长江与黄河黏土粒级沉积物地球化学特征及其物源指示意义

本文对长江与黄河口黏土粒级沉积物主微量元素的地球化学特征进行了研究。结果表明:长江相对富集Al、K、Fe、Ti等常量元素以及Cr、V、Li、Zn、Ni和Rb等微量元素,黄河以高Ca、Sr和Ba为特征;长江沉积物中稀土元素含量高于黄河沉积物,长江与黄河黏土粒级沉积物中稀土元素的分馏程度相同,均具有轻稀土元素富集、重稀土元素亏损的右倾的球粒陨石标准化配分模式,上陆壳标准化配分模式为中稀土元素富集,黄河沉积物的Ce负异常和Eu正异常程度较长江沉积物偏弱。长江沉积物中元素含量变化较大,而黄河沉积物中元素含量较为稳定。黏土粒级沉积物的稀土元素更接近其物源区,2μm的黏土粒级沉积物中的REE可以作为判识长江与黄河沉积物的地球化学指标。ΣREE、δCe可以作为长江、黄河入海沉积物的判别指标。长江与黄河黏土粒级沉积物的地球化学特征受源区岩石类型、化学风化、水动力分选等因素的控制。化学风化引起河流沉积物相对其源岩发生地球化学分异,水动力分选使矿物在不同粒级沉积物中富集,从而引起地球化学组成在不同粒级沉积物中的分异。     

椒江沉积物的重金属分布特征及环境评价

沉积物对水体中的重金属具有源和汇的双重作用。河流沉积物中重金属含量与相态分析是研究流域重金属元素循环,评价其生态危害性的基本方法。采用1mol/L的盐酸对椒江悬浮物和河漫滩沉积物进行淋滤,研究重金属(Zn、Pb、Cr、Cu和Cd)在酸溶相和酸不溶相中的分布特征,分析并揭示其主要来源和生态效应。椒江沉积物中Zn、Pb、Cu、Cd的含量明显高于浙东地区土壤背景值,酸淋出率60%,当环境条件发生变化时,酸溶相中的重金属易释放到水体中,具有较高的生态风险。相关性和主成分分析揭示,酸溶相中的重金属主要吸附、络合于有机质和铁锰氧化物中,其来源受工业、农业排放的控制。富集因子分析和潜在生态危害评价表明,椒江沉积物中Cd的富集程度最高,尤其在上游永安溪河段,Cd达到显著富集。而Zn、Pb、Cr、Cu均为轻度—中度富集。     

中国东南入海河流沉积物的稀土元素地球化学特征

系统采集了浙闽三条中小河流的代表性表层沉积物和悬浮物样品,用1N盐酸淋滤样品,研究稀土元素(REE)在酸溶及酸不溶相态中的组成特征。浙闽河流沉积物酸溶组分中的REE在总REE中的占比可达32%~82%,其中Fe-Mn氧化物和黏土矿物吸附态是细粒沉积物酸溶组分REE的主要赋存形式。浙闽河流沉积物酸溶组分的REE组成反映其遭受化学风化的信息;酸不溶组分主要由硅酸盐造岩矿物和稳定副矿物组成,尤其是锆石对REE组成有重要贡献。酸不溶相REE组成揭示,当地流域风化物质与潮流作用带入的长江源细颗粒是浙闽河口沉积物的主要来源。REE在风化及水动力分选过程中会发生分异,使得沉积物全岩组成不直接继承其源岩的REE组成特征,运用于物源判别时候需要慎重。中国东南河流沉积物显示Gd异常,这不是人类活动引起的Gd输入所致,而只反映中国东部物质的组成特征。     

冲绳海槽南段沉积物的元素赋存状态及其热液活动记录

为了解冲绳海槽南部沉积物的元素赋存状态以及热液活动对沉积物中元素组成的影响,对冲绳海槽南部沉积物岩芯HOBAB4-S2进行了全岩样及顺序提取分析,探讨了该沉积物岩芯中Al、Ti、K、Fe、Mn、Cu、Zn、Pb、Co、Ni及稀土元素的赋存状态,结果表明残留相与碳酸盐相是岩芯沉积物中元素的重要赋存形式,典型的碎屑组分Al、K、Ti在残留相中比例极高。铁锰氧化物相和有机结合相中各元素含量均相对较低,但在铁锰氧化物相中,与热液活动相关的金属元素在岩芯的萃取比例及含量上随着深度变化具有一致性,同时在4个层位出现了异常高值,表明在该层位对应的时期出现了热液活动对元素组成的显著影响,稀土元素总量变化上也可看出明显相同的变化趋势。沉积物的球粒陨石标准化稀土元素配分模式整体显示了轻稀土元素相对重稀土元素更富集的特征,具有极其轻微的Ce正异常和明显的Eu负异常,与南大西洋受热液活动影响较小的沉积物中铁锰氧化物相的配分模式类似,表明其受到热液流体的影响,是铁锰颗粒吸附海水与热液流体中稀土元素的结果。     

黄河水系沉积物碎屑矿物组成及沉积动力环境约束

黄河水系河漫滩沉积物的碎屑矿物组成研究表明,主要支流和干流沉积物中碎屑矿物组合基本相似,不同支流和干流不同河段的矿物含量不同,具有一定的区域分布规律。重矿物主要组合为不透明矿物-石榴子石-绿帘石-碳酸盐矿物和蚀变矿物。轻矿物的物源区指数难以可靠地反映黄河主要支流和干流不同河段碎屑矿物的物源差异;轻矿物成熟度指数在不同水系间的变化较复杂,中游沉积物低于上游与下游平原沉积物,它既体现沉积物物源的控制,又反映河流泥沙输运及沉积过程中的分选性差异。石榴石、不透明矿物及角闪石的含量变化主要反映悬浮泥沙的沉积分异程度以及不同水系的水动力强度。重矿物ZTR指数的区域分布特征一定程度上反映出不同沉积物的物源区分布。重矿物分异指数F清晰地揭示出由于区域水动力强弱变化导致特征碎屑矿物组成的沉积分异,因而,可作为研究单物源河流沉积动力环境和碎屑矿物沉积分异程度的指标。总体上,黄河碎屑矿物的含量变化并不完全受物源控制,而更主要地反映季节性的河流水动力强度与沉积环境差异,以及由此引起的碎屑矿物的重力分选作用,因此,在边缘海区运用碎屑矿物组成识别黄河入海物质的贡献时需谨慎。     

长江流域颗粒态金属元素的分布及其主要影响因素

为了解三峡工程建成后长江流域颗粒物的风化状况及颗粒态重金属的变化规律和污染程度,于2009年8—10月对长江干流及主要南、北支流悬浮颗粒进行采样调查。本文采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)对颗粒态常量金属(Al、Ca、Fe、K、Na)及重金属(Cr、Zn、Cu、Ni、V)进行测定。利用化学风化指数(CIA)估算长江流域颗粒物的风化程度,结果表明:长江干流的化学风化指数在62～75之间,风化程度下游高于上游,气温、岩石类型及地势是主要的影响因素。长江流域南、北支流颗粒物CIA平均值分别为71和66,主要受岩石类型和南北气候影响,与三峡工程前相比CIA值无明显变化。利用富集因子(EF)估算长江流域颗粒态重金属污染程度,结果表明:总体长江干流及北岸支流污染较轻,仅Cu、Zn处于中等程度富集。南岸支流湘江、螳螂川颗粒态Cu、Zn显著污染,主要受采矿及人为排污的影响。采用因子分析对干流上、下游颗粒态金属的组成进行来源分析,提取了三个因子,结果表明主要受自然来源影响,同时也受到人类活动(大坝拦截、排污)及化学风化影响。     

南大西洋热液沉积物的不同相态提取方法与元素赋存状态

本文对采自南大西洋受不同程度热液活动影响的表层沉积物样品进行了元素和矿物组成分析,并对热液沉积物的碳酸盐相、Fe-Mn氧化物相和残渣态进行了一系列顺序提取实验。选用不同浓度的盐酸羟胺(HH)和醋酸(HAc)混合溶液对样品的Fe-Mn氧化物相进行提取,通过分析不同实验条件下Fe-Mn氧化物相Ti/Nd、Ti/Pb比值和Fe-Mn氧化物相、残渣态的稀土元素(REE)标准化配分模式及Ce和Eu异常值,确定了不同类型热液沉积物样品Fe-Mn氧化物相提取的理想试剂条件均为0.5 mol/L HH和25% HAc混合溶液。研究结果表明,受热液活动影响程度越高,沉积物中Fe、Cu、Zn等元素含量越高,Ca、Sr、Ba含量呈相反趋势,Mn、Pb和REE未受到热液活动明显影响;随着受热液活动影响增强,Ca、Sr、Nd在Fe-Mn氧化物相中所占比例增加,在残渣态中降低,Mn、Co、Ni和Zn呈相反趋势,Cu在碳酸盐相所占比例增加,在残渣态中降低,Pb赋存状态不受热液活动影响,主要赋存于Fe-Mn氧化物相;REE主要赋存于残渣态,沉积物受热液活动影响越明显,残留相对REE富集能力越强,残渣态REE球粒陨石标准化配分模式表现为LREE相对富集越来越不明显的特征。本文研究为进一步了解南大西洋热液沉积物特征和热液活动对沉积物元素赋存状态影响提供了方法和地球化学数据支持。     

长江口海域表层沉积物重金属元素的潜在生态风险评价

根据三峡水库一期蓄水3 a后(2006年)长江口海域表层沉积物样品中元素(Cd,Cr,Cu,Pb,Zn,Al,As,Ca和Sr等)质量比和黏土组分百分含量,采用Hakanson潜在生态风险指数法,分析了长江口海域表层沉积物中重金属元素(Cd,Cr,Cu,Pb,Zn和As)的污染程度,评价了长江口海域表层沉积物的环境质量现状,定量分析了长江口海域表层沉积物的潜在生态风险程度,并结合2003年的资料,讨论了三峡水库一期蓄水3 a后长江口海域的环境变化。结果表明,长江口海域表层沉积物环境质量状况良好,6种重金属元素的污染程度排序为:AsCrCdZnCuPb;表层沉积物的潜在生态风险程度为"轻度",6种重金属元素的潜在生态风险程度排序为:CdAsCuCrPbZn。从区域差异来看,杭州湾口外泥质区和长江口外东北偏北海域表层沉积物中重金属元素(As,Cr,Zn,Cu和Pb)的污染指数和潜在生态风险指数均出现相对高值。从元素差异来看,Cd的污染指数和潜在生态风险指数高值区的分布明显异于其他重金属元素,说明Cd存在与其他重金属元素不同的富集机制,很可能是因为Cd更易受悬浮体浓度、有机质含量以及水体盐度的影响。与2003年的资料相比,三峡水库一期蓄水3 a后(2006年)表层沉积物总体潜在生态风险程度和重金属元素(除Cd之外)潜在生态风险指数的高值区均未发生显著变化。     

海底沉积物样品的化学物相分析及碳酸钙的测定

海底沉积物中碳酸钙的测定属物相分析．基于化学原理，选用不同的溶剂可选择性地将样品分为六个相：碳酸盐相、金属相、硫化物相、氧化物相、碳酸盐相．酸不溶残余相．只要准确测定碳酸盐相中Ca^2 离子的难度，即可知样品中碳酸钙的含量．     

苏北辐射沙洲岸滩沉积物元素地球化学记录的百年尺度环境变化

苏北辐射沙洲是分布于江苏岸外的典型沉积堆积体,受长江、黄河泥沙供给和近岸潮流动力的共同影响,发育了典型的粉砂淤泥质潮滩,沉积物元素可以记录潮滩环境变化的重要信息。在辐射沙洲岸滩采集了3个短柱沉积物岩芯,建立可靠的年代框架,采用高分辨率XRF元素扫描仪进行地球化学元素测试,选用XRF信号强度高的14种元素进行聚类和相关性方法提取环境信息,研究过去百年尺度人类活动和海岸环境变化下的苏北辐射沙洲岸滩沉积环境变化。结果表明,该区典型潮滩剖面岩芯沉积物中Si、Ca、As和Fe元素相对含量较高,且自北向南其含量不断增加,Mn、Ba、Cu和Zn元素含量较低,在所有剖面含量变化不大。在垂向上,Si、Ca和Fe元素变化趋势一致,而Ni、Zn和S元素在不同柱状岩芯中呈现与Si、Ca和Fe相反的变化趋势。相关关系和聚类分析显示,Si、Ca和Fe元素之间具有较高的相关性,即具有近似的地球化学行为和一致的物质来源;与元素Ni、Cu和Zn呈负相关,暗示了这几种元素与前者具有不同的地球化学行为。苏北辐射沙洲潮滩沉积物沉积环境发生了明显变化且在不同区域呈现不同的变化规律,物质来源、水动力环境、人类活动等因素是导致沉积环境变化的主要原因。     

Heavy metals in Changjiang estuarine and offshore sediments: responding to human activities

The Changjiang (Yangtze) estuarine and offshore sediments were analyzed for total heavy metals concentrations and chemical fractions.Distributions of heavy metals show typical banded diffusion pattern,with high concentrations near the river mouth and following a decreasing trend in the offshore direction.According to chemical fractions,Fe/Mn oxide fraction is the major non-residual fraction in the Changjiang estuarine and offshore sediments.Higher percentage of non-residual fraction of Pb implies that,the industrial contaminations transported via the atmosphere and river input,may affect the non-residual fraction of heavy metals.Over past fifteen years,the concentration of Pb normalizing to Al presents significant increasing trend,corresponding to the effect of human activities.By comparison of heavy metals fractions in 2003 to 2006,it has been realized that increasing water and sediment may cause a higher percentage non-residual fraction of Cu in the southern part of offshore muddy sediments.     

Chemical Associations of Heavy Metals in the Sediments near Bailonggang Sewage Discharge Outlet of Shanghai

The five chemical associations ofheavy metals have been extracted continuously using the Tessier extracting method.Results show that Cu,Pb,Fe,Zn and Cr in the sediments are mainly distributed in residual fraction,while the major chemical association of Mn is carbonates.Carbonate heavy metals are converted into Fe-Mn oxides in autunm.And in the low tidal flat,after carbonates have changed into ionic heavy metals,some of the elements are transported to the overlying water,Cu,Pb,Fe and Mn have good correlations with each other,and Zn,Cr also show their similarity of chemical behavior in the sediments.     

沉积物中重金属的归一化问题——以Al为例

沉积物的来源、粒度和矿物组成是影响重金属在动力沉积过程中的行为的最显著的因素,用某些参考元素（如Ａｌ、Ｌｉ等）归一化的目的是为了减小沉积物中重金属含量的波动,以揭示人文活动（例如污染）的影响。通过对国内一些河流沉积物中重金属的Ａｌ归一化结果的分析,认为在岩石的风化和变质过程中元素与Ａｌ的相对迁移能力的差异和各种生物过程均可使重金属的Ａｌ归一化值产生显著的变化,在某些情况下Ｍ／Ａｌ值并不一定能准确地描述人类活动对沉积物中重金属的影响。Ａｌ归一化仅能部分地校正粒度分布引起的重金属含量的变化,但不能消除矿物组成的影响。     

上海滨岸潮滩根际重金属含量季节变化及形态分布

用Zeeman－5000型原子吸收分光光度计火焰法测定了上海滨岸潮滩沉积物中Cu、Pb、Fe、Mn、Zn、Cr的总量及其5种地球化学形态含量，发现根际沉积物中的重金属含量一般低于表层沉积物，但在重金属含量水平上，均为Fe＞＞Mn＞Zn＞Cu，Pb，Cr；单因子方差分析表明重金属在根限沉积物中存在显著的季节变化（p＜0.05＝，Cu、Pb、Fe、Mn、Zn、Cr在高潮滩芦苇根限沉积物中的含量均在夏、秋季出现最低值或次低值，在中潮滩海三棱Biao草根际沉积物中的季节含量随采样地点不同而变化，但与同一地点表层沉积物中的含量相关性很好，除Cr（r＝0．18）外，相关系数（r）分别达到0．77、0．74、0．65、0．84、0．77；Cu、Fe、Zn、Cr在沉积物中均以残渣态含量为主，Pb、Mn的碳酸盐结合态含量较高，秋季各重金属元素的碳酸盐结合态与铁锰氧化物结合态之间发生形态上的迁移与转化。     

Heavy metals in particulate matter and sediments in the southern Barcelona sedimentation system (North-western Mediterranean)

Concentrations of selected heavy metals (Cr, Cu, Ni, Pb and Zn) from surface sediments, suspended particulate matter and settling particles in the southern Barcelona continental margin were studied in order to evaluate the environmental impact of the anthropogenic metals discharged by the Llobregat River in this Mediterranean area. The temporal variation of heavy metals discharged by this river onto the continental shelf is clearly related to the river water flow. Part of the fine sediment and associated heavy metals transported by the Llobregat River during periods of low river flow accumulate on the river bed, and they are totally removed and discharged onto the Barcelona continental shelf during sporadic river water flow increases. Metals produce significant anomalies of chromium (×2.5), copper (×3.4) and zinc (×3.7) in the surface sediments of the Llobregat prodelta and tend to be transported along the continental shelf following the mean flow. Metals associated with the finest suspended flocs transferred to the slope are controlled by the shelf-slope density front and are transported along slope by the general geostrophic current, instead of accumulating and becoming concentrated in the slope bottom sediments. Settling particulate matter collected in sediment traps on the Barcelona continental slope offshore of the shelf-slope front shows low heavy metal concentrations except in a few sediment trap samples that are significantly metal-enriched in chromium (×4.5) and zinc (×6.8). This enrichment is associated with very short and sporadic river flow increases and is only recorded inside the Foix submarine canyon, which acts as a preferential conduit for the shelf-slope sediment transfer.     

Heavy metals in surface sediments of Waiwhetu Stream,Lower Hutt,New Zealand

Abstract

Surface sediment samples (60 μm‐2 mm, and < 60 μm fractions) from the Waiwhetu Stream, Lower Hutt City, New Zealand, were leached with dilute HCl to remove the mobile heavy‐metal fraction. Cd, Cr, Cu, Pb, Zn, Al, Fe, and Mn analyses of the leachates show that sediments of the upper reaches area of the stream are generally uncontaminated. In contrast, sediments in the lower reaches area are highly contaminated, despite clean‐up measures in the late 1970s. Lead and Zn are the most significantly enriched metals with concentrations over 1000 mg kg^?1 adjacent to some drains. In the polluted zone, metals originate from either upward remobilisation from underlying sediment (contaminated in the early 1960s and 70s) or more recent industrial spillages. Similar trends exhibited by Cd, Cu, Cr, Zn, Pb, and Al indicate that a proportion of the metal enrichment downstream probably results from a naturally higher clay content of sediments near the mouth of the stream. Fe and Mn show reverse trends to the other metals, indicating that a high proportion of these two metals occurs in substrate different to that of the other metals. The orange brick‐coloured sediments of the upper reaches of the stream indicate oxides upstream; the black sediments in the lower reaches indicate sulphides downstream.     

A study on chemical forms of heavy metals in the sediments of Zhujiang River and its estuary

The five chemical bound forms of Fe, Al and Mn in sediments in the main channel of the Zhujiang River.and its estuary, namely, exchangeable, carbonic, oxidative, organic and residual (in crystal) forms, were determined. The method of sequential extraction was used for separating the five bound forms.The main chemical form of the three elements in the sediments of the Zhujiang River and its estuarine zone is the residual one. The exchangeable form exists only in a small fraction.Correlationships between the concentration of a certain form of heavy metals and Eh. pH and salinity were discussed. The principles of geochemistry are used to explain the mechanism of heavy metal transport in the river.It was also found that the distribution rule of the chemical forms of Fe, Al and Mn in sediments in the lower reaches of the Zhujiang River was similar to the one in the lower reaches of the Yamaska River.     

长江口及邻近海域表层沉积物中重金属元素含量分布及其影响因素

根据2003和2006年长江口及邻近海域表层沉积物样品的粒度组成和元素铬、铜、镍、铅、锌、铝、钙和锶的含量,分析了重金属元素含量的分布特征,探讨了含量的变化趋势及其对人类活动的响应。自2003年三峡工程一期蓄水完成到2006年6月,长江输沙量逐年减少,长江口海域沉积物中黏土的百分含量明显增加,但是沉积物分布的总体格局并没有发生明显的变化。重金属元素大多在泥质区沉积物中富集,高值区沿岸线呈带状分布,在最大浑浊带和口外羽状锋处达到峰值。在长江大量物质输入的背景下,研究区沉积物中重金属元素含量相对其他类似河口较低。河流的陆源颗粒输入、水动力条件、细颗粒物质的吸附以及絮凝作用是控制沉积物中重金属元素含量分布的主要因素,氧化还原条件也对重金属元素含量变化有一定的影响。人类活动(重大工程的建设和人为污染)对长江口外泥质区中重金属元素含量有重要影响,尤其对铅和锌的含量及其分布的影响显著。自2003年三峡工程一期蓄水以来,长江口海域表层沉积物中重金属元素沉积机制未有明显的变化,但是重金属元素含量有逐渐降低的趋势。     

渤海中部表层沉积物中重金属赋存相态及来源

近年来由于环渤海经济圈的快速发展,渤海接受了来自周边河流、沿岸排污及海上油气开采所产生的大量的重金属等污染物质,使得渤海的生态环境系统面临前所未有的压力。本文采用电感耦合等离子质谱仪（ICP-MS）对采自渤海中部的25个表层沉积物样品中的Cu、Co、Ni、Zn、Pb、Cr、Cd等重金属元素的含量和赋存相态进行了分析,探讨了重金属分布规律、污染状况及来源。研究结果表明,Cu、Co、Ni、Zn、Cr在渤海湾的近岸区域和渤海中部泥质区有较高的含量,而Pb和Cd则在整个研究区的含量都较高;表层沉积物中Cu、Co、Ni、Zn、Cr主要以残渣态形式存在,而Pb和Cd则具有较高的非残渣态含量;生态风险评价结果表明该区表层沉积物未受到Co、Ni、Cr的污染,Cu、Zn、Pb和Cd则为未污染-中等程度污染。重金属元素Co、Ni、Cr以自然来源为主,在沉积物中的分布主要受沉积物物质组成的影响,而Cu、Zn、Pb,尤其是Cd,则受到了人类活动的显著影响。黄河沉积物是研究区表层沉积物中重金属的主要来源,影响范围涵盖了本区大部分区域,但在研究区的北端受到滦河来源物质的影响,渤海湾和研究区中部则受到海河物质和大气沉降来源重金属的一定影响。     

长江口及邻近海域细颗粒沉积物中重金属的空间分布及沉积通量

长江每年输送大量的泥沙进入东海,其中细颗粒沉积物具有搬运距离远、扩散范围大的特点,成为示踪河口及近海沉积物源汇过程的良好载体。本文基于采自长江口及邻近海域的44个表层沉积物样品,分析了细颗粒组分中重金属的空间分布和沉积通量,探讨了重金属来源和搬运沉积过程。研究表明:长江口及邻近海域细颗粒沉积物中Cu、Cr、Ni、V和Zn含量、沉积通量的空间分布具有高度的相似性,总体表现为长江口及浙闽沿岸高,向外急剧降低;该区细颗粒沉积物中的重金属主要来自长江,入海后向两个方向扩散,其一为向西南方向扩散,沉积于内陆架泥质区;其二是向东的跨陆架输送,沉积于长江冲淡水影响的海域。从长江口向西南方向的输送和沉积是长江入海重金属最重要的汇。