黑色页岩化学风化程度指标研究

黑色页岩是一套化学组成变化大、成份分布极不均一的岩石。建立在化学组成相对均一的岩浆岩风化基础之上的化学风化指数如CIA(MIA)、CIW、CIX、PIA、STI、R、WIP、V、W等,因不能较好地把母岩化学组成变化与风化反应引起的化学变化区分开来,用于厘定黑色页岩的风化程度时,存在灵敏度低、与实际风化程度不相符等问题。故需要建立新的风化指数来厘定黑色页岩的风化程度。本文以湘中地区下寒武统新鲜和风化黑色页岩的主量元素分析为基础,利用单因素方差分析和多变量判别分析等方法,确定引起新鲜和风化黑色页岩化学组成差别的关键化学组分,并甄别其影响程度。建立影响黑色页岩风化程度的主量元素判别函数,进而构建厘定黑色页岩风化程度的化学风化指数。研究表明,引起新鲜和风化黑色页岩化学组成差别的主量元素,其影响程度依TiO_2>Al_2O_3>Fe_2O_3>LOI>MnO>CaO>SiO_2>MgO>K_2O>Na_2O>P_2O_5顺序而降低。以此为基础,构建厘定黑色页岩风化程度的化学风化指数为:WB=28.8×ln(SiO_2)+16.67×ln(TiO_2)+10.52×ln(Al_2O_3)+5.62×ln(Fe_2O_3)-2.01×ln(MgO)+4.10×ln(CaO)-4.24×ln(K_2O)-5.06×ln(Na_2O)+5.07×ln(LOI)-158.13。该风化指数(WB)能克服现有各风化指数的不足,适合用于厘定黑色页岩风化程度。

湘江湘潭段河岸沉积物重金属污染地球化学分析

本研究用X射线荧光(XRF)和电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)等对湘江湘潭段河岸沉积物进行了主元素、微量元素地球化学分析。结果表明,河岸沉积物具明显贫Na_2O、CaO、Mg O等碱质,而富Fe_2O_3、MnO等氧化物的化学组成特征。沉积物明显富集Cu、Pb、Zn、Mn、V、Cr、U、Th等多种重金属和Zr、Hf、Ta等高强场元素,而亲石元素Cs、Ga、Ge、Rb、Sr等及稀土元素(REE+Y)在沉积物中富集不明显。地累积系数(Igeo)法评价显示,河岸沉积物存在Cu、Zn、Pb等元素组成的潜在重金属污染。主元素与重金属元素相关性分析显示,Ba、Rb、Th、U、Sc、Cr、Ta、Nb、Zr、Hf、Ga、Ge、Y等主要赋存于石英等碎屑矿物中,这些微量金属元素可能主要为自然来源,在沉积物中化学性质相对稳定;而Mn、V、Co、Cr、Cu、Pb、Zn等重金属元素则主要赋存于铁、锰氧化物矿物相中,这些重金属元素可能以人为源为主,在沉积物中有一定的化学活性,可发生活化迁移。沉积物的Fe_2O_3、LOI、∑REE等的含量值及Eu/Eu*值可作为指示沉积物重金属污染的地球化学指标,对沉积物重金属污染有一定的指示作用。

湘江株洲-湘潭-长沙段河床沉积物重金属污染特征及生态风险评价

在湘江株洲-湘潭-长沙(长株潭)河段三地12处采集河流沉积柱芯12个,获得沉积物样本384个,采用地累积指数、潜在生态危害指数等评价方法,系统分析样本中Mn、Zn、Pb、Cu、Cr、Ni等6种重金属元素含量水平及分布变化特征,对湘江株洲-湘潭-长沙段重金属污染程度及生态风险进行评价。结果表明:湘江长株潭河流沉积物重金属变动趋势变动较大,Cu、Pb、Zn分布有明显地域规律,Cr、Ni、Mn分布无明显地域规律。地累积指数显示,除Ni和Cr外,长株潭三地都存在Pb、Cu、Zn、Mn污染,其中株洲霞湾段(ZX5-10)Pb和Zn达严重污染程度,Mn、Cu等达到中度或轻度污染程度;湘潭与长沙两地湘江沉积物Pb、Zn达到中度污染,其余重金属为轻度或偏中度污染水平。潜在生态风险指数显示,株洲段为强生态危害,湘潭段为中等生态危害,长沙段为轻微生态危害。株洲霞湾段湘江沉积物的重金属潜在生态危害应引起有关部门重视。

黑色页岩土壤微量元素地球化学特征研究

在前人研究的基础上,通过韩国Okchon地区黑色页岩土壤及相应成土母岩的对比,得知黑色页岩土壤的重金属元素特征具有母岩继承性.并与发育于其他基岩(花岗岩、玄武岩、石灰岩)上的土壤进行对比分析,概括了黑色页岩土壤的重金属和稀土元素地球化学特征.应用富集系数法(EI)对韩国、贵州、湖南3个地区的黑色页岩土壤进行重金属污染评价,发现大部分黑色页岩土壤均受到不同程度的重金属复合污染.

湘江湘潭段沉积物重金属元素地球化学特征

利用等离子质谱(ICP-MS)及X射线荧光光谱(XRF)等分析技术对湘江湘潭段沉积物的重金属元素进行了系统的分析测定。结果表明:河岸沉积物中富集着多种重金属元素,其中湘潭入河处河岸沉积物中明显富集Sc、Cu、Zn、Pb等元素;出口处沉积物中存在着U、Cr、Ni、Ba等8种元素明显富集的现象;多种原因致使Mn、Pb在出口处沉积物中富集更加明显。Hankanson潜在生态危害指数法显示:大部分代表性重金属元素(如Mn、Co等)在湘潭段河岸沉积物中存在轻微的生态危害;Cr在XS沉积物中有极强生态危害风险(Eir=423.68),在ZB中也存在很强的生态危害风险(Eir=318.68)。

湘江长潭株段河床沉积物重金属污染源的铅同位素地球化学示踪

本次工作利用等离子质谱仪(ICP-MS)对湘江长沙-湘潭-株洲河段河床沉积物重金属含量和铅同位素组成进行了系统的分析。结果表明,河床沉积物富集V、Cr、Mn、Co、Ni、Th、U、Cu、Pb、Zn等多种重金属,其中Cu、Zn、Pb等重金属于株洲段沉积物中达高度至极度富集。沉积物重金属的富集特征暗示沉积物存在较严重的重金属污染。沉积物铅同位素组成以相对富Th铅为特征,具明显的人为源和自然源铅,其^(206)Pb/^(207)Pb值在1.1723至1.1855之间,^(206)Pb/^(208)Pb值在0.4760至0.4786之间。其中自然源铅主要为花岗岩铅,而人为源铅则为铅锌矿矿石铅和燃煤铅构成,即沉积物铅同位素组成为花岗岩铅、铅锌矿矿石铅、燃煤铅组成的三元混合铅。铅同位素比例估算显示,长沙、湘潭段沉积物铅锌矿矿石源铅比例平均依次为23%、32%,燃煤源铅比例平均依次为47%、23%,自然源铅比例平均依次为30%、45%;株洲段沉积物的自然源铅比例较低,平均为17%,而矿石铅和燃煤铅的比例较高,平均依次为34%和49%。V、Mn、Co、Cu、Zn、U等其他重金属与Pb一样,长沙、湘潭段沉积物人为源比例小于67%,株洲段沉积物人为源比例达70%。因此,湘江长潭株段河床沉积物重金属污染问题值得引起高度重视。

湘江下游沉积物重金属污染模糊评价

对湘江下游株洲、湘潭和长沙段河床沉积物进行沉积柱取样,利用ICP-MS等技术手段分析沉积物重金属含量.建立随机模拟与三角模糊数的理论耦合模型,修正地累积指数评价的修正系数K值,再利用改进的地累积指数法评价沉积物重金属污染程度.结果表明,湘江株洲段河床沉积物中Pb、Zn为极强污染,Cu为强烈污染;湘潭段和长沙段Zn、Pb、Cu为中度污染.Mn在各河段河床沉积物中分布较均匀,为中度污染,并有向偏重度污染发展的趋势.而Sc、V、Cr、Co、Ni等重金属在河床沉积物中为轻度污染.湘江下游河床沉积物的主要重金属污染因子为Mn、Cu、Pb和Zn,治理湘江下游河床沉积物重金属污染应主要针对这几种重金属.

湘江竹埠港段河床沉积物元素地球化学特征

湘江是我国重金属污染最严重的河流之一。本次工作利用X射线荧光(XRF)和电感耦合等离子质谱(ICP-MS)分析技术,对湘江竹埠港沉积物进行主量和微量元素分析。结果表明沉积物主量元素含量变化相对稳定,富集Mn O、P2O5、Fe2O3、Al2O3,亏损Ca O、Na2O。微量元素含量变化较大,亏损Ba、Sc、Mn、Sr而富集其他微量元素。对主量元素和稀土元素进行了分析,表明沉积物物源主要是由上游花岗岩风化所提供。对沉积物进行因子分析和相关性分析,表明沉积物源主要以陆源碎屑为主,并有磷灰石和软锰矿等自生副矿物,Ni、Pb、Cu可能来自人为污染源。地累积指数表明Ba为清洁无污染,重金属V、Cr、Co、Ni、Th、U为轻度污染,重金属Cu、Pb、Zn为偏中度污染,Mn为中度污染,Sc为偏重度污染。其中重金属Cr、Ni、Cu、Pb、Zn、Mn、Sc污染应引起关注。

沅江下游入湖段河床沉积物重金属污染特征

对沅江入湖沉积物进行钻探取样,利用等离子质谱仪(ICP-MS)对沉积物重金属进行分析。结果表明:重金属Ba、Sc、V、Th、U、Cu、Co、Ni、Cr等在沉积物中含量变化相对稳定,分布相对均匀;而Mn、Zn、Pb、Mo、Cd、Tl、Bi等重金属的含量变化大,分布不均匀。重金属含量柱状剖面变化特征及富集系数(EF值)的计算结果显示:沉积物中Cd达显著富集,而Sc、V、Mn、Pb、Bi等为中等富集程度。沉积物中存在3个重金属富集层,即中下部Pb、Tl、Bi富集层;中上部Pb、Cr、Ni、Cu富集层;浅表部V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Pb、Cd、Tl、Bi等多种重金属富集层。地累积指数(Igeo)和综合富集指数(EI)评价结果显示:沅江入湖沉积物重金属污染程度自河床深部向浅部,污染程度趋于增强,污染元素组合趋于由Pb-Bi的单一元素组合向由V-Cr-Mn-Ni-Cu-ZnPb-Cd-Bi组成的复合元素组合变化。且自上游向下游,沉积物重金属污染程度趋于降低。这种重金属污染空间变化特征与区域人为活动有关,值得进一步研究。

澧水入湖河床沉积物重金属污染特征及评价

利用等离子质谱仪(ICP-MS)对澧水入湖段河床沉积物重金属含量进行分析测定,并对沉积物重金属污染程度进行了评价.结果表明,澧水入湖沉积物重金属Cd含量较高,超出土壤背景值3.5~15.6倍,超标率达100%.地累积指数评价结果显示,Cd处于中度污染水平,重金属污染程度从高到低为:Cd>Cu>Ni>Mn>Zn>Co>Pb>Cr>V.潜在生态风险评价结果显示,沉积物Cd的生态风险指数RI值在84.3~230之间,表现出很强的生态风险.重金属生态风险排序为:Cd>Cu>Ni>Pb>Co>Cr>V>Mn>Zn,且沉积物重金属Cd对潜在生态风险指数RI值的贡献率最大.健康风险评价结果显示,重金属Mn、V、Pb、Cr、Cu、Co、Zn、Ni、Cd等均没有显著的非致癌风险,儿童致癌风险比成人大1.3~5.6倍,其中,重金属Cr、Co可对儿童和成人构成潜在致癌风险.重金属Cd、Pb、Zn可能主要来自于工矿排放等人为带入,而V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu等重金属可能主要来自流域基岩的自然风化、侵蚀等地表作用.流域重金属污染防治应主要针对Cd、Cr、Pb、Zn等重金属污染而进行.