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
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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
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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
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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
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油气田水中氢氧同位素分析新技术及应用
油气田水中氢氧同位素分析新技术及应用陶成;刘文汇;杨华敏;把立强【摘要】We described a new and simple on-line pyrolysis method for the analysis of δ18 and δD in oil-and-gas field water by continuous flow EA-IRMS. The sample water was converted into CO and H2 in glassy carbon tube which was filled with glassy carbon granules at high temperature (1 450 ℃). And then, CO and H2 were separated in GC column prior to transferring into the ion source of the Isotope Ratio MS for sequential determination of hydrogen and oxygen isotopes of the sample by magnet switching. This method performed dual measurements of δ18O and δD from a single sample, and had high efficiency and good productivity. Using this method, we measured some water samples from gas fields in the Sichuan Basin. The results showed that the water of Triassic Xujiahe Formation was the mixture of marine sedimentary and ancient meteoric water.%采用元素仪—同位素质谱计联机装置(EA-IRMS)对油气田水中氢氧同位素组成进行在线分析.样品水在高温(1450℃)裂解炉内与玻璃碳粒反应生成H2和CO,经过色谱分离,并被载气带人质谱计.根据二者不同的保留时间,设定磁场转换,依次测定氢氧的同位素组成.该方法一次进样即能完成氢氧同位素的测定,效率高、重复性好.将该方法应用于四川盆地天然气田水样的分析,结果显示三叠系须家河组地层水可能存在古代大气降水和海源沉积水的掺和.【期刊名称】《石油实验地质》【年(卷),期】2012(034)002【总页数】4页(P199-201,206)【关键词】氢同位素;氧同位素;油田水;四川盆地【作者】陶成;刘文汇;杨华敏;把立强【作者单位】中国科学研究院兰州油气资源研究中心,兰州730000;中国石油化工集团公司油气成藏重点实验室,江苏无锡214126;中国科学研究院兰州油气资源研究中心,兰州730000;中国石油化工集团公司油气成藏重点实验室,江苏无锡214126;中国石油化工集团公司油气成藏重点实验室,江苏无锡214126;中国石油化工集团公司油气成藏重点实验室,江苏无锡214126【正文语种】中文【中图分类】TE135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CO2与水样在恒温条件下进行同位素交换平衡后，分析CO2的氧同位素组成［1］;而氢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［2］，其所用试剂往往具有放射性或毒性，前处理过程耗时费力、程序复杂，且具有明显记忆效应。
同位素新技术方法及其在天然气水合物研究中的应用
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田 １藩ｊ 蔓 中Ｂ （ Ｏ Ｈ） ５ 和 Ｂ（ ０ Ｈ 一 的相 对 古量和
‘ Ｂ值与 ｐ Ｈ值 的变 化 关 系
大 洋沉积 物 的粘 土矿 物晶格 中，从而 使与沉
积物平衡 的孔 隙水 富集 “ Ｂ 。 因此 ， 这一 过程
（ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｉ ｎ ｓ ．１ ９ ７ ５ ； Ｖｅ ｎ ｇ ｏ ｓ ｈ ｅ ｔ ａ １ ． ，１ ９ ９ ４ ） 。
ａ ｌ ， １ ９ ９ ５ ） 。但是在 有天然 气水合物 存在 的海
区， 实际 情况正好 相反 。例如 ， 在 墨西哥湾 沉
积海 盆中， 随深度 增加 ， 地 层建造 水的硼含 量 由 ２ ０ ×１ ０ 左 右 升高 至 约 ３ ０ ０ ×１ ０ ．而 ６ ｌ Ｂ值 由 ＋４ ０ ‰ 降至 ＋１ ２ ％ ｏ 。 随深度增 加， 沉 积 物中 自生伊利石 的硼含 量增 高， 并 与粘 土 矿 物的伊利石 化 程度 呈正 相关 （ 图２ ） 。研 究 表明 ，墨西 哥湾 沉积建 造水 中硼 含量增 高及
维普资讯
０ ． ３ ×１ ０ ～１ ． ２ ×１ ０ ～， Ｂ值 为 ＋５ ‰ ～ ＋１ ７ ‰ ，且从 浅 部 向深部 降 低。一个 沉 积岩 中提 取 的 干 酪 根 的 硼 含 量 为 １ ４ ０×１ ０ ，
ａ ） 自生 伊 利 石 的 硼
Ｓ ｍｖ Ｉ ９ ５ １ 硼 酸样 品。
自然界 中 Ｂ同位紊分 馏十 分大，８ ｌ Ｂ值 为． ４ ０ ％ ０ － ＋６ ０ ％ 。（ 蒋少涌 ，２ Ｏ ０ ｏ ） 。研 究表 明， 硼 同 位紊 的分 馏 完 全 受 控 于 体 系 中 Ｂ （ Ｏ Ｈ） ， 和Ｂ （ Ｏ Ｈ） ４ － 的相对 含量 。重 同位素 ｕ Ｂ富 集 在 Ｂ （ Ｏ Ｈ） 中 ， 而 轻 同位 紊 Ｂ富
水资源管理中的氢氧同位素技术研究
水资源管理中的氢氧同位素技术研究水，是地球上最基本的生命之源，也是人类生存所必需的基础物质之一。
随着全球人口不断增长和经济的迅猛发展，水资源的需求量不断增加，但是水源的可利用量却是有限的。
因此，对水资源的管理和利用成为了世界各国所面临的重要问题之一。
而在水资源管理领域，氢氧同位素技术被广泛应用。
氢氧同位素技术简介氢氧同位素技术是用氢氧同位素比值来研究水的性质和运动过程的一种方法。
因为不同来源的水在组成方面会有所不同，故而不同种类的水同位素比值也不尽相同。
通过对水样中氢氧同位素比值的测定，并结合氢氧同位素与环境参数（温度、降雨等）之间的关系，可以推断出水体的来源、水文过程以及水的补给来源等信息。
氢氧同位素技术已被广泛应用于水资源开发、水文过程研究、水污染控制、农业灌溉、生态保护等领域。
氢氧同位素技术在水资源管理中的应用氢氧同位素技术在水资源管理中的应用主要包括以下几个方面：1. 水循环研究氢氧同位素技术可以用来研究水的流向、水文过程以及水循环等问题。
例如，对于地下水补给来源的研究，可以通过分析地下水中氢氧同位素比值的变化来确定水的来源。
同时，利用氢氧同位素技术可以分析水的补给来源和补给时间，从而帮助制定合理的水资源管理和保护措施。
2. 水污染控制氢氧同位素技术还可以用来控制水污染。
因为不同的水污染物在水体中分布不均，也会对水体中的氢氧同位素比值产生影响。
因此，通过对水体中氢氧同位素比值的分析可以帮助确定水体中污染物的来源和迁移路径，进而实现对水污染的预测和控制。
3. 农业灌溉氢氧同位素技术可以用来研究农业灌溉水的来源和使用情况，从而实现对土壤水分和养分的管理。
例如，在干旱地区，通过对灌溉水中氢氧同位素比值的分析，可以判断灌溉水的来源和补给周期，从而合理使用水资源，提高灌溉效率。
4. 生态保护氢氧同位素技术在生态保护中也有重要应用。
例如，在海洋生态系统研究中，可以利用氢氧同位素技术分析海水中氢氧同位素比值的变化，从而研究海水运动和海洋生态系统的变化。
微量水氢氧同位素在线同时测试技术——热转换元素分析同位素比质谱法
微量水氢氧同位素在线同时测试技术——热转换元素分析同位素比质谱法刘运德;甘义群;余婷婷;刘存富;周爱国【摘要】水中氢氧同位素组成的时空差异性,为水循环、古气候环境反演、水源识别等研究提供了一种非常有效的技术手段.文章采用热转换元素分析同位素比质谱法(TC/EA-IRMS),实现了在线单次分析过程中同时测定微量水的δD和δ18O,用样量仅需0.2 μL;δD和δ18O的分析精度分别为0.81‰和0.06‰.通过分类测试(δD值相差小于50‰的水样和标准水列为同一类进行测试)等措施可消除记忆效应,同时实现对测试结果的精确校正,而无需准确标定参考气和测定H+3因子.【期刊名称】《岩矿测试》【年(卷),期】2010(029)006【总页数】5页(P643-647)【关键词】微量水;氢氧同位素组成;热转换元素分析同位素比质谱法【作者】刘运德;甘义群;余婷婷;刘存富;周爱国【作者单位】中国地质大学环境学院,湖北,武汉,430074;中国地质大学生物地质与环境地质教育部重点实验室,湖北,武汉,430074;中国地质大学环境学院,湖北,武汉,430074;中国地质大学生物地质与环境地质教育部重点实验室,湖北,武汉,430074;中国地质大学环境学院,湖北,武汉,430074;中国地质大学生物地质与环境地质教育部重点实验室,湖北,武汉,430074;中国地质大学环境学院,湖北,武汉,430074;中国地质大学生物地质与环境地质教育部重点实验室,湖北,武汉,430074;中国地质大学环境学院,湖北,武汉,430074;中国地质大学生物地质与环境地质教育部重点实验室,湖北,武汉,430074【正文语种】中文【中图分类】O628;O628.11;O657.63在自然界水循环过程中，同位素分馏导致水中氢氧同位素组成具有时空差异，这使得稳定氢氧同位素在地质学、水文学、水文地质学、大气科学、生态学等领域有着广泛的应用。
一般来说，氢氧同位素组成可以识别和量化水分来源、揭示水循环演化过程及形成机理，为研究植物代谢机制、古环境气候反演提供一种非常有效的技术手段[1-6]。
氢氧稳定同位素技术在水文学中的应用
1.2 同位素技术方法
1.2.1 同位素丰度及表示方式
反映同位素成分组成的指标有两种：同位素绝 对丰度、相对丰度.
绝对丰度是指某一同位素在所有同位素总量中的相对 份额.
相对丰度是指同一元素各同位素的相对含量,用百分 比来表示.
1.2 同位素技术方法
1.2.1 同位素绝对丰度
氢氧稳定同位素技术 在水文学中的应用
主要内容
1
同位素技术介绍
2 降水中稳定同位素地理效应
2 稳定同位素在水文学中的应用
1 同位素技术介绍
1.1 基本概念
同位素：质子数相同而中子数不同的原子称为 同位素.
特点：相同元素同位素的化学性质相同.
同位素的分类： 按照同位素是否衰变,可将同位素分为：放射性同位 素和稳定同位素. 按照同位素是否是由人工产生的,可将同位素分为： 天然同位素和人利用水中天然存 在的环境同位素〔如2H、3H、18O、14C 等〕来标记和确 定水的年龄、特征、来源及其组成；或者在水中加入放射 性含量极低的人工同位素作为示踪剂来确定水的运移和变 化过程.前者称为环境同位素技术,后者称为人工同位素示 踪技术同.位素技术已经发展为水循环 研究、水源判别、地表水与地下水 转换关系研究、水库坝底渗漏分析 等的一种十分有效的手段.
加速溶剂萃取-同位素质谱分析土壤水的氢氧同位素
加速溶剂萃取-同位素质谱分析土壤水的氢氧同位素朱庆增;孙青;苏治国;谢曼曼;宋军勇;单雅冰;王宁;储国强【摘要】Soil water is one of the most important components in hydrological cycle. The stable hydrogen and oxygen isotopes in soil water have been increasingly used in the ecological, environment and hydrological research. In view of different techniques for extracting soil water, there is significant difference in theδD andδ18 O composition. This paper presents a method for analyzing hydrogen and oxygen isotopes in soil water by using elemental analyzer and isotope ratio mass spectrometry with accelerated solvent extraction for sample pretreatment. The conditions are: extraction solvent: dichloromethane, temperature:100 ℃, pressure of 10. 3 MPa, static time:10 min. The samples were extracted three times, and with cycle values of four, four and three, respectively. Comparing with the added water, the deuterium and oxygen isotope values in the extracted soil water enrich 2. 12‰-4. 58‰ and 0. 17‰-0. 93‰, respectively. The reproducibility of replicate extr actions of soil water is around ±0. 89‰ for δD and ±0. 37‰ for δ18 O.%土壤水是水循环的重要组成部分,其氢氧同位素组成在生态学、环境学、水文学等领域有着广泛应用。
同位素示踪在油田注水调整中的应用
同位素示踪在油田注水调整中的应用吴迪;韩易龙;范颂文;于志楠;王海;王刚;马雪洋;高媛;张培信【期刊名称】《同位素》【年(卷),期】2003(016)001【摘要】在塔理木东河油田DH1-4-7、DH1-7-6井组进行了同位素示踪试验,通过井间同位素示踪剂的分析应用,基本弄清了注入水的推进方向和速度,了解了注入水的波及体积,修正了动态分析的部分认识,加深了对油藏的地质认识,对于油田注水调整起到了一定的指导作用,从而为油田的合理开发和调整提供了重要依据.【总页数】4页(P19-22)【作者】吴迪;韩易龙;范颂文;于志楠;王海;王刚;马雪洋;高媛;张培信【作者单位】塔里木油田分公司开发事业部,新疆,库尔勒,841000;塔里木油田分公司开发事业部,新疆,库尔勒,841000;塔里木油田分公司开发事业部,新疆,库尔勒,841000;塔里木油田分公司开发事业部,新疆,库尔勒,841000;塔里木油田分公司开发事业部,新疆,库尔勒,841000;中国原子能科学研究院同位素研究所,北京,102413;中国原子能科学研究院同位素研究所,北京,102413;中国原子能科学研究院同位素研究所,北京,102413;中国原子能科学研究院同位素研究所,北京,102413【正文语种】中文【中图分类】TE357.8;TE357.9【相关文献】1.同位素示踪剂测试技术在河11断块调整中的应用 [J], 刘志萍2.油藏监测在老油田注水综合调整中的深化应用研究 [J], 王俊3.铁氧化物氧同位素示踪原理及其在铁矿成因研究中的应用 [J], 骆文娟;孙剑4.同位素示踪技术在土壤硒素转化中的应用及硒素植物有效性研究进展 [J], 余丰源;蒋代华;李圣会;王世佳5.地质研究中同位素示踪技术的应用 [J], 杨兵因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
地下水资源的氢氧同位素示踪应用
地下水资源的氢氧同位素示踪应用地下水资源是人类社会赖以生存和发展的重要水源之一，同时也是维持自然生态系统平衡的重要组成部分。
为了更好地管理和保护地下水资源，科学家和工程师们一直在寻找有效的方法来了解地下水系统的运动、补给来源以及存在的问题。
其中，氢氧同位素示踪技术的应用在地下水资源研究中显得尤为重要。
氢氧同位素是地球水文循环中的重要组成部分，它们的组成特征可以揭示水体的来源、历史和运动轨迹。
水分子中的氢和氧原子存在着多种同位素。
最稳定的氢同位素包括氢-1（氢元素最常见的同位素）和氢-2（氘），而最稳定的氧同位素包括氧-16（氧元素最常见的同位素）和氧-18。
这些同位素的比例可以用来区分不同水体之间的差异以及向地下水系统的补给。
在地下水资源的氢氧同位素示踪应用中，主要有以下几个方面的研究内容：1. 确定水体来源和补给途径：地下水的来源可以包括降雨、蒸发、河流渗漏等。
通过分析地下水中的氢氧同位素组成，可以推断水体的补给途径和来源。
例如，氧同位素的组成可以揭示水体是否来自降雨，以及经过何种地质层之后才进入地下水系统。
2. 评估地下水补给量：了解地下水补给量对于有效管理和保护地下水资源非常重要。
通过分析地下水中的氢氧同位素比例，可以估算出不同水体的补给量。
这对于合理规划水资源的开采和利用具有重要意义。
3. 揭示地下水补给时间和补给过程：地下水的补给过程往往需要经过一段时间。
通过分析地下水中的氢氧同位素比例，可以确定地下水补给的时间和过程。
这对于了解地下水系统的水动力学过程以及水循环的持续性非常重要。
4. 检测地下水的混合：地下水系统中不同水体的混合往往会导致水化学性质的变化。
通过分析地下水中的氢氧同位素比例，可以检测和区分不同水体的混合情况。
这对于评估地下水的质量和控制水污染具有重要意义。
5. 追踪地下水的流动路径和补给源：地下水系统中的水流动常受地质构造和覆盖层的限制。
通过分析地下水中的氢氧同位素比例，可以确定地下水的流动路径和补给源。
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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
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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