近年利用同位素对黑河流域水循环的研究

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1、近年利用同位素对黑河流域水循环的研究　　1、引言　　近年来，环境同位素技术因为在地下水勘测、地下水动力研究、了解含水层之间相互联系等方面的特殊作用，在寒区旱区水科学研究中得到了广泛应用。在黑河流域，应用环境同位素的研究也取得了一定的进展。考虑到各类环境同位素的采样条件和地球化学特性，在黑河流域的研究中大多选用了氘(2H)、氧(18O)、氚(3H)、碳(14C)和氡(222Rn)等几种环境同位素作为研究对象，其中2H和18O属于稳定同位素，3H，14C和222Rn属于放射性同位素。　　降水及蒸发的同位素分馏作用可以导致水体的

2、2H和18O出现空间变化。通过对比样品中的δD和δ18O值，并利用2H和18O的分馏与各种环境因素(如温度、湿度)之间的关系，可以判断水体并追踪各类水文地质作用。此外，通常也利用放射性同位素的衰变原理来确定地下水年龄。由于3H和14C半衰期分别为12．43a和5730a，所以常被分别用来测定小于50a的现代水和介于2～20ka的古地下水年龄。　　222Rn的半衰期为3．8天，广泛存在于岩石和土壤中，222Rn聚集于地下水，因其挥发性，通常在地表水中的含量很低，由此可以推测地下水排泄的位置和计算补给率

3、。表1总结了在黑河流域内所采用的同位素类型及其研究目的。　　2、同位素采样空间分布　　图1展示了近年来各研究团队在黑河流域内针对降水、地表水和地下水等各类水体进行采样工作的样点分布。降水样点主要集中在上中游的各个气象站、水文站;地表水样点主要分布在沿黑河干流和北大河;地下水样点则主要集中于河西走廊和下游河道附近的区域，在山区以及冲洪积扇带比较缺乏。　　此外，其他水体例如水库、渠系以及冰雪融水等也考虑得较少。虽然采样覆盖范围已经很大，但仍存在明显的分布不均现象。　　3、降水与径流　　由于祁连山区降水较多，是黑河流域的主要水源

4、地，所以关于降水的同位素研究多集中在上游(图1)。　　　　20022009年张应华等构建了区域降水δD－δ18O关系线(表2)。黑河流域的降水线相较全球大气降水线(GMa等认为沙漠对该区地下水也有一定的贡献。同时，陈建生等发现该区与沙漠地下水钙含量极高，也印证了这一点，同时提出巴丹吉林沙漠的地下水源自于青藏高原，经过碳酸盐岩层通过大断裂带穿越祁连山和北山山区到达沙漠，并补给古日乃地区。而马妮娜等和张应华等认为，古日乃地下水的矿化度明显低于沙漠，且3H值也更高，说明地下水更为年轻，没有接受沙漠的补给，

5、而是接受黑河水的补给。同时深层承压水年龄较老，可能由地质历史时期降水补给形成。武选民等认为，该区深层承压水头高于潜水，也有潜水层接受承压层越流补给的可能性。各种说法目前还存在较大争议。　　4．2地下水年龄　　中游张掖地区浅层地下水3H和14C值都很高，并沿河呈条带状分布。总体看来，浅层地下水近河道年龄较新，越接近山前带年龄越新。　　这种分布模式显示其多受降水、冰雪融水以及河水这类现代水的补给。至高台一带3H逐渐减少，年龄增大，主要原因在于其接受酒泉盆地深层低3H地下水的补给。而深层地下水则3H含量减少，年龄老于50a，显示

6、与浅层地下水、地表径流完全不同的补给。高台一带由于岩土颗粒较细，补给条件差，深层承压水14C年龄在2ka以上。　　同样，中游酒泉地区位于祁连山前的戈壁入渗带地下水3H值也较高，细土平原区潜水3H值则很低，地下水年龄多大于40a，承压层则更低。此外，酒泉盆地内含水层渗透性较弱、水循环条件较差的地区地下水14C值很低，年龄可达数千年，盐池明海莲花一带深层承压水年龄14C校正年龄在2490～5760a之间。　　　　下游额济纳盆地沿河区域由于接受地表水补给3H值较高。深层承压水则年龄较老，几乎不含3H，相比起来南部鼎新一带深层承压

7、水相对较年轻，多小于5ka，北部居延海一带则较老，多在5468～8779a，而赛汗桃来附近承压水年龄则大多超过万年。巴丹吉林沙漠内地下水几乎检测不到3H，14C测龄显示该区域内承压水年龄在2200～3500a之间，更新速率缓慢。　　4．3盆地水力联系　　由盆地内地下水同位素含量及补给可以判断流域内各盆地系统间的水力联系。由于张掖盆地西面与酒泉盆地以第三系泥岩隆起为分界，2个盆地δ18O明显不同，说明2个盆地地下水补给机理不同。同时，在酒泉盆地东西边缘表现出更低的δD和δ18O值，表明两侧

8、水力单元与酒泉盆地之间较弱的水力联系。　　酒泉盆地以北靠近金塔盆地一带潜水的同位素特征反映其受酒泉盆地地下水侧向补给的影响，与酒泉盆地存在水力联系。同时，西部北山山区地下水一个主要排泄途经就是经由深层的区域向南部花海和东部鼎新一带向系统外排泄。　　由于古日乃地区的地下水到底是接受巴丹吉林沙漠地下水、承压