大同盆地高氟地下水水化学特征及其成因

为查明控制大同盆地高氟地下水形成的主要地球化学过程,对大同盆地地下水高氟区31个水样进行了水化学特征及
因子分析研究。结果表明,研究区浅层和深层地下水中均检测出氟,且氟含量高,最大ρ(F)达10.37mg/L。该区高氟地下水以
Na-HCO3 型水为主,具有典型的富Na特征。PHREEQC饱和指数计算结果表明,地下水中萤石为不饱和状态,地下水中ρ(F)主
要受到萤石溶解影响。因子分析研究表明,水-岩相互作用、碳酸盐矿物溶解沉淀及Na-Ca离子交换作用是控制大同盆地地下
水氟富集的主要水化学过程。      

大同盆地高氟地下水的分布特征及形成过程分析

大同盆地是典型的高氟地下水分布区,其分布规律和成因在类似地区具有代表性。在对盆地地下水水化学特征和空间
变化特征分析的基础上,深入讨论了高氟地下水的空间分布规律、控制因素及其形成的水文地球化学过程。结果表明,整个盆地
浅层孔隙水中的氟质量浓度普遍较高,变化范围为0.29~6.22mg/L,平均值为1.82mg/L。氟质量浓度高值区主要分布于盆地
中部和北部,呈现出由盆地边缘至盆地中心,质量浓度趋向于升高的变化规律。强烈的蒸发浓缩作用以及高pH、高碱度、高钠低
钙含量的水化学特征有利于氟富集。大同盆地高氟地下水的形成是含氟矿物的溶解、离子交换和蒸发浓缩作用等水文地球化学
过程共同作用的结果。      

新疆阿克苏典型山前洪积扇内高氟地下水的化学特征及氟富集机制

在内陆干旱区,作为重要饮用水源的地下水常面临氟含量超标问题。查明内陆干旱区高氟地下水的分布规律,了解氟在地下水中的富集过程及其影响因素,既可丰富高氟地下水的研究体系,也是保证内陆干旱区饮水安全的重要基础。以新疆阿克苏地区典型山前洪积扇——依格齐艾肯河-喀拉玉尔滚河河间地带为研究区,基于水文地球化学调查结果,刻画了高氟地下水的分布区;结合氟离子含量与特征性水化学指标间的关系,揭示了高氟地下水的成因机制。结果表明:①地下水中氟含量的变化范围为0.8~6.1 mg/L,83%的水样氟含量超过《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2006）规定的上限（1.0 mg/L）;②总体上,氟含量沿地下水流动路径逐渐增大,低氟地下水（ρ（F-）≤1.0 mg/L）分布在国道314以北的补给区,高氟地下水（ρ（F-）>1.0 mg/L）分布在国道314以南的径流区和排泄区;③高氟地下水的水化学类型以Cl·HCO₃-Na型为主,而低氟地下水则以Cl·SO₄-Na型为主,高氟地下水相比于低氟地下水优势阴离子偏向于HCO₃-;④地下水的pH值范围为7.9~8.9（均值为8.4）,表明其处于弱碱环境中。地下水中ρ（F-）与pH值呈正相关,此外构成浅层含水层的上更新统沉积物中含有黑云母、氟磷灰石等矿物,其表面存在一定数量的可交换F-,这表明水中OH-与矿物表面F-间的阴离子交换可能对氟的富集有一定贡献;⑤地下水的F-含量与Ca2+含量呈负相关,即高氟地下水中ρ（Ca2+）小于低氟地下水。考虑到氟化钙（CaF₂）是自然界中的主要含氟矿物,也是地下水中氟的主要来源,ρ（F-）与ρ（Ca2+）间的这种负相关指示着高氟地下水中可能存在去Ca2+、Mg2+作用,如阳离子交替吸附或碳酸盐岩沉淀等。研究区地下水样中ρ（F-）与ρ（Mg2+）间也呈负相关关系,且和ρ（F-）与ρ（Ca2+）间的关系高度相似,也佐证了高氟地下水中去Ca2+、Mg2+作用的存在;⑥绝大部分地下水样品都位于氯碱性指数图的负值区域,且ρ（F-）与CAI-1和CAI-2均呈较好负相关,CAI-1和CAI-2都随ρ（F-）的增大而减小,这表明高氟地下水中存在Ca2+、Mg2+与Na+间更强的交换作用,对氟富集起着重要作用。地下水中ρ（F-）与SAR间呈较好正相关关系,且高氟地下水样的SAR均值（5.71）远大于低氟地下水SAR均值（1.67）,这也进一步证明高氟地下水中的Ca2+、Mg2+与含水介质的Na+间存在强烈的交替作用,对氟的富集起着重要作用;⑦所有地下水样中的萤石均处于未饱和状态,且萤石的饱和指数（SI）与F-含量间呈现较好的正相关,这表明地下水对含氟矿物（主要是萤石）的持续溶解应是导致研究区地下水中氟富集的主要原因。与之相反,研究区所有地下水样中的方解石均处于过饱和状态（SI>0）。这表明CaCO₃的沉淀可能促进了CaF₂的溶解,导致地下水中氟离子质量浓度增高;⑧研究区低氟地下水的δ18O值介于-11.20‰~-10.67‰间,平均值为-10.94‰,而高氟地下水的δ18O值介于-11.65‰~-11.21‰间,平均值为-11.49‰,即低氟地下水较高氟地下水富集δ18O。此外,F-质量浓度较低（ρ（F-）≤3.0 mg/L）的地下水样中δ18O值与F-质量浓度呈负相关,即低氟地下水具有更正的δ18O值;F-质量浓度较高（ρ（F-）≥4.8 mg/L）的地下水样中δ18O值与F-质量浓度的相关性不显著,随F-质量浓度的增高,δ18O值基本维持不变。以上表明蒸发浓缩作用对地下水中氟的富集贡献较小;⑨研究区地下水中ρ（F-）/ρ（Cl-）比值与ρ（F-）间呈现正相关,即ρ（F-）/ρ（Cl-）比值随ρ（F-）增高呈增大趋势,这也说明地下水中氟富集的主要原因是含氟矿物的溶解,而不是蒸发浓缩作用。此外,Gibbs图也提供了证据:研究区地下水样基本处于水岩作用主导区域,表明地下水化学特征（包括氟的富集）主要受水岩作用控制,蒸发浓缩影响很小。总之,地下水中氟的富集主要由溶解作用引起,OH-与矿物表面F-间的交换也有贡献,但蒸发浓缩作用影响微弱。含氟矿物持续溶解的驱动机制是阳离子交替吸附（地下水中Ca2+与岩土颗粒表面Na+之间）及方解石沉淀所引起的地下水中Ca2+的衰减。      

德州南部高氟地下水水化学特征研究

高氟地下水是一种典型劣质水源,长期饮用可致人体患地方性高氟病。本次研究以禹城—平原地区为研究对象,对区内地下水进行氟含量、水化学类型和氟离子的影响因子等研究。结果表明,浅层地下水氟离子含量大部分不超过1.0mg/L,其水化学类型主要有HCO₃-Na和Cl·SO₄-Na型,深层地下水氟离子含量大部分均超过1.0mg/L,其水化学类型为HCO₃·SO₄-Na和HCO₃·Cl-Na型。通过对pH和地下水水化学演化因素的研究,认为碱性环境一定程度能够促使氟离子聚集,但并不是唯一决定因子,高氟水的形成机制主要是水-岩相互作用和蒸发浓缩作用。     

张家口坝下地区高氟地下水成因分析与健康风险评价

为了明晰张家口坝下地区高氟地下水的成因,探究其对当地居民饮用水安全的潜在影响,采集了391组潜水样品(井深≤100 m),通过水化学分析法、图解法、离子比例法、饱和指数计算法等对高氟地下水的分布与成因进行了分析,并利用美国EPA非致癌健康风险评价模型对四类受体人群进行健康风险评价。结果表明,研究区高氟地下水(ρ(F^-)>1.5 mg/L)主要分布在地势低洼、高氟岩浆岩下游的山前地带、封闭式小盆地、沿河两侧的径流滞缓区等地区,其主要机制主要包括矿物风化溶解作用、碱性环境下的晶格置换作用和阳离子交换作用;盐效应会影响研究区地下水中F^-富集,但不是高氟地下水的主要成因;农业活动与地下水中F^-的富集无关。此外,坝下地区分布的电厂、钢铁厂等是永定河水系的潜在污染源,对高氟地下水形成的影响不容忽视。研究区婴儿、儿童、成年男性和成年女性的平均健康风险指数依次为1.20,0.74,0.69,0.56,呈现出受体年龄越小,风险越高;女性对含氟地下水的抗风险能力优于男性的特征。建议针对高风险区发展多水源联合供水模式,提升退氟改水工程效...     

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。      

鲁北平原高氟深层地下水的探究

在山东省北部(鲁北)地区,当地群众由于长期饮用高氟深层地下水,极易导致地氟病,严重影响当地群众的身体健康。根据取样分析,研究区深层地下水氟离子含量大致呈现由南向北、由东向西依次增大的趋势,并且同一地段不同深度、不同岩性的氟离子含量也不尽相同,粘土中氟离子含量普遍大于粉砂层中的含量,高氟地下水多为弱碱性水,高氟地下水Na/Ca比高,高氟水与Na/Ca呈对数相关,相关性较好;高氟水水化学类型一般为HCO_3·Cl-Na型。从地质环境、水文地质环境、水文地球化学角度初探了鲁北平原深层高氟地下水的水文地球化学成因,认为鲁北深层高氟水的形成及分布规律主要受沉积环境、径流条件以及开采量的影响。由于沉积物来源的不同、水化学特征的迥异以及深层地下水的大量开采,粘土层压密释水过多补给,同时由于粘土层由南向北厚度逐渐增大,地下水径流进一步变缓,造成氟离子含量逐步增高,形成了南北部相差较大的氟离子分布特征。     

大同盆地地下水中砷的形态、分布及其富集过程研究

为查明大同盆地高砷地下水的分布规律及其主要控制因素,对大同盆地典型高砷区35件地下水样进行了水化学特征
及形态分析研究。结果表明,高砷地下水[ρ(As)≥50μg/L]主要存在于20~50m 的浅层地下水中,总砷质量浓度为0.56~927
μg/L,主要以As(Ⅴ)形态存在。该区高砷地下水以Na-HCO3型水为主,具有明显的高pH值,高HCO- 3 、Fe2+ 、HS- 质量浓度及
低Eh值,低SO24- 质量浓度特征。这可能与微生物催化氧化有机碳的同时还原含铁矿物和硫酸盐的过程有关。PHREEQC模拟
矿物饱和指数结果表明,高砷地下水[ρ(As)≥50μg/L]中菱铁矿均为过饱和,而低砷地下水[ρ(As)<50μg/L]中均不饱和,且菱
铁矿饱和指数与地下水中总砷质量浓度呈显著正相关性,该现象表明微生物还原含铁矿物生成FeCO3(菱铁矿)的过程可能是控
制本区地下水中砷富集的主要因素。      

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。     

鲁西北阳谷地区浅层高氟地下水化学特征及成因

鲁西北地区是饮水型氟中毒较为突出的地区。选取鲁西北阳谷地区为研究对象,以水文地质调查和取样分析为工作基础,对浅层地下水采用多元统计分析法、地理信息空间分析法及Piper三线图探究了高氟地下水化学特征和赋存特征,结合饱和指数、Gibbs图和氯碱指数以及氟在土壤与地下水的相关关系,从溶解与沉淀平衡、蒸发浓缩和离子交替吸附作用方面分析了氟的来源和高氟地下水成因。结果表明:阳谷地区F~-浓度大于或等于2 mg·L~(-1)的高氟水分布于地形较高的古河床高地;地下水F~-浓度由低到高,阳离子则由Ca~(2+)、Mg~(2+)向Na~+转变,阴离子则由SO■和Cl~-向HCO~-_3转变;阴、阳离子浓度随F~-浓度变化显示不同的规律性,且在F~-浓度大于或等于4 mg·L~(-1)的高氟水中,这种规律性变化更为明显;土壤和地下水呈碱性、高HCO~-_3的化学特征以及区域地下水受蒸发浓缩作用影响是高氟水形成的水文地球化学背景条件;方解石、萤石和石膏的溶解与沉淀平衡以及阴、阳离子交替吸附作用是高氟水形成和分布的主控因素。     

珠江口盆地白云-荔湾深水区幔源CO2充注的黏土矿物成岩响应

珠江口盆地白云-荔湾深水区油气勘探中钻遇大量高含量CO₂气层,使得如何规避高CO₂风险成为当前面临的挑战。通过工区充注CO₂的储层砂岩黏土矿物X射线衍射（XRD）、流体包裹体显微测温和稀有气体同位素组成等分析,明确了幔源无机CO₂的成因,并运用黏土矿物特征讨论高温幔源无机CO₂充注的黏土矿物成岩响应:有序带倒转和大量自生高岭石的生成。依据CO₂气井的XRD全定量分析数据剖面图将幔源无机CO₂气层段的黏土矿物组合分为3类:Ⅰ类为I/S混层黏土矿物中S体积分数介于10%~25%之间,有序度处于R₂~R₃带,高岭石体积分数高;Ⅱ类为I/S混层黏土矿物中S体积分数介于10%~15%,有序度为R₂~R₃带,自生高岭石体积分数低;Ⅲ类为I/S混层黏土矿物中S体积分数介于50%~60%,有序度为R₀带,高岭石体积分数低。总结出幔源CO₂在珠江组和珠海组中存在2种运聚模式:一是幔源CO₂通过与基性岩浆连通的深大断裂垂直向上运聚;二是垂直向上运移后通过连通砂体侧向长距离运聚。研究结果对珠江口盆地白云-荔湾深水区下一步油气勘探规避高含量CO₂风险具有指导作用。      

黄陵背斜东北翼岩溶水系统特征及其对引调水隧洞工程的影响

黄陵背斜东北翼地层以碳酸盐岩和碎屑岩相间的组合形式出现,碳酸盐岩分布区岩溶发育强烈,岩溶突涌水是该区地下工程建设的重要影响因素。以某重大引调水工程黄陵背斜段为研究对象,综合采用岩溶水文地质调查、示踪试验、水文地球化学等多种方法对研究区岩溶水系统特征及隧洞突涌水条件进行了识别和分析。结果表明：区内存在4个子含水系统,垂向上构成了透水性强-弱相间的结构,发育了浅部快速循环、中间快速循环和深部慢速循环的多级水流系统,断裂构成各子含水系统间发生水力交换的垂向通道。工程输水隧洞主体在深部灯影组(Z₂dn)和天河板组-石龙洞组(∈₁t+sl)子含水系统中穿越,岩溶发育总体较弱,但在穿越店垭断裂时存在导通上部娄山关组-南津关组(∈₃l-O₁n)强岩溶子含水系统而发生较大规模高压突涌水的可能。施工支洞穿越∈₃l-O₁n子含水系统中白龙洞水流系统的排泄区,遭遇管道式突涌水事故的风险高。多种水文地质方法的联合解译可提高识别岩溶水系统特征和突涌水条件的精度。     

地下水化学组成的时空聚类分析与多级嵌套水流系统识别

水文地球化学是识别地下水流系统的重要方法,然而区域尺度上多级嵌套地下水流系统的复杂性使地下水化学组成的分析和解释难度增加。以鄂尔多斯北部盆地湖泊集中区典型的胡同察汗淖地下水流系统为例,基于丰水期和枯水期3个期次不同深度地下水样品的物理化学数据,应用时空聚类与主成分分析方法,揭示地下水化学组成的空间分布特征、变化规律及其作用机制,分析水化学时空聚类结果对多级嵌套地下水流系统划分的可行性。该聚类结果将地下水样品分为3类,其中C1为以Na-HCO₃型为主的深层地下水,具有偏负的氢氧同位素组成(δD<-70‰,δ¹⁸O<-9‰)和极低浓度的NO^-₃;C2为Ca-HCO₃为主的浅层地下水,具有偏正的氢氧同位素组成(δD>-70‰,δ¹⁸O>-9‰)和高浓度的NO^-₃;而C3呈无优势阳离子、δD和δ¹⁸O变化范围大且显著线性相关等深、浅地下水混合特征。呈南北条带分布在苏贝淖-胡同...     

微生物参与下高氟区沉积物中氟的迁移行为

氟是自然界广泛分布的非金属元素,也是人体必须的微量元素之一。环境微生物作为自然界中物质迁移的主动力之一,积极地参与着多种元素的水文生物地球化学循环。研究微生物参与下沉积物中氟的释出行为,对深入理解环境氟迁移行为具有重要意义。以山西运城高氟区沉积物样品为代表,采用野外沉积物调查采集、室内环境地球化学分析和微宇宙培养实验等研究手段,从环境生物地球化学作用的角度探讨了微生物介导下沉积物中氟的迁移释出行为。研究证明,高氟区沉积物总氟质量分数介于206.2~781.0 mg/kg之间,主要含氟矿物为长石、云母、方解石、绿泥石、角闪石等。培养条件下,溶液中的氟质量浓度与微生物生长曲线呈现良好的一致性;在培养初期,溶液中的氟质量浓度迅速上升,而后逐渐缓和,14 d后呈下降趋势。其中,黏土类沉积物的释氟量较大,砂土类沉积物释氟量较小。有、无碳源对照培养说明,沉积物中一定量的碳源可被微生物代谢利用,但碳源不是影响微生物在此环境中作用的主要因素。研究证明,原生微生物代谢活动可以显著促进沉积物中氟的迁移释出,微生物作用下不同岩性沉积物中氟的释出特征也有显著的差异,本研究工作有助于进一步丰富环境氟循环的理论认识。      

渤海湾周缘主要河流钾长石物源示踪指标研究

渤海湾盆地碎屑物质的物源示踪研究,对于渤海湾盆地的自身演化,周缘造山带隆升和剥蚀过程,以及中国东部陆架海的物质扩散研究均具有重要意义,受到国内外学者的广泛关注,同时也存在诸多争议。钾长石是地壳中最主要的造岩矿物之一,在河流沉积物中广泛出现,在进行物源示踪研究时具有代表性。基于此,利用激光剥蚀电感耦合等离子质谱仪（LA-ICP-MS）对渤海湾盆地主要注入河流的碎屑钾长石进行了原位地球化学特征分析,结果表明,黄河干流碎屑钾长石的常量元素Na₂O、Al₂O₃、SiO₂、K₂O的标准偏差与滹沱河、滦河、辽河和漳河4条河流存在差异。在钾长石常量元素Al₂O₃质量分数与Na₂O和K₂O质量分数二维散点图中,部分黄河样品的Al₂O₃值较之整体部分（其他4条河流和黄河样品）偏低;微量元素中Ba、Pb、Sr、Rb和Ca的质量分数占主体部分,尤其Ba、Pb、Sr、Rb的含量较高。在Ba和Sr以及Ba和Pb质量分数二维散点图中,黄河与其他4条河流明显不同。该研究结果表明,钾长石的Ba和Sr含量变化可以成为环渤海湾盆地沉积物中黄河物源示踪的特征指标。      

海陆交互相沉积岩页岩气生储特征——以鲁西南含煤区为例

鲁西南含煤区是山东重要的煤炭生产和储存区,也是山东省古生代海陆交互相沉积岩发育和保存较好的地区之一,本次以石炭-二叠纪海陆交互相沉积泥页岩为研究目标,对泥页岩沉积环境和发育特征、有机地化特征、岩石物性特征、含气性特征等方面进行分析研究,发现山西组和太原组是鲁西含煤区海陆交互相沉积岩最为发育层位,暗色泥页岩厚度100～2...     

大汶河流域中上游地区岩溶地下水水化学特征及其控制因素分析

为查明大汶河流域中上游地区岩溶地下水水化学特征和离子来源,基于2018年枯、丰两期采集的岩溶地下水样品水化学数据,综合运用数理统计、相关性分析、Piper图、Gibbs图以及离子比值等方法,对大汶河流域中上游地区岩溶地下水水化学特征及其控制因素进行了分析。结果表明,大汶河流域中上游地区枯、丰水期岩溶地下水的pH均值分别为7.6和7.5,整体表现为弱碱性。岩溶地下水中Ca²⁺为占优势的阳离子,HCO^-₃和SO^2-₄为主要阴离子。枯、丰期岩溶地下水中ρ(TDS)均值分别为645.4,648.4 mg/L。按照TDS划分,大汶河流域中上游地区岩溶地下水均属于淡水或微咸水;枯、丰水期岩溶地下水水化学类型均以HCO₃·SO₄-Ca为主。岩石风化作用是控制区内岩溶地下水水化学特征的主要控制因素,碳酸盐岩和硅酸盐岩矿物的溶解是地下水主要离子的重要来源。同时,大汶河流域中上游地区岩溶地下水还受到了比较明显的人为输入影响,地下水中NO^-