四川牟尼沟珍珠泉和翡翠泉的同位素组成及氘过量参数研究

四川牟尼沟珍珠泉和翡翠泉的同位素组成及氘过量参数研究 Vol . 20 No . 4 , 2001 Oct . 四川牟尼沟珍珠泉和翡翠泉的同位素 组成及氘过量参数研究 1 1 2 2 茜,尹观,范晓,杨俊义王 ()1. 成都理工大学 ,四川 成都 610059 ;2. 四川省区域地质调查队 ,四川 成都 610213 摘 要 :本文基于四川牟尼沟珍珠泉和翡翠泉水的氢 、氧同位素组成 、氘过量参数及氚含量 ,详细分析和 讨论了两泉地下含水层水的补给源 、补给高度 、水的运移途径和滞留时间及它们之间的水力联系 。 ( ) 关 键 词 :牟尼沟 ;泉水 ;同位素组成 ;氘过量参数 d 值 () 中图分类号 :O61117 : X143 文章编号 :100722802 20010420402204 文献标识码 :A 牟尼沟风景区位于康藏高原和四川盆地西北缘 ,长约 2 . 2 km ,宽不足 100 m ,是区内最 东北向分布 山区的过渡地带 ,岷山山脉中段 ;东经 1032?6′,103?大的次级水文地质单元 。扎嘎沟位于研究区西侧 , 2 呈近北南向分布 ,扎嘎瀑布水面宽 35 m ,落差 93 . 2 32′,北纬 32,?33′, 面积约为 60 多 km。区内主要 出m ,终年流水不竭 。介于二道海和扎嘎瀑布之间是 露有石炭系 、二叠系和部分三叠系碳酸盐地层 ,第 四矿泉水厂沟水文地质单元 ,呈近南北向分布 。研究 系以钙华 、冲积砂砾层 、崩积角砾岩块 、残坡积砾 、 泥() 区内有高山湖泊 海子多个 ,大多分布于海拔 3 100 层 、沼泽沙泥堆积等覆盖在基岩之上 ,主要出现在 谷m 以上 。湖泊大多以钙华 、沉陷 、崩塌等原因截断沟 谷而形成 ,以降水补给为主 ,融雪补给为辅 ,水深在 底 、河口处 。区内构造运动复杂 、强烈 ,数次造山 运动使松潘 、阿坝地块向北推挤 ,地势抬高 ,形成了 3,20 m 左右 , 水位季节性变化较大 。区内地下水 高峻的雪宝顶复背斜 。背斜的北翼发生倒转和断 常在断层两侧以泉水出露 ,泉水流量大 ,动态变化较 小 。 裂 ,主要为呈东西向的压扭断裂和南北向的张性断 裂 。地层内构造裂隙发育 ,为地水的下渗 、地下水 牟尼沟内有多处泉水出露 ,其中典型的 、流量较潜流 、径流提供了通道 。区内岩溶作用十分强烈 ,钙 大的有珍珠泉和翡翠泉 ,分别属于二道海水文地质 华沉积广泛分布 ,形成年代可上溯到 40 a 以上 , 至 单元和矿泉水厂沟水文地质单元 ,泉口均有钙华沉 1 积 ,显示了明显的岩溶地下水排泄特征 。珍珠泉属 今沉积不断 ,构成了本区一大自然景观。 牟尼沟地处岷江水系 ,地表径流主要来自研究 重碳酸含硫化氢温泉 ,翡翠泉属重碳酸型冷泉 。 区外西北海拔为 4 025 m 的哲波山系 ,汇成溪流后 , 流向东 南 的 牟 尼 乡 , 在 安 宏 乡 汇 入 岷 江 , 全 长 39 珍珠泉和翡翠泉的同位素组成及氘 1 km 。沿地 表 径 流 上 溯 至 源 头 , 汇 水 面 积 可 达 396 2 过量参数标记特征km。区内气候冬季干冷 ,夏季温和 、湿润 ,大气降水 珍珠泉位于二道海上游 ,海拔 3 410 m ,为一地 丰沛 , 全年降雨量约 700,800 mm 。降雨主要集中 在 5,9 月 ,10 月至次年 4 月以降雪为主 。 表上升泉 ,泉口靠近一南北向断层 ,呈 90的大转析? , 牟尼沟以两分水岭为界 ,可以粗略地分为二道泉水流量稳定 ,丰 、枯水季节变化小 ,水内常见大量 ) ( 海 、矿泉水厂沟和扎嘎瀑布沟三个次级水文地质单 CO气泡逸出 ,可闻轻微 HS 臭鸡蛋味 ,水温基本 2 2 元 。二道海水文地质单元位于景区北侧 ,呈西南 — 恒定在 20 ?左右 ,属重碳酸含硫化氢型温泉 。 收稿日期 :2001206230 () 第一作者简介 :王茜 1967 —,女 ,硕士研究生 ,同位素地球化学专业. 3 210 m ,与珍珠泉有一分水岭相隔 ,泉水流量稳定 , 24 个 级水文地质单元地表径流不同的位置采集了 () 样品 图 1。其中溪水 16 件 ,泉水 8 件 ,样品分雨 、 稍大于珍珠泉 ,属碳酸型冷泉 ,已作为矿泉水开采 。 珍珠泉和翡翠泉均属岩溶地下水的天然露头 , 旱两季采集 。同一样品均做了氢 、氧同位素和氚含 ( ) 量测定 同位素标准相对于 SMOW并相应地对其水 但两泉属性质完全不同的泉水 。前者系经深部地下 () 质特征进行了化学成分分析 如表 1 、表 2。 水循环的热泉 ,后者为浅层地下水出露的冷泉 。二 者不存在水力联系 。为了深入了解它们的基本情况 图 1 牟尼沟水文地质单元分布及采样位置图 Fig. 1 Munigou hydrogeology units and sampling location 1 . 1 珍珠泉 属含水层的水补给源均高于当地的地表径流 。据前 18 4 δδ 其旱 季 的 D 、O 、d 值 和 氚 含 量 分 别 为 :, 该 地 区 氧 同 位 素 高 度 效 应 的 资 料:人研 究 2 - 0 . 216 ‰Π100 m,考虑到泉水主要为岩溶水 ,氘过 ( ) - 102 . 3 ‰, - 13 . 25 ‰, 3 . 70 , 12 . 1 TU; 雨 季 分 别 18 δ量参数低 ,泉水的O 值明显受水Π岩交换作用的影 ( ) 为 : - 104 . 3 ‰, - 14 . 17 ‰,9 . 06 ,19 TU。 18 3 ,4 δ响 ,造成水的O 升高,必须用大气降水方程加 18 δ) δ) 其特点有 :1泉水的D 季节性变化小 ; 2O18 δ以校正 ,再用修正后的O 来确定补给源的高度 , 18 ) 季节性差异明显 ,旱季泉水富O ; 3泉水的氘过量 最后算得珍珠泉水的补给高度为 3 670 m 左右 。综 ) 参数随季节变化大 ,旱季泉水的 d 值显著变低 ;4氚 观当地的地貌 ,这样的补给高度距泉口的距离达几 ) 含量 :雨季高于旱季 ,差值达 6 . 9 TU ;5同一溪沟中 十公里之遥 。表明该含水层的循环途径很远 。同 δ的地表径流和泉水 :旱季时 ,泉水D 值与该泉上 、下 时 ,泉水与泉口处的地表径流没有直接的补给关系 ; 18 δδ游及地表径流采样处的D 近于相同 ; 泉水的O δ泉水的D 不随季节变化 ,反映了补给源稳定 ,地下 均高于地表径流 ; d 值低于所有地表径流 ,接近于下 ) 含水层库储量大 ,水相对混合均匀 。2珍珠泉泉口 游的二道海管泉水 ;氚含量大体相同 ,珍珠泉下游的 排泄水的 d 值雨季大 , 旱季小 , 旱季属纯地下 二道海管泉最低 。雨季时珍珠泉泉水与地表径流相 水的排泄 ,雨季时不同程度地混入了当时的大气降 18 δδ比 , D 和O 、d 值 、氚含量均低于同期地表径流 。 水或浅层时代较新的地下水 。旱季泉水的 d 值低 , 珍珠泉泉水的同位素组成的特点为我们研究珍 珠泉给出了两方面的信息 :一是地下水从补给到排泄 ,运 的水源组成 ,地水含水层补 、径 、排提供了以下 404 王 茜等/ 四川牟尼沟珍珠泉和翡翠泉的同位素 表 1 牟尼沟部分水体的同位素组成 Table 1 Isotope compositions of the several water bodies in Munigou 18 δ δδ 采样高程 Dd =D - OSMOWSMOW ( )编号 样品名称 采样位置 T TU 采样时间 18 Πm δ( )( )8O ‰ ‰ - 93. 5 - 13 . 39 13 . 62 24 2000/ 08 溪 水 珍珠泉溪沟 3 410 1 - 101 . 0 - 13 . 77 9 . 16 12. 1 2000/ 12 - 96. 7 - 13 . 10 8 . 10 19 2000/ 08 3 220 5 溪 水 瀑 顶 - 98. 6 - 14 . 10 14 . 20 13. 2 2000/ 12 - 98. 8 - 13 . 34 7 . 92 18 2000/ 08 溪 水 扎矿汇前 7 3 000 - 105 . 9 - 13 . 61 2 . 98 17. 6 2000/ 12 - 97. 6 - 13 . 05 6 . 80 25 2000/ 08 溪 水 牟管处后溪沟 2 960 11 - 104 . 4 - 13 . 73 5 . 44 27. 9 2000/ 12 - 92. 1 - 13 . 02 12 . 06 21 2000/ 08 溪 水 三联汇流后 12 2 950 - 99. 0 - 13 . 81 11 . 48 18. 4 2000/ 12 - 104 . 3 - 14 . 17 9 . 06 19 2000/ 08 泉 水 珍珠泉 3 410 2 - 102 . 3 - 13 . 25 3 . 70 12. 1 2000/ 12 - 88. 1 - 13 . 26 17 . 98 20 2000/ 08 4 3 270 泉 水 二道海管泉 - 103 . 7 - 13 . 55 4 . 70 < 3 2000/ 12 - 101 . 2 - 13 . 56 7 . 28 19 2000/ 08 泉 水 支沟泉群 3 300 8 - 100 . 5 - 13 . 64 8 . 62 32. 4 2000/ 12 - 103 . 4 - 13 . 67 5 . 96 15 2000/ 08 9 泉 水 翡翠泉 3 210 - 114 . 0 - 14 . 32 0 . 56 29. 3 2000/ 12 分析者 :武汉地质大学测试中心黄俊华 ( )表 2 珍珠泉 、翡翠泉化学分析数据 mgΠL ( )Table 2 The chemical analysis data of the Zhenzhu spring and Feicui spring mgΠL p H 总硬度 2 - - 2 + 2 + -泉 名 CO游离 SOHCO 总碱度矿化度 CaMgCl 4 3 2雨 旱 雨 旱 536 . 1 27 . 97 1 . 77 1 . 80 1 656 . 6 6 . 2 1 453 . 8 1 358 . 7 2 232 . 0 663. 3 珍珠泉 翡翠泉 343 . 7 21 . 89 3 . 55 4 . 48 1 141 . 0 6 . 4 6 . 4 820 . 7 948. 3 935 . 8 1 528 . 5 864 . 69 注 :数据来源于四川省区域地质调查队 溶十分发育 ,深部热源影响明显 ,有利于水Π岩的氧 ,是另一地下含水层的排泄口 。泉水的同 为上升泉 18 ) δδ同位素交换 ,交换程度也高 ,这从泉水中的矿化度 、位素组成的特点是 :1泉水的D 、O 旱 、雨季变化 - HCO 、游离 CO 含量高和水的 p H 值低等也得到了明显 ,旱季均低于雨季 ,旱季的同位素组成系本研究 3 2 ) 区的最低值 。2泉水中的 d 值和氚含量季节性效 ) 证实 。3泉水中的氚含量总体变化不大 ,且与泉水 ( ) 应变化大 , d 值旱季低于雨季 ,而氚含量 T却旱季 中的 d 有正相关性 ,预示珍珠泉所在的地下含水层 5 高于雨季 。 d 值与氚值与珍珠泉的变化规律相反 , 水的滞留时间不超过 30 a。联系到珍珠泉所处深 ) 呈负相关性 。3与出露在其上游的支沟泉群的同位 大断裂的地质背景 ,可以看出 ,地下水运移的速度及18 δδ素组成也有异同点 。旱季时其D 、O 、d 值与支沟 热源传递无不与这一背景有密切的关系 。 泉群差异大 ,前者均明显低于后者 ,但氚含量相近 , 1 . 2 翡翠泉 均高于全区的地下水和地表水近两倍之多 。旱季氚 翡翠泉处在与珍珠泉完全不同的水文地质单元 含量异常高是这一水文地质单元泉水的一个典型的 内 ,迄今未见它与研究区的深大断裂有联系 。该泉 () 1翡翠泉所属的地下含水层的补给源为全区 影响较明显 。 () 2珍珠泉为温泉 ,热源在地下深部且离排泄口 最高 ,依据前述高度效应的计算方法算得补给源的 的距离较远 。大气降水补入地下后 ,经深部循环 、加 高度在 4 000 m 左右 ; 热 ,然后沿深部断裂带运移至排泄口 ,地下水径流速 () 2旱季泉水的 d 值系全区最低值 , 而相应的度较翡翠泉含水层快 ,新 、老水更新周期较短 ,并且 氚含量为最高值 ,且为现代大气降水的氚含量值的 运移至浅部时 ,沿途接受了浅层地下水的补给 。翡 翠泉为一典型酸性岩溶冷泉 ,含水层水的径流较珍 两倍以上 ,同时与水的 d 呈负相关变化 , 这些特征 珠泉慢 ,排泄的水相对年代较老 ,循环的深度较浅 。 表明翡翠泉旱季排泄的水系该含水层内储存的 30 a () 3翡翠泉旱季泉水的氘过量参数 d 值很低 , 但氚以前的较老的地下水 。含水层的整体地下水径流速 含量异常高 ,且高于当地大气降水值的两倍以 上 。度慢 ,滞留时间长 。在靠近补给区 ,存在较大的地下 不同季节泉水的 d 值与氚含量呈负相关 。对 于这水储库 ,并且靠近补给源含水层的封闭条件较好 。 一类征的水 ,不能简单地依据水中含氚量的相 对变 化来判定地下含水层内水的滞留时间 ,而应结 合水() 3雨季时靠近排泄区不远的地段 ,明显有雨季 的氘过量参数的研究 ,才能作出有效 、准确的判 大气降水的补给 ,这时翡翠泉排出的水的同位素组 18 断 。(δδ 成 ,明显反 映 了 这 一 影 响 D 、O 、d 值 均 较 旱 季 ) 高 ,水的所氚含量却变低。 () 4泉水的游离 CO含量高 ,矿化度达 1 528 . 52 - mgΠL , HCO 含量为 1 141 . 0 mgΠL ,p H 值6 . 15,6 . 30 ,3 参考文献 : 6 是典型的正处于发育阶段的酸性岩溶水,尽管它 1 肖永林 ,徐星琪 , 陈乐尧. 四川松潘黄龙风景区地质景观 J . 的水温远低于珍珠泉 ,但旱季水的 d 值都比同期的 () 西南地质科技情报 , 1986 , 3 - 4 总 45:46 - 54 . 珍珠泉水低 ,这也印证了翡翠泉地下含水层的储存 陈先 ,朱学稳 ,周绪纶. 黄龙风景区岩溶水及泉华沉积的同位 2 () 素研究J . 中国岩溶 ,1988 ,7 3:209 - 212 . 水较珍珠泉时代老 。所以翡翠泉和珍珠泉分属两个 尹观. 同位素水文地球化学M. 成都 :成都科技大学出版社 , 相对独立的地下含水层 ,彼此之间没有水力联系 。 3 1988 . 68 ? 100 . 王恒纯. 同位素水文地质概论 M . 北京 : 地质出版社 ,1991 . 73 2 结 论 4 - 75 . 尹观 ,倪师军 ,张其春. 水体氘过量参数及其水文地质学意义 () 1二者均为不同深度地下岩溶水的天然露头 , () J . 成都理工大学学报 ,2001 ,7 3. 5 沈照理. 水文地球化学基础M. 北京:地质出版社 ,1986. 102 - 111. 两个地下含水层均为大气降水补给 ,补给高度高于 海拔 3 600 m 以上 ,且保持各自的独立性 ,彼此间不 6 存在水力联系 。雨季时两泉在接近排泄区处 ,一定 Study of the Isotope Compositions and Deuterium Excess Para meter in the Zhenzhu Spring and Feicui Spring , Munigou , Sichuan 1 1 2 2WANG Qian, YIN Guan,FAN Xiao, YANG J un2yi ( 1. Chengdu University of Technology , Chengdu 610059 , China ; )2. Regional Geological S urvey Team , S huangliu 610213 , China Abstract :Based on the information of hydrogen and oxygen isotope compositions , tritium contents , deuterium excess pa2 ( ) rameters d2excess, this paper analyses and discusses the recharge resource and altitude ,removed patch ,detained time and hydraulic connection at the Zhenzhu spring and Feicui spring in the research area . ( )Key words :Munigou ; spring ; isotope composition ; deuterium excess parameter d2excess