油气田水中氢氧同位素分析新技术及应用
氢氧稳定同位素及其应用

氢氧稳定同位素及其应用想象一下,你和你的朋友小明一起去参观一个奇妙的科学博物馆。
馆内各种各样新奇的展品就像繁星一样闪耀着知识的光芒,让人目不暇接。
我和小明在一个看似普通却又神秘的展柜前停了下来。
里面摆放着一些透明的小瓶子,瓶子里装着无色的液体。
小明皱着眉头,好奇地问我:“这些看起来普普通通的东西有什么特别之处吗?”我神秘地一笑,告诉他:“可别小瞧了这些,这里面涉及到氢氧稳定同位素呢。
”那什么是氢氧稳定同位素呢?简单来说,氢有三种同位素,分别是氕、氘、氚,其中氕和氘是稳定同位素;氧也有多种同位素,而我们常说的氧 - 16、氧 - 18就是稳定同位素。
它们就像是氢和氧家族中的兄弟姐妹,有着相似之处,却又各自有着独特的“性格”。
我继续给小明解释道:“你看,这些同位素虽然很微小,但它们的作用可大了。
比如说在研究气候变化方面,它们就像是大自然的小侦探。
”小明眼睛睁得大大的,就像两个铜铃,显然被我的话吸引住了。
“科学家们通过研究降水中氢氧稳定同位素的比例变化,就像在解读大自然写下的日记。
因为不同的气候条件下,这个比例是不一样的。
如果把地球的气候系统比作一个超级复杂的机器,那么氢氧稳定同位素就是这个机器运转过程中留下的特殊标记。
这难道不神奇吗?”不仅如此,在水资源研究领域,氢氧稳定同位素也是大有用处。
“就好比我们现在喝的水,”我指了指旁边的饮水机,“它来自哪里,经历过什么样的旅程,都可以通过分析其中氢氧稳定同位素的特征来推断。
这就像是给每一滴水都装上了一个小小的追踪器。
”小明一边听一边不住地点头,嘴里还嘟囔着:“原来如此,真是不可思议。
”在考古学方面,氢氧稳定同位素也扮演着重要的角色。
我拉着小明的手,走到一个古代陶器的展品前,对他说:“你看这个陶器,它的原材料可能来自某个特定的地区。
就像我们能通过口音辨别一个人的家乡一样,科学家们可以通过分析陶器中黏土所含水分的氢氧稳定同位素来判断这个陶器的原料产地。
这是不是有点像穿越时空的侦探工作呢?”在医学上,氢氧稳定同位素也有它的用武之地。
氢氧稳定同位素在水团混合计算中的应用初探

氢氧稳定同位素在水团混合计算中的应用初探氢氧稳定同位素作为天然示踪剂,研究降水与地表水的混合作用、地表水与地下水的补给作用以及地表水之间的相互作用等过程中具有重要作用,通过二源线性混合模型可以计算二源和三源水团混合过程中端元的贡献率,而在计算多源混合过程中,则需要采用局部分析或者补充其他示踪剂等方式来综合计算。
标签:稳定同位素;水体贡献率;二源线性混合模型近年來,河流和湖泊水体的富营养化问题日益严重,尤其对于大中型水库而言,库区干流水体营养状态良好,而支流大多保持中营养状态或者富营养化状态,部分支流呈现重度富营养化状态。
研究表明,水体富营养化状态主要由营养物质的输入以及水动力条件的变化两方面导致,水作为营养物质的载体以及藻类植物的生长繁衍环境,其自身的运动转移过程直接影响到水体中营养盐的迁移和转化,以及对藻类植物生长繁殖过程的控制,因此计算水体内不同水团的混合比率对于研究水体富营养化状态有着重要意义。
目前,氢氧同位素作为一种稳定示踪剂,在河川径流、降雨径流、水源划分以及植物体水分输出等研究方面应用较广[1],不同水体具有不同的氢氧同位素特征,因此可以利用氢氧稳定同位素来计算河流和湖泊不同水团混合过程中各水源的贡献率。
1 氢氧稳定同位素的天然示踪效果氢氧同位素均称为稳定同位素,这是因为以水分子存在的D和18O在常温(低于40摄氏度)下非常稳定,很难与接触到的有机质或矿物发生反应,而影响其含量。
氢氧稳定同位素在自然界中含量极低,一般的表达方式较为复杂,因此,国际上规定统一采用待测样品中某元素的同位素比值(R)与标准样品中的同位素的相应同位素比值(R标准)的相对千分差作为量度,记为δ(‰)值[2],即δ=(R/R标准-1)×1000式中:R是样品中元素的重轻同位素丰度之比,如(D/H)和(18O/16O);R标准是国际通用标准物的重轻同位素丰度之比,如(D/H)标准和(18O/16O)标准,一般水体中氢氧同位素测定标准采用国际原子能机构(IAEA)颁布的平均标准大洋水(Standard Mean Ocean Water,即SMOW),而后IAEA通过海水蒸馏后加入其他水配置的,非常接近SMOW的水样作为新的标准,称为VSMOW。
古高程计:氢氧同位素的新应用

古高程计:氢氧同位素的新应用
杨红梅;王成善
【期刊名称】《地球科学进展》
【年(卷),期】2007(22)9
【摘要】定量恢复高大地形的古高程是地质学家一直以来追求的目标,将自生矿物中氢氧同位素用作古高程计的历史不长,这种方法还有很大的应用潜力,可用到比新
生代更古老的时期。
根据与气团上升和水汽凝结的热动力学性质相关的瑞利平衡分馏原理,建立了这种古高程计的热动力模型,这个模型应用简便,适用于纬度小于35°的地区。
区域性经验关系的方法误差较小,但也有计算繁琐、适用区域有限的不足。
以上两种方法的计算精度均有待于提高。
研究中使用方解石作为样品最普遍,在方
解石、高岭石、蒙脱石和针铁石等矿物中,究竟使用哪种推算古高程产生的误差更小,还需进一步研究。
【总页数】9页(P960-968)
【关键词】古高程计;氢同位素;氧同位素
【作者】杨红梅;王成善
【作者单位】中国地质大学地球科学与资源学院
【正文语种】中文
【中图分类】P597
【相关文献】
1.应用同位素密度计在线测量氢氧化铝料浆的固体含量 [J], 常富明
2.应用同位素密度计在线测量氢氧化铝料浆中的固含 [J], 常富明
3.应用同位素密度计在线测量氢氧化铝料浆的固含 [J], 常富明
4.气孔玄武岩古高程计:原理、方法及应用 [J], 戴紧根;丁文君;王成善
5.氧同位素古高程计研究新进展 [J], 刘晓燕;袁四化;徐海
因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
氢氧稳定同位素

氢氧稳定同位素方法在确定地下水的成因类型、地下热水的起源等理论问题方面具有重要意义。
同时,该方法还可以解决地下水的补给来源、补给区高程、各种补给来源水的混合比例、各类水体间的水力联系等实际应用问题。
1.判断地下水的补给来源
如果地下水有几种不同的降水补给源,而且这些降水的蒸发、凝结条件各不相同,则它们在δ2H—δ18O关系曲线上就会呈现出不同的斜率和截距。
据此,便可对地下水的补给来源进行判定。
例如,科尼亚平原位于土耳其中部地区,根据氢、氧稳定同位素成分分析结果,平原内潜水的同位素组成为δ2H=8δ
18O+22,这正好是平原南部地中海地区的大气降水线;平原内深部承压水的同位素组成为δ2H=8δ18O+10,这正好是北部大西洋湿气补给的降水线。
由此可以判定,科尼亚平原上部潜水接受了来自地中海方向大气降水的补给,深部承压水则接受了来自大西洋方向降水的补给。
2.确定地下水补给区的高程
如果地下水取样点附近大气降水的δD值和δ18O值已知,则可按下式求得采样点地下水补给高程:
水文地球化学基础
式中:H为补给高程,m;h为取样点高程,m;δs为取样点地下水的同位素组成,‰;δp为取样点附近大气降水的同位素组成,‰;k为同位素高度梯度,‰/100m。
根据此公式计算地下水补给高程,必须知道δp和k这两个参数,若δp和k已知,则可求出H。
氢氧稳定同位素在核桃峪煤矿突水水源判别中的应用

氢氧稳定同位素在核桃峪煤矿突水水源判别中的应用
曹原;李娅芸;赵涛
【期刊名称】《地下水》
【年(卷),期】2024(46)1
【摘要】矿井突水是我国煤矿生产过程最具威胁的灾害之一,而煤矿突水往往难以预测,存在各种不确定性。
矿井发生突水,如何及时准确判断突水成因、查找突水水源,是解决和预防突水灾害的关键问题。
近年来,同位素分析技术在矿井防治水领域的应用得到迅速发展。
本文以核桃峪煤矿为例,概述了氢氧稳定同位素技术在矿井突水水源判别中的具体应用,结果表明:采用氢氧稳定同位素技术可准确、快速的确定该矿区地下水的同位素特征,量化不同含水层对矿井突水的贡献率,并以此判定矿井水的主要充水来源,为制定有效的防治水措施提供了科学依据。
【总页数】3页(P56-57)
【作者】曹原;李娅芸;赵涛
【作者单位】黄河水资源保护科学研究院;华能庆阳煤电有限责任公司核桃峪煤矿【正文语种】中文
【中图分类】P641.461
【相关文献】
1.判别分析法在太原西峪煤矿底板突水预测中的应用
2.Bayes逐步判别法在邢台煤矿突水水源判别中的应用
3.判别分析法在太原西峪煤矿底板突水预测中的应用
4.
同位素技术在判别矿井突水水源中的应用5.同位素与水文地球化学方法在矿井突水水源判别中的应用
因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
同位素示踪技术在水文地质学中的应用

同位素示踪技术在水文地质学中的应用一、引言水文地质学是研究地下水和地质构造之间相互作用的学科,同位素示踪技术是一种研究地下水流动和地下水污染传输的有效手段。
本文将详细介绍同位素示踪技术在水文地质学中的应用。
二、同位素示踪技术概述同位素示踪技术以自然界中存在的同位素为研究对象,通过对同位素进行监测、分析,来了解环境的物质与能量循环和转化过程。
其中比较常用的同位素有氢同位素(2H,称作氘)、氧同位素(18O、16O)、碳同位素(13C、12C)、氮同位素(15N、14N)等。
同位素示踪技术在水文地质学中的应用主要涉及氢氧同位素示踪、碳同位素示踪和氮同位素示踪等方面。
三、氢氧同位素示踪氢氧同位素示踪利用地下水中氢氧同位素比值的空间差异,研究地下水的来源、流动路径和补给特征。
其原理是:不同区域的地下水来源,其水分子中氢氧同位素比值是不同的。
通过测定地下水中氢氧同位素比值,可以判断地下水的补给源区和补给方式,进而对地下水补给机制、地下水与地表水的关系等进行研究。
氢氧同位素的测定主要采用同位素比值质谱仪(Isotope Ratio Mass Spectrometer,IRMS),通过测定样品中特定同位素的质量比,计算出其同位素比值。
同时,为了确定样品中同位素比值的精确度,通常采用同位素标准物质进行校正。
四、碳同位素示踪碳同位素示踪主要应用于研究地下水中有机和无机碳的来源及其转移特征。
碳同位素示踪的基本原理是:不同碳来源的同位素比值存在区别,通过测定地下水中有机和无机碳的碳同位素比值,可以推测其来源和服务的地质环境。
常用的碳同位素有自然含量的13C和12C。
在研究地下水中有机和无机碳来源的过程中,13C和12C的变化可以反映生物活动和化学反应的影响。
例如,如果地下水中有机碳主要来自植物残渣,其13C/12C比值应该相对较高;如果来自生物和人类排放物,则其13C/12C比值会比较低。
碳同位素的测定方法包括气相色谱-质谱联用技术(Gas Chromatography-Mass Spectrometry,GC-MS)和元素分析仪(Elemental Analyzers,EA)。
氢氧稳定同位素在植物水分提升机理研究上的应用

氢氧稳定同位素在植物水分提升机理研究上的应用祁亚淑;朱林;许兴【摘要】Through the promotion effect of moisture, the plant root systemin the soil deep can move water from moist deep soil to drier and shallow soil layers supplying water for plant roots of shallow layers. In arid regions, the phenomenon not only has a positive role in ecological terms, but also can improve the water used efficiency, promote plant absorption of soil nutrients, promote decomposition and maturity of soil system organic, and also can improve crop yields and change the community structure of plants. But hydraulic lift of plant roots and water transport mechanism is a difficulty in the way of conventional experimental research, therefore, in order to study the path process on hydraulic lift more clearly, domesticand foreign scholars combined application of stable isotopes techniques in the plant roots hydraulic lift process, in order to better reveal the mechanisms and ways to promote the moisture.%植物在土壤深层的根系通过水分提升作用可以把土壤深处的水分运移到浅层较干的土壤中,为浅层植物根系补给水分。
水中系列氢氧同位素标准物质的研制

第< 期
张琳!等&水中系列氢氧同位素标准物质的研制
第 $! 卷
!"实验部分
!;!"水样的采集与制备 本次研制的 @ 个氢氧稳定同位素水标准物质由
$ 个天然水和 # 个人工配制的贫氘水组成% $ 个天 然水样分别采自远离大陆的南海海水'河北正定地 下水'青藏高原冰川水!其中的南海海水和青藏高原 的冰川水分别为我国境内氢氧同位素的两个端值% 参照 4050颁布的国际标准 860P值!因其氢氧同位 素比值无法在国内采集到天然水样!本次人工配制 了贫氘水!其同位素值与国际标准 860P值接近%
";""<> #;#$
%Z! ";#<@#
";""<# ";#>!>
";""A$ #;!$
$"
!C
#;><
%Z$ ";@A=#
";"#<A ";@AA$
";""#A #;"$
%Z@ ";C@>=
";"$#A ";C!@>
";"$#C #;"#
表 !,2均匀性检验方差分析结果 VF):*! , 9F+GFL&*FLF:aKGK](+2 N(E(O*L*G'aGLKd*&'G(L (]
验室采用不同原理的方法协同定值## 家国内外实验室分别采用 .+还原法激光法Z! BZ! %平衡法高温 热转换元素分析法进行水中氢同位素定值采用 .%! BZ! %平衡法进行氧同位素定值定值不确定度显著降 低#> %的扩展不确定度小于 ";">{2的扩展不确定度小于 ";C{ 该标准物质已被国家质检总局批准
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
w i a l dwt l s a o rnls t iht p r ue( 5 C . n e , O a dH eesprt hc w s l i ga y r ngaue g m ea r 1 0。 ) A dt n C n 2 r e aa d h i fe h s cb ah e t 4 h w e
sm a rsm ls o a e si teSc u nB s .T ersl h w dta tew t f r s cX j h o ew t pe m g s l i a ai e a r f i f d nh h n h ut so e th ae o i s ui e e s h r Tai a
分对分析结果造成影响。
鉴 于上述 情 况 , 文采 用 高 温 热 裂解 技 术 , 本 通 过元 素仪 与 同位素 质谱 计联 机装 置 ( A—R ) E IMS 建
立 了 油气 田水 氢 氧 同 位 素 的 分 析 方 法 , 效 避 免 有 了油 气 田水 中杂 质 成 分 的 干 扰 . 得 了 良好 的应 取 用效果。
Fo mai n wa h x u e o rn e i n a y a d a c e tme e rc wae . r to st e mit r fma e s d me tr n n in to tr i i
Ke r s y r g n i tp y wo d :h d o e s o e;ola d g sf l tr x g n i tp o i n — a ed wae ;o y e s o e;S c u n B sn — i o ih a a i
第3 4卷第 2期
21 02年 3月
文章编号 :0 1 6 1 (0 2)2 0 9 — 3 10 — 12 2 1 0 — 19 0
石 油 寥 鲐
弛
届
V 1 3 No 2 o . 4. .
M a .. 01 r 2 2
PE TRoLEUM GE0L0GY & EXPE M ENT RI
必须 进行 优化 选 择 。其 中 电子轰 击 能 量 是质 谱 条
件 的核 心 , 发 射 电流 1 5 m 加 速 电压 3 2 k 在 . A、 . V 的条件 下 , 过 条 件 试 验 设 计 最 优 化 选 择 离 子 源 通
2 系统偏差 消除 、 结果重 现性
氢氧 同位素 变化 范 围较 大 , 同位素 分析 测 试 而 中一般要 求待测样 品的同位 素 比值与工作 参考气 的
度 总体呈 现依次 递减 , 相反 同位素测 定结 果基 本保 持稳 定 . 见其 对灵 敏 度 有较 大 影 响 , 可 而无 需 担 心 流 速 过 高造 成 热 裂 解 反应 不 完 全 。载 气 H e流 量 的增 加降 低 了信 号强度 , 系统本底 空 白也有 进一 但
图 1 元素仪一气体 同位素质谱分析系统
Absr c t a t:W e d s rb d a n w nd smp e o ln y oy i t o o h nay i f O n D n ola d— a e c i e e a i l n—i e p r l ssmeh d f rt e a l sso 6 a d 6 i i—n g s i l trb o tn o sf w fed wa e y c n i u u o EA-I l RMS.The s mp e wae sc n e d it a l t rwa o v ne n o CO n n g a s a b n t e a d H2i ls y c r o ub
第3 4卷
反应产物 的色谱分离 均由元素仪 E A完成。其 工
作 条件 主要包 括载气 H e的流速 、 解 炉温 度 以及 裂
色谱 柱 温 度 。首 先 实验 载 气 H e流 量 与 离 子 流 强
度 的关 系 , 严格 控 制进样量 为 0 3 , . 载气 流 量 从
8 / n逐 步 增 加 至 10mL r n时 , 子 流 强 0mL mi 2 / i a 离
油气 田水 中氢 氧 同位 素 分 析 新 技 术 及应 用
陶 成 2刘 文汇 , , 杨华敏 把 立强 ,
(. 1 中国科学研究 院 兰州油气 资源研究 中心 , 兰州 70 0 3 00; 242 ) 1 16 2 中国石油化工集团公 司 油气成藏重点实验室 , . 江苏 无锡
作者简介 : 陶成( 9 8 ) 男 , 士生, 17 一 , 博 工程 师 , 从事 同位素分析研究。Ema : 6 @1 3 cn。 - i t 0 6 .o lc 基金项 目: 国家 自然科学基金项 目(0 3 9 2 资助。 4790 )
・
20・ 0
石 油 窈 劈 弛 届
有 放射 性或毒 性 , 前处 理过程 耗 时费力 、 序复 杂 , 程 且具 有 明显记 忆 效 应 。为 避 免传 统 离 线 分 析 和样 品前 处理 的误 差 , 在线 连续 流分 析技术 与 水平衡 将 氢氧 同位 素分 析方 法相 结合 . 于测定水 中氢氧 同 用 位素 的组 成 l 。但 该 方 法 用 于 高 有 机 质 含 量 、 3 ] 高 矿化 度 的油气 田水样 品时存在 明显 不足 , 主要 由于 油气 田水 样 的高矿 化度会 降低 水 的饱 和蒸 汽压 , 影 响氢 同位 素交 换平衡 . 而样 品 中溶 解 的有 机 挥发组
步 降低 , 同时在 一定 程 度 上 能 防止 空气 的渗 入 , 并 能 提高 分 析 精 确 度 ¨ 。 由 于油 田水 样 品 量 大 , 4 ] 将
载 气流量 设定 在 10 m / i , 2 L m n 牺牲 部 分灵 敏 度 , 而 获取更 好 的线性 和稳定性 。 色谱 柱温直 接影 响 和 C O的分 离效 果 与峰
Ta e g ,Li e h o Ch n u W n ui一,Ya g Hu mi ,Ba Li in n a n qa g
( .azo e ac et e o u eor s hns A ae yo i c , a zo ,G nu 30 0 hn ; 1L nhuRs rhCn rfP t l m R suc ,C i e cdm S e e L nh u as 0 0 ,C ia e eo re e e f cns 7 2 SnpcK yL brtyo eoemA cm l i ca i s Wui J ns 1 16 hn ) . i e e aoao P t l cu ua o Me ns , x, i gu2 4 2 ,C ia o rf r u tn h m a
l 5 高温还原环境下 , 0q 4 C 玻璃碳 与 O迅速 反应生
成 和 C O混合气体, 高纯载气 H 将其带人色谱柱 e 分离后 , 依次进入 同位素质谱计离子源 , 根据二者不
同的保 留时间 。 定磁 场转换 , 设 分别 测定氢 氧 的同位 素组成 ( 以高纯 也 、 高纯 C O作为参考标 准气 ) 。
12 实验 条件 参数 . 氢 同位素 测定 影响 因素较 多 , 仪器 条件参 数 对
型 。通过反复试验将 色谱柱温设定在 8 0℃ , 时既 此 能保证 H 和 C , O具有完好 的峰型 , 确保二 者完 又能 全分离 出峰 时间有 足够间隔 , 完成 质谱 计磁 场转换 。
高温裂解 炉温度按照操作手册设定 为 140℃ 5。 5 j
收 稿 日期 :0 0 0 — 5 修 订 日期 :0 2 0 — 3 2 1—4 2 ; 21—2 0 。
1 实 验 方 法
1 1 方 法原 理 .
图 1所示 E —R A I MS系 统 由高 温 裂 解 炉 、 子 分
筛填 充 色谱柱 、oFoI C nl V型接 口、 同位 素 质谱 计组 成 , 中高温 裂解 炉 内置 玻璃 碳 管 , 中填 充 颗粒 其 管 状玻璃 碳 。 当样 品 水 进 入 裂 解 炉 后 瞬 间 汽 化 , 在
Fg 1 A a s ytm cm iigEe et nl e E i. nl i ss o bnn lm n l a zr( A) ys e aA y w t gsI t eR tMa s p c o e y(R ) i a s o ai s S et m t 1 MS h op r r
传统水中氢氧同位素分析需要分别进行 , 其中 氧 同位 素通过 C , O 与水 样 在 恒温 条 件 下进 行 同位
素 交换 平衡后 , 析 C ,的氧 同位 素 组 成 l 而 氢 分 O l ; 同位素 分析则 更加 繁杂 , 长期 沿用 热铀 或锌 金属 定
量 还原 获得 的氢 气 来 测 定 ]其 所 用 试 剂 往 往 具 ,
i oumn p i r t r n f ri no t o o c f t e Io o e n GC c l ro o ta se rng i t he in s ur e o h s tp Ra i MS f r s q n il d t r n t n o t o e ue ta ee mi a i f o o h d o e nd o y e s t p s o h a l y ma n ts thi .Th s meho e f r d d lme s r me t f y r g n a x g n ioo e ft e s mp e b g e wic ng i t d p ro me ua a u e n s o 0 n D r m i ge s mp e,a d ha i h e ce c n o d p o u t i a d 6 fo asn l a l n dhg f in ya d g o rd ci t i v y.Usn h smeh d,we me s rd ig t i t o a ue