湘中下寒武统黑色页岩土壤的地球化学特征

以湘中发育于下寒武统黑色页岩之上的土壤为研究对象,选择安化东坪、烟溪,桃江,宁乡等地的典型土壤及相应成土母岩,利用等离子质谱(ICP-MS)、X射线荧光光谱(XRF)等分析技术,对土壤、成土母岩(黑色页岩)的主量元素和微量元素(包括重金属元素、稀土元素等)进行了较系统的分析测定。结果表明,湘中下寒武统黑色页岩土壤风化作用强烈,风化指数CIA均在73以上。强烈的风化使得土壤具有明显贫CaO、Na2O,而富Al2O3、Fe2O3的化学组成特征。土壤因继承成土母岩(黑色页岩)的特征而富集Mo、Cd、Sn、Sb、U、V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Tl、Pb、Th等多种重金属元素,其综合富集指数(EI值)平均在3以上,最高达17。地质累计指数(Igeo)评价结果显示,土壤重金属的富集已达到污染程度,土壤存在Cd、Mo、Sb、U、Sn、V、Cu、Tl、Ba等重金属的污染,并以Cd、Mo、Sb等重金属污染最强,达中度至极强污染程度。重金属与主量元素的相关性分析显示,土壤中的重金属主要赋存于黏土矿物和铁氧化物(针铁矿)等矿物相中,其中Ba、Sn、Th、Cu、Sc等主要赋存黏土矿物中;Zn、Ni、Mn、Co、Cd、Tl、Pb等则主要赋存于铁氧化物矿物(针铁矿)中;而Cr、V、Mo、Sb、U等则不受黏土矿物和铁氧化物矿物的控制。此外,不同地区土壤的Zr/Hf、Ta/Nb、Nd/Sm等元素比值相对稳定,依次为36.20、0.085、5.30(n=73),并与相应的成土母岩(黑色页岩)相应值基本一致。土壤与成土母岩具有相同的稀土配分型式,且成土过程中稀土元素不发生明显的分异。微量元素比值和稀土元素特征指示土壤中的重金属来自成土母岩(黑色页岩)本身,为自然污染源。

黑色页岩与土壤重金属污染

本文利用ICP-MS等技术分析了湘中地区黑色页岩及其相应土壤的重金属含量,在对分析结果进行统计分析的基础上,探讨了黑色页岩与土壤重金属污染的关系。研究表明,黑色页岩是富集多种重金属元素的特殊岩石。以黑色页岩岩系为母岩的土壤,不仅明显富集Cu、Cd、Cr、Co、Pb、Zn、Mo、Ni、V、U、Sn、Sb、Tl、Th等多种重金属元素,而且受到Mo、Sb、Cd、U、Tl、Cu、V、Sn、Th等重金属的污染,其中以Mo、Cd、Sb、U、Tl等的污染尤为严重。黑色页岩土壤重金属污染在一些地方已产生明显的负面环境效应,值得关注。

湘江入湖河段沉积物重金属污染及其Pb同位素地球化学示踪

湘江是我国重金属污染最严重的河流之一。本次工作利用等离子质谱(ICP-MS)和多接收同位素质谱(MC-ICP-MS)等技术,对湘江入湖河段沉积物进行了系统的重金属微量元素和Pb同位素分析。结果表明,湘江河床沉积物明显富集Bi、Sc、V、Mn、Ni、Cu、Zn、Pb、Cd、Sn、Sb等多种重金属微量元素,而湖盆沉积物重金属微量元素的富集程度明显降低。地累积指数(Igeo)评价显示,河床沉积物存在Cd、Sb、Bi、Sn、Pb、Zn、U、Tl、Th、Mn、Cu等重金属污染,其中Cd达严重污染程度,Sb、Bi、Sn、Pb等达到中度至重度污染程度,而Zn、U、Tl、Th、Mn、Cu等达中度或轻度污染程度。湖盆沉积物除存在中度的Cd、Sb污染外,其余多数重金属未达到污染水平。铅同位素示踪分析表明,河床沉积物的铅是来自流域上游花岗岩风化的自然源Pb,和流域上游Pb-Zn矿床的矿石铅与燃煤烟尘带入的铅等人为源Pb组成的多元混合铅。且河床沉积物中人为源Pb占80%的比例。湖盆沉积物中的铅则以人为源Pb为主,受上游岩石风化影响较小,为来自流域Pb-Zn矿床的矿石铅和燃煤烟尘带入的铅组成的二元混合铅。河床沉积物存在的Sc、Cd、Bi、Cu、Zn、Sn、Sb等重金属污染与Pb一样,为自然来源和人为来源重金属组成的多元混合重金属污染。

湘中HJC铀矿区黑色页岩土壤重金属污染地球化学分析

本文以湘中HJC铀矿区黑色页岩土壤为研究对象，对黑色页岩土壤重金属污染进行了地球化学分析。通过测制A、B、C、D等土壤剖面并系统取样，借助ICP-MS等分析技术，对土壤、成土母岩、玉米等进行了系统的主量元素、重金属和其他微量元素（稀土元素）分析。结果表明，矿区黑色页岩土壤具富Al2O3、Fe2O3，而贫CaO、Na2O的化学组成特征，其化学风化指数CIA值在79～84之间。土壤因继承成土母岩的元素富集特征而富集V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Cd、Sn、Sb、T1、Pb、Th、U等多种重金属，其中Mo、Cd、Sb、U的富集最强。土壤重金属综合富集指数（EI值）在3～9之间，各剖面EI值大小顺序是：D〉A〉B〉C，以D剖面土壤重金属综合富集最强。土壤重金属污染富集因子（F）评价结果显示：矿区土壤普遍存在Cd、Mo、Sn、Sb、U等重金属污染，其中Mo、Cd、Sb等的污染最强，达显著（3级，2〈F〈20）污染程度以上。重金属污染效应既表现为Sc、Cd、Sn、Sb、U、Tl、Pb等生物毒性重金属在玉米中的富集，又表现为Mo、Co、Ni、Cu、Zn等生物有用金属在玉米中的明显亏损。黑色页岩即为土壤重金属污染的污染源。土壤重金属污染与重金属在成土母岩和土壤中的富集程度（Ks、EI、F）、重金属的活动性（Change%）等多种因素有关。重金属污染主影响因子的Pearson相关系数分析显示：Cd对土壤构成持久性污染，Mo、Sn、Sb、U等的污染程度可随土壤风化的进行因淋失而趋于降低，而Zn、Mn、Ba、Co、Ni、Th等目前未达到污染水平的重金属则可因次生富集而在未来引发污染。

湘西沃溪金矿床矿石矿物学特征及深部找矿意义

借助电子探针分析技术,对沃溪矿床V3矿脉深部(29中段)矿体进行了矿石矿物学观察和分析,发现深部矿体自然金中Ag、Sb、Pb、Bi等杂质元素的含量明显比浅部(24中段以上)自然金相应组分的含量偏高,深部自然金的成色(≤995)比浅部自然金的成色(≥999)明显偏低;深部矿体矿石中发育辉锑矿、黄铁矿、闪锌矿、黄铜矿、黝铜矿、硫锑矿、车轮矿等矿物,形成明显比浅部矿体组成复杂的矿物组合,显示矿床深部发育Au-Pb-Zn-Bi±Cu的矿化作用。上述表明:沃溪矿床深部可能发育具Au-Pb-Zn-Bi±Cu等元素组合的新矿体。它不同于浅部的W-Sb-Au元素组合的特征。因而深部找矿工作应多注重Au-Pb-Zn-Bi±Cu多元素矿床。

湘中桃江锰矿废矿堆环境地球化学分析

对湘中桃江锰矿废矿堆的废石进行了主量元素、稀土元素、微量元素和重金属元素的地球化学分析。野外观察及分析结果表明:组成废矿堆的岩石主要是赋矿围岩中奥陶统黑色页岩和原生碳酸锰矿石。这些废石富含Cu、Pb、Zn、Cr、Tl、Sb、U等重金属元素。废石暴露地表而遭受风化分解,导致Sc、V、Cr、U、Cd、Th等重金属元素淋滤释出,在废石样品中均表现出不同程度的迁移特征,且以V、Cd、U的迁移性最为强烈。此外,黑色页岩中Ni、Cu、Zn、Pb、Tl、Sb也明显发生淋失。这些重金属元素如Cd、Tl等毒性极强,进入矿区周围不断积聚,便可能对环境造成严重的影响。故对区内分布的废矿堆作为重金属污染源应高度重视。

湘中安化黑色页岩土壤玉米的元素地球化学分析

利用等离子质谱(ICP-MS)等分析技术,对产于安化东坪、烟溪黑色页岩土壤上的玉米进行元素地球化学分析。结果表明:尽管东坪、烟溪黑色页岩土壤重金属元素富集的程度及其元素组合特征明显不同,但生长在其上的玉米有相似的主量元素和重金属元素的富集特征。玉米中Cd、Cr、Sc、Tl、Zn等重金属相对富集,以Cd的富集尤为明显;而Ba、Co、Cu、Fe、Mo、Ni、Pb、Sb、U、V等重金属相对亏损。黑色页岩土壤重金属污染的环境地球化学效应表现为Sc、Cr、Cd、Tl等生物毒性重金属元素在玉米中富集,而Ba、V、Co、Ni、Mo、Rb、Sr等生物必需微量金属在玉米中亏损。

湘江下游入湖河段河床沉积物人为源重金属比例的估算

以湘江下游河床沉积物元素和Pb同位素地球化学分析结果为基础,利用元素分析法和Pb同位素比值法对沉积物中人为源重金属比例进行定量计算。元素分析法估算得到重金属Bi,Cu,Pb,Zn,Cd,Mn,Sn,Sb等的人为源比例依次为92%～97%,50%～70%,77%～85%,58%～85%,89%～98%,60%～82%,85%～93%,78%～89%。铅同位素比值法估算得到沉积物中人为源Pb的比例在58%～60%之间,较元素分析法计算得到的人为源铅低25%～29%。依铅同位素法估算结果对元素分析法估算结果进行校正,得到重金属Bi,Cu,Pb,Zn,Cd,Mn,Sn,Sb等的人为源比例平均值依次为69%～73%、37%～53%、58%～64%、44%～64%、67%～73%、45%～61%、63%～70%、58%～67%。

湘江沉积物重金属元素环境地球化学特征

在前人研究的基础上,对湘江干流河道表层沉积物及入湖三角洲地区沉积物中的重金属富集特征、赋存状态等进行了总结;对湘江沉积物中重金属的污染来源进行了分析,湘江沉积物重金属的富集种类主要受流域富集矿产的控制,重金属污染主要是人为活动导致的点源污染集中和高排放引起的;另外,运用Hakanson潜在生态风险指数和地累积指数对湘江沉积物中重金属的潜在生态风险和污染程度进行了评价,结果显示Cd、Pb、As、Zn、Cu、Hg等重金属在湘江沉积物中存在不同程度的污染,其中Cd、Hg、As、Pb、Cu污染严重同时潜在生态危害也大,应引起重视。

湘江三角洲沉积物元素重金属污染地球化学特征

在湘江河口三角洲采集4个沉积柱芯,得到沉积物样品94份,测定了各样品中Cd、Sc、Sn、Sb、Zn等16种元素的含量,并利用地累积指数法和主成分分析法对沉积物中的重金属污染状况进行分析和评价。结果表明,湘江河口三角洲沉积物重金属污染最严重的为Cd,其次为Sn、Sb、Zn、Pb污染;各采样点沉积物中重金属的复合污染状况为:Q>W>XY>QS,表明入湖河段的沉积物重金属含量要比湖盆的沉积物重金属污染程度更为严重;W、XY、Q采样点的Sc、V、Co、Mo、Pb、U主要受第1主成分的支配,而在QS采样点第1主成分的因子变量在这些重金属元素的浓度上有较高的负载荷,说明Sc、V、Co、Mo、Pb、U主要来自于湘江水。

湖南安化下寒武统黑色页岩土壤元素地球化学特征

本研究对湖南安化县东坪、烟溪两地发育于下寒武统黑色页岩上的6个土壤剖面进行系统采样,并利用ICP-MS等分析技术对土壤和相应岩石样品的主量元素和微量元素(包括重金属和稀土元素)含量进行了分析.主量元素A-CN-K(Al2O3-CaO+Na2O-K2O)图解显示,黑色页岩土壤的形成是黑色页岩化学风化的结果,经历了早期的Ca、Na淋失和后期的Al、Fe富集过程后,土壤具有贫Ca、Na而富Al、Fe的化学组成特征.多因子分析和相关性分析结果表明,成土过程中,微量元素可分为稳定元素(Ti、Zr、Nb、Hf、Ta、W等)、次稳定元素(Be、Sc、Ga、Ge、Rb、Cs、Pb、Th、Ba等)、活动性较强的元素(REE、Y、P、Sn等)和强活动性元素(Mn、Co、Ni、Zn、Cd、Tl、V、Mo、Sb、U等).富集因子重金属污染评价显示,V、U仅在烟溪土壤剖面达到显著污染程度,Sn、Ba在东坪土壤剖面达到显著污染.Mo、Cd、Sb等重金属则在东坪和烟溪土壤均达到显著污染程度,其中,Cd在东坪可达到高度污染水平,而Mo在烟溪可达到极度污染水平.微量元素及稀土元素地球化学示踪分析显示,黑色页岩土壤没有受到外来物源的干扰,土壤重金属污染为来自黑色页岩的自然污染源.

湘中地区发育于黑色页岩上的土壤重金属污染特征

对湘中地区的安化、桃江、宁乡系统采集了黑色页岩土壤及其相应的黑色页岩样品,并运用ICP-MS对样品进行微量元素和重金属分析。结果表明:在黑色页岩及其风化形成的土壤样品中,Cr、Cu、U、Mo、Sn、Sb、Tl、Ba等重金属元素都呈明显的富集状态;同时,土壤与母岩的稀土元素在陨石粒径标准化后均表现为相同的右倾型分配模式。运用富集指数法对该区黑色页岩土壤进行评价,发现湘中地区黑色页岩发育的土壤都不同程度地受到了重金属的复合污染,且以桃江的污染最为严重;地质累积指数分析结果进一步表明,黑色页岩土壤中普遍受污染的元素主要有Cr、U、Mo、Sb、Ba等。土壤中重金属元素的污染程度排序为:安化:Sb>Ba>Mo>Co=Cu=U;桃江:Sb>Pb>V=Mn=Co=Cu=U=Mo=Ba>Cr=Cd;宁乡:Mo=U=Sb=Ba>Th。

湘西柑子坪黑色页岩土壤地球化学分析

近年来,黑色页岩风化的地球化学研究受到学界的重视。这是因为富含有机质和硫化物矿物(主要为黄铁矿)的黑色页岩暴露地表极易被风化分解,淋滤释出重金属元素(Littke et al.,1991;Peucker-Ehrenbrink,2000;Peng et al.,2004),而影响地表(水、土壤)环境(Peng et al.,2004;彭渤等,2005)。由于黑色页岩成岩物源条件、沉积环境等方面的差异,使得不同地区。