地下水系统中砷迁移富集过程的水文地球化学模拟

原生高砷地下水已给人类健康造成了极大威胁。近几十年来,国际上针对高砷地下水已开展了大量的研究工作,但由
于地下水系统中砷经历的复杂物理、化学及生物地球化学过程,使得地下水系统中砷浓度衰减和运移尚不能进行准确预测。在系
统总结前人研究工作的基础上,对控制地下水中砷迁移转化的主要物理、化学和生物地球化学过程(包括吸附/解吸、溶解/沉淀、
非氧化/还原和生物还原等)进行了系统总结。重点讨论了孔隙介质中砷的地球化学反应和运移机制的平衡与动态模型,即批反
应模型、运移模型、反应运移模型,以期为原生高砷地下水修复及高砷地下水开发指导提供科学依据。      

微生物介导下高砷地下水系统的氧化还原分带性概念模型

微生物活动对地下水水化学组分、氧化还原环境及砷的迁移转化有重要影响。研究高砷地下水系统的氧化还原分带性,有助于进一步理解微生物作用下地下水中砷的迁移转化规律,并为高砷地下水原位修复技术提供理论依据。在综述前人的研究成果的基础上,阐明了不同生物地球化学阶段砷的吸附、释放及固定过程,并刻画出高砷地下水系统的氧化还原分带性概念模型。在地下水环境中,微生物依次消耗(还原)溶解氧、NO-₃、Fe(Ⅲ)、SO2-₄和CO₂等组分,氧化有机物获取能量。在溶解氧和NO-3还原阶段,地下水处于偏氧化环境,此时Fe(Ⅲ)还原受到抑制,其负载的砷不会释放到地下水中;当Fe(Ⅲ)还原时,地下水处于还原环境,会导致与之共存的砷释放,形成高砷地下水;而当SO2-₄还原时,地下水处于强还原环境,产生的HS-与Fe2+形成的铁硫化物吸附或共沉淀砷,会降低地下水中的砷浓度。      

灌溉对非饱和带中砷迁移转化过程的影响

通过场地灌溉试验，探讨了灌溉活动对非饱和带中砷迁移转化过程的影响机理。结果表明:灌溉过程中非饱和带中砷的迁移转化受多个地球化学过程共同控制，非饱和带ｐＨ 值、Ｅｃ值、ＳＯ２－４ 和 ＨＣＯ－３ 与 Ａｓ的竞争吸附以及氧化还原条件的波动都会影响土壤孔隙水中砷的质量浓度。灌溉活动导致土壤处于相对还原环境，铁氧化物矿物还原溶解，被吸附或与之共沉淀的砷被释放进入水相，灌溉结束后，土壤逐渐恢复相对氧化环境，重新生成铁氧化物矿物，土壤孔隙水中砷以吸附／共沉淀形式被其固定。因此，通过改变非饱和带氧化还原条件导致铁氧化物矿物的沉淀／溶解是灌溉作用下非饱和带水体中砷迁移转化的主要原因。      

潜流带生物地球化学特征研究进展

潜流带(即地表水-地下水交互作用带)是位于地表水和地下水之间发生物质和能量交换的,具有物理、化学、生物梯度的饱和含水带。潜流带内发生着强烈的生物地球化学过程,在改善水环境质量和维持水生态系统稳定中发挥着重要作用。潜流带生物地球化学特征主要受河床沉积物结构特征、水文特征、环境特征、生物群落格局、物质输入等因素的影响,潜流带内C、N、P元素以及有毒金属元素(Fe、Mn、As、Hg等)会发生氧化-还原、吸附与解吸、沉淀与溶解、生物催化等生物地球化学过程。原位监测、数值模拟、原位培养和地球物理探测等技术是潜流带中生物地球化学过程研究中常用的研究手段。未来针对潜流带的研究可以从监测和数值模拟技术、河床沉积物变化特征以及微生物生态系统的结构和功能等方面进一步开展。     

灌溉活动对大同盆地表层土壤中砷迁移的影响

大同盆地是我国原生高砷地下水典型分布区。高砷地下水常被用作灌溉水源,灌溉回流对表层土壤中砷迁移和富集有着重要影响,但具体机制尚不清晰。通过场地灌溉模拟试验,并结合室内分析,探讨了灌溉活动对表层土壤中砷迁移转化的影响机制。结果表明,灌溉回流不仅导致地表土壤载砷量显著增加,而且引起潜水位快速上升。近地表还原性环境的强化使得含砷铁氧化物还原溶解增强,从而导致了砷的释放。此外,土壤孔隙水离子强度增加促进了离子交换态砷的迁移。灌溉停止后,伴随潜水位回落,氧化环境的增强有利于结晶态铁氧化物的形成,水砷通过吸附和共沉淀作用重新被铁氧化物固定。因此,高砷地下水灌溉通过改变近地表氧化还原环境可促进砷的迁移,砷和铁的输入最终导致表层土壤总砷和铁含量增加。      

沉积物岩性及水化学性质对水土界面氟迁移行为的影响

水土界面氟的迁移对高氟地下水的形成具有重要影响。以大同盆地典型氟中毒区为例,分析了不同岩性沉积物中的氟质量分数和形态分布特征,并通过室内静态实验,探究了水溶液的pH值、Ca2+、HCO-₃以及H₂PO-₄质量浓度对水土界面氟迁移的影响。研究结果表明,沉积物中不同形态氟按含量由高到低的顺序依次为:残余态氟≥铁锰氧化态氟>水溶态氟>有机束缚态氟>离子交换态氟;各形态氟在不同岩性沉积物中含量大小均表现为:黏土>粉质黏土>粉砂;在沉积物中,黏土矿物和方解石是主要的固氟矿物成分。溶液的pH值、Ca2+、HCO-₃以及H₂PO-₄质量浓度与氟在沉积物表面的吸附-解吸和沉淀-溶解平衡密切相关,沉积物对氟的吸附量随溶液pH值和HCO-3质量浓度增大而降低,随Ca2+和H₂PO-₄质量浓度增大而增大。      

早期成岩作用过程中硫酸盐还原反应研究进展

文章概述近年来早期成岩作用中硫酸盐还原反应研究的某些新资料和新成果 ,综合分析了各种沉积环境下的早期成岩作用中的硫酸盐还原反应。重点论述贫氧缺氧条件下的反应机制。并讨论了判别沉积环境的Fe -C -S的关系及黄铁矿的形成和碳酸盐的溶解、沉淀与氧化还原带的对应关系。简要讨论了早期成岩作用中硫酸盐还原反应的研究意义。     

华北平原浅层含氟地下水演化特点及成因

以华北平原浅层地下水中氟为研究对象,在收集历史资料、实地水文地质调查、取样分析的基础上,运用水化学图解、统计分析、水文地球化学模拟等方法,对比分析了历史阶段(1980～1985年)和现阶段(2005～2010年)F-质量浓度空间分布,探讨了现阶段华北平原浅层地下水中F-的空间分布特征、演化特点及成因。结果表明:现阶段高氟水的区域范围相比历史阶段明显增加;从山前冲洪积倾斜平原补给区(Ⅰ区),到中部冲积湖积平原缓慢径流区(Ⅱ区),最后到东部冲积海积滨海平原排泄区(Ⅲ区),浅层地下水中F-质量浓度呈低→高→低的变化;高氟水的水化学类型较为复杂,HCO3-和Na+富集的苏打型碱性水化学环境有利于F-的富集,而Ca2+、Mg2+则会抑制F-的富集;高氟水的形成与其迁移、赋存的环境条件有关,在Ⅰ区地下水中F-质量浓度主要受萤石溶解作用、F-解吸作用控制,在Ⅱ区地下水中F-质量浓度受蒸发浓缩作用、萤石溶解作用、方解石-白云石沉淀作用、F-解吸作用等控制,而在Ⅲ区高氟水主要受方解石-白云石的沉淀作用、F-解吸作用、阳离子交换吸附作用等控制。     

鄂尔多斯盆地东胜铀矿成矿作用研究

对东胜铀矿提出了物源、地层、古气候等3种成矿因素。岩相学与成矿矿物学研究表明,铀矿石中含有大量的方解石,并且长石与高岭石含量呈正相关,铀矿化与有机质也有一定的联系。结合铀矿地质特征初步分析认为,东胜铀矿是在氧化带铀元素以碳酸铀酰络合物搬运,在酸性介质条件下,还原带长石碎屑蚀变为高岭石,并有钙离子析出。当碳酸铀酰络合物从氧化带迁移到还原带,遇有大量钙离子时发生分解,出现铀矿石与方解石同时沉淀现象,有机质的还原作用也是铀矿沉淀的主要因素,经漫长的地质作用富集成工业矿体。     

江汉平原高砷地下水监测场水化学特征及砷富集影响因素分析

江汉平原高砷地下水的发现引起了广泛的关注,通过对该区高砷地下水监测场39个地下水样品的分析,揭示了高砷地
下水的水化学特征。同时,结合沉积物砷含量分析和高砷地下水的垂向分布特征,探讨了地下水中砷富集的影响因素。结果表
明,地下水水化学类型主要为HCO3-Ca·Mg型,pH 值为中性偏弱碱性,Fe、Mn质量浓度很高。25m深度的监测井水中砷质量
浓度最高,对应的沉积物中总砷质量浓度也较高。井水中浓烈的H2S气味,偏负的氧化还原电位,高质量浓度的NH4-N、溶解有
机碳(DOC)、HCO- ₃ 、S2- 与低质量浓度的NO- ₃ 、SO2₄- 均指示该区为典型的富含有机质的还原性地下水环境。该条件下沉积物
中有机物质的生物降解作用和铁锰氧化物、铁锰氢氧化物的还原是江汉平原高砷地下水形成的主要原因。      

湖相泥岩型铀矿有利成矿条件分析

近年来,在中国的二连盆地和鄂尔多斯盆地先后发现了湖相暗色泥岩中出现铀元素的异常富集且达到工业品位。为了进一步研究和开发湖相泥岩型铀矿,通过对国外黑色页岩型铀矿和湖相泥岩型铀矿研究成果的总结与分析,并结合目前对中国二连盆地努和廷铀矿、鄂尔多斯盆地南部延长组烃源岩铀富集已进行的初步勘查工作,认为湖相泥岩型铀矿成矿的有利条件包括:①充足且持久的铀源;②高含量的吸附剂与还原剂,吸附剂主要包括有机质和磷酸盐,还原剂主要为有机质和以黄铁矿为代表的硫化物;③低沉积速率和持续时间较长的缺氧环境;④氧化还原环境的突变,氧化还原边界的位置会直接影响铀成矿的位置;⑤有利的古地理条件,包括相对稳定的持续隆起的正地形和干旱、半干旱与潮湿周期性交替的气候。      

浙江主要铀矿类型与铀矿石的溶浸性能特征

浙江铀矿资源丰富 ,我国四大铀矿类型在省内均有发现。作为一种特殊的战略性矿产资源 ,在我国国防和核电工业具有重要的地位 ,研究铀矿石的溶浸特性 ,对于铀矿资源的科学利用 ,服务于经济建设具有现实意义。本文通过对我省主要铀矿类型的介绍和溶浸性能特征的研究 ,旨在对省内主要铀矿类型矿石的溶浸性能作出初步评价     

内蒙古克鲁伦凹陷伊敏组下段砂岩铀成矿条件、特征及成因

为查明内蒙古克鲁伦凹陷伊敏组下段砂岩铀成矿规律和成因,系统总结了内外部铀源、构造环境、岩性-岩相特征、后生氧化作用等关键控矿条件以及铀成矿特征,较精准厘定了目的层时代及其铀成矿年龄,进而构建了砂岩铀成矿模式。结果表明:克鲁伦凹陷的主攻找矿目的层为伊敏组下段,侏罗纪中酸性火山岩、海西期花岗岩、下白垩统伊敏组和地下水的U含量高,指示了内外部铀源十分丰富;目的层形成于断-坳转换期,发育扇三角洲相—滨浅湖相沉积体系,(水下)分流河道微相灰色砂体发育,岩性以含砾粗砂岩、砂砾岩为主,结构疏松,透水性好;原生砂体中富含碳屑及植物茎干,自身还原容量较高,是一套良好的含矿建造;该砂体普遍发育强烈的褐黄色面状古潜水(局部古潜水-层间)后生氧化作用,进而控制了矿体的形成和形态;矿体埋深一般小于150 m,每平方米U质量为0.46~1.00 kg,主要呈透镜状和似层状;铀矿化砂岩全岩U-Pb定年获得了(67.1±5.9)Ma和(63.7±5.2)Ma的等时线成矿年龄;结合凹陷构造演化史,建立了伊敏组下段4个阶段的古潜水-层间氧化铀成矿模式,即早白垩世早期成矿前富铀建造准备阶段、早白垩世中晚期含矿目的层形成阶段、古近纪主成矿阶段和新近纪成矿停滞保存阶段,并指出区内深部(500 m以浅)仍具有较好的古潜水-层间氧化带型铀矿成矿潜力。     

鄂尔多斯盆地后期改造与砂岩型铀成矿关系

依据鄂尔多斯盆地中新生代地层接触关系、沉积建造、构造变形、主要构造变动事件及同位素测年等资料,对盆地后期改造期次、类型及分布进行了分析。盆地改造作用发生于晚侏罗世以来,可分为晚侏罗世、早白垩世、早白垩世末—古新世、始新世—中新世及中新世末—现今5个阶段,改造形式包括抬升剥蚀、冲断褶皱、叠合埋藏、断陷分隔及热力改造等,并且在空间上有明显的不均一性。盆地后期改造与砂岩型铀成矿的关系密切。提出了晚侏罗世以来多期抬升剥蚀期控制着砂岩型铀成矿作用的发生形成,构造抬升(掀斜)区控制着铀矿的空间展布,而冲断褶皱、叠合埋藏、断陷分隔等改造作用使含矿层变形破坏、深埋或与地下水补给区分割,对铀成矿作用不利。     

砂岩型铀矿成矿过程中腐殖酸的化学作用

研究表明,腐殖酸在铀成矿过程中的化学作用受多种因素制约,如pH值、温度和离子强度等。由于腐殖酸和富啡酸结构中的一些单元与一些小分子的芳香有机酸相似,因此,利用小分子的芳香有机酸来代替腐殖酸,研究不同条件下腐殖酸对铀成矿的影响,并获得了不同形式铀的配合物,证明了铀在含腐殖酸环境中的赋存状态。     

湖南锡矿山锑矿区水环境中DOM三维荧光特征及其对锑污染的指示意义

溶解性有机质(dissolved organic matter, 简称DOM)是影响锑迁移转化的重要因素之一。湖南锡矿山锑矿是世界最大的锑矿, 水环境中锑污染情况严重。为查明锡矿山矿区水环境中DOM特征及其影响, 对锡矿山水环境样品进行三维荧光分析, 利用平行因子法提取水环境中天然有机组分, 分析荧光特征, 探究各组分之间与锑的相关关系。分析表明, 矿区水体环境中DOM以低腐殖化、陆源与微生物源混合来源为特点, 多数水样以陆源有机物为主。锡矿山锑矿区水体中包括了3种不同的组分: C1组分为陆源类腐殖质, C2组分为醌类腐殖质, C3组分为类蛋白质(酪氨酸); 水环境中C1组分相对含量最高, 地表水中C3组分相对含量高于地下水。研究认为, 存在以下途径影响地下水环境中锑的释放: ①类蛋白质组分与锑的络合促进锑的溶解释放; ②腐殖质组分与锑的直接络合。低锑地表水中天然有机组分相对含量受稀释作用的影响, 高锑地表水中天然有机组分相对含量对锑的来源有一定的指示作用。      

长江中游沿岸地下水中铵氮与磷的共存规律及其控制因素

长江中游平原区面临着一系列严重的地质环境问题，其中地下水铵氮和磷的问题十分突出，但目前对于二者共存规律的认识还十分薄弱。以长江中游沿岸故道区为典型研究区，对采集的地下水样品进行了水文地球化学分析，并综合运用因子分析和随机森林模型探讨了铵氮和磷的赋存规律。结果表明:地下水整体处于还原环境中，NH₄-N的质量浓度为0.03~71.0 mg/L（均值9.92 mg/L），P的质量浓度为0.02~3.38 mg/L（均值0.51 mg/L）。地下水中高浓度的铵氮与磷均主要为天然成因，但铵氮与磷的迁移富集过程存在差异:铵氮的迁移富集与含氮有机质矿化过程密切相关；磷的迁移富集与铁氧化物或氢氧化物的还原性溶解密切相关，而含磷有机质矿化是磷富集的次要过程。Eh很低的地下水环境易产生高浓度铵氮的地下水，相对中等的还原环境会产生高浓度的磷但通常不会伴生高浓度的铵氮；当地下水中S2-，DOC，I均处于相对较高的浓度水平时会伴生大量的铵氮，而磷的浓度在很大程度上受控于Fe2+浓度；当DOC，I和Fe2+浓度都高时，通常会出现铵氮和磷浓度都较高的现象。      

伊犁盆地水文地质条件与铀成矿的关系

砂岩型铀矿是一种水成矿产,研究盆地水文地质条件与铀成矿的关系对揭示铀成矿规律和预测铀成矿靶区十分重要。以伊犁盆地为例,根据盆地地下水系统演化特征分析了不同地质时期铀成矿的水动力条件,运用水文地球化学测试技术分析了地下水化学特征及铀成矿的水化学条件,结合铀矿勘探钻孔资料,统计分析了铀储层及其内部层间氧化带的发育特征与铀矿分布的关系,揭示了盆地内部不同部位、不同时代铀储层的铀成矿水文地质条件的差异以及铀成矿的有利区段。结果表明:空间上,盆地西南部构造稳定,铀储层规模大、连续性好,铀成矿作用的持续性好,具有最有利的铀矿富集的水文地质条件;东南部次之,北部的铀成矿条件最弱。各铀储层中,西山窑组的铀成矿条件最好,八道湾组次之,小泉沟群最弱。      

浅析土壤理化性质对元素迁移转化的影响

相同含量的元素在不同理化性质(土壤的酸碱度、有机质等)的土壤中,可表现出完全不同的地球化学行为,从而影响元素的转化和作物对元素的吸收。本文通过分析土壤与农作物介质中元素的生态地球化学效应,对根系土-玉米籽实、根系土-小麦籽实之间元素的迁移转化影响因素进行了研究,发现有机质、酸碱度与土壤中各元素之间有一定的相关性,其成果对于区域土壤地球化学资料在农业营养施肥、环境质量评价等方面具有重要的指导意义。