内蒙古河套平原高碘地下水的水文地球化学特征

以内蒙古河套平原西北部的高砷地下水分布区为研究区,通过对区内22组地下水和2组地表水中碘含量的测试和分析可知,研究区地下水中碘含量在27.30～1 638.00μg/L,其中,约50%的地下水样品中碘含量超过我国饮用水的标准限定值150μg/L,约84.6%的高碘地下水为高砷地下水。高碘地下水主要分布于研究区北部地下水水流相对滞缓的平原中心地带,以Cl-Na、Cl·HCO₃-Na和HCO₃·Cl-Na型水为主。研究区地下水中碘的富集有两种机制:浅层地下水的蒸发作用和深部富含有机质的、偏还原的地下水环境中的微生物作用。两种机制相比,后者对地下水中碘的贡献更大些,但前者更普遍些。     

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。     

涡河流域河南段浅层高碘地下水分布及成因

通过分析涡河流域河南段249组浅层地下水样,发现浅层高碘地下水分布面积为5 818.9 km2,占总面积的51.97％,主要分布于研究区北部、东北部,其次分布于太康县的东部地区。第四纪松散沉积物中的碘是浅层地下水中碘的主要来源。气候条件使得浅层地下水中的碘倾向于聚集,地形地貌控制下的地下水流场以及抽取地下水灌溉庄稼的过程,均使浅层地下水中的碘逐渐浓缩而形成浅层高碘地下水。     

人类活动驱动下的高碘地下水成因机制——以福州市为例

长期饮用高碘水会引起甲状腺功能障碍,威胁人体健康。文章以福州市富碘浅层地下水为研究对象,基于不同土地利用类型区的42组地下水样品,采用统计分析和离子比系数等方法,研究了地下水中碘的分布特征及高碘地下水成因机制。结果表明:福州市地下水中碘含量为0.008 0~0.52 mg/L,平均值为0.10 mg/L,呈现出内陆低-沿海高、山地低-平原高、农村低-城市高的分布特征。高碘地下水样品占19.1％,主要分布在闽江沿岸主城区、福清东部及平潭等滨海地区。第四纪形成的冲海积沉积物是区内地下水中碘富集的天然物质基础,还原的地下水环境、较长的滞留时间是利于地下水中碘富集的自然条件。高碘地下水的空间分布与人口密度高的地区高度耦合,揭示了人类活动排放的高碘生活污水是该地区高碘地下水形成的重要驱动因素。     

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2.7~92.8 μg·L⁻¹和4.15~3 861 μg·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100 μg·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。     

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.      

大同盆地地下水系统中碘迁移富集的生物标志物证据

为查明有机质微生物降解过程对地下水系统中碘迁移富集的影响,以大同盆地为研究区,对区内22组地下水样品进行了水化学和生物标志物研究。水化学分析结果表明,地下水碘质量浓度为5～1 212μg/L,其中,56.52%的地下水样品中碘质量浓度超过饮用水标准限定值150μg/L。地下水样品生物标志物分析结果显示,可提取饱和烃中存在大量"未分辨组分(UCM)";CPI_1和CPI_2分别为0.38～1.03和0.27～1.19;低相对分子质量正构烷烃无明显奇偶优势。上述生物标志物特征表明,含水层中有机质经历了强烈的微生物降解。有机质微生物降解产生的HCO_3~-通过竞争吸附,导致沉积物中吸附态碘的解吸附并在地下水中富集。此外,有机质的微生物降解有利于迁移能力强的低相对分子质量有机质或有机胶体的形成,该类有机物通过吸附或螯合作用进一步促进碘在地下水中的富集。     

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。     

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。     

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.      

长江中游河湖平原浅层地下水中砷空间异质性的同位素指示

近年来陆续有报道发现长江中游河湖平原广泛分布着高砷地下水,鄱阳湖平原与江北平原（古彭蠡泽）作为长江中游南北两岸典型的河湖平原,其地下水资源丰富,但砷的空间分布规律尚不清楚,区域供水安全存在风险.本研究在两个区域系统采集98个浅层地下水（< 40 m）样品和8个地表水样品,通过水化学、氢氧稳定同位素分析,查明地下水中砷的空间分布异质性及其影响因素.研究发现江北平原浅层地下水砷含量为0.65~956.72 μg/L（平均值210.78 μg/L）,高砷地下水集中分布于长江古河道;鄱阳湖平原浅层地下水砷含量为0.09~267.45 μg/L（平均值11.85 μg/L）,高砷地下水仅分布于赣江三角洲局部地区.江北平原地下水δD与δ18O值相对鄱阳湖平原更偏负,且与地表水的差异更大.地下水化学及主成分分析结果表明物源和含水层结构差异是影响鄱阳湖平原和江北平原砷空间分布异质性的关键因素,来自长江物源的古彭蠡泽区域沉积物为高砷含水层的形成提供了物质来源,湖相含水层中含砷铁氧化物的还原性溶解是地下水砷富集的主要过程.地下水氢氧稳定同位素指示江北平原较鄱阳湖平原地下水赋存环境更封闭,地下水循环交替速度缓慢,有利于砷的富集.      

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.      

长江中游沿岸地下水中有机质分子组成特征及其对碘富集的指示

长期摄入高碘地下水（碘浓度＞100 μg/L）会造成人体甲状腺机能损伤.天然有机质被认为是影响高碘地下水形成的关键组分,为研究地下水中溶解性有机质（DOM）分子组成对碘富集的影响,选取长江中游沿岸浅层地下水作为研究对象,运用傅立叶变换离子回旋共振质谱仪（FT-ICR-MS）表征不同碘浓度地下水中DOM分子组成差异.研究发现碘易富集在还原环境的浅层地下水中,地下水中碘的浓度与溶解性有机碳（DOC）浓度无显著关系,DOM分子总数越多碘浓度越高;高碘地下水较低碘水DOM分子均一性、多样性更强,氧化程度和不饱和程度更高,含更多芳香性结构.长江中游沿岸高碘地下水的形成受DOM分子组成控制,主要与不饱和程度高尤其是含芳香性结构的大分子DOM有关,含芳香性结构的DOM分子与碘络合在高碘地下水的形成过程中起重要作用.      

天鹅洲长江故道湿地地下水砷的时空分布特征及控制机理

高砷地下水不仅直接危害供水安全,还可通过与湿地之间的交互作用,影响湿地水质进而威胁湿地生态安全.长江中游河湖平原已被报道广泛分布有高砷地下水,而位于长江中游故道区域的天鹅洲湿地地下水中砷的空间分布特征尚不明确,湿地与地下水的交互作用对地下水中砷季节性动态的控制机理尚不明确.本研究在天鹅洲湿地采集2个水文地质钻孔的35件沉积物样品、12个分层监测井不同季节的共72组地下水样和18组地表水样,通过水位-水化学监测、沉积物地球化学组成分析和砷、铁形态表征探究天鹅洲湿地地下水中砷的时空分布规律及控制机理.研究发现天鹅洲湿地地下水砷含量为1.08~147 μg/L,牛轭湖外侧浅井（10 m）地下水砷含量普遍高于深井（25 m）和牛轭湖内侧浅井（10 m）、深井（25 m）地下水,枯水期和平水期的砷含量高于丰水期.牛轭湖外侧浅层地下水系统具有更厚的粘土、亚粘土沉积,沉积物中总砷、强吸附态砷和易还原的铁氧化物的含量更多,吸附砷的水铁矿等无定形铁氧化物还原性溶解导致砷释放进入地下水中.枯水期天鹅洲湿地底部向牛轭湖外侧浅层含水层输送不稳定的有机质,使天鹅洲湿地地下水-地表水界面成为砷释放的热点区域.丰水期时牛轭湖外侧含水层受长江补给的影响,还原环境发生改变使地下水中的砷和铁被氧化固定从而不利于砷向地下水释放.      

化隆—循化盆地不同类型含水层组高氟地下水的分布及形成过程

天然成因的高氟地下水是世界范围内备受关注的环境问题和饮用水安全问题。前人对高氟地下水的形成过程已开展了大量研究,但是对于高原盆地复杂水文地质条件下不同类型含水层组(第四系松散层含水层、基岩裂隙或岩溶含水层以及新生代古近纪以来的碎屑岩含水层)高氟地下水的分布和形成过程尚不明确。本文以化隆—循化盆地为研究区,通过采集、测试研究区内的各类地下水样品,分析研究区内不同类型含水层中地下水的化学特征及同位素特征。结果表明,高氟地下水(1.007.73 mg/L)主要分布在沿黄河的河谷区域和巴燕低山丘陵区域的泉水和潜水中以及深部的承压水中,在垂向上高氟地下水无明显分布规律。接受黄河水入渗补给的河谷潜水中氟离子浓度较低,补给黄河的河谷潜水中氟离子浓度较高。贫钙富钠的弱碱性苏打型水有利于地下水中氟的富集。泉水和潜水中氟主要来源于萤石的溶解,而承压水中氟除了来源于萤石外,还来源于其他含氟矿物。对于潜水和第四系松散层泉水,蒸发浓缩作用促进了地下水中氟的富集。另外,阴离子竞争吸附作用、阳离子交换吸附作用是泉水(第四系松散层泉水和基岩裂隙泉水)和潜水中氟元素富集的主要原因,而承压水中氟离子浓度受竞争吸附作用影响较大,阳离子交换吸附作用影响较小。研究成果可为化隆—循化盆地低氟地下水的勘查和开发提供科学依据。     

玛曲高原区潜水水化学和氢氧同位素特征

玛曲高原区地下水是黄河的重要补给水源,然而其水化学特征及形成机理认识还十分有限。通过采集玛曲潜水、河水和黄河河道沉积物,系统研究了玛曲高原区地下水水化学、同位素特征以及水文地球化学过程。结果表明:河水和潜水的溶解性总固体含量低,分别为72~195 mg/L和207~459 mg/L,水化学成分以Ca2+和HCO3-为主,水样中砷浓度为0.46~17.7μg/L。氢氧同位素结果表明,地下水和河水补给来源为当地大气降水,河水相对潜水富集δ18O和δD。河水水化学组成主要受蒸发浓缩作用的影响,而潜水主要受碳酸盐岩溶解作用的影响。潜水水样SI白云石小于0的占68%,表明潜水中白云石处于不饱和状态。某些潜水砷含量超标的原因可能是沉积物铁锰氧化物矿物的还原性溶解,而砷的来源可能是玛曲河道和浅层松散沉积物中吸附态砷。研究成果有助于揭示黄河上游玛曲段地下水的来源及地下水化学成分的形成机理。