应用案例

Picarro L2130-i（结合稳定同位素（²H、¹⁸O和⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）和水化学了解辛安岩溶地下水系统的水文地球化学过程）

发表时间：2024-04-17

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原文题目：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

背景简介

地下水是人类生存所必需的重要水资源之一，但是岩溶地区的水文地质特征却是异常复杂的。岩溶地区的地下水系统是由裂隙、洞穴和地下河所组成的，其中的水体成分可能受到多种不同的因素的影响，例如地表水的渗漏、降雨量和水文地质特征等。为了更好地了解岩溶地区地下水的水化学特征和流动路径，研究人员通常需要利用多种水文地质方法来进行研究。最近，中国地质科学院水文地质环境地质研究所的研究人员利用稳定同位素和水化学分析方法，对新安岩溶地区的地下水进行了深入的研究，并取得了一系列有意义的成果。

稳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来追踪地下水来源，以及地下水在地下流动过程中的物质交换过程。在此项研究中，研究人员使用了²H、¹⁸O和⁸⁷Sr/⁸⁶Sr三种稳定同位素来研究新安岩溶地区的地下水。²H和¹⁸O是研究地下水和表层水之间的关系的重要同位素，因为它们可以反映水体在不同温度和湿度下的蒸发和凝结过程，进而揭示出水体之间的相互关系。⁸⁷Sr/⁸⁶Sr同位素用于指示地下水的地质来源，也可以用来探究水文地质特征、地下水的流动路径以及地下水与岩石之间的相互作用关系。

研究方法

研究人员在新安岩溶地区采集了多个地下水样品并进行了同位素和化学分析,从2018年4月和5月共采集不同含水层地下水样品117份，其中岩溶地下水69份，孔隙地下水23份，地下水18份裂缝地下水，矿井排水地下水7份。并在不同海拔高度和不同季节采集了24份雨水样本。喀斯特地下水和春季样本采集自中奥陶纪和寒武纪石灰岩含水层。采样位置如图所示。样品在现场通过0.45µm膜进行现场清洗，并在3个新的350 mL聚乙烯瓶中收集。这些瓶子在取样前已经用去离子水冲洗了三次。对于阳离子和Sr同位素的测量，将试剂质量的硝酸添加到其中一个聚乙烯瓶中，直到pH小于2。然后样品在4°C下保存直到分析。

研究结果

研究结果表明，新安岩溶地区的地下水成分非常复杂，受到多种因素的影响。通过²H、¹⁸O和⁸⁷Sr/⁸⁶Sr的分析，研究人员发现新安岩溶地区地下水中的不同成分来自不同的水来源，而且这些水源之间还会相互混合。其中，雨水对于地下水的贡献也是非常重要的，但是地下水存在着一定程度的蒸发和凝结现象，这使得地下水变得更加复杂。

岩溶地下水的δ¹⁸O和δ²H组成位于LMWL（局部降水线）附近，且斜率略小于LMWL的斜率，这意味着地下水在补给过程中有浅层地下水参与。局部大气水线的斜率与全球大气水线类似，稳定氢和氧同位素的组成也与GMWL（大气降水线）一致。

在岩溶地区，由于岩石的溶解作用，地下水的化学成分也受到了很大的影响。通过计算地下水的碳酸盐饱和度，研究人员可以确定出该地区在不同的季节和降水量下地下水中碳酸盐物质的溶解程度。此外，研究人员还通过对地下水的水化学成分分析，揭示了地下水中主要离子的来源和特征。他们发现，新安岩溶地区地下水中主要的离子成分是Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃^-和SO₄^2-，而这些离子的来源主要是来自于岩石和土壤等。总的来说，新安岩溶地区的地下水是非常具有代表性的，这是中国其他岩溶地区的研究所需要借鉴的。岩溶地区的水文地质特征非常复杂，需要综合利用多种水文地质方法来进行研究。研究人员通过对地下水的同位素和化学成分的分析，可以更好地了解地下水的水化学特征和地下水的流动路径，从而更好地进行地下水资源的管理和保护。这项研究的成果对于岩溶地区的水资源管理和保护具有重要的指导意义，相信在以后的研究中，将会有更多的科研成果被取得。

设备分享

Picarro L2130-i 同位素水分析仪可提供高质量的水稳定同位素测量，这对古气候学、水文学和海洋学等苛刻的应用至关重要。δ¹⁸O和δD的测量充分表明了系统的高精度和重现性。Picarro同时提供多种外国设备，可以分析各种形式或来源的水。

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