.2.3基本技术路线与研究思路

1.2.4本文研究工作

第二章研究区域背景及工作范围概况

2.1研究区域介绍

2.1.1自然地理条件

2.1.2区域地质背景

2.2 工作范围与样品采集

2.2.1采样分布

2.2.2水样类型

2.3本章小结

第三章巴丹吉林沙漠高大沙山表层孔隙水现象的疑义

3.1考察缘由

3.2测试方法

3.3测试结果

3.3.1孔隙水量和饱和度

3.3.2降水影响

3.3.3孔隙水中的环境同位素

3.3.4陆面蒸发测验

3.4问题的提出

3.5本章小结

第四章巴丹吉林沙漠地下水补给的氢氧同位素特征

4.1氢氧同位素水文地球化学

4.2水中氢氧的采集与分析

4.3 δD-δ18O特征分析

4.4三种补给源的讨论

4.4.1古地下水

4.4.2当地降雨与凝结水

4.4.3沙漠湖盆瑞利分馏模型的建立与探讨

4.4.4外源地下水

4.5本章小结

第五章巴丹吉林沙漠地下水补给源的氦同位素识别

5.1氦同位素水文地球化学

5.1.1稀有气体的物理化学性质

5.1.2自然界中氦气的形成成因

5.1.3氦元素丰度及同位素组成

5.1.4氦同位素在不同领域的应用

5.2氦样采集与测试

5.3 He,Ne同位素指示巴丹吉林沙漠的地下水补给及循环特性

5.4本章小结

第六章巴丹吉林沙漠地下水补给的铀同位素研究

6.1铀同位素水文地球化学

6.1.1天然放射性衰变系

6.1.2铀的主要地球化学性质及其与地下水的关系

6.1.3地下水中铀的来源

6.1.4水圈中的铀放射系不平衡

6.2铀样采集与分析

6.3水样中铀丰度及铀同位素特征研究

6.4本章小结

第七章巴丹吉林沙漠地下水的锶来源分析

7.1锶同位素水文地球化学

7.1.1太阳星云到地球形成各阶段的Sr同位素组成与演化

7.1.2地表环境中的Rb-Sr体系

7.1.3风化过程中的Rb-Sr同位素体系

7.1.4河水中的Sr同位素

7.1.5现代海水中Sr的来源

7.1.6锶同位素在水岩作用中的应用

7.2水样中锶的处理及测试

7.2.1样品前处理

7.2.2锶同位素比值的测定

7.3丹吉林沙漠地下水的锶来源

7.4氦、锶同位素与地下水循环

7.5本章小结

第八章巴丹吉林沙漠钙华与地下水的碳同位素特征

8.1碳同位素水文地球化学

8.1.1碳酸盐系统中的碳-13

8.1.2天然水中碳同位素组成及分布特征

8.2碳样采集与分析

8.3沙漠钙华与根管结核中碳同位素特征

8.4沙漠地下水中碳同位素分析

8.5 14C测定地下水年龄存在的问题

8.6本章小结

第九章巴丹吉林沙漠地下水水化学聚类分析

9.1理论指导

9.1.1普通集合和模糊集合

9.1.2模糊模式识别

9.2相似优先比模型

9.2.1模型原理

9.2.2样品离散性分析

9.2.3聚类步骤

9.2.4确定权数

9.2.5综合评价

9.2.6主成分分析法确定权数及聚类结果比较

9.3本章小结

第十章巴丹吉林沙漠地下水通过断裂带补给的证据

10.1断裂带导水特性分析

10.1.1河西构造系

10.2扎陵湖与鄂陵湖的渗漏与日喀则—狼山断裂带的补给

10.2.1黄河源头径流量的不平衡

10.2.2两湖与巴丹吉林沙漠地下水中同位素比较分析

10.2.3渗漏湖水补给巴丹吉林沙漠湖泊

10.3本章小结

第十一章巴丹吉林沙漠湖泊群与高大沙山形成机理讨论

11.1湖泊的形成与演化

11.1.1青藏高原近经向张性断裂带的形成

11.1.2阿拉善高原大湖期的来临

11.1.3现今巴丹吉林沙漠湖泊的演化

11.2高大沙山系统的固定及发育

11.3本章小结

第十二章总结与展望

12.1全文总结

12.2研究展望

参考文献

攻读博士期间发表的论文

致谢