四川省阿坝地区地表水地球化学特征

施泽明, 王新宇, 倪师军

(1. 成都理工大学地球化学系， 四川 成都　610069； 2. 地学核技术四川省重点实验室， 四川 成都　610069)

四川省阿坝地区地表水地球化学特征

施泽明1,2, 王新宇1,2, 倪师军1,2

(1. 成都理工大学地球化学系， 四川 成都610069； 2. 地学核技术四川省重点实验室， 四川 成都610069)

摘要：阿坝州位于四川西北部，与青海、甘肃交界，处于高海拔地区；该地区地表水资源丰富，长江与黄河上游水系均流经该区域。通过系统性采集区内河水(76件)、井水(7件)、溪水(8件)等样品，测试水体中D与18O的丰度与微量元素含量。结果表明：①受大气降水与流经地层的影响，阿坝地区河水中D与18O的丰度均显著高于溪水、井水与自来水等介质，线性相关性表明，河水中18O的富集与硫酸盐矿物的溶解密切相关；②阿坝地区井水、自来水、溪水之间存在明显的水力联系;③对于阿坝地区而言，黄河上游河流中δD与δ18O值均高于长江上游水系河流，但两者之间差别较小，这由于同一地区水系具有相同的大气降水来源；④河水、井水、溪水等表水中微量元素呈高Ba、Zn、Cr，低As、Pb、Cd的特点，与该地区岩石样品中微量元素特征基本一致，表明该地区表水中微量元素含量主要受地质背景因素控制。

关键词：阿坝； 地表水； 氢同位素； 氧同位素； 微量元素

0引言

地表水，是指大陆地表上动态水和静态水的总称，主要有河流、湖泊、沼泽、冰川、冰盖等，作为重要的淡水资源，为居民生产与生活用水提供重要保障[1]。阿坝藏族羌族自治州，简称阿坝州，是隶属于四川省的自治州，以藏族、羌族为主，位于四川西北部，与青海、甘肃交界，处于高海拔地区；该地区地表水资源非常丰富，长江上游水系(杜柯河、则曲河、梭磨河、白河、脚木足河、涪江、白水河、岷江)与黄河上游水系(黑河、白河)均流经此区域。

水体中的氢、氧同位素特征可反映一个地区的水文、气候条件[2]，而微量元素特征则与流经区域的岩石矿物种类与水-岩相互作用有关[3，4]，因此，查明水体中氢、氧同位素与微量元素地球化学特征，是探讨区域地质条件与水文地球化学背景的重要方法。

前人针对长江与黄河流域中水体氢、氧同位素的研究表明，长江与黄河水体中δD与δ18O自源头至入海口不断递增；上游河段相对富集轻同位素，而中下游则富集重同位素(D与18O)，这主要与大气降水供给有关[5-8]。阿坝地处高海拔区域，是我国主要水系(长江与黄河)的上游区，其氢、氧同位素与微量元素特征，对研究长江、黄河中下游水系演化规律具有重要意义；但目前针对阿坝地区表水中氢、氧同位素与微量元素地球化学特征的系统性研究，尚未见报道。基于此，笔者通过系统性采集阿坝地区地表水样品，查明阿坝地区地表水的氢、氧同位素与微量元素特征，对探讨我国长江与黄河水系的氢、氧同位素与微量元素组成、作用与演化具有重要意义。

1研究区概况

研究区境内地层出露齐全，从前震旦纪至全新世各时代地层均可见到，但主要以中生代侏罗纪、白垩纪地层及晚古生代三叠纪地层分布最广。火成岩类型主要分布在盆地西部米仓山至康定、康滇地轴的安宁河裂谷地带，以及玉树、义敦伏地槽褶皱带地区。特别是大骨节病高发区的阿坝州，地层以巴颜喀拉秦岭地层区与龙门山一带扬子地区构成，地层较为复杂，但三叠系中的含碳质滑云母板岩，粉砂质板岩、千枚岩等变质岩为主体，分布面积广，志留系、泥盆系、石炭系、二叠系的变质岩、碳酸盐岩也有部分出露[9]。

2研究方法

研究区水系分属长江、黄河两大流域。阿坝州红原龙日坝查针梁子作为分水岭，全州分属于长江、黄河两大流域。在阿坝地区内采集河流、溪水、井水样品(图1)，根据河流流量与流域面积大小，均匀布点，主要采集阿坝地区长江上游水系(杜柯河、则曲河、梭磨河、白河、脚木足河、涪江、白水河、岷江)与黄河上游水系(黑河、白河)样品，2010—2011年共采集表水样品91件、自来水7件，共94件水样；分析阿坝地区水样的氢、氧同位素和微量元素含量。样品的氢、氧同位素由成都理工大学四川省地学核技术同位素重点实验室测定，测试方法为TC/EA-IRMS(高温裂解元素分析仪-气体稳定同位素比值质谱联用)法, 仪器为Thermo Fisher TM Flash 2000 和MAT-253 型气体稳定同位素比值质谱仪。测试数据相对VSMOW(维也纳标准平均海洋水)，δ18O和δD的分析精度分别为±0.10‰和±1.0‰。水样与岩石样品中Ba、Cr、Ni、Mn、Zn、Cu、Pb、Cd的含量采用ICP-MS法测试，As含量采用原子吸收光谱法测试。

图1　研究区表水样品的采集位置图Fig.1　Locations of surface water samples at the study area

3结果与讨论

3.1　河流水氢、氧同位素组成特征

图2　阿坝地区表水样品中δD-δ18O的丰度图Fig.2　Abundances of δD-δ18O in surface water samples at the study area

表1　阿坝地区表水样中氢、氧同位素平均丰度Table 1　Average abundances of oxygen and hydrogen isotopes in surface water of Aba

对比阿坝地区长江上游水系(杜柯河、则曲河、梭磨河、白河、脚木足河、涪江、白水河、岷江)与黄河上游水系(黑河、白河)的氢、氧同位素组成特点，黄河上游水系的河流中δD与δ18O值均高于长江上游水系河流，但两者之间差别较小，这主要由于阿坝地区河流水来源均主要为大气降水，因此同一地区中河流水之间氢、氧同位素组成特点相近(表2)。

表2　阿坝地区黄河上游与长江上游河流的氢、氧同位素平均丰度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种微量元素浓度的均值，从大到小依次为Ba>Cr>Ni>Mn>Zn>As>Cu>Pb>Cd；井水中微量元素浓度的均值，从大到小为Ba>Zn>Cr>Mn>Ni>Cu>As>Pb>Cd；溪水中微量元素浓度的均值，从大到小为Ba>Cr>Ni>Zn>As>Cu>Mn>Pb>Cd;综合井水、溪水与河水中微量元素的丰度，表明阿坝地区表水整体呈现高Ba、Zn、Cr，低As、Pb、Cd的特点(图3)，尤其是Ba元素丰度较高，可能与流经地层多含灰岩有关。

表3　阿坝地区表水样中微量元素平均含量

图3　阿坝地区水体与岩石中元素含量对数值Fig.3　Content of trace elements in surface water and rock samples in Aba

3.3　岩石样品中微量元素特征

在无显著人为污染的情况下，受水-岩相互作用影响，地表水中微量元素浓度的高低，在一定程度上反映了岩石中微量元素分布的特征；阿坝地区位于川西北部，整个地区以农牧业为主，而工业发展较弱，显著的人为污染源较少，因此，初步推断其水体中微量元素的高Ba、Zn、Cr，低As、Pb、Cd的特点，与区域地质背景密切相关。通过在研究区(金川、马尔康、若尔盖、松溪、九寨沟等)，选取灰岩、板岩等岩石样品进行微量元素含量测试，其微量元素丰度走势与水体中基本一致(图2)，表明该地区表水中微量元素丰度主要受地质背景控制。

4结论

阿坝地区河水中氢、氧元素呈富集重同位素的趋势，河水中D与18O的丰度均显著高于溪水、井水与自来水等水体；根据氢、氧元素同位素丰度来看，阿坝地区井水、自来水、溪水之间存在明显的水力联系；线性相关性表明，河水中18O的富集与硫酸盐矿物的溶解密切相关；对于阿坝地区而言，黄河上游河流中δD与δ18O值均高于长江上游水系河流，但两者之间差别较小，主要由于同一地区大气降水来源相同。阿坝地区河水中As、Ba、Mn、Pb、Zn等元素丰度从大到小顺序为Ba>Cr>Ni>Mn>Zn>As>Cu>Pb>Cd；综合井水、溪水与河水中微量元素的丰度，表明阿坝地区表水整体呈现高Ba、Zn、Cr，低As、Pb、Cd的特点(图3)，尤其是Ba元素丰度较高，与岩石中微量元素规律基本一致，证明该地区表水中微量元素丰度主要受地质背景控制。

参考文献：

[1]中国科学院地球化学研究所.高等地球化学[M].北京：科学出版社，1998.

[2]尹观，倪师军. 同位素地球化学[M]. 北京：地质出版社，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，高建飞，石国钰，等.长江水氢、氧同位素组成的时空变化及环境意义[J].地质学报，2013, 87 (5): 661-676.

[6]高建飞，丁悌平，罗续荣，等.黄河水氢、氧同位素组成的空间变化特征及其环境意义[J].地质学报，2011, 85(4):596-602.

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[8]袁瑞强，刘贯群，张贤良， 等.黄河三角洲浅层地下水中氢氧同位素特征[J].山东大学学报(理学版)，2006, 41(5):138-143.

[9]岳跃坡.阿坝大骨节病区地表水同位素地球化学特征[D].成都：成都理工大学，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，主要从事环境及岩石地球化学研究。Email: wangxinyucdut@gmail.com。

作者简介：施泽明(1968—)，男，教授，主要从事环境地球化学、矿床地球化学工作。Email：shizm@cdut.edu.cn。

收稿日期：2015-02-02； 改回日期： 2015-02-25。基金项目： 中国地质调查“四川阿坝州生态地球化学调查(编号∶1212011121156)”项目资助。

中图分类号：P592; X143

文献标志码：A

文章编号：2095-8706(2015)04-0031-05