地下流体地球化学参数是进行地震前兆观测的重要指标。大量的观测研究表明，地震的孕育、发生过程中常伴随地下流体地球化学异常变化[1-4]，但是这些异常变化与地震活动并非一一对应[5-8]。要提高利用地下流体地球化学指标进行地震活动监测的可靠性，首先要对观测到的地下流体异常信息做“科学评估”，寻找观测到的流体异常中的真正地震前兆[9]。这需要深入研究地震地下流体泉点的地球化学特征及其变化，研究地震地下流体泉的物质来源，探讨泉流体地球化学变化特征及其与泉周边的地震活动间的关系。新04泉作为国家基本水化一类台，在地震监测预报中有着重要作用[10-12]。从新04泉CO2溶解气异常特征分析认为，其差分和从属函数的最大异常量与近场5级以上地震的震中距基本成正比关系，从而能提高地震地点预测的精度。H2溶解气异常特征分析认为，该测项的异常形态主要为高值突跳，优势发震时间为3个月内。新10泉也曾在多次地震中被证明是具有一定映震能力的地下流体测项[13-14]。例如新10泉的15个测项中, 有10个测项分别在不同的地震前出现过前兆异常，为寻找地震异常提供了更为丰富的依据。通过对新10泉溶解气的变化特征进行研究，认为来自深源的CH4、He异常形态表现为趋势性中短期异常，深、浅源的混合气体CO2则以中短期异常为主。本文中通过分析测试新疆乌鲁木齐新04和新10两泉的流体地球化学特征，研究此两泉流体的物质来源，试探讨该两泉流体地球化学变化特征及其与周边地区发生的地震间的关系。

1 地质概况

乌鲁木齐地震构造区包括乌鲁木齐附近的活动构造，主要有柴窝堡盆地南缘断裂、西山断裂、王家沟断层组等。1900年以来发生过6次4.7级以上地震，其中5级地震2次，6级地震2次，最大地震为1965年乌鲁木齐6.6级地震，其后该区以5级地震活动为主，最近发生的是2013年8月30日乌鲁木齐5.1级地震。该研究区分布有多处泉，其中新04、新10泉流体地球化学异常的频率及幅度较高。

新04泉位于乌鲁木齐市水磨沟公园内，地质构造上处于乌鲁木齐山前拗陷带水磨沟背斜北翼。北东方向延伸的水磨沟—白杨南沟断裂与一近南北向分支断裂在温泉区交汇。该泉含水层为二叠系油页岩，硅质砂岩层，温泉沿分支断裂呈近南北线状出露，主要为温水露头。地层为灰色、灰黄色泥岩、砂质泥岩、砂岩、砂砾岩、炭质页岩夹煤层及菱铁矿。新10泉位于乌鲁木齐南部的柳树沟—红雁池断裂带上，泉水沿基岩裂隙中涌出，含水层为二叠系砂岩、砾岩，泉水承压性能良好，水量丰富，动态稳定,水温年变化甚微。泉口出露地层为二叠系砂泥岩、砾岩、灰岩夹少量油页岩，该泉所处地层上部为黄绿色、灰黑色泥岩、泥质粉砂岩、钙质硬砂岩夹灰岩、砾岩，下部为灰色、灰绿色硬砂岩、砂砾岩、泥岩、泥灰岩(图1)。

环境温度对矿化垃圾反应床稳态运行性能具有较大影响，主要表现在影响污染物去除性能及床体水力渗透性能2个方面。

  

图1 研究区地质及采样点分布图Fig.1 Geology and sampling point distribution map in the study area

2 分析方法和测试结果

分别于2012年10月、2013年5月和9月对新04、新10两口泉进行流体地球化学采样。水温(T)、电导率(EC)和pH值运用便携式温度计和pH计进行现场测定。水样水化学分析利用Dionex ICS-900离子色谱仪及AS-DV自动进样器测定水中阴阳离子浓度，精度为0.000 01 ‰，误差小于5%；水中HCO3-和CO32-通过酸碱滴定测量。水样氢、氧同位素(δ18O和δD)在中国科学院兰州地质所使用Picarro L1102液态水同位素分析仪测试，δ18O和δD使用V-SMOW作为标准，测试误差分别为0.1‰和0.5‰。碳同位素分析是由Delta Plus XL质谱计完成，13C /12C的精度为0.2‰。两泉的测试结果见表1。

 

表1 新04、新10泉水样的物理、化学参数表

  

采样点数据时间(年-月)pH温度/℃TDS/mg·L-1EC/us·cm-1K+/mg·L-1Na+/mg·L-1Ca2+/mg·L-12012-108.1214.36997.91557010.741490.79139.38新04泉2013-057.5614.06745.32613015.001542.2772.412013-098.2214.67904.73663315.371607.33102.712012-108.7511.41336.0914212.25289.87261.92新10泉2013-058.2111.01304.1615821.75316.0339.152013-097.8511.01296.0615371.86311.1938.07采样点数据时间(年-月)Mg2+/mg·L-1F-/mg·L-1Cl-/mg·L-1SO42-/mg·L-1HCO3-/mg·L-1δ18O(‰)δD(‰)2012-10362.723.07611.733173.441548.69——新04泉2013-05160.263.13717.543258.031352.98-10.37-74.702013-09185.403.00790.033675.531324.67-10.69-75.582012-1037.102.20117.05310.02362.46-11.25-87.23新10泉2013-0534.432.40153.59383.50305.72-11.96-89.212013-0933.692.41155.06370.69320.36——

  

图2 新04、新10泉水样的δD-δ18O关系图Fig.2 δD-δ18O relationship of new No. 4 and new No.10 spring water samples

3 分析与讨论

3.1 新04、新10泉泉水来源

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图3 新04、新10泉水样的Piper图Fig.3 Piper diagram of new No. 4 and new No.10 spring water samples

另外，新04、新10泉水样的主要离子均为Na+和SO42-，其次为Ca2+、Mg2+和HCO3-(表1)。根据苏卡列夫水化学类型分类方法，该两口泉的水化学类型可划分为Na(Mg)-SO4和Na(Ca)-SO4(HCO3)(图3)。

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2H2S+7O2+2H2O→4SO42-+4H+

新04泉和新10泉水样的δD、δ18O均落在全球大气降水线附近，表明两泉的泉水主要接受大气降水的补给，并且两泉在顺断裂及裂缝深循环过程中与围岩间发生了一定程度的水岩作用(图2)。同时可以看出，两泉2013年9月的氢氧同位素测试结果比2013年5月的结果均有一定程度向左侧偏移，尤其是新10泉测试结果偏移量较大，而在两次采样之间恰好于8月30日发生了乌鲁木齐5.1级地震，根据方特斯1976年的研究表明，δ18O的向右迁移意味着该水样的水岩反应有所加剧[15-17]，根据这一研究结果，可以推测新04泉和新10泉在乌鲁木齐5.1级地震前水岩反应有所增强，水岩作用过程中的氧同位素交换导致了大气降水δ18O的升高，并在地震之后，反应程度逐渐减弱，从而氢氧同位素测值又逐渐回归大气降水线附近。

(1)

2NaAlSi3O8+2H++SO42-→H2AlSi3O8+2Na++SO42-

中学阶段是学生良好阅读习惯形成的重要时期，但从实际情形来看，大多数中学生受到课业负担的压力，同时缺乏对名著阅读的兴趣，课余时间都用来做题或者玩游戏、看电视，很少有学生能静下心来阅读经典名著。此外，许多学生为应付考试，选择阅读老师准备好的压缩名著，以求快速了解名著的主要内容与人物形象，这种阅读缺乏深度，长此以往反而会给学生的阅读能力带来负面作用。

(2)

  

图4 新04、新10泉水样的图Fig.4 Na·1 diagram of new No. 4 and new No.10 spring water samples

在新04、新10泉水样的三角图中(图4)，其水样均位于的一端，属于未成熟水，说明新04泉和新10泉水样均未达到饱和状态，水岩作用仍在进行之中。另外，从测试到的泉水温度范围(表1)来看，两泉的水温均较低，表明该两泉水的循环深度较浅，循环速度较快，从而致使导致此两泉泉水与围岩间的水岩反应程度较低。

3.2 新04、新10泉气体来源

根据新04、新10泉分别于2012年10月和2013年5月测得的2组气体组分数据，绘制CO2-He·102-N2三角图(图5)，可以看出同一泉水的气体组分数据变化较小，新04、新10泉溶解气主要落在N2一端，靠近大气溶解气(ASW)，但又明显不同于大气值，并呈现出向CO2一侧靠近的趋势。不同来源的气体具有不同的同位素组成，根据测试出碳同位素结果和气体来源的判识指标比对[18-19]，可以得出，两泉中的CO2主要为有机和无机的混合。从两泉的含水层岩性及化学成分等资料分析，该地区沉积岩层中包含有碳酸盐岩，水岩反应过程中无机作用产生的CO2主要通过碳酸盐分解产生的二氧化碳，化学反应公式如式(3)和(4),

在地球上的He主要有3种来源：(1)大气中的He，其3He/4He值为1.39×10-6；(2)地壳中的He，其3He/4He值为2.0×10-8；(3)地幔中的He，其3He/4He值为1.1×10-5。通常以R(样品的3He/4He比值)与Ra(大气3He/4He比值，即1.4×10-6)之比，即R/Ra来表示氦同位素的特征，R/Ra<1是壳源氦的特征，而R/Ra>1则说明有幔源氦的加入[20-21]。新04泉和新10泉气样的3He/4He比值均小于大气值(表2)，这表明，新04、新10泉的He均具有壳源氦的特征，为大气来源与地壳来源He的混合，且新04泉以地壳来源He的混入为主(表2)。

4.3 大力开展绿色防控技术 在全州大力开展绿色防控技术，建议从3个方面入手，一是合理的生态调控，选择具有抗病虫害的烟草品种进行种植，种植区域合理布局，加强水肥及田间卫生管理。二是积极推广生物防治，在全州推广蚜茧蜂防治烟蚜技术、积极试验示范推行蠋蝽防治烟青虫和斜纹夜蛾技术。三是积极开展物理诱控，在全州推广性诱剂防治斜纹夜蛾、烟青虫技术。通过以上绿色防控技术，达到减少化学农药使用的效果。

CaCO3+SO42-+2H+→Ca2++CO2+H2O+SO42-

在采样过程中，两泉均可闻到浓烈的臭鸡蛋气味，表明泉水逸出气中的H2S气体含量较高，而还原性H2S气体对大气降水深循环过程中与围岩间水岩反应具有促进作用，这可能也是新04、新10泉水化学类型形成的主要原因，其具体化学反应公式如式(1)和(2),

(3)

MgCO3 +SO42-+2H+→Mg2++CO2+H2O+SO42-

在2012年10月～2013年8月期间，乌鲁木齐地区200 km范围内3.0级以上地震共发生14次(图6)，其中发生在2013年3月29日的昌吉5.6级地震(距离乌鲁木齐约70 km)和2013年8月30日的乌鲁木齐5.1级地震使得该地区地震活动呈明显增强趋势。综合同位素和地球化学特征的变化发现，两个泉的地球化学参数出现较大幅度的上升或者下降均出现在乌鲁木齐地区在2012年10月以后的地震活跃期，这表明新04泉和新10泉的这些离子参数出现较大幅度的上升或者下降变化可能与这期间的地震活动有关，认为可能是地震孕育时，伴随着地下区域应力的集中，导致原本处于封闭构造中的流体的孔隙压力增大或孔隙塌陷，促使来自深部或者不同区域的流体混入，导致泉水出现水化学参数的异常变化。

为保障智慧交通管理系统的安全性、稳定性、可靠性，建立和实施的网络安全、数据安全、系统应用安全等的安全防范和保障体系.

(4)

  

图5 新04、新10泉气样的CO2-He×102-N2图Fig.5 CO2-He×102-N2 diagram of new No.4 and new No.10 spring gas samples

另外，从收集的乌鲁木齐水文地质背景资料中，新04泉和新10泉的含水层中含有油页岩和煤系地层，而含水层岩性又直接影响物质 迁移过程中气体组分的变化，因此有机作用产生的CO2主要可能来自油页岩或煤系地层有机热解作用产生。

在《世界遗产名录》中,欧美之外最具有代表性的矿冶文化遗产是位于日本岛根县的石见银山银矿遗址,石见银山遗迹及其文化景观的成功申遗为我国矿冶文化遗产保护提供了成功案例,我国可以借鉴其有效经验。至今,我国只有青城山—都江堰、大运河两处世界文化遗产属于工业遗产,没有一项矿冶文化遗产成功申遗,可以说中国矿冶文化遗产保护之路任重而道远。

 

表2 新04、新10泉气样的化学组分及其同位素参数表

  

采样点时间(年-月)溶解气含量(%)HeCH4CO2N23He/4HeR/Raδ13CCH4(‰)δ13CCO2(‰)新04泉2012-100.04511.2016.1371.304.34×10-80.031-21.66-14.592013-050.05011.7014.7468.706.30×10-80.045——新10泉2012-100.0250.1410.2087.301.92×10-70.140-34.64-10.742013-050.0200.1210.5887.606.90×10-70.493——

3.3 新04、新10泉流体地球化学变化

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云梦站在一边，目瞪口呆。她做梦都想不到母亲竟会产生如此疯癫的想法做出如此疯癫的举动，事情发展到现在，似乎母亲终于对呼伦一直以来对她的不满进行了反击。然母亲的反击是温柔的，平和的，甚至对呼伦和云梦，充满了慈爱的关怀。母亲就像一位武功高深莫测的老尼，面对呼伦的花拳秀腿，不躲不避，不急不恼，身形稳健，笑容可掬，只需如此轻轻一击，呼伦和她，立刻一败涂地，毫无还手之力了。

  

图6 2012年10月～2013年8月乌鲁木齐地区的3.0级以上地震M-t图Fig.6 M-t diagram of earthquake with Ms≥3.0 in Urumqi Region from October 2012 to August 2013

通过和第1次离子浓度的比对，以各自的第1批样品(2012年10月采集)的相应参数为基准，得出第2、第3次离子浓度的变化率。分析发现，新04泉水样的K+、Ca2+、Mg2+、Cl-浓度和新10泉水样的K+、Ca2+、Cl-、SO42-浓度在2013年5月和2013年9月出现了明显的变化(图7)，变化幅度大于20%，且此两次所采水样离子浓度出现变化的特征基本一致。

乌鲁木齐地处北天山山前逆冲推覆构造与博格达弧形推覆构造的交汇区，活动断层较发育，这就有利于应力在该区域的积累。因此，在地震活跃期，新04泉和新10泉水样中的Na+和Cl-都出现上升，可能是原本处于封闭构造中的流体的孔隙形变，混入来自深部区域的长期饱和的大气降水所致。从收集到的乌鲁木齐地质背景资料中得知，该地区沉积岩层中包含有碳酸盐岩和蒸发盐岩矿物，如方解石(CaCO3)、岩盐(NaCl)、芒硝(Na2SO4)等。前人研究表明，阳离子交换在地下水化学类型的形成一直占有重要地位，两泉水样中的Ca2+和Mg2+总体一直呈减小趋势，而Na+一直呈升高趋势，可能是由于泉水在沿流经区域中Ca2+、Mg2+和岩盐(NaCl)中的Na+发生了阳离子交换，导致岩盐的融滤作用加强，而方解石逐渐饱和，发生阳离子交换作用的反应方程式如式(5)和(6)，

  

图7 新04泉(a)、新10泉(b)水样的物理、化学参量变化图Fig.7 Changes in physical and chemical parameters of new No.4 and new No.10 spring water samples

Ca2++2NaX→CaX2+2Na+

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(5)

Mg2++2NaX→MgX2+2Na+

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(6)

通过对离子浓度变化的分析认为新04泉和新10泉同时出现多种离子浓度的较大趋势变化，可能与该地区周围的地震活动增强有关。

4 结 语

新04泉和新10泉泉水主要由大气降水补给，其水样水化学类型分别为Na(Mg)-SO4和Na(Ca)-SO4(HCO3)，主要来源于大气降水深循环过程中与围岩间的水岩反应所致，进一步从泉水饱和程度三角图中，得知这两泉均处于未饱状态，说明交替更新速度较快，具有较快反应地下信息的能力。新04泉和新10泉气样的CO2均为有机来源与无机来源的混合，无机成因的CO2主要通过水岩反应中的碳酸盐分解产生，有机成因的CO2主要来自有机矿物的热解作用产生；新04泉和新10泉的He均具有壳源特征，说明泉水沿裂隙的流经路线封闭性较好。新04泉和新10泉水样的离子浓度在2013年5月和2013年9月出现了明显的变化，部分离子组分的变化幅度大于20%，出现这些变化可能与该区域的地震活动增强有关，同时也是对地下动态信息的一个很好的反应。因此，通过以上地球化学特征研究除了能获得区域地球化学背景外，还能为监测周围地震形势提供参考依据，具有一定现实意义。

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