巴丹吉林沙漠湖泊及其下游地下水同位素分析_陈建生
《2024年巴丹吉林沙漠湖泊水化学特征与细菌和古菌群落的研究》范文
《巴丹吉林沙漠湖泊水化学特征与细菌和古菌群落的研究》篇一一、引言巴丹吉林沙漠，位于我国内蒙古自治区的西部，以其独特的地理环境和丰富的自然资源而闻名。
其中，沙漠中的众多湖泊因其独特的水化学特征和生物群落，成为了科学研究的热点。
本文旨在探讨巴丹吉林沙漠湖泊的水化学特征，以及其中的细菌和古菌群落，以期为该地区的生态环境保护和资源利用提供科学依据。
二、研究区域与方法1. 研究区域巴丹吉林沙漠湖泊众多，本研究选取了具有代表性的几个湖泊进行水化学特征及微生物群落的研究。
2. 研究方法（1）水化学特征研究：通过采集湖泊水样，分析其pH值、电导率、总溶解固体、主要离子浓度等指标，以揭示其水化学特征。
（2）微生物群落研究：采用分子生物学技术，如PCR扩增、高通量测序等，对湖泊中的细菌和古菌进行鉴定和群落结构分析。
三、巴丹吉林沙漠湖泊水化学特征1. pH值与电导率巴丹吉林沙漠湖泊的pH值大多呈中性至碱性，电导率较高，表明湖泊水中含有较高的盐分。
2. 主要离子浓度湖泊水中的主要离子包括Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-等。
其中，Na+和Cl-的浓度较高，表明湖泊水具有较高的盐度。
3. 水化学类型根据主要离子的浓度和比例，可将巴丹吉林沙漠湖泊的水化学类型划分为硫酸盐型、氯化物型等。
四、巴丹吉林沙漠湖泊细菌和古菌群落特征1. 细菌群落结构通过高通量测序等技术，发现巴丹吉林沙漠湖泊中的细菌群落具有较高的多样性，主要包括变形菌门、厚壁菌门、放线菌门等。
这些细菌在湖泊生态系统中扮演着重要的角色，参与了有机物的分解、养分循环等过程。
2. 古菌群落结构古菌是一类特殊的微生物，在极端环境中具有较高的适应性。
在巴丹吉林沙漠湖泊中，也发现了古菌的存在，其群落结构与细菌有所不同，主要以广古菌门为主。
3. 微生物与水化学环境的关系通过分析微生物群落结构与水化学环境的关系，发现不同水化学类型的湖泊中，微生物的群落结构存在差异。
巴丹吉林沙漠湖泊和地下水补给机制
巴丹吉林沙漠湖泊和地下水补给机制巴丹吉林沙漠位于中国甘肃省东南部，是中国最大的沙漠之一。
虽然长期以来这个地区一直以干燥和贫瘠著称，但仍然有一些湖泊在沙漠中存在。
这些湖泊是巴丹吉林沙漠中仅存的水域，对当地生态和人民的生活起到至关重要的作用。
而这些湖泊的水源主要来自于地下水补给。
巴丹吉林沙漠的湖泊大多位于沙漠的西南部，被沙丘和沙山环绕。
这些湖泊通常被称为“湖滩”，因为它们的水位和大小在不同季节和年份间会有较大变化。
湖泊中的水是源自地下水的补给，常年蓄水量相对较低。
此外，巴丹吉林沙漠区域降水量较少，加之高温和蒸发率较高，导致湖泊的水位和面积经常发生变化。
地下水补给是巴丹吉林沙漠湖泊的主要水源。
沙漠地区的地下水主要来自于降雨和河流水的渗透、沉积和地下蓄水层的补给。
降水在地表形成一定的径流，部分径流随着地形的起伏，渗入地下，形成地下水。
河流水在流经沙漠地区时，也会渗入地下。
这些降水和河流水渗入地下后，在沙漠区域中的含水层贮存起来，形成地下水资源。
然而，巴丹吉林沙漠地区的地下水资源并不丰富，而且地下水层的补给速度相对较慢。
这是由于沙漠地区的降水量有限，而高温和蒸发率加速了地表水的蒸发，使得地下水的补给量减少。
此外，地下水资源的补给还受到地下蓄水层的影响，沙漠地区的地下蓄水层一般不稳定，季节性地储存和释放水资源。
为了保护巴丹吉林沙漠地区的湖泊和地下水资源，政府和当地居民采取了一系列措施。
首先，政府对降水量、湖泊水位和地下水位进行监测和调控，确保水资源的合理利用和补给并不断优化治理方式。
其次，推行节水措施，鼓励居民和农业生产单位合理使用水资源，减少对地下水的开采和使用，保护地下水层的稳定性。
另外，政府还积极开展沙漠固沙造林，以增强水土保持能力，提高降水渗透地下的能力，促进地下水的补给。
总之，巴丹吉林沙漠地区的湖泊是该地区的重要水源，主要来自于地下水的补给。
然而，这个地区的地下水资源有限且补给速度缓慢，需要人们共同努力保护和合理利用。
巴丹吉林沙漠及其东南边缘地区水化学和环境同位素特征及其水文学意义
巴丹吉林沙漠及其东南边缘地区水化学和环境同位素特征及其水文学意义马妮娜;杨小平【期刊名称】《第四纪研究》【年(卷),期】2008(28)4【摘要】通过对巴丹吉林沙漠东南部湖水和南缘地区地下水离子化学成分及其环境同位素分析,初步探讨了沙漠地区湖水和地下水之间补给的关系.沙漠湖水的离子化学特征显示沙漠东南部湖泊的演化趋势:微成湖-咸水湖-盐水湖.显著不同的盐度、CO32-和HCO3-含量以及地质资料都表明,沙漠北部较大的湖泊和东南部的湖泊被一地形上的褶铍隆起阻隔而形成了不同的地下水补给体系.环境同位素的分析结果表明,巴丹吉林沙漠东南部的湖泊和地下水与沙漠东南边缘地区的地下水有着相似的蒸发趋势,暗示南缘地区的地下水和沙漠东南部地区湖泊之间存在一定的联系.同其他干旱地区地下水的同位素结果进行对比显示,雅布赖地区和沙漠地区的地下水应该是埋深较浅的地下潜水.因本次研究结果不支持单一远源或者深层地下水补给的观点,故推断沙漠东南部地区以及南缘地区的地下水主要是当地雨量丰沛时期的降水及南缘低山降水下渗补给的.【总页数】10页(P702-711)【作者】马妮娜;杨小平【作者单位】中国科学院地质与地球物理研究所新生代地质与环境重点实验室,北京100029;中国科学院地质与地球物理研究所新生代地质与环境重点实验室,北京100029【正文语种】中文【中图分类】P343.3;P641.3;X142【相关文献】1.巴丹吉林沙漠地区不同水体硝酸盐同位素特征及循环转化规律 [J], 潘燕辉;凌新颖;马金珠2.巴丹吉林沙漠腹地湖泊的水化学特征及其全新世以来的演变 [J], 杨小平3.巴丹吉林沙漠地区钙质胶结层的发现及其古气候意义 [J], 杨小平4.巴丹吉林沙漠湖泊水化学空间分布特征 [J], 陆莹;王乃昂;李贵鹏;李卓仑;董春雨;路俊伟5.巴丹吉林沙漠东南缘末次冰期沉积物地球化学特征及气候指示意义 [J], 范小露;张新毅;田明中因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
巴丹吉林沙漠湖泊和地下水补给机制
Ｊｒｎ Ｄ ｓｒ ｉ ｅｅ ｔｙ ａｓ ａａ ｅｅｔ ｎ ｒｃ ｎ ｅｒ ．Ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｈ ｒｃｅｉ ｉｓｏ ａ ｅ ｎ ｒｕ ｄ ａｅ ｎ ｔｅ Ｂ ｄ ｉ ａａ ｅｅ ．ｔｅｒ ａｅ ｎ ｔｅ ｃ ａａ ｔｒ ｔ ｆｌｋ ｓ ａｄ ｇｏ ｎ ｗ ｔｒｉ ａ ａｎ Ｊｒｎ Ｄ ｓｒ ｈ ｉ ｓｃ ｈ ｔ
议 的补 给 源是青 藏 高原上 的一 些湖 泊水 ， 管都有 同位 素依 据 ， 没有 考虑 到 氧 漂移 因素。在 补 给途 径 上 ， 尽 但 既有 河西走廊 祁连 山前缘 洪积 扇地 下水 、 布赖 山前 洪积扇 地 下水 等通 过 巨厚覆 盖 层 潜水 或 承压 盆地 水 对 雅
巴丹吉林沙漠湖泊和周边地下水的缓慢补给 ， 也有祁连山区大气降水和冰雪融水入渗通过基岩地层的深部 循环后 向上渗 透补 给 沙漠 湖泊及 周边地 下 水的快速 补给 ， 而且 已经从 古老碳 酸 盐岩地 层的存在 、 区域 活动 断 裂构造 体 系的发 育 ， 以及地 下水幔 源氦 同位素特征 、 巴丹 吉林 沙漠湖 泊 中钙 华幔 源碳 特征 等 方面得到验 证 。
第 ２ 卷第 ２ ６ 期
２ １ 年 ３月 ００
水
资
源
保
护
Ｃｎ０Ｎ
Ｖ０ ． ６ Ｎｏ． １２ ２ Ｍａ ．２ １ ｒ Ｏ ０
ＷＡＴ Ｒ Ｒ Ｓ ＵＲ Ｅ Ｉ Ｅ Ｅ ０ Ｃ ＳＰｍ
巴丹 吉林 沙 漠 湖泊 和 地 下水 补 给机 制
刘建刚
（ 河海大学地球科学 与工程学 院， 江苏 南京 ２０９ ） １０８
关键词 ： 巴丹 吉林 沙漠 ； 矿化 度 ； 下水 ； 境 同位 素 ； 气降水线 ； 地 环 大 蒸发 线 ； 岩 ； 基 水循 环 深度 中图分 类号 ：６ １３ Ｐ４ ． 文 献标识 码 ： Ａ 文章 编号 ：０ ４ ６ ３ （Ｏ０ ０ — ０ ８ ０ １０ —９ ３ ２ １ ）２ ０ １ —６
巴丹吉林沙漠东南部湖泊和地下水的氢氧同位素特征_张华安
苏木吉林
３．２２７
８．３２５
３９．８０５５０
诺尔图
１０．３５４
８．４２７
３９．７７２８３
宝日陶勒盖
４．３４３
５．１９１
３９．６０７３７
通古图
２０．１２９
１２．１９０
３９．５７０８２
巴丹湖
５．８８１
６．１８２
３９．５５２１５
东萨音乌苏
１３．６１７
７．５８６
３９．５６２０５
气接触的水下采集样品，并立即密封在 ２５０ ｍｌ的聚 乙 烯 瓶 中 ，避 免 因 蒸 发 而 引 起 同 位 素 分 馏 。
δＤ、δ１８ Ｏ 在中国科学院地 理 科 学 与 资 源 研 究 所 环境 同 位 素 实 验 室 采 用 同 位 素 质 谱 仪 Ｆｉｎｎｉｇａｎ－ ＭＡＴ－２５３ 的 ＴＣ／ＥＡ 法 测 定，结 果 采 用 ＶＳＭＯＷ 标 准 （‰ ），分 析 精 度 分 别 为 ±２‰ ，±０．３‰ 。
仍有水的湖泊７０ 多 个，大 部 分 为 咸 水 湖，其 中 诺 尔 图是巴丹吉林沙 漠 最 大 的 湖 泊，水 深 约 １６ ｍ，面 积 约 １．５ｋｍ２［１３］。
图 １ 巴 丹 吉 林 沙 漠 和 南 缘 地 区 地 貌 以 及 取 样 点 分 布 图
Ｆｉｇ．１ Ｌａｎｄｆｏｒｍｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｂａｄａｉｎ Ｊａｒａｎ Ｄｅｓｅｒｔ ａｎｄ ｉｔｓ ｓｏｕｔｈｅｒｎ ａｄｊａｃｅｎｔ ａｒｅａｓ ａｎｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏ构造来 说，巴 丹 吉 林 沙 漠 处 于 天 山 － 阴 山纬向构造带南部影响带与阿拉善山字型弧形构造 的 复 合 部 位 ，属 阿 拉 善 台 块 的 拗 陷 盆 地 ，以 宗 乃 山 西 侧断裂与 阿 拉 善 隆 起 相 分 开。 在 盆 地 边 缘 有 侏 罗
《2024年巴丹吉林沙漠淡水湖和盐湖沉积物微生物群落结构与功能研究》范文
《巴丹吉林沙漠淡水湖和盐湖沉积物微生物群落结构与功能研究》篇一巴丹吉林沙漠淡水湖与盐湖沉积物微生物群落结构与功能研究一、引言巴丹吉林沙漠位于中国北方的荒漠地区，是地球上较为特殊的沙漠环境之一。
在这片干旱的土地上，众多大小不一的湖泊共同构成了一幅壮观的沙漠湖泊群。
在这些湖泊中，淡水湖与盐湖因其独特的水体化学特性而吸引着广泛的生态学和地理学研究者的目光。
随着环境微生物学的发展，这些湖泊沉积物中的微生物群落及其功能成为了研究的热点。
本文将详细介绍巴丹吉林沙漠淡水湖与盐湖沉积物微生物群落的结构与功能研究。
二、研究区域与材料方法1. 研究区域本研究选取了巴丹吉林沙漠中的若干个具有代表性的淡水湖和盐湖作为研究对象，这些湖泊在沙漠中呈现出独特的生态环境。
2. 材料与方法（1）样品采集：在每个湖泊的不同区域采集沉积物样品，确保样品的多样性和代表性。
（2）微生物群落分析：利用现代分子生物学技术，如高通量测序、PCR-DGGE等手段，对样品中的微生物群落进行测序和分析。
（3）数据分析：采用生物信息学方法对测序数据进行处理和分析，探讨不同湖泊间及湖泊内部微生物群落结构的差异和联系。
三、淡水湖与盐湖沉积物微生物群落结构特点通过对样品进行深入分析，发现淡水湖和盐湖的沉积物微生物群落存在明显的差异。
1. 淡水湖沉积物微生物群落特点淡水湖沉积物中，细菌和古菌的多样性较高，其中以放线菌门、拟杆菌门等为主。
此外，还有大量的与水体净化、有机物分解等过程相关的微生物种群。
2. 盐湖沉积物微生物群落特点相比之下，盐湖沉积物中的微生物种类较少，但具有较高的耐盐性。
在盐湖中，盐杆菌门、嗜盐菌门等成为优势菌群。
这些微生物在极端环境中生存并发挥着重要的生态功能。
四、微生物群落功能分析1. 碳循环与有机物分解沉积物中的微生物通过分解有机物参与碳循环过程，对维持湖泊生态系统的稳定具有重要意义。
不同湖泊的微生物在碳循环和有机物分解方面的功能存在差异。
《山海经》之地下空间揭密
《山海经》之地下空间揭密“《山海经》......盖古之巫书”，鲁迅先生从充满好奇心的少年时代起，就对《山海经》爱不释手，在成年以后，他终于得出了这样的结论。
然而时过境迁，随着考古界的一系列新发现，以及人类对大自然科学探索的不断进取，我们有必要重新审视这部曾经被视为荒诞不经的上古奇书。
在中国古代的夏、商、周奴隶社会时期，是神权统治时代，许多贵族甚至直接号称是三皇五帝的后裔，他们的王权据说也来自神授。
在这样的一些贵族手里，掌握着一些关于神族文化的神秘典籍，并在贵族圈子内秘密传授和参研发展，奴隶和平民是无从知晓的。
在周朝时，原来商朝的贵族沦为奴隶，许多珍贵典籍从此流落民间。
按理在商灭夏时，也应该出现珍贵典籍流落民间的事件，但由于当时古汉字尚未成熟，这些神秘文化估计只能以图画和口传的形式流落民间。
之后商贵族重新挖掘民间隐秘，收集整理和发展这些神秘文化知识，并借助已经成熟的古汉字编撰成典籍收藏于图书馆。
当部分商朝贵族当初还得势时，他们尽职尽则、小心翼翼的珍藏这些神秘典籍，不使世人知晓。
但是如今却遭到上天神灵的抛弃，沦为悲惨的奴隶，因此这些沦为奴隶的前朝贵族开始散播这些神秘典籍。
也就是在周朝时期，神秘典籍失去控制，开始转移和流散到各诸侯国和民间。
这些神秘典籍中就包括《周易》、《尚书》和《山海经》。
自秦始皇推翻神权奴隶社会（神族和号称神族后裔的人是奴隶主，其他人都是平民或奴隶），建立中国古代第一个封建王朝（按正统观点）后，虽经焚书坑儒，但是《周易》被当作一部卜噬之书无关政权，而得以在民间保留。
《尚书》因涉及政体，所以经焚书坑儒后，变得残缺不全。
汉灭秦后，汉朝宗室刘向和刘秀搜罗秦朝典籍，编校了《山海经》，供汉文帝阅读。
所有这些神秘典籍都无一例外的不注明作者和成书时代，原因很简单，那些商朝贵族沦为奴隶后，出于嫉恨上天神灵，于是违背祖训神约，秘密散播这些典籍，但又怕遭到天谴，所以没有署名和记载成书年代。
他们肯定认为，如此一来，即使神灵想要责罚，也找不到责罚对象了。
中国重大发现：青藏高原“地下暗河”直通北方沙漠!
中国重大发现：青藏高原“地下暗河”直通北方沙漠！巴丹吉林沙漠湖泊"DNA"检测获重大发现，黄河、金沙江、雅鲁藏布江、雅砻江源头水不停流失的谜团解开。
都说沙漠与水不可共存，但地处祖国干旱地区的巴丹吉林沙漠却有着世界最高沙山和湖泊共存的奇观，这让全世界的人都为之费解。
不久前，专家们再次深入巴丹吉林科考后推断，巴丹吉林沙漠深层可能奔流着一条大河。
经过多次深入沙漠内部进行研究以后，南京河海大学教授陈建生日前爆出让人吃惊的研究性成果：巴丹吉林沙漠深处不仅涌动一条大河，而且大河很可能源于青藏高原。
由此，陈建生教授也一箭双雕地解开了黄河、金沙江、雅鲁藏布江、雅砻江源头水不停流失的谜团。
据了解，在陈建生教授及有诸多专家组成的研究小组深入沙漠腹地、青藏高原、祁连山等地考察后，于今年找到了令人兴奋的线索：一是在一片湖泊旁的沙山上找到了一个4000年前的完整植物化石；二是高大沙山的内部竟然是潮湿的，它的体积含水率为2%至20%；三是沙山的边坡山竟然挖到了一个1米深的井，而这个井要比邻近湖泊水面高出17米之多。
同时，这个沙漠之下涌动着的大型地下暗河，它的年补水量竟然是黑河水量的三分之一!基于这些发现，专家们大胆推测：沙漠的数千米地下存在着一个巨大的地下水库，而且地下水受到地层加热成为热水，正是因为这些热水上升过程产生了蒸汽，才使得沙山内部潮湿，沙山里的水分起到了类似粘合剂的作用，这使得沙山千年没有移动，4000年前的完整植物化石得以完美保存。
水从哪里来?陈建生教授及其同事借助水同位素分析的手段，确定了地下水的补给源。
这种可以理解为水的"指纹"或水的"DNA"检测的科研手段，不仅研究出了水的年龄，而且还可以找寻地下水的成因、各类水的相互作用及化等。
陈建生教授同位素"追踪"的结果表明，巴丹吉林沙漠湖泊、古日乃草原和额济纳盆地的地下水同出一源，都是来自青藏高原与祁连山积雪融水与降雨的补给，这意味着巴丹吉林的这条"地下暗河"可能直通青藏高原。
著名的地下暗河及其成因
他 介 绍 说 ．龙桥 暗 河 是 一 个 由地 下 河流 浸 蚀 、溶 蚀 形 成 的 大溶 洞 ，主 要 是 以流 水 的 浸 蚀 、搬 运 为 主 。 在 喀
斯 特 地 区发 现 像 龙桥 暗 河 这 般 庞 大 的 暗 河 体 系是 十 分 罕 见 的 。 这 有 助 于 了
何在？ 河海大学教授 陈建生认为 ，这
同．它们之 间存 在补 给 关 系。
青藏高原的 温度 上升 了，降水量
增 加 了 ，蒸 发 量 减 小 了 ，但 长 江 、 黄
龙 桥 暗 河 由此 成 为迄 今 为 止 地 球 上 发
现 的 最 长 暗河 。
河、金 沙江、雅鲁藏 布江 、雅砻 江的 源头水 的流量却在不停地 减 少，原 因
云 龙 洞 进 入 ， 在 进 洞 ５００米 左 右 ０
时 ， 发 现 一 个 宽 １０ ， 长 ３０ 的 ０米 ０米
这使得沙 山千年没有移动 ，４ ０ 年前 ０ ０
的 完整 植 物 化 石 得 以 完 美 保 存 。 同位
素 “ 追踪” 的结果表 明 ，巴丹 吉林 沙
漠 湖 泊 、古 日乃 草 原 和 额 济 纳 盆 地 的 地 下 水 同 出一 源 ，都 是 来 自青 藏 高原
处 ，发 现 世 界 最 长 地 下 暗 河 ，其 出 口 位 于板桥境 内。兴隆 镇又 名三 角坝 ，
量的三分之一 ，大河很 可能源 于青藏 高原 ，这 可 能将解 开黄 河 、金 沙江、
雅 鲁 藏 布 江 、 雅 砻 江 源 头 水 不 停 流 失 的谜 团 。 专 家 们 大胆 推 测 ：沙 漠 的数
通 道 将 源 头 的 水 补 给 到 缺 水 的 河 西 走
中国百姓有 时也称 之 为 “ 阴河” 。暗
巴丹吉林沙漠湖泊水分补给机制的模拟——以苏木吉林湖区为例
巴丹吉林沙漠湖泊水分补给机制的模拟——以苏木吉林湖区为例张竞;王旭升;胡晓农;卢会婷;马震【摘要】巴丹吉林沙漠气候干旱,蒸发强烈,与之形成鲜明对比的是沙漠腹地湖泊群的长久不衰,目前对于湖泊水分的补给来源仍存在争议.本文以水量均衡为基础,在苏木吉林湖区开展了降水、蒸发及湖水位和地下水位的动态监测,结合已有的水文地质资料建立地下水流动三维模型,重现湖区地下水位的季节动态变化,并基于模型进行水均衡分析.结果表明:苏木吉林湖区降水入渗补给量不足以平衡湖泊蒸发量,湖泊需要深层承压水的越流补给;湖水位和地下水位均呈现正弦曲线形态,11月最低,4月达到峰值,水位变幅分别为22和18 cm;湖区地下水多年平均总补给量为11620m3/d,其中降水和承压水越流分别约占13%和87%,降水补给量夏季高、冬季低,承压水越流补给量季节变化不明显;承压水越流补给量可能主要来源于沙漠周边山区降水,未发现明显的水量亏空需要断裂导水来弥补.研究结果为巴丹吉林沙漠地下水资源分析及合理利用提供科学依据.%The Badain Jaran Desert was located at the northwest inland of China with drought and intensive evaporation. In stark contrast, there were dozens of permanent lakes inside the desert hinterland. Water recharge of the lakes in the Badain Jaran Desert has always been controversial. Based on water balance algorithm, this paper investigated the water recharging mechanism of the lakes. Dynamic observations of precipitation, evaporation, lake level and groundwater level were conducted in the Sumu Jaran lakes area. Based on the data analysis, a 3D model of groundwater was set up to reconstruct the seasonal dynamic characteristics of the groundwater level in the lakes area,and the water balance analysis was carried out. The results indicated that the precipitation wasn't sufficient to meet the water loss via evaporation, and leakage of deep confined water was important to maintain the lakes. Both the groundwater level and the lake level showed as a sine curve, and the changing range was 18 and 22 cm, respectively. The maximum and minimum value of groundwater level and lake level appeared in April and November, respectively. The average re-charge rate of the Sumu Jaran lakes for many years was approximately 11620 m3/d, to which the rainfall and leakage of the deep confined water contributed 13% and87%,respectively. The former was high in summer and low in winter, while the seasonal varia-tion of the latter was not obvious. The deep confined water, ultimately, was probably formed with rainfall in the mountain areas a-round the southeast Badain Jaran Desert. No obvious water deficit needs to be covered by the groundwater that is transported to frac-tured zone from the remote area. The results can provide scientific gist for the rational use of groundwater in the Badain Jaran Desert.【期刊名称】《湖泊科学》【年(卷),期】2017(029)002【总页数】13页(P467-479)【关键词】巴丹吉林沙漠;湖泊;地下水模型;水均衡;水文地质;苏木吉林湖区【作者】张竞;王旭升;胡晓农;卢会婷;马震【作者单位】中国地质调查局天津地质调查中心,天津 300170;河北省地质调查院,石家庄 050081;河北省地质调查院,石家庄 050081;河北省地质调查院,石家庄050081;河北省地质调查院,石家庄 050081;中国地质调查局天津地质调查中心,天津 300170【正文语种】中文巴丹吉林沙漠位于我国西北部的干旱半干旱地区，在沙漠东南部腹地星罗棋布地点缀着100多个湖泊，其中常年有水的湖泊70多个[1]，形成了世界上独一无二的沙山—湖泊景观. 沙漠与外部并无地表水量交换，多年平均降水量不足100 mm，水面蒸发量却高达3000～4000 mm[2-4]，水分收支悬殊，湖泊长久不衰的原因给学术界带来了疑惑. 长期以来，研究人员在巴丹吉林沙漠开展了大量的研究并获得了许多关于湖泊水分补给的认知，但到目前为止仍存在争议[5].湖区当地的降水是否足以平衡湖泊蒸发量？这是第一个分歧点. 王涛粗略地估算了单个湖泊可以接收的降水量和湖面蒸发量，认为当地降水量足够抵消掉蒸发量而维持湖泊水位稳定[6]. Dong等发现湖泊多呈东西向的条带状分布，推测这种条带状可能是向斜发育的位置，降雨从南北两侧流到向斜核部以向斜泉的形式补给湖泊，估算湖泊群接受了向斜南北两侧大约6500 km2面积上的降水，认为这些降水足够抵消掉沙漠中所有湖泊的蒸发[7]. 这些估算较粗糙，且忽略了降水入渗系数，会造成估算的降水补给量偏大. Ma和Gates等学者虽然也认为湖泊水源来自降水，但他们基于氯离子平衡法估算的现代降水入渗补给量仅为1.3～1.4 mm/a，降水入渗系数仅为1.5%～1.7%[8-13]，并认为巴丹吉林沙漠的地下水和湖水是远古湿润历史时期遗留下来的降水.相比之下，更多的学者认为湖区的降水量不足以支撑湖泊，湖水存在其它的补给源，关于该补给源的位置则存在激烈的争论. 丁宏伟等[14]研究发现了黑河下游的盈余地下水量与巴丹吉林沙漠的亏空地下水量呈现惊人的相似，结合水化学证据提出黑河水沿阿尔金断裂地表破碎带自西向东补给至巴丹吉林沙漠湖泊群的观点. 仵彦卿等[15-16]通过浅层物探发现,在沙漠西北部的哨马营地区发育一些断裂，埋深在100 m以上，推测这些断裂可能将鼎新盆地的黑河水引入古日乃湖并继续向沙漠东南部腹地的湖泊群补给. 1960s-1980s，通过一些基本的水文地质调查，地质研究者一般认为沙漠周边的砂岩和花岗岩出露区对巴丹吉林沙漠地下水具有侧向补给作用，但他们没有论证这种侧向来水是否能够与沙漠湖泊的耗水量平衡[17]. 同位素研究对湖泊水源的定位更加遥远，陈建生等用氘氧同位素理论阐述了巴丹吉林沙漠地下水与祁连山和青藏高原水体的关系[4,18-19]，提出沙漠地下水和湖水由祁连山乃至青藏高原的降水所补给的观点[18-22]，为了解决水分输运问题，认为雪水融化后会渗入到祁连山深部的大断裂系统以及阿尔金断裂系统中，这些断裂疏导地下水补给了沙漠地下水. 许多学者对该观点提出了强烈的质疑[10,13,23-27]. 刘建刚[28]认为巴丹吉林沙漠湖泊水由于蒸发作用强烈，δD和δ18O值均偏离了大气降水线，不能直接利用它们与降水线和蒸发线的关系确定补给水源. 张虎才等基于对祁连山地形和阿尔金断裂高程的分析质疑了阿尔金断裂作为断裂导水通道的可能性，并认为陈建生对Sr同位素比值的解释是错误的[25]. Zhao等[23]认为陈建生等的理论中同位素取样的数量还远远不够，他们同样分析了巴丹吉林沙漠和附近祁连山以及黑河上中下游300多个地下水、河水和降水样品，结果并不支持陈建生等的理论.前人学者从不同角度提供了沙漠湖泊水分补给的证据，笔者认为，应当从空间和时间两方面对已有的研究进行准确定位. 首先，根据水文地质以及地下水循环的基本原理，对于水源的位置没有必要做出非此即彼的排他性判断，巴丹吉林沙漠位于构造活动强烈的地带[29]，水文地质条件比较复杂，其地下水的补给方式可以具有多样性，仅凭借某一方面的证据断定湖泊水分来源于某处是片面的. 其次，对于降水补给发生在古代还是现代，应该认为地下水循环是个连续不断的过程，在地质历史上补给量的变化只有强弱之分而非有或无的差别，补给强的时期地下水位抬升，补给弱的时期地下水位下降，并在气候较为稳定的情况下最终达到某种平衡状态，因此，我们需要回答的是现今的状态是否已经达到补给与排泄的平衡态，而不是判断地下水有多古老.湖泊的水源问题归根结底是一个水均衡问题，即哪些补给源具有主要作用、哪些补给源的贡献几乎可以忽略不计，不论用任何研究方法提出的水分补给学说，都必须经得起水均衡的验证. 但是，受限于艰苦的自然条件，沙漠腹地一直未能开展水均衡要素的系统监测，目前尚无湖泊水均衡方面的专题研究，仅有少数学者进行了粗糙的估算[4,6-7,14]，湖泊水分补给和排泄的均衡仍然不清楚.本研究以水量均衡为基础，选取巴丹吉林沙漠东南部湖泊群中的苏木巴润吉林湖(下文简称南湖)和苏木吉林湖(下文简称北湖)为研究对象，开展了小流域尺度的气象和水位监测，获取了盐湖的真实蒸发量及湖泊水位的季节动态变化，在收集已有水文地质资料的基础上，通过地下水建模重现湖区地下水流场的季节动态变化，借助该模型进行水均衡分析，定量揭示湖泊水分的补给机制.巴丹吉林沙漠(39°30′～42°0′N，98°30′～104°0′E)位于中国内蒙古阿拉善高原西部，大地构造上属于阿拉善地块，地质历史时期存在强烈的岩浆活动，古生代及元古代地层受到花岗岩侵入的影响而支离破碎，与花岗岩一起形成山体隆起，而二叠系石炭系形成盆地，发育巨厚的浅海陆棚相和碳酸盐台地相沉积，中生代表现为一系列的断陷活动，形成了较大范围的陆相沉积，伴随少量火山活动，巨厚的白垩系砂岩分布在断陷盆地中. 新生代以来研究区基本没有岩浆活动. 阿拉善地块内部的新构造运动并不显著，但也可能发育了一些伸展和走滑构造[29]. 沙漠面积4.9×104 km2，是我国第二大沙漠[6]，地势上总体呈现东南高、西北低的特点. 沙漠东南部有高大的复合型沙山，相对高度一般为200～300 m，最高超过400m. 沙山之间的洼地分布大量的常年积水湖泊，湖泊周边多有下降泉分布，湖底部有上升泉出露[30]，这些湖泊中面积大于1 km2的屈指可数，以诺尔图、苏木巴润吉林、音德尔图、呼和吉林、车日格勒等湖为代表，其中诺尔图面积最大，可达1.5 km2，最大水深16 m[31]，其余大部分湖泊面积都不到0.2 km2，水深不及2 m[32]. 本次研究选取的苏木吉林湖区(39°46′4″～39°50′0″N，102°24′15″～102°27′17″E)湖泊位于低洼地带，周围被明显的沙山分水岭圈闭形成局部流域(图1). 根据30 m分辨率的ASTER G-DEM数据生成的地形等高线确定的流域面积为21.98 km2，海拔1179～1567 m，南北长约7300 m，东西长约5600 m. 南湖面积1.22 km2，最大深度超过10 m；北湖面积0.61 km2，平均深度小于10 m，最大深度不详[33]. 根据沙漠周边的气象站，降水量分布存在空间差异，东南部可达90～115 mm，西北部则不足50 mm[33].降水和蒸发作为已知的地下水补给和排泄途径，其量的确定是判断湖泊水源的重要依据. 距离苏木吉林湖区最近的气象站位于阿拉善右旗(距离约80 km，图1)，该站积累了1978-2000年以来的气象数据，对本次研究具有重要的利用价值. 阿拉善右旗多年平均降水量115.8 mm，多年平均蒸发量3452 mm[34]，两者均呈现季节性动态变化且变化趋势基本一致，二者最低值均出现在1月，降水最高值出现在8月，蒸发略早，出现在7月(为方便与本次监测数据作对比，时间轴设为9月至次年8月，图2). 沙漠内部的气象监测开展较晚，距今仅4～5年的历史. 王乃昂等[35]在苏木吉林湖区的监测表明沙漠腹地与阿拉善右旗的降水在季节分布上有较好的一致性，但年降水量少于阿拉善右旗且年际变化明显，如2010年降水量约104.8 mm，2011年则为75.3 mm. 蒸发方面，马宁[36]利用涡度相关系统观测数据推测的音德尔图湖(位于苏木吉林湖区以北约5 km)2012年3月25日-9月10日的湖面平均日蒸发量为5.3 mm，全年蒸发量小于1939.8 mm；杨小平用改进的适合沙漠地区的彭曼公式计算的湖面蒸发量为1040 mm[37]，这两组蒸发结果远小于阿拉善右旗气象站给出的多年平均蒸发量(3452 mm). 综上所述，苏木吉林湖区近几年的降水和蒸发规律与阿拉善右旗存在不同程度的差异，因此需要补充监测. 鉴于此，课题组于2012年9月在南湖建立了自动气象站，监测气温、降水量和风速等气候要素，气象站旁装置了E-601型蒸发皿，并安装MiniDiver用以监测湖泊水面蒸发量，同时在附近安装了BaroDiver(气压气温传感器)，用于监测大气压动态，以便对MiniDiver进行校正. 气象站和蒸发皿均安装于苏木吉林南湖湖心位置，蒸发皿内的水取自湖水，每月向蒸发皿中加入淡水以维持盐度的稳定. 水位的动态变化是水均衡状态的重要指标，也是模拟研究的验证依据. 在本次研究之前，巴丹吉林沙漠内部尚没有地下水位的长期监测数据，为此，本课题组分别在南湖和南湖北岸安装了2个MiniDiver(水压水温传感器)，其中监测南湖水位的MiniDiver固定在桥腿上，编号L1；监测地下水位的MiniDiver安装在湖岸上的监测孔内，编号L2，孔深16 m，监测频率为1 h(图1).降水、蒸发及湖水位和地下水位的监测周期均为一年，从2012年9月1日至2013年8月31日.2.1 湖区降水和蒸发2012年9月至2013年8月，湖区全年降水量为163.6 mm，与阿拉善右旗多年平均值相比高出41%，在季节分配上呈夏季高、冬季低，但变化并不均匀，表现出一定的随机性，如11月和6月分别发生了强降水事件，降水量均接近50 mm(图3). 从以上对比来看，监测年内湖区降水特征与阿拉善右旗多年平均降水特征差异明显. 但是，如果以本次监测时段近似代表2012年，并结合王乃昂等在2010和2011年的监测结果[35]，则湖区近3年的平均降水量约为114.6 mm，十分接近阿拉善右旗多年平均值，这说明2010、2011年为相对贫水年，2012年为相对丰水年. 总体上看，苏木吉林湖区降水量年际变化大，季节变化不均匀，多年平均降水量与阿拉善右旗具有一致性.湖区蒸发量在季节分配上同样呈夏季高、冬季低，强降水事件对蒸发曲线造成扰动，但扰动程度有限，如6月连续的阴雨天气使该月蒸发量比相邻月份均偏低，11月虽然也发生了强降水事件，但由于该月气温低、日照时间短，本身蒸发量仅有70～80 mm，阴雨天气造成的蒸发量降低现象并不明显(图3). 总体上，湖区蒸发量的季节变化与阿拉善右旗规律基本一致, 但全年蒸发量仅1261 mm，远小于阿拉善右旗气象站多年平均值(3452 mm). 推测造成年蒸发量巨大差异的主要原因可能有2个：首先，蒸发表面空气流动速度是影响蒸发的重要因素，巴丹吉林沙漠的湖泊基本都处于高大沙山的包围之中，仿佛位于一个巨大的避风坑的底部，湖面风速远小于沙山顶部的风速；其次，众多学者研究发现，水体盐度与蒸发量呈负相关关系，并有学者指出可能是负指数关系[38]，在巴丹吉林沙漠水化学性质已知的湖泊中，超过一半的湖泊矿化度大于35 g/L，最高可达400 g/L，因此这些咸水湖的蒸发具有明显的盐度效应[39-40]. 本研究监测蒸发量时，蒸发皿安装于湖心位置，蒸发皿内的水取自湖水且定期加入淡水以维持盐度与湖水一致，较好地排除了由于忽略这2个因素而造成的误差，因而获得的蒸发量更加真实.2.2 水位利用BaroDiver进行气压校正后得到的水位动态数据如图4，湖水和地下水位均呈现出正弦曲线形态，水位变化趋势一致，在4月达到峰值，11月降到波谷，湖水位变幅22 cm，地下水位变幅18 cm，两者水位差约1.8 m. 湖水位曲线在2月10日前后出现陡然降低的异常情况，这是当时气温达到最低点，湖水发生冻结造成的.2.3.1 降水与蒸发的均衡巴丹吉林沙漠湖泊群地区沙山林立，高大沙山往往成为地表分水岭，这样每1个(或2个)湖泊与将其围绕的数个沙山就会构成相对独立的水文地质单元. 苏木吉林湖区由两个湖泊及周围的沙山组成(图1)，多年水位比较稳定，假设湖泊与深层地下水没有水量交换，则降水入渗是湖区唯一的地下水来源，这样湖区的水均衡表示为：式中,Pa为湖区的实测年降水量(mm/a),Ea为实测湖区的年蒸发量(mm/a),α为降水入渗系数,A湖为分水岭内湖泊总面积(km2),A沙为分水岭内沙地总面积(km2).在这些均衡要素中，A湖与A沙分别为1.83和21.98 km2，降水入渗系数α是未知数，可以根据气象数据反算出来. 根据上文对气象数据的分析，湖区多年平均降水规律与阿拉善右旗一致，因此Pa取115.8 mm. 湖区年蒸发量仅有1年的监测数据，由该数据可求出湖区蒸发量相对于阿拉善右旗的折算系数约为0.365(由1261 mm/3452 mm得到)，另据阿拉善右旗气象站数据，1978-2000年期间年蒸发量变化区间为3162～3803 mm，乘以折算系数可推算出苏木吉林湖区年蒸发量的变化区间，即Ea在1155～1389 mm之间.根据《水文地质手册》，砂性土的入渗系数一般在0.05～0.30之间[41]，本文计算出的降水入渗系数α为0.75～0.92，明显大于这个区间，考虑到蒸发量的计算中还忽略了地下水浅埋区的贡献，则α实际值比公式(1)的计算值还要大，这与水文地质经验并不相符. 因此，从降水与蒸发的均衡关系看，单依靠湖区的降水入渗，难以维持湖泊的蒸发消耗，有可能存在深层地下水的补给.2.3.2 降水与水位的关系地下水的补给和排泄共同作用，控制着地下水储存量的变化，表现为湖水位和地下水位的波动.湖水位和地下水位在宏观上呈现正弦形态，即4-11月逐渐降低，11-4月逐渐升高，这种较稳定的形态与降水事件的随机性形成鲜明的反差：超过60%的降水量发生在6和11月，但水位既没有在这2个月份出现波峰，也没有在降水量最小的1月份降到波谷，而且强降水事件对水位曲线造成的扰动十分有限，如6月的强降水仅表现为水位下降的暂缓或轻微上升，11月的强降水虽然伴随着水位的上升，但却无法解释之后几乎没有降水的12-4月之间的水位上升现象，也就是说，11月的强降水并不是之后地下水位持续上涨的根本原因，除了这2个月份的强降水，水位曲线对其它月份的降水事件几乎没有反应(图4). 这些现象指示，降水不仅不是唯一补给源，而且不是主要补给源，可能存在一个更加充足和稳定的补给源维持着水位的正弦形态. 因此，有理由推测湖泊接受了深层地下水的补给.上文基于对气象和水位监测数据的分析，提出了湖泊水分补给的一种可能机制，即接受降水和深层地下水补给，以蒸发的形式排泄. 为了验证这个推测是否合理并进行定量分析，作者收集了研究区水文地质资料，在此基础上建立苏木吉林湖区地下水流动模型.3.1 水文地质概念模型3.1.1 含水层结构 1980s原地质矿产部曾在研究区进行过1∶250000水文地质普查，根据区域水文地质普查报告——雅布赖盐场幅[42]的资料和当地民井提供的信息，苏木吉林湖区的地下水主要赋存在以粉细砂和中粗砂为主的更新统湖积砂层中，含水层中发育多个由湖积亚砂土、亚黏土组成的弱透水夹层，多呈水平发育，其中最浅的位于湖底，厚度一般不超过10 m，构成承压含水层顶板，湖底可见一些泉眼(雅布赖盐场幅报告中称为“天窗”)，深层承压水以泉水和越流的方式向上补给，承压含水层厚度至少30 m以上，该层中的黏性土夹层并不连续，多呈透镜体状，隔水底板由第三系泥质碎屑岩构成.根据以上特征，将含水层在垂向上划分为3层：第一层为第四系风积砂、晚更新世湖积粉细砂、中粗砂构成的潜水含水层；第二层为晚更新世湖积亚砂土、亚黏土构成的弱透水层，作为承压含水层顶板；第三层为早中更新世湖积砂层与黏土透镜体构成的承压含水层(图5).3.1.2 边界条件湖区周围由沙山构成的天然分水岭可以作为潜水含水层的侧向隔水边界(图1)，顶部接受大气降水入渗，湖面和地下水浅埋区存在湖水和地下水蒸发，底部为第三系基岩基底构成的隔水边界，承压含水层接受侧向径流补给和排泄，并向上补给潜水含水层.3.1.3 地下水的补给排泄大气降水一部分直接补给湖泊，另一部分通过沙层入渗后补给湖泊，湖区多年平均降水量约为115.8 mm. 湖面和地下水浅埋区发生地下水蒸发，湖面年蒸发量取本次监测值1261 mm. 对于深层承压水，经同一时间内的高精度GPS测量知，南湖湖面高程为1179.05 m，北湖湖面高程为1180.24 m，推测深层承压水有由北向南流动的趋势，但侧向流入流出量不易确定. 根据雅布赖盐场幅报告中描述的补给特征，可将承压含水层近似处理为定水头边界，承压水头高出湖面约3～5 m，这样可以由模型自行运算出侧向流入流出量. 需要注意的是，湖底地下水垂向运动强烈，弱透水层在承压水头的压力下出现破裂，形成上文提到的“天窗”泉，经实地调查，“天窗”泉在湖底和地下水埋深较浅的洼地发育十分普遍，本次研究在监测水位时，设计L2孔的目标是监测深层地下水的水头，从监测结果来看，其与湖水具有几乎一致的变化规律，说明这些地区的承压水头并非定值. 因此，在将第三层设为定水头时，需将湖泊和两湖之间洼地以下的第三层部分处理为自由水头.3.2 地下水流动三维数值模型3.2.1 模型剖分与初始流场本次建模采用GMS(Groundwater Modeling System)软件，地下水模型采用嵌入到GMS中的Modflow程序包，该程序包是目前国际上最为广泛采用的地下水有限差分模拟程序. 模型在水平方向上剖分为70 m×80m的矩形单元，湖泊周边水力梯度较大，加密为35 m×40 m的单元格. 模型的模拟目标是重现湖区地下水流场的季节动态变化，需要建立非稳定流模型，其初始流场需要通过建立稳定流模型来计算得到. 输入湖区多年平均降水和蒸发数据，以湖区4口民井、2个监测孔、1个有水洼地(位置见图7)的水位作为稳定流模拟的验证依据，计算出的流场作为非稳定流模型的初始流场.3.2.2 水文地质参数水文地质参数分区在模型层划分的基础上进行，主要参数包括渗透系数、给水度、降水入渗系数和地下水蒸发极限埋深. 第一层为渗透性较强的第四系砂层，第二层为渗透性较差的黏性土弱透水层，第三层承压含水层为砂层夹黏土透镜体，渗透性能介于前两者之间，分区及初始取值范围符合水文地质规律(表2)[41-42]. 根据前人对沙性土垂向渗透性的研究，初始垂向渗透系数设为水平渗透系数的1/100～1/10[43]. 本研究区尚无地下水蒸发极限埋深的实验数据，胡顺军等[39]在塔克拉玛干沙漠的实验测得当地地下水蒸发极限埋深为3.89 m，本研究区水文地质条件与之相似，因此采用该经验参数.3.2.3 湖泊的处理地下水数值模拟中处理湖泊的方法很多，主要有定水头法(specified head nodes)、drain模块、reservoir模块、强渗漏单元法(high hydraulic conductivity notes)等. 本次研究中需要知道湖水位的变化和湖水与地下水的交换量，只有强渗漏单元法满足要求. 该方法是把湖泊作为含水层的一部分，将湖泊所在区域设置为具有高渗透率的单元格(大致为周围岩土体渗透系数的1000倍)，给水度设为1[44].3.2.4 模型识别与验证稳定流模型的校正采用“试错法”，主要调整了渗透系数和给水度，校正后的水文地质参数取值见表2. Nash-Sutcliffe效率系数(NSE)常被用来评价水文模型的模拟优度，其计算公式为：式中,Si为模拟值，Oi为实测值，为所有实测值的平均值. NSE的取值范围为-∞到1，越接近1说明模拟结果越可信，本次稳定流模拟的NSE为0.94，模拟结果良好(图6).湖区的水位呈漏斗状分布，从分水岭到湖泊，水位从接近1185 m逐渐降低至1179 m，水力梯度也呈现渐变的规律，越靠近湖泊的地区水力梯度越大，湖边的水力梯度大约1/100，而分水岭处则不足1/1000，湖泊由于蒸发成为漏斗最低处的汇水区. 在北部的洼地位置存在水位为1184 m的封闭等水头线，在东部的低洼地带，1184.6～1184.7 m之间也存在一个圈闭的等水头线，经实地考察这2个地方都是小型有水洼地. 2个湖泊之间的地带存在一个潜水面的分水岭，最高水位约。
巴丹吉林沙漠湖泊及其下游地下水同位素分析_陈建生
本文由国际原子能机构TC 项目“河海大学院士基金项目”资助。
责任编辑:宫月萱。
第一作者:陈建生,男,1955年生,教授,博士,博士生导师,主要从事同位素水文学,渗流理论与探测技术研究;E -mail :j schen @hhu .edu .cn 。
巴丹吉林沙漠湖泊及其下游地下水同位素分析陈建生1) 凡哲超1) 汪集2) 顾慰祖1) 赵 霞1)(1)河海大学,江苏南京,210098;2)中国科学院地质与地球物理研究所,北京,100029)摘 要 本文通过环境同位素水化学等分析方法研究了祁连山北侧、龙首山、巴丹吉林沙漠、古日乃、拐子湖和额济纳盆地的泉水和井水的来源,揭示了巴丹吉林沙漠等下游地区的地下水来自于祁连山降水的补给,平均补给高程为3300m ,祁连山顶部存在大片裸露的灰岩地层,雪水融化后沿着喀斯特地层或山前大断裂补给到深部,穿过龙首山直接补给到巴丹吉林沙漠及其下游地区,在沙漠湖泊中发现的钙华与钙质胶结证明地下水经过了石灰岩地层,承压水通过越流补给到浅部含水层,通过蒸发量计算得到的地下水补给量接近6×108m 3/a ,承压水中地下水的年龄为20～30a 。
关键词 巴丹吉林沙漠 钙质胶结 环境同位素 承压地下水 湖泊Isotope Methods for Studying the Replenishment of the Lakes and DownstreamGroundwater in the Badain Jaran DesertCHEN Jiansheng 1) FAN Zhechao 1) WANG Jiyang 2) GU Weizu 1) ZHAO Xia1)(1)Hehai Un iversity ,Nanjing ,Jiangsu ,210098;2Institu te of Geol ogy and Geophysics ,CAS ,Beijing ,100029)A bstract I n this paper ,the sources of spring wa ter and well water on the no rthern side of the Qilian M ountain and in Lo ngshou M ountain ,Badain Jaran Desert ,Gurinai ,G uaizi Lake and Ejina Basin are studied by the methods of environmental iso topes and w aterchemistry .T he g roundwater in dow nstream areas such as Badain Jaran Deser t is found to be recharged by the precipitation of the Qi -lian M ountain ,with the average recharge elevation being 3300m .Lots of naked limestone lay ers ex ist at the top of the Qilian M oun -tain .The melted snow water of the Qilian M ountain infiltrates into the deep lay er ,passes through the karst strata o r large faults in f ro nt of the mountain ,and directly recharges Badain Jaran Desert and its downstream areas via the Long shou M ountain .T he calcare -ous cement and travertine found in the lakes of the desert prove that the groundw ater passes through the limestone layer .Confined w ater recharges the shallow aquifer by means of leakage .T he calculation of the evapora tio n amount show s that the groundw ater recharge volume is six hundred million cubic meters per year ,and the age of the confined g roundwater is 20～30y ears .Key words Badain Jaran Desert calcareous cement and traver tine environmental isotope co nfined groundw ater lake 通过稳定同位素、水化学、水文地质等方法进行的额济纳盆地与古日乃草原地下水的补给源调查研究已经取得了初步的成果:调查研究中发现额济纳盆地的地下水与巴丹吉林沙漠的地下水同出一源,是由巴丹吉林沙漠补给到古日乃和额济纳盆地的,而且与黑河水不存在相关关系。
中国西北极端干旱区水文与湖泊演化及其巴丹吉林沙漠大型沙丘的形成
第21卷第5期2006年5月地球科学进展A DVANCE S I N E AR TH S C I ENC EV o l.21 N o.5M a y.，2006文章编号：1001-8166（2006）05-0532-07中国西北极端干旱区水文与湖泊演化及其巴丹吉林沙漠大型沙丘的形成张虎才1，2，明庆忠2，3（1.中国科学院南京地理与湖泊研究所，江苏 南京 210008；2.兰州大学资源与环境学院，中国西部环境系统教育部重点实验室，甘肃 兰州 730000；3.云南师范大学旅游与地理学院，云南 昆明 650092）摘 要：地表径流和地下水循环是维持中国西部现今极端干旱区绿洲、湖泊和地下水位变化的绝对主导因素。
极少的年降水量和年际—季节降水分布的不均性、强烈的蒸发、蒸腾作用，稀少而水量有限的地表径流和人类活动的影响及其过度的水资源利用是导致目前自然景观和生态环境恶化的根本原因。
不仅如此，在这样一个大的气候背景条件下，人类不合理、不科学的活动可以夸张的放大和加速生态系统的恶化程度和速度，而要维持、改善和修复已破坏的生态环境则需长期不懈的努力和巨大的人力、资金投入。
地质断裂带不但具有蓄水、导水的作用，还具有隔水作用；断裂体系中含水量的丰寡与断裂的性质（张性或压性）、发育的地质部位和年代等因素有关。
断裂构造对水的这种蓄—导—隔作用，在不同地理单元是不同的：在地势较高的部位以导为主，在低洼的地方则以蓄为主，而在前二者之间的过渡区则以导—隔为主。
额济纳盆地地下水位变化和水资源（或潜在水资源）量的大小是以地表径流补给为主、地下水为辅，是区域蒸发、蒸腾和水资源利用之间平衡过程的表现；而在巴丹吉林沙漠区，特别是其东南部众多的湖泊区则是以地下水补给为主，加之以古水为辅。
虽然我们还不十分清楚巴丹吉林沙漠内部高大沙丘和湖泊形成时期的相互作用和依存关系，但是我们却有足够的证据证明高大沙丘形态的维持与湖泊之间不存在必然的因果关系。
同位素指示的巴丹吉林沙漠南缘地下水补给来源
第22卷 第9期2007年9月地球科学进展A DVAN CE S I N E AR T H S C I E N C EV o l.22 N o.9S e p.，2007文章编号：1001-8166（2007）09-0922-09同位素指示的巴丹吉林沙漠南缘地下水补给来源马金珠1，黄天明1，丁贞玉1，W. M.E dm unds2（1.兰州大学西部环境教育部重点实验室，甘肃 兰州 730000；2.O x f o r d C e n t r e f o r W a t e r R e s ea r c h，O x f o r d U n i ve r s it y，O x f o r d，O X13 Q Y，U K）摘 要：通过恢复巴丹吉林沙漠及其周边地区大气降水氚值，并结合区域稳定同位素组合特征，揭示了区域地下水氚年龄的多解性与地下水稳定同位素的温度效应。
恢复的1963年核试验期氚高峰值达到2100T U，进入90年代平均为60T U。
1960年以来降水补给的地下水氚值都应大于15 T U，而1963年的高峰氚衰变至今应在200T U左右。
地下水实测氚值较低，表明由现代少量降水补给的地下水与大量的古水进行了混合。
影响降水中δ18O和δ2H分布的主要影响因子是月平均空气温度，对δ18O与δ2H的影响权重分别占到59.9％和57.0％。
巴丹吉林沙漠及其周边地区地下水较低的稳定同位素组成表明，其补给主要是晚更新世较冷环境下形成的，来源于东南部的雅布赖山区，部分浅层地下水接受现代降水与河流的补给。
关 键 词：稳定同位素；氚值；地下水补给；巴丹吉林沙漠中图分类号：P641．3 文献标识码：A 由于巴丹吉林沙漠独特的地理位置与地貌景观，曾经吸引了众多学者的关注，对沙漠的形成演化、水文气候变化与地下水补给机理等方面都进行了卓有成效的研究。
但是对于沙漠南缘湖泊与地下水的补给来源、高大沙丘的形成机制等重大科学问题始终没有定论。
《2024年巴丹吉林沙漠湖泊水化学特征与细菌和古菌群落的研究》范文
《巴丹吉林沙漠湖泊水化学特征与细菌和古菌群落的研究》篇一一、引言巴丹吉林沙漠位于中国西北的内蒙古自治区，以其壮丽的沙漠景观和独特的湖泊生态系统闻名。
其湖泊的水化学特征及与之相关的微生物群落结构一直是科学研究的热点。
本篇论文将详细阐述巴丹吉林沙漠湖泊的水化学特征以及与其中细菌和古菌群落的关系。
二、研究区域及方法2.1 研究区域巴丹吉林沙漠，拥有多个内陆湖泊，以其独特的水体和丰富的生物资源吸引了大量科研工作者的关注。
本研究选择几个具有代表性的湖泊进行详细的研究。
2.2 研究方法本研究采用了水化学分析、分子生物学技术和微生物群落分析等方法。
通过收集湖泊水样，进行化学成分分析，以了解水化学特征；通过PCR扩增、高通量测序等技术，研究细菌和古菌的群落结构。
三、水化学特征分析3.1 湖泊水体的基本化学成分巴丹吉林沙漠湖泊的水体呈现出一定的化学特征，包括pH 值、电导率、总溶解固体等。
这些化学成分受到气候、地质、生物等多种因素的影响。
3.2 水化学特征的空间分布与季节变化通过对不同湖泊和水体不同深度的采样分析，我们发现巴丹吉林沙漠湖泊的水化学特征存在空间分布差异和季节变化。
这主要受到降雨、蒸发、地下水流动等因素的影响。
四、细菌和古菌群落分析4.1 细菌和古菌群落的组成通过高通量测序，我们发现巴丹吉林沙漠湖泊中存在着丰富的细菌和古菌群落，包括一些特有的物种。
这些物种的分布和丰度受到水体化学特征的影响。
4.2 细菌和古菌群落的空间分布与季节变化与水化学特征相似，细菌和古菌群落也表现出空间分布差异和季节变化。
这主要与湖泊生态环境的变化有关，包括温度、盐度、营养物质的含量等。
五、讨论5.1 水化学特征对微生物群落的影响水体的化学成分对微生物的生存和繁殖具有重要影响。
巴丹吉林沙漠湖泊的水化学特征为特定的微生物提供了生存环境，使得某些特定的微生物种类在当地繁衍生息。
5.2 微生物群落在生态系统中的作用微生物在湖泊生态系统中扮演着重要的角色，包括物质循环、能量流动等。
《巴丹吉林沙漠湖泊水化学特征与细菌和古菌群落的研究》范文
《巴丹吉林沙漠湖泊水化学特征与细菌和古菌群落的研究》篇一一、引言巴丹吉林沙漠，位于我国内陆的干旱区，以其广袤的沙海和众多湖泊而闻名。
该沙漠独特的生态环境与湖泊水体的水化学特性以及其内部生活的微生物群落紧密相连，它们共同构建了这一区域的生态系统。
本篇研究的目标是对巴丹吉林沙漠湖泊的水化学特征以及其内部的细菌和古菌群落进行深入研究，以此增进对沙漠生态系统的理解。
二、研究方法本项研究主要采用实地采样、实验室分析以及分子生物学技术等方法。
在巴丹吉林沙漠的不同湖泊中采集水样，并对水样进行化学分析，包括电导率、pH值、总溶解固体、主要离子浓度等指标的测定。
同时，通过高通量测序技术对湖泊中的细菌和古菌群落进行序列分析，以了解其群落构成及多样性。
三、巴丹吉林沙漠湖泊水化学特征通过研究，我们发现巴丹吉林沙漠湖泊的水化学特征呈现出明显的碱性、高盐度和高硬度的特点。
这一特征主要由湖水的蒸发和渗透过程决定，使得湖水中的离子浓度较高。
此外，湖泊的pH值较高，说明湖水中含有较多的碱性物质。
四、细菌和古菌群落的研究研究结果显示，巴丹吉林沙漠湖泊中的细菌和古菌群落丰富多样，主要由多种细菌门类和古菌种组成。
其中，主要的细菌门类包括厚壁菌门、变形菌门、拟杆菌门等。
这些细菌在湖泊中发挥着重要的生态功能，如参与有机物的分解和营养元素的循环等。
此外，古菌群落也是湖泊生态系统中的重要组成部分，它们对环境的适应能力和生命力都十分强大。
通过对比不同湖泊的微生物群落结构，我们发现不同湖泊的微生物群落存在差异。
这可能与湖泊的水化学特征、地理位置、气候条件等因素有关。
这些因素影响着湖泊的生态环境，从而影响微生物的生存和繁衍。
五、结论本研究通过深入分析巴丹吉林沙漠湖泊的水化学特征以及其内部的细菌和古菌群落，揭示了这一独特生态系统的运行机制。
研究结果表明，巴丹吉林沙漠湖泊的水化学特征对微生物群落的构成和分布有着重要影响。
同时，这些微生物在维持湖泊生态系统的平衡和功能方面发挥着重要作用。
《2024年巴丹吉林沙漠淡水湖和盐湖沉积物微生物群落结构与功能研究》范文
《巴丹吉林沙漠淡水湖和盐湖沉积物微生物群落结构与功能研究》篇一一、引言巴丹吉林沙漠，作为我国北方一片辽阔的沙漠，因其独特的自然环境，拥有丰富的湖泊资源。
其中，淡水湖和盐湖作为湖泊生态系统的关键组成部分，其沉积物中的微生物群落结构与功能研究对于理解湖泊生态系统的演替与维持具有重要意义。
本文将重点探讨巴丹吉林沙漠淡水湖和盐湖沉积物中微生物群落的结构与功能，以期为湖泊生态保护与修复提供科学依据。
二、研究区域与方法1. 研究区域本研究选取巴丹吉林沙漠的若干个淡水湖和盐湖作为研究对象，这些湖泊具有不同的地理特征和生态环境，为微生物群落的研究提供了丰富的样本。
2. 研究方法（1）样品采集：在各湖泊的不同区域采集沉积物样品，确保样品的代表性。
（2）微生物群落分析：利用高通量测序技术对沉积物中的微生物群落进行测序分析，了解群落结构。
（3）功能分析：通过生物信息学方法和分子生物学技术，分析微生物群落的功能。
三、巴丹吉林沙漠淡水湖沉积物微生物群落结构与功能1. 群落结构巴丹吉林沙漠淡水湖沉积物中的微生物群落主要由细菌、古菌和真菌组成。
其中，细菌是主要的微生物类群，包括放线菌、变形菌门、拟杆菌门等。
各湖泊之间的微生物群落存在一定的差异，这主要与湖泊的水质、底质、气候等因素有关。
2. 功能分析淡水湖沉积物中的微生物群落具有多种功能，包括碳、氮、磷等元素的循环、有机物的分解以及一些未知的代谢途径。
这些功能对于维持湖泊生态系统的平衡具有重要意义。
四、巴丹吉林沙漠盐湖沉积物微生物群落结构与功能1. 群落结构盐湖沉积物中的微生物群落与淡水湖有所不同，主要表现为耐盐菌类的丰富。
这些菌类主要包括嗜盐菌、耐盐菌等。
此外，古菌和真菌在盐湖沉积物中也有分布。
2. 功能分析盐湖沉积物中的微生物群落主要参与盐分平衡、有机物分解等过程。
由于盐湖的高盐环境，一些嗜盐菌通过分泌酶等物质，将有机物分解为简单的无机物，为其他微生物提供营养。
此外，这些微生物还参与维持盐湖的盐分平衡，对于盐湖生态系统的稳定具有重要意义。
《巴丹吉林沙漠淡水湖和盐湖沉积物微生物群落结构与功能研究》范文
《巴丹吉林沙漠淡水湖和盐湖沉积物微生物群落结构与功能研究》篇一一、引言巴丹吉林沙漠，位于我国北方，以其独特的地理环境和丰富的自然资源而闻名。
该地区分布着众多的淡水湖和盐湖，这些湖泊的沉积物中蕴含着丰富的微生物资源。
这些微生物在湖泊生态系统中发挥着重要的作用，对维持湖泊生态平衡、物质循环等方面具有重要影响。
本文将就巴丹吉林沙漠淡水湖和盐湖沉积物微生物群落结构与功能进行研究，以期为进一步了解该地区湖泊生态系统的功能和稳定性提供科学依据。
二、研究区域与方法2.1 研究区域本研究选取巴丹吉林沙漠内的若干个淡水湖和盐湖作为研究对象，这些湖泊分布在不同地理位置，具有不同的地理环境和气候条件。
2.2 研究方法本研究采用分子生物学和生物信息学技术，对巴丹吉林沙漠淡水湖和盐湖沉积物中的微生物群落结构进行研究。
具体包括以下步骤：（1）采样：在研究区域内选择合适的采样点，采集沉积物样品。
（2）微生物DNA提取与纯化：从沉积物样品中提取微生物DNA，并进行纯化。
（3）高通量测序：对纯化后的DNA进行高通量测序，获取微生物群落结构信息。
（4）生物信息学分析：利用生物信息学软件对测序数据进行处理和分析，包括序列比对、物种分类、群落结构分析等。
三、结果与分析3.1 微生物群落结构通过对巴丹吉林沙漠淡水湖和盐湖沉积物样品进行高通量测序，我们得到了丰富的微生物群落结构信息。
结果显示，在淡水湖和盐湖沉积物中，均存在着丰富的细菌、古菌和真菌等微生物。
其中，细菌是主要的微生物类群，其在不同湖泊中的种类和数量存在差异。
此外，我们还发现了一些具有特殊功能的微生物类群，如能降解有机物的细菌、能固定氮的蓝细菌等。
3.2 微生物群落功能通过对微生物群落结构的分析，我们发现不同湖泊中的微生物在功能上存在差异。
在淡水湖中，由于水体中含有较高的营养物质，因此微生物主要以分解有机物、提供营养物质为主要功能。
而在盐湖中，由于高盐环境对微生物的生长具有一定的限制作用，因此盐湖中的微生物主要具有耐盐、耐碱等特殊功能。
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本文由国际原子能机构TC 项目“河海大学院士基金项目”资助。
责任编辑:宫月萱。
第一作者:陈建生,男,1955年生,教授,博士,博士生导师,主要从事同位素水文学,渗流理论与探测技术研究;E -mail :j schen @hhu .edu .cn 。
巴丹吉林沙漠湖泊及其下游地下水同位素分析陈建生1) 凡哲超1) 汪集2) 顾慰祖1) 赵 霞1)(1)河海大学,江苏南京,210098;2)中国科学院地质与地球物理研究所,北京,100029)摘 要 本文通过环境同位素水化学等分析方法研究了祁连山北侧、龙首山、巴丹吉林沙漠、古日乃、拐子湖和额济纳盆地的泉水和井水的来源,揭示了巴丹吉林沙漠等下游地区的地下水来自于祁连山降水的补给,平均补给高程为3300m ,祁连山顶部存在大片裸露的灰岩地层,雪水融化后沿着喀斯特地层或山前大断裂补给到深部,穿过龙首山直接补给到巴丹吉林沙漠及其下游地区,在沙漠湖泊中发现的钙华与钙质胶结证明地下水经过了石灰岩地层,承压水通过越流补给到浅部含水层,通过蒸发量计算得到的地下水补给量接近6×108m 3/a ,承压水中地下水的年龄为20～30a 。
关键词 巴丹吉林沙漠 钙质胶结 环境同位素 承压地下水 湖泊Isotope Methods for Studying the Replenishment of the Lakes and DownstreamGroundwater in the Badain Jaran DesertCHEN Jiansheng 1) FAN Zhechao 1) WANG Jiyang 2) GU Weizu 1) ZHAO Xia1)(1)Hehai Un iversity ,Nanjing ,Jiangsu ,210098;2Institu te of Geol ogy and Geophysics ,CAS ,Beijing ,100029)A bstract I n this paper ,the sources of spring wa ter and well water on the no rthern side of the Qilian M ountain and in Lo ngshou M ountain ,Badain Jaran Desert ,Gurinai ,G uaizi Lake and Ejina Basin are studied by the methods of environmental iso topes and w aterchemistry .T he g roundwater in dow nstream areas such as Badain Jaran Deser t is found to be recharged by the precipitation of the Qi -lian M ountain ,with the average recharge elevation being 3300m .Lots of naked limestone lay ers ex ist at the top of the Qilian M oun -tain .The melted snow water of the Qilian M ountain infiltrates into the deep lay er ,passes through the karst strata o r large faults in f ro nt of the mountain ,and directly recharges Badain Jaran Desert and its downstream areas via the Long shou M ountain .T he calcare -ous cement and travertine found in the lakes of the desert prove that the groundw ater passes through the limestone layer .Confined w ater recharges the shallow aquifer by means of leakage .T he calculation of the evapora tio n amount show s that the groundw ater recharge volume is six hundred million cubic meters per year ,and the age of the confined g roundwater is 20～30y ears .Key words Badain Jaran Desert calcareous cement and traver tine environmental isotope co nfined groundw ater lake 通过稳定同位素、水化学、水文地质等方法进行的额济纳盆地与古日乃草原地下水的补给源调查研究已经取得了初步的成果:调查研究中发现额济纳盆地的地下水与巴丹吉林沙漠的地下水同出一源,是由巴丹吉林沙漠补给到古日乃和额济纳盆地的,而且与黑河水不存在相关关系。
研究发现,额济纳盆地与古日乃草原存在多含水层结构,额济纳盆地承压水的水头高出潜水位约60m ,承压水通过越流补给潜水。
在国际原子能机构的支持下,研究中对巴丹吉林沙漠及其周边地区的承压地下水中的同位素δD 、δ18O 、3H 、CFC (氟里昂)、温度、电导、水化学进行了测试,并做了钻孔中人工同位素测定地下水流速、流向等试验。
通过试验与分析初步确定了承压地下水的来源、补给量和补给通道等,为进一步的深入研究奠定了基础。
此次工作通过水-岩相互作用和CFC 证据,确认额济纳盆地地下水的补给年龄只有30a 左右,是完全可以开发利用的。
1 祁连山、巴丹吉林沙漠、拐子湖、古日乃水文地质概况 祁连山主要是由前寒武纪变质岩系、早古生代这两个时期的各种变质岩系构成。
前寒武纪期间,祁连山曾作为原始古地台的一部分与华北台块联成一个整体。
震旦纪初开始下沉,形成NWW —SEE2003年12月24卷6期:497-504 地 球 学 报AC TAGEOSCIEN TICA SINICA Dec .200324(6):497-504的向斜,并与阿尔金山震旦纪海相通。
寒武纪初期,这个向斜块断上升而形成古祁连山,其南北两侧成为早古生代向斜。
加里东运动早期,北祁连块断的向斜开始迥返,晚期,这个地槽普遍迥返并发生强烈褶皱作用。
以垂直上升和断裂为主的华力西运动,造成了早生代地层的隆起和凹陷。
华力西期以后,祁连山就再未遭受海侵。
自中生代以来,祁连山区一直以NWW —SEE 方向的块断运动占优势,白垩纪末尤盛。
这种断裂最后导致狭窄地垒式山岭和宽广地堑式谷地相间的地形。
与此同时,NE 走向的构造线活动也很频繁。
因此,许多山间盆地呈菱形,若干大河谷实际上由一连串菱形盆地组成。
第三纪末,古祁连山基本上已被夷平,深部寒武纪等岩石裸露于地表,其中有大量的灰岩地层(图1)。
第四纪期间,祁连山同整个青藏高原一起经历了阶段性的大幅度整体上升,山体又获得了巨大的高度,致使山区河谷发育多级阶地(兰州冰川冻土研究所,1985)。
寒武纪等古老的灰岩暴露在祁连山走廊南山和老龙岭一带冰雪覆盖的区域,在山前有数条EW 向的深大断裂,研究发现这些断裂仍在活动(史基安等,1999)。
最新的同位素数据显示,巴丹吉林沙漠及其下游的地下水都是来自祁连山顶部附近的雪水,在祁连山老龙岭、南山走廊的雪水融化后并没有形成径流补给到黑河,而是直接渗入至灰岩地层或通过山前的深大断裂汇入灰岩溶蚀层,因为黑河水和形成径流的雪山融水的δ18O 、δD 的值都偏大,平均为-8‰和-50‰,缺少雪山顶部的融水补给(δ18O 和δD 在-10‰和-80‰以上)。
在祁连山与龙首山之间是河西走廊,黑河为发源于祁连山的内陆主要水系之一。
龙首山、合黎山、北大山的北边就是著名的巴丹吉林沙漠。
巴丹吉林沙漠位于阿拉善高原,海拔1000m 以上,境内包括巴丹吉林、腾格里和乌兰布和三大沙漠,其中巴丹吉林沙漠的面积最大,接近5×104km 2,高程在1200～1700m ,是中国的第三大沙漠,以世界上最高的沙丘著称,沙山的高程平均超过300m ,最高的达到500m ,在高大沙山之间存在144个湖泊,湖泊的水域面积达到了33km 2。
沙漠及其以北的降雨量稀少,仅为39mm /a ,蒸发量超过了3000m m /a ,仅湖泊群表面的蒸发量就高达108m 3/a ,最大湖泊图1 祁连山走廊南山和老龙岭一带大片灰岩裸露及山前深大断裂示意图Fig .1 A sketch o f naked limestones and deep big fault in front of Qilian Mountain at Z oulangnanshan M ountain and Laolong Ridge1-硅质岩及灰岩(中早寒武世黑茨沟组);2-基性、中基性火山熔岩夹薄层板岩及灰岩(早奥陶世阴沟组);3-碎屑岩夹泥岩、泥灰岩(早白垩世新民堡群下沟组);4-变凝灰质砂岩夹硅质岩和结晶灰岩(黑茨沟组);5-白云质灰岩(蓟县纪花石山群克素尔组);6-白云质灰岩、硅质灰岩、局部角砾状灰岩、碎屑泥灰岩(五个山组);7-板岩夹灰岩(中堡群);8-浅变质中基性-中酸性火山岩夹厚-薄层灰岩、角砾状灰岩、泥灰岩(扣门子组);9.中基性-中酸性火山岩夹灰岩(晚奥陶世扣门子组);10-砂岩夹泥灰岩(大红山组);11-上部灰岩;下部粉砂岩夹泥灰岩(早石炭世臭牛沟组);12-粉砂岩夹灰岩、泥灰岩(臭牛沟组);13-粉砂岩、板岩夹灰岩、泥灰岩(泉脑沟山组);14-河流;15-断层1-s il icate l imestone ;2-basic volcanic rock and paper slate and l imestone ;3-clastic rock and argill aceous limestone ;4-tuff s andstone and silicate rock and crystal l imestone ;5-dolomite ;6-dolomite ,s il icate l imestone and l ocal gravel l imestone ,clastic argillaceous limestone ;7-sl ate and limestone ;8-limestone ,gravel and argillaceous limestone ;9-volcanic rock and limestone ;10-sandstone and argillaceous l imestone ;11-l imestone ;dusty sandstone and argillaceous limestone ;12-farinose s andstone ,limestone andargill aceous limestone ;13-farinose s andstone ,s late and limestone and argillaceous l imestone ;14-river ;15-fault498地 球 学 报2003年的面积为1.5km2,水深为16m。