江汉平原砷中毒病区地下水砷形态季节性变化特征

查明地下水中砷的时间变异性规律及机理是高砷地下水研究的难点和热点, 也是防控地下水砷污染的根本.选择在雨季前后对浅层潜水和孔隙承压水进行了动态监测.研究表明地下水砷含量和形态与地下水位波动存在明显的响应关系: 雨季开始后随着地下水位抬升, 地下水还原环境增强, As(Ⅴ)和Asp转化成As(Ⅲ), 颗粒态铁大幅降低, 导致水中溶解的砷和铁大幅增加, 地下水砷含量在雨季达到最高且As(Ⅲ)所占比例达到90%;雨季结束后随着水位逐渐降低, 地下水中As(Ⅲ)所占比例和溶解的砷含量下降.农业活动对浅层潜水砷形态季节性变化有明显的影响.孔隙承压水的砷形态分布变化较浅层潜水幅度大, 其变化与水位波动存在滞后效应.自然或人为活动引起的地下水位季节性变化改变了含水层的氧化还原环境, 补给水源与地下水之间的混合过程带来新的物质输入促进地下水系统中砷的迁移转化.      

地下水系统中砷活化的钼同位素地球化学指示

砷在天然环境中的迁移富集与氧化还原状态密切相关.盆地环境地下水中砷的活化迁移机制主要为沉积物中铁/锰氢氧化物由氧化还原条件变化导致发生还原性溶解进而释放吸附在其表面的砷.钼及钼同位素为氧化还原环境的重要指示参数, 且铁/锰氢氧化物对钼同位素分馏有着重要的控制作用.将地下水的钼同位素应用于砷的活化迁移规律研究.大同盆地地下水中钼同位素比值(δ98Mo)范围为-0.12‰~+2.17‰, 相比于淡水中钼同位素组成偏重.桑干河河水的δ98Mo为+0.72‰, 与文献报道的河水平均钼同位素比值+0.7‰相当.大同盆地地下水中δ98Mo与硫化物之间存在正相关关系, 表明Mo-Fe-S复合物可能形成于特定条件下, 并优先利用水溶液中轻的钼使地下水中δ98Mo比值升高.砷浓度与钼浓度之间的微弱负相关以及砷浓度与钼同位素之间的正相关说明, Mo-Fe-S的形成过程可能与同环境中As-Fe-S的复合物的形成存在竞争关系, 进而使得地下水中砷富集.地下水中相对偏高的δ98Mo可能来源于铁的氢氧化物对溶液中轻的钼的吸附速率高于先前吸附在铁的氢氧化物的钼的释放, 且铁的氢氧化物对水溶液中钼的再吸附这一循环过程会导致地下水中钼浓度降低及钼同位素比值的升高.钼同位素指示的循环性的铁的氢氧化物的还原溶解及再氧化过程对砷的富集也有重要影响.      

高砷含水层沉积物矿物学特征及砷的活化

利用X射线衍射和X射线荧光分析、沉积物序列提取试验及矿物饱和度的计算,对采自江汉平原中部沙湖地区典型高砷含水层钻孔沉积物样品矿物学进行了分析,并讨论了控制含水层中砷释放和迁移的地球化学机制.对矿物在沉积物与土壤中的分布及组成的对比分析,在一定程度上指示了矿物赋存环境和/或高砷水形成的环境背景:土壤与沉积物中高岭石以低于其他3种粘土矿物的含量普遍存在,指示了含水层沉积物形成过程江汉平原存在一定的湿热古气候环境;沉积物绿泥石含量低于土壤中绿泥石,恰恰反映了土壤比沉积物略强的碱性环境;沉积物中黄铁矿的存在,显示了含水层局部的强还原性环境,指示地下水中广泛存在的Fe2+容易与二价硫发生沉淀并结合砷.砷主要以无定形铁锰氧化物结合态(平均在31％以上)形式存在,其次以碳酸盐和有机质结合态存在.无定形铁锰氧化物的还原溶解可能是控制砷迁移到地下水中主要的地球化学机制.相对高含量的绿泥石容易在含水层中发生风化,其溶解过程可以将铁释放到地下水中,从而成为影响地下水中砷活化的潜在因素.     

共和盆地地热能分布特征与聚集机制分析

位处青藏高原北部的青海省共和盆地,是一个自中生代以来形成的断陷盆地,周界由深大活动断裂控制,其内堆积有大厚度的第四纪和新近纪地层,揭露厚度达900～1440m,基底由印支期花岗岩组成,调（勘）查资料显示,盆地内具有热流值较高的特征,基底花岗岩地热梯度大于5℃,热异常明显。青藏高原宽频地震探测资料显示,共和盆地所在的东昆仑地块上地幔存在着一条宽达150km的低速带,其与巴颜喀拉地块深地幔中以大型低速异常体为特征的地幔热柱相关联,该低速带延伸到地壳,在共和盆地及其周边一带地表以下1～40km的不同部位形成热流异常区,导致在盆地浅部形成丰富的以干热岩、地下热水为主的地下热能资源,其不仅在城镇供暖方面具有现实推广意义,而且在发电等能源利用中潜力巨大。     

太原盆地区碳酸盐岩中—低温地热系统演化

针对太原盆地区碳酸盐岩中—低温地热系统与边山岩溶水系统的相互作用关系这一难点问题, 以地质构造分析为背景, 以岩溶水的水化学、同位素组成特征为线索, 重塑了太原盆地区碳酸盐岩中—低温地热系统地质演化过程.获得了如下3方面的认识: (1)该系统经历了自燕山运动以来的5个阶段的地质演化过程.在晚第三纪至早更新世阶段的稳定沉降期, 该系统与边山岩溶水系统开始分离, 并各自演化.(2)该系统的岩溶作用来自于2个方面: ①中更新世晚期-晚更新世早期的大气降雨沿汾河等断裂带下渗, 经与石炭—二叠煤系地层中的金属硫化物作用, 形成富含硫酸的地下水, 补给碳酸盐岩热储层, 并与其中存留的更古老的岩溶水混合, 促进了碳酸盐岩溶解; ②受中更新世晚期-晚更新世早期盆地基底岩浆的烘烤, 碳酸盐岩发生热解.(3)该系统中的岩溶热水形成于中更新世晚期-晚更新世早期, 由于上覆盖层良好的保温作用而封存至今.其分布范围受地质构造的控制, 东西向分别以东山、西山断裂为界, 南以田庄断裂为界, 北以亲贤地垒北边界为界.      

包气带土壤DOM三维荧光表征及对砷污染的指示意义

为了解包气带土壤DOM组成特征, 探索其对砷向地下水中迁移的影响, 对江汉平原高砷区土壤DOM进行了三维荧光光谱分析.结果表明DOM主要为类腐殖质成分, 芳香性官能团的减少导致荧光强度随包气带深度增加而变小, 局部深度荧光信号不规则变化指示非均质土壤剖面上DOM组分或主导官能团的变化.平行因子分析表明, DOM组分可更细致地分解为4种组分, 与微生物源的还原、氧化醌类和陆生的腐殖质富里酸类等相似.砷很可能在DOM腐殖质成分络合作用下与之随水体一起向下迁移, 砷的迁移也可能与微生物源的醌类作用过程有关.三维荧光光谱分析准确、快速地刻画了包气带土壤DOM的组分类别及空间变化特征, 初步揭示了DOM影响砷迁移的可能作用方式, 为进一步的地下水砷污染机制的研究提供了重要的参考信息.      

含水层中砷活化迁移的水化学与DOM三维荧光证据

为了认识高砷地下水中砷活化迁移的生物地球化学机制,对江汉平原地下水氧化还原敏感元素的水化学特征及溶解性有机物(DOM)三维荧光信息进行了研究.水化学研究显示,地下水中的砷与铁的还原和有机质的氧化分解过程有密切关系.水样DOM的三维荧光分析表明,地下水中存在微生物介导下氧化还原过程的反应性有机物组分,其中醌类腐殖质与铁、硫酸盐等的还原反应过程联系紧密.还原、氧化醌类及易降解DOM组分与还原产物、砷的关系进一步显示,砷的活化与微生物介导下的铁氧化物的还原过程联系在一起.在这一过程中,易降解有机物充当电子供体的角色并被消耗,而还原醌与氧化醌则很可能扮演了电子飞行过程中的电子飞行物,"催化"了砷活化的氧化还原过程.      

山西柳林泉域地下水化学信息的因子—克立格分析

本文尝试将因子分析与克立格法相结合,用以分析柳林泉域地下水化学资料,获取到地下水成因,循环深度等方面的信息。研究表明,因子－克立格法是一种有效,实用的研究区域水文地质问题的分析方法。