四川省阿壩地區(qū)地表水地球化學特征

施澤明, 王新宇, 倪師軍

(1. 成都理工大學地球化學系， 四川 成都　610069； 2. 地學核技術(shù)四川省重點實驗室， 四川 成都　610069)

四川省阿壩地區(qū)地表水地球化學特征

施澤明1,2, 王新宇1,2, 倪師軍1,2

(1. 成都理工大學地球化學系， 四川 成都610069； 2. 地學核技術(shù)四川省重點實驗室， 四川 成都610069)

摘要：阿壩州位于四川西北部，與青海、甘肅交界，處于高海拔地區(qū)；該地區(qū)地表水資源豐富，長江與黃河上游水系均流經(jīng)該區(qū)域。通過系統(tǒng)性采集區(qū)內(nèi)河水(76件)、井水(7件)、溪水(8件)等樣品，測試水體中D與18O的豐度與微量元素含量。結(jié)果表明：①受大氣降水與流經(jīng)地層的影響，阿壩地區(qū)河水中D與18O的豐度均顯著高于溪水、井水與自來水等介質(zhì)，線性相關(guān)性表明，河水中18O的富集與硫酸鹽礦物的溶解密切相關(guān)；②阿壩地區(qū)井水、自來水、溪水之間存在明顯的水力聯(lián)系;③對于阿壩地區(qū)而言，黃河上游河流中δD與δ18O值均高于長江上游水系河流，但兩者之間差別較小，這由于同一地區(qū)水系具有相同的大氣降水來源；④河水、井水、溪水等表水中微量元素呈高Ba、Zn、Cr，低As、Pb、Cd的特點，與該地區(qū)巖石樣品中微量元素特征基本一致，表明該地區(qū)表水中微量元素含量主要受地質(zhì)背景因素控制。

關(guān)鍵詞：阿壩； 地表水； 氫同位素； 氧同位素； 微量元素

0引言

地表水，是指大陸地表上動態(tài)水和靜態(tài)水的總稱，主要有河流、湖泊、沼澤、冰川、冰蓋等，作為重要的淡水資源，為居民生產(chǎn)與生活用水提供重要保障[1]。阿壩藏族羌族自治州，簡稱阿壩州，是隸屬于四川省的自治州，以藏族、羌族為主，位于四川西北部，與青海、甘肅交界，處于高海拔地區(qū)；該地區(qū)地表水資源非常豐富，長江上游水系(杜柯河、則曲河、梭磨河、白河、腳木足河、涪江、白水河、岷江)與黃河上游水系(黑河、白河)均流經(jīng)此區(qū)域。

水體中的氫、氧同位素特征可反映一個地區(qū)的水文、氣候條件[2]，而微量元素特征則與流經(jīng)區(qū)域的巖石礦物種類與水-巖相互作用有關(guān)[3，4]，因此，查明水體中氫、氧同位素與微量元素地球化學特征，是探討區(qū)域地質(zhì)條件與水文地球化學背景的重要方法。

前人針對長江與黃河流域中水體氫、氧同位素的研究表明，長江與黃河水體中δD與δ18O自源頭至入?？诓粩噙f增；上游河段相對富集輕同位素，而中下游則富集重同位素(D與18O)，這主要與大氣降水供給有關(guān)[5-8]。阿壩地處高海拔區(qū)域，是我國主要水系(長江與黃河)的上游區(qū)，其氫、氧同位素與微量元素特征，對研究長江、黃河中下游水系演化規(guī)律具有重要意義；但目前針對阿壩地區(qū)表水中氫、氧同位素與微量元素地球化學特征的系統(tǒng)性研究，尚未見報道?；诖耍P者通過系統(tǒng)性采集阿壩地區(qū)地表水樣品，查明阿壩地區(qū)地表水的氫、氧同位素與微量元素特征，對探討我國長江與黃河水系的氫、氧同位素與微量元素組成、作用與演化具有重要意義。

1研究區(qū)概況

研究區(qū)境內(nèi)地層出露齊全，從前震旦紀至全新世各時代地層均可見到，但主要以中生代侏羅紀、白堊紀地層及晚古生代三疊紀地層分布最廣。火成巖類型主要分布在盆地西部米倉山至康定、康滇地軸的安寧河裂谷地帶，以及玉樹、義敦伏地槽褶皺帶地區(qū)。特別是大骨節(jié)病高發(fā)區(qū)的阿壩州，地層以巴顏喀拉秦嶺地層區(qū)與龍門山一帶揚子地區(qū)構(gòu)成，地層較為復雜，但三疊系中的含碳質(zhì)滑云母板巖，粉砂質(zhì)板巖、千枚巖等變質(zhì)巖為主體，分布面積廣，志留系、泥盆系、石炭系、二疊系的變質(zhì)巖、碳酸鹽巖也有部分出露[9]。

2研究方法

研究區(qū)水系分屬長江、黃河兩大流域。阿壩州紅原龍日壩查針梁子作為分水嶺，全州分屬于長江、黃河兩大流域。在阿壩地區(qū)內(nèi)采集河流、溪水、井水樣品(圖1)，根據(jù)河流流量與流域面積大小，均勻布點，主要采集阿壩地區(qū)長江上游水系(杜柯河、則曲河、梭磨河、白河、腳木足河、涪江、白水河、岷江)與黃河上游水系(黑河、白河)樣品，2010—2011年共采集表水樣品91件、自來水7件，共94件水樣；分析阿壩地區(qū)水樣的氫、氧同位素和微量元素含量。樣品的氫、氧同位素由成都理工大學四川省地學核技術(shù)同位素重點實驗室測定，測試方法為TC/EA-IRMS(高溫裂解元素分析儀-氣體穩(wěn)定同位素比值質(zhì)譜聯(lián)用)法, 儀器為Thermo Fisher TM Flash 2000 和MAT-253 型氣體穩(wěn)定同位素比值質(zhì)譜儀。測試數(shù)據(jù)相對VSMOW(維也納標準平均海洋水)，δ18O和δD的分析精度分別為±0.10‰和±1.0‰。水樣與巖石樣品中Ba、Cr、Ni、Mn、Zn、Cu、Pb、Cd的含量采用ICP-MS法測試，As含量采用原子吸收光譜法測試。

圖1　研究區(qū)表水樣品的采集位置圖Fig.1　Locations of surface water samples at the study area

3結(jié)果與討論

3.1　河流水氫、氧同位素組成特征

圖2　阿壩地區(qū)表水樣品中δD-δ18O的豐度圖Fig.2　Abundances of δD-δ18O in surface water samples at the study area

表1　阿壩地區(qū)表水樣中氫、氧同位素平均豐度Table 1　Average abundances of oxygen and hydrogen isotopes in surface water of Aba

對比阿壩地區(qū)長江上游水系(杜柯河、則曲河、梭磨河、白河、腳木足河、涪江、白水河、岷江)與黃河上游水系(黑河、白河)的氫、氧同位素組成特點，黃河上游水系的河流中δD與δ18O值均高于長江上游水系河流，但兩者之間差別較小，這主要由于阿壩地區(qū)河流水來源均主要為大氣降水，因此同一地區(qū)中河流水之間氫、氧同位素組成特點相近(表2)。

表2　阿壩地區(qū)黃河上游與長江上游河流的氫、氧同位素平均豐度Table 2　Average abundances of oxygen and hydrogen isotopes in surface water of Aba area

3.2　河水中微量元素特征

由表3可知，河水中9種微量元素濃度的均值，從大到小依次為Ba>Cr>Ni>Mn>Zn>As>Cu>Pb>Cd；井水中微量元素濃度的均值，從大到小為Ba>Zn>Cr>Mn>Ni>Cu>As>Pb>Cd；溪水中微量元素濃度的均值，從大到小為Ba>Cr>Ni>Zn>As>Cu>Mn>Pb>Cd;綜合井水、溪水與河水中微量元素的豐度，表明阿壩地區(qū)表水整體呈現(xiàn)高Ba、Zn、Cr，低As、Pb、Cd的特點(圖3)，尤其是Ba元素豐度較高，可能與流經(jīng)地層多含灰?guī)r有關(guān)。

表3　阿壩地區(qū)表水樣中微量元素平均含量

圖3　阿壩地區(qū)水體與巖石中元素含量對數(shù)值Fig.3　Content of trace elements in surface water and rock samples in Aba

3.3　巖石樣品中微量元素特征

在無顯著人為污染的情況下，受水-巖相互作用影響，地表水中微量元素濃度的高低，在一定程度上反映了巖石中微量元素分布的特征；阿壩地區(qū)位于川西北部，整個地區(qū)以農(nóng)牧業(yè)為主，而工業(yè)發(fā)展較弱，顯著的人為污染源較少，因此，初步推斷其水體中微量元素的高Ba、Zn、Cr，低As、Pb、Cd的特點，與區(qū)域地質(zhì)背景密切相關(guān)。通過在研究區(qū)(金川、馬爾康、若爾蓋、松溪、九寨溝等)，選取灰?guī)r、板巖等巖石樣品進行微量元素含量測試，其微量元素豐度走勢與水體中基本一致(圖2)，表明該地區(qū)表水中微量元素豐度主要受地質(zhì)背景控制。

4結(jié)論

阿壩地區(qū)河水中氫、氧元素呈富集重同位素的趨勢，河水中D與18O的豐度均顯著高于溪水、井水與自來水等水體；根據(jù)氫、氧元素同位素豐度來看，阿壩地區(qū)井水、自來水、溪水之間存在明顯的水力聯(lián)系；線性相關(guān)性表明，河水中18O的富集與硫酸鹽礦物的溶解密切相關(guān)；對于阿壩地區(qū)而言，黃河上游河流中δD與δ18O值均高于長江上游水系河流，但兩者之間差別較小，主要由于同一地區(qū)大氣降水來源相同。阿壩地區(qū)河水中As、Ba、Mn、Pb、Zn等元素豐度從大到小順序為Ba>Cr>Ni>Mn>Zn>As>Cu>Pb>Cd；綜合井水、溪水與河水中微量元素的豐度，表明阿壩地區(qū)表水整體呈現(xiàn)高Ba、Zn、Cr，低As、Pb、Cd的特點(圖3)，尤其是Ba元素豐度較高，與巖石中微量元素規(guī)律基本一致，證明該地區(qū)表水中微量元素豐度主要受地質(zhì)背景控制。

參考文獻：

[1]中國科學院地球化學研究所.高等地球化學[M].北京：科學出版社，1998.

[2]尹觀，倪師軍. 同位素地球化學[M]. 北京：地質(zhì)出版社，2009.

[3]Zhu Chen， Greg Anderson.Environmental Applications of Geochemical Modeling [M].London:Cambridge Press,1997.

[4]Gilbert Fe′raud，Ce′cilePotot, Jean-Francois Fabretti, et al. Trace elements as geochemical markers for surface waters and ground waters of the Var River catchment (Alpes Maritimes, France) [J]. Comptes Rendus Chimie, 2009(12): 922-932.

[5]丁悌平，高建飛，石國鈺，等.長江水氫、氧同位素組成的時空變化及環(huán)境意義[J].地質(zhì)學報，2013, 87 (5): 661-676.

[6]高建飛，丁悌平，羅續(xù)榮，等.黃河水氫、氧同位素組成的空間變化特征及其環(huán)境意義[J].地質(zhì)學報，2011, 85(4):596-602.

[7]陳新明，甘義群，劉運德，等.長江干流水體氫氧同位素空間分布特征[J].地質(zhì)科技情報， 2011, 30(5):110-114.

[8]袁瑞強，劉貫群，張賢良， 等.黃河三角洲淺層地下水中氫氧同位素特征[J].山東大學學報(理學版)，2006, 41(5):138-143.

[9]岳躍坡.阿壩大骨節(jié)病區(qū)地表水同位素地球化學特征[D].成都：成都理工大學，2011.

Characteristics of Hydrogen, Oxygen Isotopes and Trace Elements in Surface Water of Aba Area in Sichuan

SHI Ze-ming1,2, WANG Xin-yu1,2, NI Shi-jun1, 2

(1.GeochemistryDepartmentofChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Sichuan610059,China；2.KeyLaboratoryofNuclearTechniquesofGeosciences,Chengdu,Sichuan610059,China)

Abstract:Aba is a region with high altitude, located in the northwest of Sichuan, and at the junction with Qinghai and Gansu provinces. Aba is rich in surface water resources that the Yangtze River and Yellow River both flow across this area. Through systematically sampling the rivers water (76), wells water (7) and streams (8), and analyzing the contents of18O, D and trace elements in water, we revealed that ① The contents of D and18O in river water of Aba were significantly higher than streams, wells and tap water. Linear correlation analysis indicated that the enrichment of18O was closely related to the dissolution of sulfuric minerals; ② There was obvious hydraulic link among well water, tap water and streams in Aba; ③ In Aba, isotopic composition of oxygen and hydrogen in river water of Yellow River system were closing to that of Yangtze River system, which was due to the same rainfall source at the same area; ④ The trace elements of surface water were quite close with the surrounding rocks, with the characteristics of high concentrations of Ba, Zn, Cr, and low concentrations of As, Pb, Cd, which indicated that the trace elements in surface water was mainly affected by the geological background.

Key words:Aba; surface water; hydrogen isotope; oxygen isotope; trace elements

通信作者：王新宇(1984—)，男，博士，主要從事環(huán)境及巖石地球化學研究。Email: wangxinyucdut@gmail.com。

作者簡介：施澤明(1968—)，男，教授，主要從事環(huán)境地球化學、礦床地球化學工作。Email：shizm@cdut.edu.cn。

收稿日期：2015-02-02； 改回日期： 2015-02-25。基金項目： 中國地質(zhì)調(diào)查“四川阿壩州生態(tài)地球化學調(diào)查(編號∶1212011121156)”項目資助。

中圖分類號：P592; X143

文獻標志碼：A

文章編號：2095-8706(2015)04-0031-05