04第四章(氫氧同位素)

第四章氫氧穩(wěn)定同位素Theory,TechniqueandApplicationofEnvironmentalIsotopes氫氧同位素概述天然水的氫氧同位素組成及分布特征氫氧穩(wěn)定同位素的應(yīng)用Outline1概述1.1氫、氧同位素的主要地球化學(xué)性質(zhì)氫和氧是自然界中的兩種主要元素，它們以單質(zhì)和化合物的形式遍布全球。氫和氧是水圈、大氣圈、巖石圈、生物圈的重要組成成分。水是一種極為重要的氫氧化合物，不僅參與自然界的各種化學(xué)反應(yīng)和地質(zhì)作用，而且也是自然界各種物質(zhì)運(yùn)動(dòng)、循環(huán)和能量傳遞的主要媒介物。天然平均豐度：16O＝99.762％17O＝0.038％18O＝0.200％氧同位素分餾范圍達(dá)100‰1.2氫、氧穩(wěn)定同位素的豐度氕的天然平均豐度：99.9844％氘的天然平均豐度：0.0156％氫同位素分餾范圍達(dá)700‰1.3氫、氧穩(wěn)定同位素在自然界中的分布范圍δD(‰)δ18O(‰)1.4氫、氧穩(wěn)定同位素的分餾

在同位素水文地球化學(xué)研究中，氫、氧同位素的分餾主要是蒸發(fā)、凝結(jié)過(guò)程的同位素分餾和水與巖石圈、大氣圈及生物圈的不同物質(zhì)之間的同位素交換引起的。

蒸發(fā)凝結(jié)過(guò)程中的氫氧同位素分餾蒸發(fā)過(guò)程

水分子從外部獲得能量后，優(yōu)先破壞相對(duì)輕的同位素水分子間的氫鍵，使部分含輕同位素的水分子首先脫離液相而形成蒸氣相，因而殘留的液相相對(duì)富集重同位素。蒸發(fā)過(guò)程中的同位素分餾的實(shí)質(zhì)只是改變了同一體系內(nèi)不同相間的同位素水分子的相對(duì)濃度分布，并沒(méi)有涉及到各類(lèi)同位素水分子內(nèi)部氫氧原子間鍵的斷裂和氫氧同位素原子的重新組合。蒸發(fā)過(guò)程中各相的氫氧同位素組成的變化，主要與蒸發(fā)溫度、空氣的濕度及系統(tǒng)處于平衡或非平衡等蒸發(fā)條件有關(guān)，遵循瑞利分餾。水中氫氧同位素在蒸發(fā)過(guò)程中分餾的結(jié)果：蒸氣相中富集輕同位素，而蒸發(fā)后的剩余水中富集重同位素。蒸發(fā)過(guò)程中濕度對(duì)蒸發(fā)線斜率（S）的影響：濕度越小，斜率也越小。凝結(jié)過(guò)程

在云蒸氣凝結(jié)成雨滴的過(guò)程中，液相與水蒸氣間往往達(dá)到了同位素平衡，而且服從瑞利分餾規(guī)律。在封閉系統(tǒng)中，恒溫狀態(tài)下，兩相間的分餾系數(shù)不變；如果冷凝過(guò)程是發(fā)生在溫度下降的情況下，兩相間的同位素分餾將隨之增大。在開(kāi)放系統(tǒng)中，隨著剩余蒸氣量不斷減少，蒸氣相和冷凝相的同位素組成中重同位素逐漸貧化，兩相間的同位素分餾也隨之增大。水巖作用發(fā)生時(shí)，同位素交換主要有：a.水和方解石之間的18O交換：b.石英或玉髓與水之間的18O交換：c.長(zhǎng)石與水的交換：d.與粘土結(jié)合水之間的交換：

同位素交換反應(yīng)154326降水氫、氧穩(wěn)定同位素關(guān)系發(fā)生演化和分異的同位素交換過(guò)程示意圖δ18O在碳酸鹽、硅質(zhì)巖中最高，在火成巖、變質(zhì)巖中也很高，往往高于所有各類(lèi)水，如碳酸鹽的δ18O可高達(dá)+25‰。而δD則不同，在所有巖石中都偏貧而在水中富集，而且含氫的成巖礦物極少。因此在這樣的水巖系統(tǒng)中，當(dāng)同位素交換向著平衡方向演化，在高溫條件下因分餾系數(shù)變化會(huì)使這一過(guò)程加速，導(dǎo)致水的δ18O值增高而δD一般變化很小。這種現(xiàn)象被稱(chēng)為“氧漂移”，在地?zé)崴凶顬槌Ｒ?jiàn)。與圍巖的高溫交換：18O漂移Salton海地?zé)崽锏叵滤畾洹⒀跬凰亟M成的關(guān)系

地下水是地球水圈的一部分，它同各種天然水體之間有著密切聯(lián)系。在本節(jié)我們主要討論地下水及與其有成因關(guān)系的海水、大氣降水、陸地地表水的氫氧同位素組成及其分布特征。2天然水的氫氧同位素組成及分布特征2.1海水海洋水占有水圈總體積的97.25%。組我天然水唯一的最大水體和水文循環(huán)的起源與歸宿，其氫氧同位素組成與陸地水相應(yīng)的同位素組成存在著血緣關(guān)系，因而也具有根本性的影響。海洋水δD(‰)分布一例，剖面由南極洋經(jīng)大西洋至格陵蘭（RedfieldandFriedman,1964）

海水氫氧同位素組成的特征：2.1海水表層海水的氫氧同位素組成變化較大，通常兩極地區(qū)海水的δ值較低，赤道地區(qū)較高。深層海水的同位素組成非常接近SMOW，不同海洋區(qū)域的δ值變化很小。海水由于受陸地水的影響，其同位素組成常常偏負(fù)。海水的氫氧同位素組成與鹽度之間存在著一定的相關(guān)關(guān)系。在地質(zhì)歷史時(shí)期，海水的氫氧同位素只有微小的變化。冰雪的堆積與融化對(duì)海水同位素組成的影響北極冰的δD值為-160‰，δ18O值為-22‰；南極雪的δD值為-440‰，δ18O為-55‰。當(dāng)極地有大量冰雪堆積時(shí)，海洋水的同位素組成變重；若全球冰雪融化，海洋水的同位素組成變貧。據(jù)計(jì)算海水的δ18O將降到-1‰，δD降到-10‰。根據(jù)在全球不同地區(qū)收集的降水資料，Craig(1961)首先提出了降水中的δ18O和δD值成線性關(guān)系，并建立了全球大氣降水線（GMWL）方程：

δD=8δ18O+10根據(jù)Rozanski等（1992）所收集的國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)世界氣象組織全球觀測(cè)網(wǎng)中的降水資料，得到全球中高緯度地區(qū)大氣降水的δ18O和δD的關(guān)系：

δD=8.13δ18O+10.82.2大氣降水Araguas-Araguas等（2000）根據(jù)降水同位素全球觀測(cè)網(wǎng)（GNIP）數(shù)據(jù)庫(kù)的統(tǒng)計(jì)資料，對(duì)全球范圍的500多個(gè)氣象觀測(cè)站降水中長(zhǎng)期觀測(cè)的δ18O和δD的相關(guān)性進(jìn)行分析，由δ18O和δD年平均值得到δD=(8.17±0.06)δ18O+(10.35±0.65)（n=206,R2=0.99），由δ18O和δD月平均值得到δD=(7.96±0.02)δ18O+(8.86±0.17)（n=2337,R2=0.98）。（中國(guó)現(xiàn)代大氣降水線）中國(guó)現(xiàn)代大氣降水的氫氧同位素組成關(guān)系（據(jù)鄭淑蕙，1983）從極地到熱帶的八個(gè)降水監(jiān)測(cè)站的δ18O和δD月平均降水?dāng)M合GMWL地區(qū)大氣降水線（LMWL）與全球大氣降水線（GMWL）δ18O和δD之間的線性相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明氫氧同位素在降水中的相似行為。由于D的分餾因子比18O大8倍，因此，在逐次凝結(jié)降水過(guò)程中，D的連續(xù)貧化比18O大8倍。在δDvs.δ18O的圖上，則表現(xiàn)為一條斜率接近8的直線，代表了二者間的平均關(guān)系。實(shí)際的斜率隨著降水過(guò)程中平均溫度而變化，如果降落雨滴在降落過(guò)程中部分蒸發(fā)，將造成同位素的動(dòng)力學(xué)分餾，從而影響斜率的變化。公式中截距10為全球大氣降水的平均值，如果截距大于10，則意味著降水云氣形成過(guò)程中氣、液兩相同位素分餾不平衡的程度偏大，小于10則表明在降水過(guò)程存在蒸發(fā)作用的影響。降水方程

全球降水線為對(duì)比地表水和地下水同位素組分、利用同位素推斷補(bǔ)給條件、蒸發(fā)損失和混合等提供了依據(jù)。由于降水線斜率和截距隨著初始蒸汽的濕度條件和降水過(guò)程中的二次蒸發(fā)而變化，因此任何地區(qū)都有它自己的特征降水線，是地表水和地下水補(bǔ)給同位素特征的最好代表。在缺少區(qū)域或局地降水?dāng)?shù)據(jù)時(shí)，常常用全球降水線（GMWL）代表，但是在高緯度的干旱區(qū)應(yīng)慎重使用。降水線的斜率也是反映分餾程度的一個(gè)參數(shù)1965年Craig和Gordon指出，云團(tuán)的冷凝過(guò)程基本上屬于平衡過(guò)程，沒(méi)有明顯的動(dòng)力分餾，分餾系數(shù)介于封閉的平衡蒸發(fā)和瑞利蒸發(fā)之間，因此，全球降水線的斜率S＝8。大量的研究證明，海水蒸發(fā)形成云團(tuán)蒸氣的過(guò)程實(shí)際上是一個(gè)動(dòng)力過(guò)程，蒸發(fā)速度受水－空氣界面的擴(kuò)散速度控制，而大氣中的濕度、風(fēng)速等因素都會(huì)影響擴(kuò)散速度。由于氫氧同位素分子有不同的擴(kuò)散速度，所以得到的斜率不等于8，而往往在5-6之間。由于受蒸發(fā)作用的影響而斜率小于8。如果蒸氣的冷凝過(guò)程不是平衡過(guò)程，而是動(dòng)力過(guò)程，根據(jù)氫氧同位素分子的動(dòng)力分餾系數(shù)的差異，結(jié)果得到的S大于8。實(shí)際上這種情況是很少的。這可能是由于下降的雨水（δ值?。┡c地面蒸發(fā)的蒸氣（δ值大）發(fā)生了交換的結(jié)果。大氣降水氫氧同位素組成的特征：δD與δ18O值之間呈線性變化。大多數(shù)地區(qū)大氣降水的δD與δ18O值為負(fù)值。

降水的δ18O或δD與年平均氣溫呈線性正相關(guān)關(guān)系，即氣溫越高，降水的δ18O和δD值越偏正。

δ值與所處地理位置有關(guān)，并隨離蒸氣源的距離的增加而變負(fù)。影響大氣降水同位素組成的因素溫度效應(yīng)緯度效應(yīng)季節(jié)性效應(yīng)高度效應(yīng)大陸效應(yīng)降雨量效應(yīng)（Dansgaard，1964）（Y.Yurtsever，1975）（鄭淑惠，1982）大氣降水的同位素組成與溫度存在著正相關(guān)關(guān)系，即溫度升高，δ值增大，溫度降低，δ值減小。但是這種變化在不同地區(qū)其變化程度相差很大。

溫度效應(yīng)

緯度效應(yīng)大氣降水的同位素組成隨著緯度的增高而δ值降低，稱(chēng)為緯度效應(yīng)。緯度效應(yīng)主要是溫度和蒸氣團(tuán)運(yùn)移過(guò)程中同位素瑞利分餾的結(jié)果。

季節(jié)性效應(yīng)地球上任何一個(gè)地區(qū)的大氣降水的同位素組成都有存在季節(jié)變化，一般夏季的δ值高，冬季低。這一現(xiàn)象稱(chēng)為“季節(jié)性效應(yīng)”。北美地區(qū)不同緯度臺(tái)站的δ18O降水季節(jié)性變化北半球大陸臺(tái)站（帕茲臺(tái)站）δT和δ18O的季節(jié)變化

高度效應(yīng)大氣降水的氫氧同位素組成隨著高度增加而逐漸降低的現(xiàn)象稱(chēng)為“高度效應(yīng)”。高度效應(yīng)在世界各地變化很大。當(dāng)海拔高度較高時(shí)，平均氣溫較低，降水中的氫氧同位素減小。對(duì)18O來(lái)說(shuō)，高度每升高100m，減少量為-0.15‰～-0.5‰，D的變化為-1‰～-4‰。這種高度效應(yīng)在地下水研究中是非常有用的，因?yàn)樗鼘⒖梢詫⒏吆０魏偷秃０窝a(bǔ)給的地下水分開(kāi)來(lái)。利用大氣降水的高度效應(yīng)，可以推測(cè)計(jì)算地下水補(bǔ)給區(qū)的高度和位置。穿過(guò)起伏較大的大陸邊緣加拿大西部山脈降水的δ18O變化北大河水δ18O和高程的關(guān)系北大河樣品的O18隨高程變化比較穩(wěn)定，說(shuō)明源區(qū)河水的補(bǔ)給高程比較穩(wěn)定，主要來(lái)自于高程相近的冰雪融水補(bǔ)給。

黑河水δ18O和高程的關(guān)系

大陸效應(yīng)降水的同位素組成隨遠(yuǎn)離海岸線而逐步降低

降雨量效應(yīng)大氣降水的平均同位素組成是空氣濕度的函數(shù)。因此，雨水的平均同位素組成與當(dāng)?shù)亟涤炅看嬖谥撤N關(guān)系。產(chǎn)生降雨量效應(yīng)的主要原因可能與雨滴降落過(guò)程中的蒸發(fā)效應(yīng)及與環(huán)境水蒸氣的交換有關(guān)。

作為最大水庫(kù)的大洋同位素組成相對(duì)比較恒定，蒸發(fā)主要發(fā)生在赤道附近的大洋中。蒸發(fā)過(guò)程中，氣相富集H和16O。分餾系數(shù)是濕度的函數(shù)，濕度越低，α值越大。最早凝聚的雨相對(duì)較重，隨蒸發(fā)過(guò)程的不斷進(jìn)行，隨后凝聚成的雨滴愈來(lái)愈輕。因此不僅高緯度地區(qū)降水有很負(fù)的δD和δ18O值，隨高度增加和深入內(nèi)陸也有同樣現(xiàn)象。2.3河水及湖泊水河水河水的同位素組成取決于它的補(bǔ)給源。由大氣降水補(bǔ)給的河水具有大氣降水的同位素組成的特征。由地下水補(bǔ)給的河水具有地下水同位素組成的特征。若是兩種補(bǔ)給源的混合，河水的同位素組成就復(fù)雜。湖泊水湖泊水的同位素組成與其補(bǔ)給源和湖泊所處的地理位置、自然環(huán)境條件密切相關(guān)。一般湖泊水主要由大氣降水補(bǔ)給，因此具有大氣降水同位素組成的分布特征（如各種效應(yīng)）。大多數(shù)湖泊水的同位素組成，在δD－δ18O關(guān)系圖上均落在“蒸發(fā)線”上。湖泊水的同位素組成常具有季節(jié)性變化和垂直分帶現(xiàn)象。2.4地下水1)滲入水不論古代還是現(xiàn)代，由大氣降水補(bǔ)給的滲入水的同位素組成與其補(bǔ)給源的大氣降水的同位素組成相近，這是一種普遍的現(xiàn)象。在δD－δ18O關(guān)系圖上，數(shù)據(jù)點(diǎn)都落在世界降水線或地方降水線附近?，F(xiàn)代滲入水：由近期大氣降水補(bǔ)給與大氣降水一樣具有溫度效應(yīng)、緯度效應(yīng)、大陸效應(yīng)和季節(jié)效應(yīng)。由于各種蒸發(fā)作用的影響，現(xiàn)代滲入水的氫氧同位素組成將偏離全球降水線。通常，由于氣候和地貌條件的差異，大氣降水入滲時(shí)其同位素組成具有不均一性，但因入滲地下后的各種混合作用的影響，其同位素組成總是朝著均一化的方向發(fā)展。古滲入水：主要是指第四紀(jì)以來(lái)在古氣候條件下由大氣降水滲入而形成的地下水。這個(gè)時(shí)期由于冰期和間冰期氣候條件使其氫氧同位素組成與現(xiàn)代滲入水及大氣降水有所不同，其中研究較詳細(xì)的是最后一個(gè)冰期。地中海資料：40000－20000年前：降雨豐富，湖水位上升17000－12000年前：赤道出現(xiàn)沙丘，湖泊消失11000－5000年前：降雨豐富，湖水位接近高峰中國(guó)資料，推斷河北平原古氣候變化史：3000年－現(xiàn)代：相當(dāng)于現(xiàn)代氣候7500－3000年：全新世中期，氣候溫暖而濕潤(rùn)，雨量充沛10000－7500年：全新世初期，氣候溫涼而潮濕，湖沼發(fā)育70000－10000年：第四冰期300000－70000年：第三冰期由降水下滲到形成地下水過(guò)程中氫氧同位素組成的演化示意圖降水蒸發(fā)作用補(bǔ)給下滲途徑混合作用蒸發(fā)作用混合作用水巖作用2)沉積水沉積水是沉積盆地中的沉積物在沉積過(guò)程中或沉積之后進(jìn)入其中的古地下水，它們被埋存于比較封閉的構(gòu)造中，常與油田共生。由于這種水的含鹽量很高，長(zhǎng)期以來(lái)，人們把這種油田水看作是典型的海水成因的沉積水，但近年來(lái)同位素的研究結(jié)果表明，沉積水的成因比較復(fù)雜?？偟膩?lái)看，目前，還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)海水成因的沉積水。相反，卻認(rèn)為，油田水多數(shù)由大氣降水補(bǔ)給的。這些水的含鹽量之所以高，或者是因?yàn)榈V物巖石的溶解，或者是因?yàn)轫?yè)巖的溶濾作用造成的。油田鹵水的δ值偏低，說(shuō)明入滲是在冰期進(jìn)行的，δD值略有增長(zhǎng)表明油田水與硫化氫、碳?xì)浠衔镆约昂V物發(fā)生了同位素交換反應(yīng)，δ18O的增加也是水與圍巖之間的同位素交換反應(yīng)引起的。3)變質(zhì)水變質(zhì)水是在300-600℃溫度下與遭受脫水作用的變質(zhì)巖達(dá)到同位素平衡，因而其同位素組成發(fā)生了變化的水。它的δD值變化范圍：δD＝0－-70（‰），δ18O＝+3－+20（‰）。實(shí)際上，δ值變化范圍較大，主要取決于原巖的類(lèi)型（在δD－δ18O關(guān)系圖上劃出變質(zhì)水的范圍）。變質(zhì)水的δ值都是計(jì)算出來(lái)的，實(shí)際上得不到這樣的樣品。已知變質(zhì)溫度和壓力后就可以進(jìn)行計(jì)算。4)巖漿水巖漿水是從巖漿熔融體中分離出來(lái)的水，或是在巖漿溫度下（700～1100℃）與巖漿系統(tǒng)或火成巖保持化學(xué)和同位素平衡的一種溶液。它可以源于初生水，也可能來(lái)自重熔的沉積巖和火成巖。巖漿水的δD＝-75－-30（‰），δ18O＝+7－+13（‰）。5)初生水初生水來(lái)源于地幔，特指溫度在1200℃左右，與正常鐵鎂質(zhì)巖漿（其δD＝（-75±10）‰，δ18O＝（+6±0.5）‰，Taylor，1979）處于同位素平衡的水。初生水的估計(jì)值：δD＝（-65±20）（‰），δ18O＝（+6±1）‰。地下水氫、氧穩(wěn)定同位素基本關(guān)系的一些類(lèi)型a.沒(méi)有蒸發(fā)影響的極端類(lèi)型加拿大中國(guó)淮北b.蒸發(fā)和補(bǔ)給的混合類(lèi)型一方面不同井深地下水隨地下水埋深增加逐漸向降水線靠攏，另一方面其同位素組成表明有深層越流補(bǔ)給。地下水氫、氧穩(wěn)定同位素基本關(guān)系的一些類(lèi)型c.淺層和深層地下水分組類(lèi)型：數(shù)據(jù)雖然離散但分組明顯，且都屬于同一降水線，認(rèn)為構(gòu)成深層古地下水的降水其氣候條件與淺層的類(lèi)似。阿爾及利亞d.與降水線分異的類(lèi)型：落在降水線的下方，有著與降水線相平行的趨勢(shì)，認(rèn)為其主要原因是這些古地下水源于與現(xiàn)代不同氣候條件所致。智利地下水氫、氧穩(wěn)定同位素基本關(guān)系的一些類(lèi)型e.與地區(qū)降水線分異的類(lèi)型f.不同水源類(lèi)型：在干旱地區(qū)不同水源補(bǔ)給的地下水表現(xiàn)為不同斜率的蒸發(fā)線形式。阿爾及利亞以色列3氫氧穩(wěn)定同位素的應(yīng)用3.1在水文地質(zhì)中的應(yīng)用研究地下水的成因確定含水層地下水的補(bǔ)給帶（區(qū)）或補(bǔ)給高度計(jì)算地下水在含水層中的滯留時(shí)間研究不同類(lèi)型水的混合作用研究地下熱水的成因計(jì)算礦物形成的溫度研究成巖成礦過(guò)程中水的來(lái)源

……《運(yùn)用H、O同位素資料分析地下熱水的補(bǔ)給來(lái)源——以魯西北陽(yáng)谷-齊河凸起為例》張保健等,2010,地質(zhì)通報(bào),29(4):603-609氫氧同位素是研究地下熱水來(lái)源及其成因的理想天然示蹤劑。通過(guò)測(cè)定地下熱水中的2H和18O同位素指標(biāo)，并與全球大氣降水分餾線或地方分餾線進(jìn)行對(duì)比，可判別地下熱水的補(bǔ)給來(lái)源、補(bǔ)給高程、補(bǔ)給區(qū)域等。陽(yáng)谷-齊河凸起區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造圖陽(yáng)谷-齊河凸起在地質(zhì)構(gòu)造上位于魯中隆起區(qū)的西北邊緣地帶基本構(gòu)造形態(tài)為一單斜構(gòu)造。西北分別以聊城-蘭考斷裂和齊河-廣饒斷裂為界；南至省界；東部邊界為東阿斷裂等一系列北東向的山前斷裂。陽(yáng)谷-齊河凸起地?zé)崽餅閹r溶裂隙型層狀熱儲(chǔ)系統(tǒng)。熱儲(chǔ)含水層組主要為巖溶裂隙發(fā)育的奧陶系。陽(yáng)谷-齊河凸起目前開(kāi)發(fā)的地?zé)崽镏饕袧?jì)南北地?zé)崽锖土某菛|地?zé)崽铩ｊ?yáng)谷-齊河凸起地下熱水和東南部地下冷水氫氧同位素關(guān)系圖東南部地下冷水：

δD=-55.7~-75.1‰δ18O=-7.4~-9.3‰——說(shuō)明其補(bǔ)給均直接或間接來(lái)源于當(dāng)?shù)卮髿饨邓木徒霛B補(bǔ)給。陽(yáng)谷-齊河凸起部地下熱水：

δD=-65~-80.7‰δ18O=-9.2~-10.2‰——說(shuō)明地下熱水不是直接來(lái)源于當(dāng)?shù)卮髿饨邓木徒霛B補(bǔ)給，是通過(guò)深循環(huán)在地溫作用下加熱形成的。Ⅰ：冷水

Ⅱ-1：濟(jì)南北地?zé)崽?/p>

Ⅱ-2：聊城東地?zé)崽镆腚^(guò)量參數(shù)d值，d-excess=δD-10*δ18O，作為水巖反應(yīng)中18O同位素交換程度的衡量指標(biāo)。d值越小，表明地下熱水補(bǔ)給路徑越長(zhǎng)，徑流時(shí)間越長(zhǎng)，地質(zhì)環(huán)境越封閉，水巖反應(yīng)也更加強(qiáng)烈。按照H、O穩(wěn)定同位素的高程效應(yīng)原理，δD和δ18O隨地下水補(bǔ)給高程的增大而減小，據(jù)此可以確定地?zé)崴难a(bǔ)給區(qū)和補(bǔ)給高度。式中，H-地?zé)崴a(bǔ)給區(qū)高程(m)；Hr-地?zé)崴畼狱c(diǎn)的地面高程(m)；D-補(bǔ)給水的δD值；Dr-地?zé)崴摩腄值；gradD-隨高程的遞減梯度(‰/100m)。H=Hr+(D-Dr)/gradD由冷水點(diǎn)樣品確定區(qū)域大氣降水的gradD=(ΔδD/ΔH)=-1.24‰/100m。濟(jì)南北地?zé)崽锏叵聼崴摩腄均值為-69.7‰，Ⅱ-1域地下熱水和當(dāng)?shù)赜晁€交點(diǎn)（B點(diǎn)）的δD值為-72.5‰，該值可以認(rèn)為是濟(jì)南北地?zé)崽锏叵聼崴脑佳a(bǔ)給降水的δD值。地下熱水水樣點(diǎn)的平均地面高程為30m，根據(jù)區(qū)域大氣降水的gradD值求得濟(jì)南北地?zé)崽锏叵聼崴难a(bǔ)給高程為256m。此范圍大致相當(dāng)于濟(jì)南南部山區(qū)及其以南的泰山北麓補(bǔ)給區(qū)距濟(jì)南北地?zé)崽锵鄬?duì)較近。同理，求得聊城東地?zé)崽锏叵聼崴难a(bǔ)給高程為411m，此范圍大致相當(dāng)于泰山山脈及其周邊的中山區(qū)，補(bǔ)給區(qū)距聊城東地?zé)崽锵鄬?duì)較遠(yuǎn)。濟(jì)南北部地?zé)崽锏叵聼崴某梢蚰Ｊ綕?jì)南南部山區(qū)補(bǔ)給區(qū)降水入滲轉(zhuǎn)化成地下水，大部分水量受濟(jì)南巖體和石炭系、二疊系的阻擋，以冷水泉的形式出露排泄；另一小部分地下水則繼續(xù)沿巖體底部和灰?guī)r傾向向北部地下深處進(jìn)行深循環(huán)。在深循環(huán)的過(guò)程中經(jīng)圍巖地溫加熱后，在靜水壓力的作用下，在濟(jì)南北部隱伏區(qū)沿構(gòu)造通道和巖層裂隙上升至淺部，沿途在斷裂構(gòu)造帶與圍巖發(fā)生水-巖反應(yīng)，溶解了大量元素成分，形成地下熱水。聊城東部地?zé)崽锏叵聼崴某梢蚰Ｊ搅某菛|部地?zé)崽镌陉?yáng)谷凸起及其中的斷裂構(gòu)造中呈層狀兼帶狀分布受聊考斷裂等凸起邊緣斷裂構(gòu)造的控制深部熱源沿聊考斷裂等凸起邊界深大斷裂傳導(dǎo)東部魯中山區(qū)的大氣降水經(jīng)過(guò)長(zhǎng)途徑流在聊考斷裂帶通過(guò)深循環(huán)被對(duì)流加熱沿途和在聊考斷裂帶與圍巖發(fā)生水-巖反應(yīng)溶解了大量元素成分形成地下熱水。黑河流域：上游——祁連山區(qū)；中游——張掖、酒泉盆地；下游——鼎新、額濟(jì)納盆地。黑河流域水的δ18O-Cl關(guān)系說(shuō)明地下水的補(bǔ)給來(lái)源Ⅰ：在溢出帶以上,地下水的δ18O值和Cl濃度低,與山區(qū)地表水接近,表明為出山河水快速補(bǔ)給。Ⅱ：沿河流方向δ18O值和Cl濃度增加,反映了蒸發(fā)影響,這一組主要是中下游地表水和北盆地潛水,說(shuō)明主要來(lái)源于地表水的補(bǔ)給。Ⅲ：沿地下水流方向Cl濃度增加而δ18O值相對(duì)變化范圍較小,這組主要是溢出帶以下承壓水,反映地下水可能為山前地下徑流補(bǔ)給為主,河水補(bǔ)給很少。值得注意的是：沿祁連山區(qū)的基巖地下水流向出露的泉水在最下端也落在Ⅲ組,在接近戈壁帶的山口泉水與溢出帶以下承壓水特征相近,可能說(shuō)明祁連山前某些地段存在深部地下逕流。IIIIII拉薩河流域地表徑流氫氧同位素空間分布特征阿尼瑪卿山雪水樣d值>20‰，體現(xiàn)了雪水樣的d值特征。西藏羊八井的河水接受大量冰雪融水的補(bǔ)給，則顯著體現(xiàn)了冰雪融水的補(bǔ)給特征。而拉薩流域河水的氫氧同位素組成存在一定的氘過(guò)量現(xiàn)象,同樣體現(xiàn)了冰雪融水的補(bǔ)給特征。拉薩河的河水水樣的氫氧同位素組成分布在全球大氣降水線（GWML）附近，表明大氣降水是該流域的主要補(bǔ)給來(lái)源。拉薩河干流徑流段大部分水樣的氫氧同位素組成分布于全球大氣降水線的右下方，這表明干流河域面積廣而受到了較強(qiáng)烈的蒸發(fā)濃縮作用，這也是半干旱環(huán)境中的普遍現(xiàn)象。在拉薩河流域南部的中下游段，其河水的δ18O值與海拔的線性相關(guān)系數(shù)達(dá)0.676，并以0.16‰/100m的速率隨海拔遞減，體現(xiàn)出顯著的區(qū)域高程效應(yīng)。這表明季風(fēng)時(shí)節(jié)拉薩河中下游河水的補(bǔ)給來(lái)源較為簡(jiǎn)單，季風(fēng)降水提供了主要補(bǔ)給源。拉薩河流