湘江下游重污染段河床沉积物重金属赋存特征

湘江是我国重金属污染最严重的河流之一.本次工作利用Tessier连续提取法及原子吸收法(AAS),对湘江下游河床沉积物中Cu、Zn、Pb、Cd等重金属的赋存形态进行分析.结果表明,重金属Zn、Pb主要赋存于铁-锰氧化物矿物相中、其次是以碳酸盐矿物的形式存在.二者加起来所占比例平均在70%以上.重金属Cd除赋存在碳酸盐矿物和铁-锰氧化物矿物相中之外,较高活性的可交换态比例也大.重金属Cu除赋存在碳酸盐矿物、铁-锰氧化物矿物相中之外,还以较高的比例赋存于有机质中.环境条件如发生变化,赋存于有机质中的Cu可释放转入水体.运用风险评价编码法(RAC)发现Cd处于极高风险级,并且4种重金属元素中Cd的毒性最大,由此可见,湘江下游Cd污染问题需引起高度重视.

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.

河床沉积物稀土元素对重金属污染指标探析

利用等离子质谱仪(ICP-MS)等分析技术,对湘江长株潭河段沉积物进行稀土元素、重金属元素和高场强元素地球化学分析.结果表明,沉积物中稀土元素LREE富集,HREE亏损,Eu异常明显,球粒陨石标准化曲线呈向右倾斜的富LREE模式.地累积指数法(I_(geo))评价显示,沉积物存在Cu、Zn、Pb等元素组成的重金属污染,各河段沉积物中重金属的复合污染状况排序为:株洲河段>湘潭河段>长沙河段.稀土元素与重金属元素的地累积指数(I_(geo))的Pearson相关分析显示,沉积物的稀土总量∑REE、Eu负值与重金属污染之间有较好的相关性,这可能与两者具有相似的低溶解度和稳定不活泼的环境地球化学特征有关.因子分析表明高稀土含量可能是高自然背景值和人为污染的结果,HREE与重金属元素的地累积指数显示较高相关性,意味着HREE含量越高,重金属污染就可能会越严重.沉积物的∑REE及Eu等参数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.

湖南主要河流化学组成及地质背景对比分析

湘江和沅江分别是湖南省境内最大河流和第二大河流,湘江与沅江沉积物化学组成存在明显差异.沅江沉积物相对富集主量元素Mg O、Ca O、Na2O和微量元素Ge、Ba,而湘江沉积物相对以富Mn O及其Cu、Pb、Zn等其他微量元素为特征,湘江沉积物中主微量元素含量变异系数均高于沅江沉积物,元素含量变化大,沅江元素含量变化小.湘江流域岩层出露有前震旦系砂岩和板岩、古生界碳酸盐岩、中新生界砂岩、印支期和燕山期花岗岩和第四系沉积物等地层岩石.沅江流域以千枚岩、板岩、石英砂岩和第三纪红色岩层为主.

湘西下寒武统黑色页岩风化元素活动规律

为探讨黑色页岩风化过程中的元素活动规律,采集了湘西东坪、柑子坪下寒武统黑色页岩风化-成土剖面的样品进行了主、微量元素地球化学分析。结果表明,两剖面风化层有不同的主量元素组成,但其土壤层的主量元素组成相对均一。主量元素Si、K、Na、P等在风化过程中活泼而被淋滤释出;而Al、Fe、Mg等元素既可被淋滤释出,又可产生次生富集。而成土过程中,所有主量元素都表现被淋出的特征。元素Mn的次生富集明显;重金属V、Ni、Cu、Cr、Co、Zn、Pb等在风化-成土过程中的化学活性与Al、Fe等主量元素相似;亲石元素Sc、Rb、Sr、Cs、Ba、Th、U、Ga、Ge等在风化-成土过程中的活性较强,趋于被淋出,且其淋滤释出率随风化程度增强而升高;高强场元素Zr、Hf、Nb、Ta等的化学活性相对稳定。

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.

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。