锶元素地球化学在水文地质研究中的应用进展

地球化学

锶元素地球化学在水文地质研究中的应用进展

王增银,刘　娟,王　涛,汪玉松,胡进武

(中国地质大学环境学院,湖北武汉430074)

①

8786摘　要:国外学者已广泛应用Sr2+,c(Sr) 监测c(Ca)或c(Ca) c(Sr),n(Sr) n()地下水的污染程度、90来源,探讨泉群流动系统和应用c(Sr) c(Ca)、c(Sr) c(Mg)8786

c(Sr) c(Ca)、c(Sr) c(Mg)、n(Sr) n(Sr)关键词:锶;c(((Mg地下河

.3:A　　　　　文章编号:100027849(2003)0420091205

　　赋存于岩石圈中的地下水在运移过程中不断与围岩发生各种化学反应,从而导致化学元素的迁移、聚集和分散[1]。形成于不同条件(温度、压力)下的岩石其元素含量不同,当地下水流经不同岩层时,其水化学组分也有差异。水文地质研究中常用这种差异来表征不同的地下水形成环境。如据c(Ca) c(Mg)值可以区分岩溶水形成的岩石类型和径流条件[2,3]。

盐水)的成c(Cl) c(Br)值可用于判断深层水(卤水、

因及海水入侵淡水含水层的范围和程度[4]。

由于锶特殊的地球化学性质,近年来锶元素作为示踪元素在水文地质研究中得到了一定的应用。其实锶是地球化学研究中应用较早的元素之一。O2

[5]

dum发现流经不同地区的水体中c(Sr) c(Ca)值不同,流经灰岩地区的河水中的c(Sr) c(Ca)值低,而Sr、Ca浓度高;流经潮湿地区的河水中的c(Sr) c(Ca)值低;流经干旱地区的河水中的c(Sr) c(Ca)值高;由于CaCO3的沉淀,封闭盆地的c(Sr) c(Ca)值比其补给河流河水中的c(Sr) c(Ca)值高;c(Sr) c(Ca)值的大小是由显生宙灰岩的全等风化决定的。这为c(Sr) c(Ca)值在水文地质研究中的应用奠定了理论基础。60～70年代,国外学者对锶研究较多的有两个方面:①海水和文石中Sr2+浓度和c(Sr) c(Ca)值的变化及其在碳酸盐岩成岩作用中的应用[6～10];②锶的分配系数及其影响因素[11～13]。近20年来,随着测试技术的提高和锶元素地球化学模式的完善,锶元素作为示踪元素在地球化学研究中得

到了进一步的广泛应用。dePaolo等[14]和Hess等[15]将锶同位素作为地层划分的依据。由于锶和钙具有相似的地球化学性质,因此锶常用于确定含钙矿物的风化速率及示踪地下水中钙的来源[16～20]。90年代以来,锶元素被广泛应用于古环境研究中,用珊瑚中的Sr、c(Sr) c(Ca)值确定海洋的表面温度[21～29];根据保存完好的碳酸盐岩化石贝壳中的8786n(Sr) n(Sr)、c(Sr) c(Ca)确定河口三角洲地带古地下水的盐度[30～33];成岩沉积物中的c(Sr) c(Mg)值可示踪古海水的元素组成及化学性质[34～36];黄土中碳酸盐的锶元素组成变化可指示其风化程度和古气候的变化[37]。

1　国外锶元素地球化学在水文地质

研究中的应用

　　锶的基本地球化学性质决定了锶元素作为示踪元素的2个优点:①不同岩石中锶含量有明显差异,因此地下水中锶浓度的变化可以反映不同的环境特征;②锶元素化学性质稳定,锶同位素不受质量分馏

86

的影响。因此水中的n(87Sr) n(Sr)特征能反映地

86

下水流经的土壤和不同含水层的n(87Sr) n(Sr)特征。在水文地质研究中常用c(Sr) c(Ca)、c(Ca) c(Sr)、c(Sr) c(Ba)、c(Ba) c(Sr)和同位素的比值8786n(Sr) n(Sr)作为研究指标。

国外关于锶元素地球化学在水文地质研究中的

①收稿日期:2003205220　　　编辑:刘江霞

基金项目:国家自然科学基金资助项目(90202006)

作者简介:王增银(1945—　),男,教授,主要从事水文地质和岩溶地质的教学和科研工作。