贵州七星洞洞穴系统中锶同位素特征及其意义_朱小龙
关于锶同位素考古研究的几个问题
根据实验室分析结果，计算锶同位素比值，并对比不同样品之间的数据，以揭示锶同位素的分布规律和变化趋 势。
数据处理与解释
01
数据处理
对锶同位素数据进行整理、统计和可 视化，将数据转化为易于理解的形式 ，以便于后续分析。
02
数据分析
结合考古学知识和锶同位素数据，分 析不同时间段内人类活动对锶同位素 变化的影响，以及锶同位素与文化交 流、人口迁徙等方面的关系。
锶同位素考古研究的未来发展趋势
• 发展方向：未来，锶同位素考古研究将继续向深度和广度两个方向发展。在深度方面，研究者将进一步探 索锶同位素分析方法的技术细节和改进方案，提高分析的准确性和可靠性。在广度方面，锶同位素考古研 究将应用于更多的考古领域和案例中，例如通过锶同位素分析研究古代疾病和医疗状况，或者通过锶同位 素研究古代人类对环境的影响和适应等。
关于锶同位素考古研究的几 个问题
2023-10-29
contents
目录
• 锶同位素考古研究概述 • 锶同位素考古研究方法 • 锶同位素考古研究应用 • 锶同位素考古研究的挑战与前景
01
锶同位素考古研究概述
锶同位素考古的概念
锶同位素
锶是一种化学元素，具有稳定的同位素，其中锶-87和锶-86应用最广泛。
锶同位素考古研究对考古学的贡献
• 贡献：锶同位素考古研究的贡献在于其能够提供更加精细和 准确的地层和遗址年代信息，同时揭示古代人类和动物的流 动和迁徙模式，为理解古代文明的形成和发展提供新的视角 。此外，锶同位素研究还可以为古代人类的技术交流、经济 交流和文化交流等提供新的证据，促进对古代社会的全面理 解和研究。
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古代资源开发与利用
贵州纳朵洞滴水氢氧同位素变化特征及气候意义
贵 州纳朵洞滴水氢 氧同位 素变 化特征 及气候意义
王 家 录 ， 王 建 力２ ， 蒋 先 淑２， 毛 庆 亚２ ， 沈 蔚２
（ １ ． 安顺 学院 资源与环境工程学院 ， 贵州 安顺 ５ ６ １ ０ ０ ０ ； ２ ． 西南大学 地理科学学院 ， 重庆 ４ ０ ０ ７ １ ５ ）
宁组 灰 岩或 白云 岩夹 泥沙 岩 中 ， 有 ５层 和 多个 出 口， 大
水， 在 水 的运移 过 程 中必然 会携 带周 围环 境 的信 息 ， 可 是 不 同 区域 和不 同洞 穴环 境滴 水所 携带 的环 境信 息也
存 在 差 异 。重 庆 地 区金佛 山 的滴 水 ８ ” Ｏ 的季 节 变化 不 明显 ； 但在 桂 林 盘 龙 洞 和 河 南 鸡 冠 洞 ， 滴水 ８ Ｏ 值 却 准确 继 承 了降水 ８ Ｏ的变 化 特征
第４ ７卷 第 ２ １期 ２ ０ １ ６年 １ １月 文章编号 ： １ ０ ０ １ —４ １ ７ ９ （ ２ ０ １ ６ ） ２ １ —０ ０ ２ ５— ０ ５
人 民 长 江
Ｙａ ｎｇ ｔ ｚ ｅ Ｒｉ ｖ ｅ ｒ
Ｖｏ １ ． ４７． Ｎｏ ． ２１ Ｎｏ ｖ．， ２ ０１ ６
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ６— ０ ８—０ ７
； 福建 玉华
基金项 目 ： 国 家 自然科 学基 金 项 目（ ４ １ ２ ０ １ ５ ６ ５ ） ； 国 家重 点 研 发 计 划 （ ２ ０ １ ６ Ｙ Ｆ Ｃ ０ ５ ０ ２ ６ ０ ０ ）； 贵 州 省 科 技 厅 联 合 基 金 项 目（ 黔科合 Ｊ
摘要 ： 通 过 对 贵 州 关 岭 纳 朵 洞 洞 内 滴 水和 池 水 及 洞 顶 上 方 土壤 渗 透 水 、 表 层 岩 溶 泉 点 和 大 气 降水 的 水 文 水 化 学 特 征 及 氢氧 同位 素 ２个 水 文年 的 动 态观 测 ， 结合 当地 气 象数 据 ， 分析 了纳朵洞洞 穴滴水 ８ ０和 ８ Ｄ 变 化 特
基于复杂洞穴模型的阵列侧向测井正演响应研究
０ 前 言
随着测井技术的发展，新型测井仪器诸如电成 像等的应用在很大程度上提高了洞穴型储层解释的 精度，但由于它们探测的空间范围有限，对于规模较 大，复杂的 溶 洞，微 电 阻 率 测 井 很 难 得 到 完 整 的 图 像。此种情况下，阵列侧向测井是在双侧向测井基 础上发展而来的测井新技术，可以提供 ５条丰富的 电阻率曲线，且探测范围较大，电流聚焦效果强，因 此更加适合于洞穴型地层的评价。前人对洞穴性储 层进行了一定的研究，Ａｇｕｉｌｅｒａ等［１３］提出适用于基 质和不连通的孔洞及基质和连通的孔洞组合的精确 公式，次年又提出了不同的三孔隙模型—即基质、裂 缝与不连通孔洞的组合；潘保芝等［４］对 Ａｇｕｉｌｅｒａ的 ３个模型进行了说明和推导；卢春利等［５］对洞穴性 储层进行了三维双侧向测井响应的数值研究，运用 了三维有限元的方法对洞穴型地层中井眼，基岩石 电阻率，洞穴半径，洞穴内流体电阻率的变化，洞穴 的径向和纵向深度的影响进行分析；王钧等［６］通 过井震结合的地震多属性融合缝洞体系综合预测方 法较好地实现碳酸盐岩储层缝洞体系的有效预测；
蒋云箭［７］利 用 声 波 和 自 然 伽 马 交 会 识 别 裂 缝—孔 洞型流体性质的方法，并建立了裂缝—孔洞型储层 流体识别图版。基于前人研究发现，目前对于洞穴 型阵列侧向测井响应研究较少，且对于椭球形洞穴 的正演研究更是少见。本文利用三维有限元技术， 研究了洞穴内流体电阻率，洞穴中心与仪器中心的 纵向距离，椭球形洞穴的扁平程度和与井眼位置的 几何关系对阵列侧向测井的响应特征，以期为洞穴 型储层的定性识别和定量计算提供理论基础。
摘 要：碳酸盐岩、火成岩等复杂油气藏是油气勘探的重要目标，洞穴型储层作为其重要的储集空 间类型，洞穴的识别和预测相当重要。利用三维有限元数值模拟方法研究了洞穴内流体电阻率， 洞穴中心与仪器中心的纵向距离，洞穴的扁平程度，钻穿程度和椭球形洞穴长轴与井轴夹角的变 化的仪器响应特征，以及对洞穴型储层的定性识别和定量计算提供理论基础。研究表明：仪器响 应随着洞穴内流体电阻率增大而增大；仪器响应随着仪器中心与洞穴中心的纵向距离的减小而减 小，越接近洞穴中心受到洞穴的影响越大；随着洞穴的扁平性增大，仪器响应的变化程度也越大， 对洞穴的识别能力减弱；随着椭球形洞穴钻穿程度的增大，仪器对洞穴的识别能力也增强，钻穿程 度在 ２０％以下，对阵列侧向测井仪器响应影响程度较大；仪器中心轴与椭球形洞穴长轴夹角在 １０（°）～６０（°）之间时对仪器响应的影响较大，且随夹角的增大仪器响应也增大。 关键词：洞穴型储层；椭球形；阵列侧向测井；有限元正演
川东石炭系古岩溶储层锶同位素地球化学特征
川东石炭系古岩溶储层锶同位素地球化学特征郑荣才;郑超;胡忠贵;陈守春【期刊名称】《天然气工业》【年(卷),期】2009(029)007【摘要】石炭系黄龙组岩溶岩是四川盆地东部渝北-邻水地区天然气藏最重要的储层之一,依据其结构特征,将该岩溶岩系划分为弱溶蚀岩溶岩、中等溶蚀多孔状岩溶岩、强溶蚀角砾状岩溶岩和强溶蚀交代次生灰质岩溶岩等4种类型,以及淡水方解石和白云石2种胶结物类型.对各类型样品的锶同位素分析结果表明:①不同成因类型、溶蚀强度、结构和成分特征的岩溶岩与胶结物锶同位素地球化学特征各异,其形成、演化与分布规律明显受古地理背景、流体性质和来源以及锶同位素分馏效应的控制;②岩溶过程中的87Sr/86Sr比值,具有从渗流-活跃潜流带的正偏移,至静滞潜流带逐渐转化为强烈负偏移演化趋势,对应的古岩溶储层物性由差变好至重新变差;③溶蚀过程中,白云质岩溶岩和淡水白云石胶结物对87Sr有很强的正偏移同位素分馏效应,而次生灰质岩溶岩和淡水方解石胶结物缺乏锶同位素分馏效应.【总页数】5页(P4-8)【作者】郑荣才;郑超;胡忠贵;陈守春【作者单位】成都理工大学"油气藏地质及开发工程"国家重点实验室;中国石油西南油气田公司重庆气矿;成都理工大学"油气藏地质及开发工程"国家重点实验室;中国石油西南油气田公司重庆气矿【正文语种】中文【中图分类】P61【相关文献】1.川东石炭系碳酸盐岩储层孔隙演化中的古岩溶和埋藏溶解作用 [J], 王一刚;文应初2.渝北-川东地区黄龙组古岩溶储层稳定同位素地球化学特征 [J], 郑荣才;胡忠贵;郑超;陈守春;戴荔果3.川东邻水-渝北地区石炭系古岩溶储层稀土元素地球化学特征 [J], 胡忠贵;郑荣才;周刚;陈守春;李爽;文其兵4.川东黄龙组古岩溶储层微量和稀土元素地球化学特征 [J], 郑荣才;陈洪德5.黄骅坳陷奥陶系古岩溶储层锶同位素地球化学特征 [J], 张津宁;周建生;付立新;李宏军;楼达因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
岩溶洞穴水理化性质特征及其环境意义——以贵州织金洞为例
岩溶洞穴水理化性质特征及其环境意义——以贵州织金洞为例曹明达;周忠发;张强;谢雅婷;张绍云【摘要】为揭示洞穴水地球化学特征的动态变化特征、控制因素及其环境意义,从2015年1月至2015年6月对贵州织金洞洞穴水的水化学指标进行了为期6个月的动态监测,结果表明:①织金洞洞穴水的水化学类型主要为HCO-3-Ca2+-Mg2+型水,阴离子中HCO3占84.5％以上,阳离子中Ca2+、Mg2+为优势离子;②洞穴滴水EC、Ca2+、Mg2、HCO3-、SO24-浓度均大于石灰岩石裂隙水、池水相应的浓度;③洞穴水滴率、滴量、Ca2+、HCO3-以及Ca2+/HCO3-比值对气候有一定的响应,其地球化学指标具有显著的季节效应;④洞穴滴水中的EC与Ca2-离子浓度呈显著线性关系.【期刊名称】《中国岩溶》【年(卷),期】2016(035)003【总页数】9页(P314-321,348)【关键词】岩溶洞穴水;理化特征;影响因素;织金洞;贵州【作者】曹明达;周忠发;张强;谢雅婷;张绍云【作者单位】贵州师范大学中国南方喀斯特研究院,贵州贵阳550001;贵州省喀斯特山地生态环境国家重点实验室培育基地,贵州贵阳550001【正文语种】中文【中图分类】P641.3洞穴相对与大气环境而言是一个封闭系统，洞穴环境包括洞穴沉积环境和洞穴微气候环境。
国内外学者对于洞穴微气候环境研究较早，研究方法也较成熟，而对于洞穴沉积环境的深入研究起步较晚。
由于洞穴水是碳酸钙沉积物景观形成的主要源泉，其水化学性质决定了碳酸钙沉积物景观的沉积与溶蚀，自20世纪末以来引起了研究者的广泛重视。
最初，GONZALES等通过滴水的化学组成来研究碳酸盐岩的溶解和钟乳石的沉积[1]。
LAIZ等对滴水的滴速、化学组成以及时空变化进行了研究。
Derek Ford 和Paul Williams系统地研究了白云岩岩溶和石灰岩岩溶的水文地质特征[2-3]。
Alfred Bogli则对岩溶作用中的混合溶蚀进行研究，提出不同饱和的岩溶水混合后会提高其溶蚀能力[4]。
洞穴滴水研究进展
洞穴滴水在中国的研究进展摘要：全球变化已经成为地理学的研究热点，用各种地质及物候记录反映古环境的变化过程，特别是第四季气候变化，是全球变化研究的重要课题。
目前国际上广泛运用深海沉积、冰芯、湖泊沉积、黄土、树轮、珊瑚等作为重建古气候、古环境的载体。
各种信息载体中，洞穴石笋因其分布广泛，可记录的时间范围较宽，分辨率较高而敏感的记录了从区域直到全球环境特别是第四纪环境的变迁。
由于它提供了时间分辨率达到十年甚至年际的高精度环境信息，从而在全球变化的研究中发挥了越来越重要的作用。
洞穴滴水是形成岩溶沉积物动力条件，研究洞穴滴水的环境指示作用对于利用洞穴次生沉积物有着重要的作用。
关键词：降水，洞穴滴水，环境意义0引言用各种地质及物候记录反映古环境的变化过程,特别是第四纪各地气候变化,是全球变化研究的重要课题，目前国际上广泛运用深海沉积，冰芯，湖泊沉积，黄土，树轮，珊瑚等作为重建古气候古环境的载体"在研究我国气候变化的过程中,北方的黄土，青藏高原冰芯和湖泊沉积物等已做了大量的工作,获得了重要进展"在各种信息载体中,洞穴石笋因其分布广泛,记录的时间范围较宽,分辨率较高而敏感的记录了从区域直到全球环境特别是第四纪环境的变迁,由于它提供了时间分辨率达到十年甚至年际的高精度环境信息,从而在全球变化的研究中发挥了越来越重要的作用"现今在石笋中用于古环境信息研究的指标已经很多,如生长速率，微层厚度，灰度，微量元素，荧光强度，岩石学特性和稳定同位素等"[1]。
我国是世界上岩溶地貌最发育的国家之一,按碳酸盐岩出露面积计算达90.7万km2,在我国南方分布面积为54万km2在岩溶发育的地方就有洞穴沉积物的分布"我国地处西伯利亚高原，青藏高原和西太平洋海洋性气团相互影响的季风地带,是东亚太平洋季风。
印度洋西南季风，副热带高压交互作用的地区,气候变化过程复杂目前条件下,利用岩溶地区洞穴沉积物获得较高分辨率和尽可能长时间序列的古气候变化信息是最有效的方法之一,在这方面,许多学者业已取得了可喜的进展[11]，证实和发现了过去气候变化中环境变化过程,推进了岩溶区全球变化研究的发展,并对岩溶区古环境重建的研究方法和手段进行了有益的探索。
贵州凉风洞洞穴系统锶同位素特征
贵州凉风洞洞穴系统锶同位素特征朱小龙;罗维均;王世杰【摘要】对贵州茂兰自然保护区内凉风洞(LFD)洞穴系统中各组分(土壤水、洞穴滴水、土壤与基岩等)锶同位素组成(87Sr/86Sr)的系统分析结果表明, 各个组分的87Sr/86Sr比值差异显著.不同剖面土壤水87Sr/86Sr比值明显不同, 但均介于大气降水平均值和土壤之间; 不同滴水点间87Sr/86Sr 比值差异也很明显, 大多落在洞穴上覆土壤水和基岩之间, 受渗透水在洞穴顶板中发生的水-土作用和水-岩作用强度控制.此外, 凉风洞上覆原生喀斯特森林生物量及其凋落物返还量较大, 以植物落叶为主形成的凋落物层以及被微生物分解形成的表层有机土成为除洞穴上覆土壤和基岩外的另一个直接阳离子源, 其释放的 Sr 随水体快速下渗对滴水87Sr/86Sr比值产生了明显影响.因此, 利用本研究区洞穴滴水及其次生化学沉积物87Sr/86Sr指标表征洞穴上覆气候环境信息时, 有必要事先识别不同物源87Sr/86Sr比值及其相对贡献、运移路径水文地质过程等限制性因素影响.%The strontium isotopic compositions (87Sr/86Sr) of precipitation, soil water, drip water, soil, and other components of the Liangfeng Cave system in the Maolan virgin forest, Guizhou, China, were systemically measured and analyzed. The results indicate that there are significant differences in 87Sr/86Sr ratios among the different samples. The 87Sr/86Sr ratios in soil water from different soil profiles show considerable variations, and fall between the mean Sr isotope values for rainwater and soil. The 87Sr/86Sr ratios in drip water from different drip sites are also variable, with isotopic values ranging from soil water to bedrock levels, and are controlled by the water-soil and water-rock interactions along different flow paths through theunsaturated zone overlying the cave. Furthermore, because the biomass and annual litterfall in the Maolan karst virgin forest are abundant, the litterfall layers and organic soil provide direct cation sources that also affect the 87Sr/86Sr ratios of drip water. It is therefore feasible to use the strontium isotopic compositions of drip water and speleothems as past environment and climate indicators prior to distinguishing restrictive factors, including the material sources with different 87Sr/86Sr ratios and their relative contributions, and the hydro-geological processes along different flow paths through the unsaturated zone overlying the cave.【期刊名称】《地球化学》【年(卷),期】2018(047)002【总页数】8页(P209-216)【关键词】凉风洞;土壤水;洞穴滴水;凋落物;锶同位素(87Sr/86Sr)【作者】朱小龙;罗维均;王世杰【作者单位】中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室,贵州贵阳 550081;重庆市环境工程评估中心,重庆401121;中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室,贵州贵阳 550081;中国科学院普定喀斯特生态系统观测研究站,贵州普定 562100;中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室,贵州贵阳 550081;中国科学院普定喀斯特生态系统观测研究站,贵州普定 562100【正文语种】中文【中图分类】P597.2洞穴次生化学沉积物是研究古气候和环境演变的重要材料[1–4]。
贵州凉风洞洞穴系统锶同位素特征
Ｊ 张 ｆ
ＧＥｏ ＣＨＩＭ ＩＣＡ
Ｖｏ１．４７，Ｎ ｏ．２，２０９￣２１６ Ｍ ａｒ．，２０１８
贵州凉风洞洞穴 系统锶 同位素特征
朱小 龙 ，罗维均 ，一，王 世杰 ，３
（１．中国科 学院 地 球化学研究 所 环境 地球化 学国家重点 实验室 ，贵州 贵 阳 ５５００８１；２．重庆 市 环境工 程评估 中心，重 庆 ４０１１２１；３．中国科学院 普定喀斯特生态 系统观测研究站，贵州 普定 ５６２１０ｅｎｔｅｒｆｏｒＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｏｆＣｈｏｎｇｑｉｎｇ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０１１２１，Ｃｈｉｎａ； ３．ＰｕｄｉｎｇＫａｒｓｔＥｃｏｓｙｓｔｅｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｔａｔｉｏｎ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｐｕｄｉｎｇ ５６２１Ｏ０，Ｃｈｉｎａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ ｉｓｏｔｏｐｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ（ Ｓｒ／ Ｓｒ）ｏｆ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ，ｓｏｉｌ ｗａｔｅｒ，ｄｒｉｐ ｗａｔｅｒ，ｓｏｉｌ，ａｎｄ ｏｔｈｅｒ
ｃｏｍ ｐｏｎｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｌｉａｎｇｆｅｎｇ Ｃａｖｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｔｈｅ Ｍ ａｏｌａｎ ｖｉｒｇｉｎ ｆｏｒｅｓｔ， Ｇ ｕｉｚｈｏｕ，Ｃｈｉｎａ，ｗ ｅｒｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｃａｌｌｙ ｍ ｅａｓｕｒｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｉｎ Ｓ 。Ｓｒ ｒａｔｉｏｓ ａｍ ｏｎｇ ｔｈｅ ｄｉｆ．ｆｅｒｅｎｔ ｓａｍｐｌｅｓ．Ｔｈｅ Ｓｒ 。Ｓｒ ｒａｔｉｏｓ ｉｎ ｓｏｉｌ ｗａｔｅｒ ｆｒｏｍ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｏｉｌ ｐｒｏｆｉｌｅｓ ｓｈｏｗ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ，ａｎｄ ｆａＵ ｂｅｔｗ ｅｅｎ ｔｈｅ ｍ ｅａｎ Ｓｒ ｉｓｏｔｏｐｅ ｖａｌｕｅｓ ｆｏｒ ｒａｉｎｗ ａｔｅｒ ａｎｄ ｓｏｉｌ．Ｔｈｅ Ｓｒ／ Ｓｒ ｒａｔｉｏｓ ｉｎ ｄｒｉｐ ｗ ａｔｅｒ ｆｒｏｍ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｒｉｐ ｓｉｔｅｓ ａｒｅ ａｌｓｏ ｖａｒｉａｂｌｅ。ｗｉｔｈ ｉｓｏｔｏｐｉｃ ｖａｌｕｅｓ ｒａｎｇｉｎｇ ｆｒｏｍ ｓｏｉｌ ｗａｔｅｒ ｔｏ ｂｅｄｒｏｃｋ ｌｅｖｅｌｓ，ａｎｄ ａｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｗ ａｔｅｒ．．ｓｏｉｌ ａｎｄ ｗ ａｔｅｒ．．ｒｏｃｋ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ ａｌｏｎｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｌｏｗ ｐａｔｈｓ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄ ｚｏｎｅ ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ ｔｈｅ ｃａｖｅ． Ｆｕｒｔｈｅｒｍ ｏｒｅ．ｂｅｃａｕｓｅ ｔｈｅ ｂｉｏｍ ａｓｓ ａｎｄ ａｎｎｕａｌｌｉｔｔｅｒｆａｌｌ ｉｎ ｔｈｅ Ｍ ａｏｌａｎ ｋａｒｓｔ ｖｉｒｇｉｎ ｆｏ ｒｅｓｔ ａｒｅ ａｂｕｎｄａｎｔ，ｔｈｅ １ｉｔｔｅｒｆａｌ１ ｌａｙｅｒｓ ａｎｄ ｏｒｇａｎｉｃ ｓｏｉｌ ｐｒｏｖｉｄｅ ｄｉｒｅｃｔ ｃａｔｉｏｎ ｓｏｕｒｃｅｓ ｔｈａｔ ａｌｓｏ ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ Ｓｒ／ Ｓｒ ｒａｔｉｏｓ ｏｆ ｄｒｉｐ ｗａｔｅｒ．Ｉｔ ｉＳ ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ ｆｅａｓｉｂｌｅ ｔｏ ｕｓｅ ｔｈｅ ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ ｉｓｏｔｏｐｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｄｒｉｐ ｗａｔｅｒ ａｎｄ ｓｐｅｌｅｏｔｈｅｍｓ ａｓ ｐａｓｔ ｅｎｖｉｒｏｎｍ ｅｎｔ ａｎｄ ｃｌｉｍａｔｅ ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ ｐｒｉｏｒ ｔｏ ｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇ ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｖｅ ｆａｃｔｏｒｓ．ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｍ ａｔｅｒｉａｌ ｓｏｕｒｃｅｓ ｗ ｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｓｒ／ Ｓｒ ｒａｔｉｏｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ， ａｎｄ ｔｈｅ ｈｙｄｒｏ－ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ａｌｏｎｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｌｏｗ ｐａｔｈｓ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄ ｚｏｎｅ ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ ｔｈｅ ｃａｖｅ．
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22.3
0.709201
—
0.709043
2003-08-14 9#
2004-05-27
42.9
0.708780
41.8
0.708742
a) “—”表示没有数据; 1 ppb=1 μg/L
2σ (×10−6) 23 15 13 26 15 34 12 18 7 7 20 13 13 7 5 17 11 28 8 11
样品前处理和测试均在中国科学院地球化学研 究所环境地球化学国家重点实验室完成.
2 结果与讨论
2.1 七星洞洞穴系统中各组分 87Sr/86Sr 比值特比值特征(表 1 和图 2)显示, 不同组分之间的 87Sr/86Sr 比值差异明 显, 其中大气降水和基岩最小, 而土壤最大, 其主要 矿物组分是硅酸盐岩[12]; 在同组分中, 除了土壤和 基岩(只有一个样品)外, 其他组分样品的 87Sr/86Sr 比 值均有较大的变化范围, 其中土壤可交换态和土壤 水的 87Sr/86Sr 比值随土壤深度增加而减小, 这与土壤 水 Sr 浓度随土壤深度的增加而增加相对应, 而滴水 以及对应沉积物的 87Sr/86Sr 比值相对土壤和土壤水
北宋家洞石笋 87Sr/86Sr 变化可指示大气粉尘活动和 冬季风演化. 这些研究表明, 洞穴次生化学沉积物 87Sr/86Sr 比值的波动与气候环境变化有着密切的联 系. 虽然洞穴次生化学沉积物的 87Sr/86Sr 研究在国内 外取得了比较显著的成果, 但还未见洞穴系统中各 组分 Sr 同位素研究的相关报道. 而由于不同物源 Sr 的相对贡献不易区分, 致使对次生化学沉积物 87Sr/86Sr 指标指示的气候环境信息解读往往存在多 解性[2,5,6]. 因而, 要准确解释洞穴次生化学沉积物 87Sr/86Sr 记录的气候环境信息, 对各种潜在的 Sr 来源 和变化进行监测和分析是必要的. 另外, 王世杰等
土壤水 基岩
2004-05-27 2004-05-27 2003-10-14
50
14.4
0.710606
100
21.7
0.709746
—
0.708059
2003-09-13
14.5
0.709513
2003-10-14 1#
2004-02-26
14.8
0.709567
17.8
0.709638
洞穴沉积物
2004-05-27 2003-06-11~2004-05-27
15.4
0.709554
—
0.709561
2003-08-14
27.0
0.709109
2003-09-13 4#
2004-02-26
26.2
0.709054
23.4
0.709193
洞穴沉积物
2004-05-27 2003-06-11~2004-05-27
256
较小. 图 2 还显示, 土壤可交换态 87Sr/86Sr 比值在大 气降水和土壤之间, 土壤水 87Sr/86Sr 比值在土壤和土 壤可交换态之间, 滴水 87Sr/86Sr 比值在土壤水和基岩 之间, 洞穴次生化学沉积物 87Sr/86Sr 比值基本上与其 对应的滴水对应.
2.2 土壤水 87Sr/86Sr 比值特征
离 Sr. 经上述处理的样品均通过 MC-ICP-MS 测定 87Sr/86Sr 比值, 质量分馏标准校正 86Sr/88Sr = 0.1194, Sr 同位素标准物质 NBS987 测试结果为 87Sr/86Sr = 0.710220±0.000029 (2σ, n=24), 整个空白流程 Sr 小 于 0.5 ng. 土壤水和滴水等的 Sr 浓度采用 ICP-MS 测 定, 测试误差小于 5%.
图 1 七星洞洞穴位置及采样点位置
(a) 洞穴行政位置图; (b) 洞穴区域概况及土壤水采集位置图, SW 表示土壤水采集点; (c) 洞穴走向和滴水采样点位置图, 其中 1#表示 1 号洞穴滴水, 其他类推
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2011 年 1 月 第 56 卷 第 3 期
表 1 七星洞洞穴系统中各组分的 Sr 浓度和 87Sr/86Sr 比值 a)
1.3 测试方法
土壤及基岩样品用玛瑙研钵磨成粉末, 过 0.075 mm 筛, 称取 0.1~0.2 g 该粉末样品, 置于低压密封 Teflon 罐中, 采用超纯 HF+HNO3+HCl 混合酸酸解,
之后蒸至尽干, 转化为过氯酸盐, 然后采用阳离子
交换树脂 Dowex50W-X8(200~400 目)分离锶(Sr)与其 他离子; 土壤可交换态锶, 称取 3~5 g 过 2 mm 筛的 土壤样品, 采用浓度 1 mol/L 的 NH4COOH 提取, 调 整提取液的 pH 至 8.0, 经过离心分离后, 提取液转移 至 Teflon 杯中富集, 同样也转化为过氯酸盐以备分 离提纯 Sr. 土壤水、洞穴滴水经 Teflon 杯富集后, 也 采用阳离子交换树脂 Dowex50W-X8(200~400 目)分
论文
人[7]的研究显示, 由于基岩溶解和前期方解石沉积 (PCP)过程均会导致稳定碳同位素值的偏重, 因此, 无法区分二者对滴水碳同位素组成的贡献, 而由于 Sr 同位素在上述过程中只受物源影响而不发生分馏, 所以可用来区分这两个过程对碳同位素的影响.
本文选择在稳定同位素和水文水化学等方面已 有 一 定 研 究 基 础 的 贵 州 七 星 洞 (QXD)[7~11] 作 为 研 究 对象, 利用 Sr 同位素方法, 结合滴水等的其他地球 化学特征, 示踪洞穴滴水及其对应化学沉积物的物 质来源, 以及探讨水文地球化学过程对稳定碳同位 素信号传递的影响, 为利用洞穴次生化学沉积物 87Sr/86Sr 指标反演古气候环境提供理论支持.
1 研究区概况、样品采集及测试方法
1.1 区域概况
七星洞(QXD)(25°59′N, 107°16′E)位于贵州省都 匀市凯口镇凯酉村东北方向约 1.5 km 处(图 1(a)). 该 洞发育在 C1b-C2hn(石炭系下统摆佐组-中统黄龙组) 灰岩及白云质灰岩中, 属高位水平旱洞, 洞口海拔 约 1020 m; 洞穴顶板厚 50~90 m; 洞穴上覆基岩裂隙 不发育; 洞穴上覆土壤较为连续, 土层厚度不均匀, 变化范围为 6~180 cm(平均厚 33 cm); 植被类型为灌 草. 本地区气候受印度季风和东亚季风共同影响, 据都匀市气象资料, 在 2003 年 4 月至 2004 年 5 月采 样期间, 该地区年平均气温为 16.6℃, 年降雨量为 1176 mm, 其中 77.5%的降水分布在雨季(4~9 月), 平
论文
2011 年 第 56 卷 第 3 期：254 ~ 260
《中国科学》杂志社
SCIENCE CHINA PRESS
贵州七星洞洞穴系统中锶同位素特征及其意义
朱小龙①②, 王世杰①*, 罗维均①
① 中国科学院地球化学研究所, 环境地球化学国家重点实验室, 贵阳 550002; ② 中国科学院研究生院, 北京 100049 * 联系人, E-mail: wangshijie@
样品 土壤
土壤可交换态
采样时间 2003-10-14 2003-10-14 2003-10-14 2003-10-14 2003-10-14
深度(cm) 10~20 30~40 0~10 30~40 40~50
Sr(ppb) — — — — —
87Sr/86Sr 0.727317 0.727417 0.709704 0.709816 0.708944
2010-08-19 收稿, 2010-12-01 接受 中国科学院知识创新工程方向性项目(KZCX-2-YW-306)、中国科学院创新团队国际合作伙伴计划、国家重点基础研究发展计划 (2006CB403200)、国家自然科学基金(90202003)和中国科学院“西部之光”人才培养计划资助
摘要 系统分析了贵州都匀七星洞(QXD)洞穴系统中各组分(土壤水、滴水及其化学沉 积物与土壤、基岩等)的锶同位素组成(87Sr/86Sr), 结果显示, 各组分的 87Sr/86Sr 比值特 征差异显著. QXD-1#, 4#和 9#滴水 87Sr/86Sr 平均值分别为 0.709568, 0.709139 和 0.708761, 其比值差异可能是由不同滴水点相应的渗流水运移路径、滞留时间和其他水 文地质过程等因素不同所造成的. 两端员模式计算表明, 基岩(碳酸盐岩)溶解对 1#, 4# 和 9#滴水的贡献率分别为 40.8%, 57.6%和 72.4%. 基岩溶解贡献率与之前研究的各滴 水δ 13CDIC 值没有正相关关系(基岩δ 13C 值为 1.8‰), 相反, 基岩贡献率相对较低的 1#, 其δ 13CDIC 值最重(平均值−4.5‰), 而贡献率相对较高的 9#, 其δ 13CDIC 值最轻(平均值 −9.3‰), QXD-4#基岩贡献率高于 1#低于 9#, 其δ 13CDIC 平均值(−8.6‰)却低于 1#高于 9#. 由此可见, 基岩的溶解对滴水稳定碳同位素的影响不是该洞穴不同滴水点间碳 同位素巨大差异的主要原因, 水体运移路径中, 可能前期方解石沉积(PCP)过程的发 生才是滴水δ 13CDIC 偏重的主导因素. 此外, 本研究还发现, 1#和 4#滴水对应次生化学 沉积物 87Sr/86Sr 比值特征主要反映了上覆土壤系统(土壤水)与基岩溶解相对贡献变化, 利用本地洞穴次生化学沉积物 87Sr/86Sr 指标表征上覆土壤风化强度及其变化是可行的, 进而反映本区域季风气候信息.
关键词
锶同位素 洞穴滴水 物质来源 前期方解石沉积(PCP) 贵州七星洞
从 1990 年 Avigour 等人[1]对以色列南部的洞穴 填充和脉状方解石 87Sr/86Sr 比值的研究以来, 洞穴次 生化学沉积物 87Sr/86Sr 研究已有 20 年的历史. 由于 碳酸盐在溶解、搬运和沉积过程中均不会发生 Sr 同 位素分馏, 近年来 87Sr/86Sr 比值成为研究石笋等次生 化学沉积物的物质来源和记录环境变化的重要指标 之一, 如 Verheyden 等人[2]利用比利时 Père Noël 洞穴 石笋 87Sr/86Sr 探讨了该地区在 13~2 ka BP 期间的气 候环境变化趋势; Li 等人[3]利用质量平衡模型研究陕 南和尚洞石笋 87Sr/86Sr 比值变化, 成功重建了上覆土 壤的化学风化强度及其变化; Zhou 等人[4]发现川东