华北平原原生富碘地下水系统中碘的迁移富集规律:以石家庄-衡水-沧州剖面为例

高碘地下水是继高砷、高氟地下水之后的又一全球性饮水安全问题,但对地下水系统中碘的赋存形态及迁移富集机理研究尚显不足.为了解华北平原地下水系统中碘的空间分布特征及迁移富集规律,选取石家庄-衡水-沧州典型水文地质剖面,完成地下水样品采集,分析其水化学组成、总碘含量及碘形态组成特征,同时运用phreeqc完成水文地质剖面地球化学反向模拟及相关矿物饱和指数计算,定性定量表征水流场内所发生的水文地球化学过程,进而深入探讨上述过程对地下水系统碘迁移富集的影响.结果表明,区域内地下水中碘含量变化范围为3.35~1 106.00 μg/L,其中,41.86%样品碘含量超过《水源性高碘地区和地方性高碘甲状腺肿病区的规定（GB/T19380-2003）》所界定的150 μg/L国家标准;空间上,高碘地下水主要分布于渤海湾区;地下水中碘的主要赋存形态为碘离子及碘酸根离子,其分布受氧化还原环境控制,碘酸根离子主要出现于氧化环境中;沿地下水流向,地下水环境朝利于液相碘迁移富集的方向演变;渤海湾区,海水入侵影响下形成的偏碱性、（弱）还原环境,利于碘从沉积物中迁移释放至地下水中;碘在不同铁矿物相上的搭载能力及氧化还原环境演化导致的铁矿物相转化,是造成华北平原地下水系统中碘迁移富集的主要水文地球化学过程.      

华北平原与大同盆地原生高碘地下水赋存主控因素的异同

原生高碘地下水在我国有广泛分布,为查明不同区域地下水碘赋存机理的异同,通过选取我国大同盆地以及华北平原为代表性区域,完成区域地下水样品系统性采集及水化学、碘形态测试工作,对区域地下水水环境及其演化特征完成详细刻画.结果表明:大同盆地地下水总碘含量为2.86~1 286 μg/L,华北平原地下水总碘含量为2.40~1 106 μg/L,分别约有50.0%及49.5%地下水碘含量超过（GB19380- 2016）《水源性高碘地区和高碘病区的划定》中界定的100 μg/L国家标准.地下水水环境特征表明,在大同盆地,第四纪河湖相沉积所形成的,富含有机质、偏碱性、还原性、Na-HCO₃型水环境,利于赋存于固相介质上的碘以碘离子的形式进入地下水中,沿地下水流向,富集于盆地中心排泄区;在华北平原,由第四纪6次海侵形成的冲湖积、海积松散沉积物中富含Na、Cl、I等元素,其偏碱性、还原性、Na-Cl型水环境及低水力坡度的平缓地形利于赋存在固相介质上的碘以碘离子的形式进入地下水,沿地下水流向富集于沿海排泄区.控制两个地区高碘地下水形成的相同因素是偏碱性及偏还原的地下水环境,且该环境下碘的主要赋存形态均为碘离子,但大同盆地高碘地下水形成主要受富有机质环境影响,而华北平原高碘地下水形成的主要受富碘的海相沉积控制.      

内陆盆地区高碘地下水的成因分析：以内蒙古河套平原杭锦后旗为例

针对内陆盆地区高碘地下水的成因问题,在典型地区--内蒙古河套平原杭锦后旗系统采集了25个地下水样和3个地表水样,分析了地下水中的I、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO2-4、HCO-3、As、Fe、Br、pH、Eh等指标。应用因子分析和多元线性回归分析方法,对内陆盆地区高碘地下水的成因进行了分析。结果表明：地下水中碘含量为31.84～1 289.57 μg/L,高碘地下水主要分布于研究区北部地下水流相对滞缓的排泄带附近、地下35 m的范围内,水化学类型以碱金属非重碳酸型为主;地下水中碘可能来源于狼山中元古代狼山群沉积物或平原区第四纪浅层沉积物;沉积物中的Fe2O3和有机质在低Eh条件下(Eh<-30 mV)分别发生还原性溶解和分解,吸附在其上的碘随之被释放到地下水中。另外,沉积物中的碘在高Ca2+和弱碱性条件下吸附作用较弱,这也间接促进了碘在地下水中的富集。相对而言,有机质分解更为普遍,但Fe2O3的还原性溶解对碘富集影响更为强烈。该成果进一步深化了对内陆盆地区高碘地下水形成机制的认识,并为当地饮水安全和生态安全提供科学依据。     

塔里木盆地南缘绿洲带地下水砷氟碘分布及共富集成因

由于地表水资源稀缺,地下水是塔里木盆地南缘绿洲带重要用水水源,因此,系统查明该区地下水砷氟碘的分布及成因至关重要。基于塔里木盆地南缘绿洲带233组地下水水样检测结果,分析不同含水层中高砷、高氟和高碘地下水的空间分布及水化学特征,结合研究区地质、水文地质条件和地下水赋存环境进一步揭示影响地下水砷氟碘的来源、迁移与富集的水文地球化学过程。结果表明:地下水砷、氟、碘浓度变化范围分别为1.091.2 μg/L、0.0128.31 mg/L、10.02 637.0 μg/L。地下水高砷、高氟和高碘水样分别占总水样的7.3%、47.2%和11.6%,砷氟碘共富集占比为3.0%。砷氟碘共富集地下水主要分布于研究区中部的民丰县,水化学类型主要为Cl·SO₄-Na型。自补给区至过渡区再至蒸发区,地下水氟、碘浓度明显增大,砷浓度在过渡区和蒸发区均较大;砷氟碘共富集地下水取样点主要分布于36.060.0 m深度的浅层承压含水层中。浅层地下水受蒸发作用和矿物溶解沉淀作用的影响,随砷氟碘富集项的增多而增大。第四纪成因类型中风积物对氟浓度的影响较大,洪积-湖积物对砷和碘浓度的影响较大。细粒岩性、平缓的地形、地下水浅埋条件、偏碱性的地下水环境、微生物降解作用下有机质介导的矿物溶解是利于砷氟碘共富集的主要机制。     

塔里木盆地南缘浅层高碘地下水的分布及成因:以新疆民丰县平原区为例

塔里木盆地位于欧亚大陆腹地,远离海洋,地下水是塔里木盆地南缘重要的供水水源,查明该区浅层地下水中碘（I-）的分布及成因至关重要.基于新疆塔里木盆地南缘的民丰县平原区44组浅层地下水水样,综合运用水化学图解法、数理统计法和GIS技术,分析潜水和浅层承压水水化学特征、碘的空间分布及高碘地下水的成因.结果表明:民丰县平原区浅层地下水中碘的富集和贫乏共存;潜水和浅层承压水I-含量范围分别为≤730 μg/L和≤183μg/L,潜水水样中缺碘水、适碘水、高碘水和超高碘水占比分别为19.4%、69.4%、5.6%和5.6%,浅层承压水水样中缺碘水、适碘水和高碘水占比分别为12.5%、75.0%和12.5%,潜水中缺碘水和超高碘水均高于承压水.从山前倾斜平原到细土平原,地下水中I-含量呈明显上升趋势.高碘水和超高碘水水化学类型主要为Cl·SO₄-Na型和Cl-Na型.除水文地质条件和偏碱性的地下水环境外,研究区潜水碘主要受强烈的蒸发浓缩作用、第四系全新统沼泽堆积物和矿物溶解沉淀的影响,浅层承压水碘主要受矿物溶解沉淀及还原环境的影响.      

中国典型地区高碘地下水分布特征及启示

长期饮用高碘水(150μg/L)将对人体造成危害。中国有12个省市存在高碘地下水,主要分布在干旱半干旱内陆盆地区、冲洪积平原区和沿海地区,黄淮海平原是高碘地下水的主要分布区,在分析华北平原、淮海流域平原高碘地下水分布特征及成因的基础上,指出地下水中的碘主要是海洋碘通过大气输入,受此影响近海地区含水层碘含量往往较高;由河湖相地层组成且富含有机质、粘土矿物和铁铝氧化物的含水层有利于碘的富集;呈中-碱性的灰岩风化层土壤也有利于碘的富集,其中的碘通过水循环进入地下含水层,形成高碘地下水区。在此基础上,针对《生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)》碘限值规定的缺项和《地下水质量标准(GB/T14848-93)》碘限值规定的不足,提出了地下水质量标准中碘限值修改的建议。     

沧州地区地下水碘分布特征及其成因浅析

碘是合成甲状腺激素的重要原料,碘缺乏或摄入碘过量均会诱发甲状腺类疾病,饮水碘含量以及日常配碘对于甲状腺疾病有着重要的影响。已有资料显示华北平原东部地区为地下水高碘地区,然而,具体的分布情况及成因尚不清楚。本研究在沧州地区选择东光-南皮-沧州市-青县典型剖面开展了地下水碘分布及配碘情况调查,共采集了61组地下水样品进行碘化物含量分析,分析显示深层地下水相对浅层地下水碘化物浓度分布有较好的规律性,并且黄骅坳陷区深层地下水中碘含量明显高于沧县隆起区地下水碘含量。结合水文地质条件、构造运动、古气候条件等,分析认为自第四纪以来发生的六次海侵运动导致地层中大量存在富碘的海生动植物,受环境条件变化的影响,碘逐渐由分子态转化为离子态,进入地下水中,使深层地下水中碘化物浓度升高,不同的区域地下水淋滤及聚集条件也成为控制地下水中碘化物浓度分布的主要因素。同时结合配碘调查结果提出在沧州市祝庄子村以北的地下水高碘区,由于以地下水作为主要供水水源,应停止食用加碘盐。该项成果对于保护居民身体健康,防止甲状腺类疾病的发生具有重要的意义。     

长江中游故道区高碘地下水分布与形成机理

高碘地下水(碘浓度大于100μg/L)广泛分布于我国沿海地区和干旱内陆盆地,威胁近千万人口的饮水安全,但目前对湿润区河湖平原地下水中碘的分布与成因机制的认识还十分薄弱.通过采集长江中游故道区75组浅层地下水样品和7组地表水样品进行了水化学分析,查明了地下水中碘的空间分布特征,并运用主成分分析识别了碘富集的水环境要素和水...     

湖南新田岩溶地下水碘分布特征及其控制因素分析

在湖南新田县部分岩溶区发现高碘地下水,威胁着周边居民的饮水安全,查明该区域地下水中碘的分布特征及其控制因素具有重要意义。采集新田县66组泉水样和45组井水样,采用水化学图解法、主成分分析法和GIS技术,分析了泉水和井水的水化学特征,查明了地下水中碘的空间分布特征,剖析了碘富集的主要控制因素。研究发现泉水与井水中碘含量分别为2.7～92.8μg·L^-1和4.15～3 861μg·L^-1,其中,53.3%井水样品碘含量超过《水源性高碘地区和高碘病区的划定》(GB 19380-2016)标准中的界定值100μg·L^-1。受沉积环境、pH、Eh和地下水径流条件影响,高碘地下水主要沿着一条NE-SW向的河谷分布,从峰林谷地地区到地势低洼的河谷平原地带,地下水碘含量整体随着径流条件变差呈现逐渐增加的趋势。海相沉积所形成的富碘富有机质地层是高碘地下水形成的地质基础,发生有机质降解和竞争吸附的弱碱性偏还原环境是导致碘被释放到地下水中的主要因素;此外,水流滞缓的封闭地下水环境也是控制高碘地下水形成的重要因素。     

“水文地球化学研究进展”主题专辑目次

这本专辑由沈照理教授（1932—2020）的生前挚友、学生以及学生的学生共同发起,以纪念他90周年诞辰。1952年中国地质大学建校伊始,沈照理教授即来校任教,并一直奋战在教学、科研第一线。他曾任国务院学位委员会地质工科和环境科学与工程学科评议组成员、中国地质学会水文地质专业委员会副主任委员、环境地质专业委员会副主任委员、地质矿产部教育司主管的水文地质课程指导委员会副主任委员。他作为中国水文地球化学的主要奠基人之一,构建了学科体系的基本框架,出版了《水文地球化学》基础教材,前瞻性地对地下水污染、地质环境与人体健康、矿泉水和古水文地质等方面的实际应用问题进行了探索。从20世纪80年代开始带领我国学者参与水岩相互作用系列国际学术会议和相关领域科学研究,在2004年国际水岩相互作用会议上获得“中国水岩相互作用之父”称号。 沈照理教授的学术成就主要体现在以下四个方面：（1）在我国率先开展地下水中氮污染及氮循环机理方面的系统研究,对地下水中氮元素的归宿有了较为全面的认识;（2）倡导和推动我国水岩相互作用研究,提出在水岩相互作用研究中应关注环境问题,使水岩相互作用研究获得了更广阔、更持续的发展空间;（3）建立了古水文地质条件的分析方法,阐明了在不同古水文地质条件下地下水在金属成矿、油气成藏中的作用;（4）较早开展了地下水污染的调查、监测、评价和修复方面的研究,为我国地下水污染的研究起到了示范和推动作用。这些成就为近年来我国水文地球化学领域的人才培养和科技创新奠定了坚实基础,根深叶茂,桃李芬芳。可以告慰沈照理教授的是：他开辟或倡导的学术方向已经并将继续取得长足进步,从本专辑收录的论文,即可部分地看到这些进步。 本专辑共分为三个专题。其中“水文地球化学进展”专题共7篇论文,该专题在继承沈照理教授水文地球化学研究的基础上,研究领域向岩溶关键带、地下水地表水界面和地球深部等领域进行了拓展。专题以《高碘地下水成因与分布规律研究》一文为开篇,系统总结了不同的环境水文地质条件下高碘地下水成因模式,利用大数据模型预测了全国高碘地下水赋存情况,开展了地下水系统中有机碘形态定量表征、碘的水文地球化学行为微观机理识别和迁移活化过程定量模拟研究,为供水水质安全和预防水源性高碘甲肿提供重要的科学依据。紧随其后的是《深部水文地质研究的机遇与挑战》,对深部地下水分布与循环理论研究、深部地下水作用下地热与锂资源成藏、深部地热干热岩与页岩气等清洁能源开发、深部咸水层CO2地质封存、地质储能等方面涉及的深部水文地质研究现状和未来趋势进行了系统总结,提出储层非均质性刻画、热源机制、深部资源能源可持续开发技术、人工干预下深部资源环境演变特征、水力压裂诱发地震以及断层对流体触发的敏感性和触发过程演变等是未来很长一段时间内应给予重点关注的关键性问题。另5篇论文分别从水文地球化学进展、岩溶关键带水文地球化学进展、区域地下水污染调查评价综合研究、地下水典型氧化还原敏感组分的研究热点和趋势、氡在地下水地表水相互作用中的应用5个方面进行了系统总结并分析了未来发展方向。 本专辑的“水岩相互作用研究”专题共8篇论文,该专题除聚焦于沈照理教授关注的天然劣质水成因外,将水岩相互作用的研究思想和研究方法向岩溶碳汇领域扩展。其中《城镇化地区高砷地下水的赋存特征》《塔里木盆地南缘绿洲带地下水砷氟碘分布及共富集成因》《化隆—循化盆地不同类型高氟地下水的分布及形成过程》《华北平原高氟地下水中稀土元素分布和分异特征》《黄河三角洲浅层地下水盐分来源及咸化过程》5篇论文阐述了孔隙地下水中地质背景天然劣质水的成因以及人类活动驱动的影响;《普定岩溶水碳循环模拟试验场水体双碳同位素特征与碳足迹》《天津平原区浅层地下水水化学特征及碳酸盐风化碳汇研究》《湿润亚热带典型白云岩流域的岩溶无机碳汇强度》3篇文章从水岩相互作用的机理分析了岩溶区碳汇的形成过程。 本专辑的“地下水环境保护”专题共有8篇论文,该专题延续了沈照理教授将水文地球化学和水岩相互作用的原理应用到含污染物地下水系统研究的思想,并通过微生物技术的融入丰富和发展了该研究思想。这部分论文中提到的主要污染物涉及了有机污染物（《污染场地原位热修复技术与能效分析》《微生物场影响下的场地有机污染物迁移转化初步研究》《天津平原区加油站地下水石油烃污染特征及其生物降解机理研究》）、无机污染物（《高氯酸盐自然衰减的柱实验研究》）和放射性物质（《砂岩含水介质中铀的吸附和迁移行为研究》）等,涵盖了场地调查评估、室内模拟实验、数值模拟（《基于图像法的多孔介质双分子反应溶质运移IM-ADRE模拟》）和场地技术应用的环节,从物理、化学和生物视角（《准饱和地下水中驱替速率圈闭气体饱和度和准饱和渗透系数的关系》《长江经济带某石化场地中污染物分布与微生物特征》）提出了地下水中污染物迁移转化修复机理和技术。 值此专辑出版之际,感谢所有作者（包括论文未在本期刊出的）、审稿专家、廖福博士和编辑部同志所付出的辛勤劳动。我们坚信,沈照理教授开创的科学事业一定能够代代相传,一定会结出累累硕果！     

Distribution,genesis, and pollution risk of ammonium nitrogen in groundwater in an arid loess plain,northwestern China

Nitrogenous pollutants from intense human activities have become serious environmental and health problems worldwide, particularly in groundwater source areas used for public water supply. To investigate the genesis and pollution risks associated with elevated concentrations of ammonium nitrogen in a groundwater source area, investigations were undertaken in the Jinji groundwater source area, located in an arid loess plain in northwestern China where 16 groundwater samples were collected from an aquifer used for water supply. The investigation indicated that high concentrations of ammonium nitrogen originated mainly from: infiltration of water from the Yellow River; livestock; and the discharge of industrial wastes. Measured parameters including pH, the permanganate index and the oxidation reduction potential could be used as important indicators of the genesis of ammonium nitrogen. A modified DRTCLN model was applied to the observed distribution of ammonium nitrogen to assess pollution risk of regional groundwater. The model was optimized by rebuilding the index system, and the analytic hierarchy process was used to calculate the rating scale of each index. A Monte Carlo simulation was performed to analyze the uncertainty of results of the risk assessment. The result showed that the risk value is relatively low in most areas of the groundwater source area. Only an industrial area in the southwestern part of the groundwater source area was classified as high risk; it should be the key factor of pollution control.     

大同盆地地下水中碳硫同位素组成特征及其对碘迁移富集的指示

为深入探究地下水系统中影响碘迁移转化的主控水文生物地球化学过程,对大同盆地典型高碘地下水区完成样品采集,分析地下水样品基础理化性质及碳硫同位素组成特征.结果表明,大同盆地地下水碘含量变化范围为14.40~1 030.00 μg/L,高碘地下水（I>100 μg/L）主要分布在盆地中心排泄区.地下水中溶解性无机碳的δ13C_DIC值变化范围为-12.11‰~-9.79‰,硫酸盐δ34S_SO4值介于4.04‰~16.63‰.δ13C_DIC和DOC之间存在较明显的正相关关系,表明有机质的微生物降解过程是区域地下水无机碳的重要来源之一.同时,δ13C_DIC与δ34S_SO4一定的负相关关系表明硫酸盐是有机质微生物降解过程中潜在电子受体之一,且地下水水环境以偏还原环境为主.高碘地下水表现出低δ13C_DIC、高δ34S_SO4的同位素特征,表明有机质的微生物降解过程是控制地下水中碘迁移释放的主要过程之一,与该过程相伴而生的碘形态转化进一步促使碘以碘离子的形式在偏还原的地下水环境中发生富集.      

Review: Safe and sustainable groundwater supply in China

Exploitation of groundwater has greatly increased since the 1970s to meet the increased water demand due to fast economic development in China. Correspondingly, the regional groundwater level has declined substantially in many areas of China. Water sources are scarce in northern and northwestern China, and the anthropogenic pollution of groundwater has worsened the situation. Groundwater containing high concentrations of geogenic arsenic, fluoride, iodine, and salinity is widely distributed across China, which has negatively affected safe supply of water for drinking and other purposes. In addition to anthropogenic contamination, the interactions between surface water and groundwater, including seawater intrusion, have caused deterioration of groundwater quality. The ecosystem and geo-environment have been severely affected by the depletion of groundwater resources. Land subsidence due to excessive groundwater withdrawal has been observed in more than 50 cities in China, with a maximum accumulated subsidence of 2–3 m. Groundwater-dependent ecosystems are being degraded due to changes in the water table or poor groundwater quality. This paper reviews these changes in China, which have occurred under the impact of rapid economic development. The effects of economic growth on groundwater systems should be monitored, understood and predicted to better protect and manage groundwater resources for the future.     

邯郸东部平原地区饮用高碘地下水对人体危害的初步研究

碘是与人类健康关系最密切的一种微量元素，是首批被人类确认的生命元素之一。人体含高碘或缺碘都是有害的。我们对邯郸东部平原地区８个县面积７４６４ｋｍ２的５３眼井地下水采样的测试结果发现，该地区的地下水属于含高碘地下水。碘的含量最高为６６０μｇ／Ｌ，平均含碘达１３１．３５μｇ／Ｌ。“河北省地方病”杂志１９８７年１～２期报导本地区成安县李家畈发现高碘地方性甲状腺肿。高碘对人体的危害是引发高碘甲状腺肿、高碘性甲亢、甲状腺炎、高碘诱发甲状腺癌等甲状腺疾病。因此，应积极控制高碘的摄入量，预防高碘饮水对人体的危害并积极开采高碘矿泉水用于缺碘病人补碘的治疗。     

大同盆地沉积物REE分布特征及其对碘富集的指示

大同盆地是典型的干旱-半干旱内陆盆地,盆地中部地下水碘含量异常,对当地饮用水安全造成了严重威胁.对盆地高碘地下水分布区沉积物组成及稀土元素(REE) 进行了地球化学研究,结果表明,地下水系统呈弱碱性(pH值为7.18~9.64) 的偏还原环境,沉积物多为Ce正常或轻微负异常及Eu负异常;沉积物中碘含量为0~1.78×10-6;ΣREE含量较高,ΣLREE/ΣHREE比值为2.79~4.14,即富集轻稀土元素(LREE) 而亏损重稀土元素(HREE).ΣREE与碘含量呈负相关关系,虽然铁氧化物/氢氧化物矿物的还原性溶解可导致二者的释放,但由于沉积物有机质产生的低结晶矿物对碘的强吸附性,使沉积物中碘含量较高;弱碱性环境中REE的再吸附过程会导致沉积物中富集LREE;沉积物中碘含量与氧化还原敏感组分TOC、U、V及[Eu]_N的关系也表明,地下水系统的氧化还原条件及有机质含量是影响碘富集的重要因素.