青藏高原尼洋河流域化学风化的季节变化特征和影响因素

流域风化是理解大陆岩石化学风化对全球气候变化的反馈机制的重要途径,目前的研究集中在大河流域,小流域特别是高寒地区流域化学风化的影响因素尚不确定。本文选择岩性相对单一、人为活动干扰少的青藏高原尼洋河流域为研究对象,开展一个水文年的采样分析,阐明高寒地区流域岩石化学风化的季节变化特征及其影响因素。研究结果显示：尼洋河河水离子主要来源于碳酸盐岩风化和硅酸盐岩风化,对河水中阳离子贡献量分别达到60%和29%,风化速率分别为0.20—19.00 t?km^?2?month^?1和0.09—0.80 t?km^?2?month^?1,年平均值分别为11.90 t?km^?2?a^?1和4.38 t?km^?2?a^?1。在一个水文年内,碳酸盐岩风化明显受到季节变化的影响,而硅酸盐岩风化对季节变化的响应不明显,总体表现为雨季风化速率增加,旱季风化速率降低。地表径流是控制尼洋河流域化学风化的重要因素,径流增大,促进碳酸盐岩和硅酸盐岩风化,但岩石的溶解动力特征会限制径流对风化速率的促进作用。碳酸盐岩溶解速率大,径流增大能持续有效促进碳酸盐岩风化;而硅酸盐岩溶解速率小,随着径流量增大,风化速率增速降低。温度升高能有效促进尼洋河流域的岩石风化,提高岩石矿物的溶解速率。温度也能通过影响径流变化,间接影响流域的风化。位于高寒地区的尼洋河流域气候因素之间相互影响,也影响着物理风化和化学风化。为此,在高寒地区流域展开监测周期更长、采样密度更高的工作,将有助于更好地理解气候因素对风化作用的影响规律。     

贵州双河洞国家地质公园洞穴冲积物的粒度组成及环境意义——以山王洞为例

通过采集双河洞国家地质公园的山王洞洞穴冲积物,利用Mastersizer 2000对40个沉积物样品的粒度进行测试分析并计算平均粒径(Mz)、标准偏差(σI)、偏度(SK I)和峰度(K G)等相关参数。结果表明:(1)山王洞地下古河道沉积物优势粒级以粉砂、黏土为主,其含量占总体水平的70%以上,整个冲积剖面表现为2套(9-1号与40~31号样品)由粗到细变化的砂体相互叠置和1套(30-10号样品)粒级含量相对稳定且粒级较小的砂体构成;(2)山王洞冲积物分选性差,具有河成沉积物的特点,冲积物粒径大小表明可能存在两个降雨量较大阶段和一个降雨量较小阶段;(3)沉积物颗粒较地表河沉积粒度细且分布集中,悬浮总体的累积百分含量高,反映洞穴古河道河流总体水位稳定或水动力较弱,可能与洞穴流域范围内地表植被好,地表侵蚀不严重有关。     

武威黄羊河剖面始新世湖相沉积物粒度端元组分及其沉积机制

为了解武威地区晚始新世湖相沉积粒度分布特征并提取古气候环境演变信息,本文利用一般化的Weibull 分布函数的参数化端元分析方法（EMMA）,结合沉积相、谢帕德三角分类图以及中值粒径、标准偏差等粒度参数,对武威地区黄羊河剖面湖相沉积物粒度数据进行分析。结果表明：黄羊河剖面沉积物主要以细粉沙、极细沙和细沙为主。剖面沉积物各粒级组分垂向含量变化曲线分为三个阶段,沉积相依次对应氧化浅湖亚相 — 滨湖亚相 — 扩张湖亚相。结合各粒级组分含量垂向变化特征,剖面自下至上一定程度上指示气候由湿润转为干旱化的过程。剖面粒度数据反演得到3个端元（EM）,其中EM1可能指示风力高空远距离悬移搬运来的黏土以及区域风力搬运的粉沙组分;EM2可能指示地表径流作用下河流水动力搬运入湖的沉积物;EM3 可能代表洪水作用沉积的粗颗粒跃移组分或湖泊经二次扰动再沉积的粗颗粒组分。     

贵州双河洞国家地质公园洞穴冲积物的粒度组成及环境意义——以山王洞为例

通过采集双河洞国家地质公园的山王洞洞穴冲积物,利用Mastersizer 2000对40个沉积物样品的粒度进行测试分析并计算平均粒径(M_z)、标准偏差(σ_I)、偏度(SK_I)和峰度(K_G)等相关参数。结果表明:(1)山王洞地下古河道沉积物优势粒级以粉砂、黏土为主,其含量占总体水平的70%以上,整个冲积剖面表现为2套(9-1号与40~31号样品)由粗到细变化的砂体相互叠置和1套(30-10号样品)粒级含量相对稳定且粒级较小的砂体构成;(2)山王洞冲积物分选性差,具有河成沉积物的特点,冲积物粒径大小表明可能存在两个降雨量较大阶段和一个降雨量较小阶段;(3)沉积物颗粒较地表河沉积粒度细且分布集中,悬浮总体的累积百分含量高,反映洞穴古河道河流总体水位稳定或水动力较弱,可能与洞穴流域范围内地表植被好,地表侵蚀不严重有关。     

南盘江流域(云南段)水系沉积物中重金属含量分布特征及其污染状况评价

为了查明南盘江流域(云南段)水系沉积物中重金属的含量分布特征和污染程度,系统采集了流域内水系沉积物25个,运用电感耦合等离子体质谱仪分析沉积物中重金属含量。利用地球化学方法和统计学方法,对该流域水系沉积物中重金属含量、空间分布特征与元素相关性等方面进行探讨和分析;采用富集因子、地累积指数和污染负荷指数等综合指标,评估南盘江流域水系沉积物的污染程度和厘定流域主要的重金属污染元素。结果表明,南盘江流域内普遍富集Cd,上游富集Cr和As,中游富集Pb和Sb,下游富集Sb。中游处泸江支流汇入,显著影响了南盘江干流沉积物中重金属分布。流域内有色金属硫化物矿床遍布、采冶工矿企业众多,金属硫化物的自然风化和矿业活动是该流域部分河段水系沉积物中重金属富集的主要来源。南盘江流域(云南段)存在一定程度的重金属污染,且不同河段重金属污染程度差异大,表现为中游上游下游。流域内主要污染贡献元素为Cd和As,Sb和Cr次之,Zn、Pb和Cu的污染程度较轻。     

抚仙湖沉积物中营养盐和粒度垂向分布及相关性研究

基于环境放射性核素210Pbex和137Cs计年法确定抚仙湖北部、中部和南部3个沉积物柱芯的沉积年代,分析了各柱芯近150年的营养盐(TOC、TN和TP)浓度和粒度的垂向分布特征及其相关关系。结果表明,抚仙湖沉积物柱芯TOC浓度整体由稳定、下降转向缓慢增长,TN浓度整体呈小幅度波动趋势,TP浓度垂向分布较为复杂,整体上呈先下降后上升的趋势,这些变化特征与流域历史时期不同程度的自然演化和人类活动密切相关。抚仙湖沉积物中CN自北向南逐渐升高,表明抚仙湖沉积物中有机质来源由湖泊内部菌藻类逐渐过渡至地表陆生植物的贡献。抚仙湖不同湖区沉积物粒度垂向分布均较为紊乱,其大小表现为中部北部南部,该现象可能与周边入湖河流的密度、长度及产沙量等有关。抚仙湖沉积物中营养盐浓度和粒度的相关性研究表明,TOC浓度与粒径32~63μm呈显著正相关,与4~8μm呈显著负相关;TN浓度与各粒级之间无任何相关性存在,TP浓度则与粒径2μm呈显著正相关。     

帕米尔高原冰川流域碎屑颗粒的铀同位素组成及其对沉积物搬运的指示

铀(U)同位素作为一种新的地球化学示踪手段,被逐渐用于研究陆地和海洋沉积物的搬运过程。然而,这一新技术能否有效指示不同环境中各类沉积物的搬运还需更多流域数据的支持。本文选取位于帕米尔高原东北部具有显著海拔梯度和气候差异的盖孜河冰川流域作为研究对象,通过该流域河流沉积物细颗粒中的U同位素的活度比((~(234)U/~(238)U)_(AR))的空间变化,探索U同位素指示内陆冰川流域沉积物搬运的可行性。流域内河流沉积物的矿物组成以石英和长石(占51%—77%)为主,表明较弱的风化作用。流域内受冰川侵蚀控制的上游山区支流康西瓦河和木吉河沉积物的(~(234)U/~(238)U)_(AR)范围分别是0.990—1.017和0.988—1.009,盖孜河中下游段河流沉积物的(~(234)U/~(238)U)_(AR)则为0.913—0.997。从上游山区至中下游段显示了一个明显的下降趋势,指示了沉积物搬运过程中(~(234)U/~(238)U)_(AR)的确发生了系统的变化。然而,盖孜河流域碎屑颗粒比表面积和分形维数计算得到的反冲损失参数太低,未能利用U同位素破碎年龄模型获得合理的沉积物搬运时间,该模型如何用到冰川流域尚需更多的研究工作。     

曼谷湾沉积物重金属元素的富集效应与生物有效性

2010年在曼谷湾(泰国湾北部)及其北部主要河口(湄干河、拉塞河、湄南河和邦巴功河)采集了46个表层沉积物样品,分析了样品中重金属元素(Cd、Co、Cu、Pb、Zn)的含量水平,并用Al均一化数据,获得消除了粒度效应的重金属地球化学特征.利用1mol/L的HCl对该区沉积物进行了处理,通过分析沉积物重金属在酸溶相和残渣相的分布,揭示其生物有效性.结果表明,曼谷湾周边河流沉积物中重金属元素含量明显高于曼谷湾;曼谷湾沉积物中重金属(Co、Cu、Pb、Zn)从北向南随着离岸距离的增加而增加,Cd没有明显分布规律;地累积指数显示Cd和Pb存在显著的地球化学富集特征.Cd和Pb在酸溶相中的比例相对较高,表明其生物有效性较高,易引发二次污染.     

不同湖泊入湖河流沉积物可转化态氮的空间分布及其影响因素

研究河流沉积物氮形态的分布可以了解流域的水环境现状.本研究通过分级浸取方法得到沉积物的离子交换态氮(IEF-N)、弱酸浸取态氮(WAEF-N)、强碱浸取态氮(SAEF-N)以及强氧化剂浸取态氮(SOEF-N),对比研究了太湖西部入湖河流(东苕溪、西苕溪)和洪泽湖西部入湖河流(安河、濉河)沉积物中氮形态的空间分布特征,分析了可转换态氮的主要影响因素.结果表明,不同流域之间沉积物的基本理化性质存在明显的差异,导致沉积物总氮以及可转化态氮的含量及空间分布也不相同.总体而言,太湖西部河流沉积物中总氮和总可转化态氮的含量略高于洪泽湖西部河流,但前者的空间变化小于后者.太湖西部河流沉积物与洪泽湖西部河流沉积物的可转化态氮含量大小排列顺序也有所不同,前者为SOEF-NSAEF-NWAEF-NIEF-N,后者为SOEF-NSAEF-NIEF-NWAEF-N,且后者各形态氮的含量变化更为明显,这主要与沉积物的组成和氮来源有关.研究区沉积物中可转化态氮的分布受其理化性质的影响明显,尤以有机质和粒度的影响最明显.     

赤水河流域表层沉积物重金属的污染特征及生态风险评价

赤水河是长江水系唯一一条主河道没有筑坝的一级支流,对长江流域珍稀鱼类繁殖具有重要的生态意义.为了解赤水河流域沉积物中重金属的污染特征,采集32个样品,并对7种重金属(Cu、Zn、Cd、Mn、Ni、Hg、As)含量分别进行测定.结果表明,赤水河沉积物中7种重金属含量全部高于赤水河沉积物背景值,但与我国其他河流相比,赤水河重金属含量较低,污染较少.地累积指数评估结果表明,7种重金属的平均Igeo值由高到低依次为CdMnNiAsCuZnHg,其中90.62%的采样点存在不同程度的Cd污染.污染负荷指数计算表明,上、中、下游的污染负荷指数分别为1.49、1.14、1.03,均属中等污染.Hakanson潜在生态风险指数法评价结果表明,各重金属单因子生态危害程度由强至弱依次为CdHgAsNiCuMnZn,各采样点7种重金属的潜在生态风险指数(RI)介于32.34~930.07之间,总体潜在生态风险较低.     

赤水河流域中游沉积物营养元素分布特征及污染评价

河流沉积物作为流域营养物质(碳、氮、磷)的汇与源,研究其含量与分布特征,对了解流域水环境污染现状具有重要意义.通过测定赤水河中游五马河—大同河段表层沉积物有机质和营养元素(总有机碳、总氮、总磷)含量,发现:河段沉积物有机质和营养元素含量呈现出较大的空间分布差异特征,其中,盐津河、茅台镇断面营养元素和有机质含量明显高于其他断面,显示出有机质和氮磷复合污染特征,可能主要与仁怀市市区和茅台镇人口密集以及人为活动强度大有关,如城镇生活污水和酿酒工业废水向河流输入大量氮、磷营养物质.通过对赤水河中游沉积物营养元素空间分布特征及污染评价进行研究,能够为有效治理和保护赤水河水质提供理论依据.     

喀拉库里表层沉积物组成的分布特征及其物质来源

喀拉库里地处帕米尔高原东部,整个湖区被中纬度西风带贯穿,湖水主要由冰川融水和夏季降水补给,对气候变化响应敏感,是重建西风气候和冰川环境演变的理想区域,然而对于喀拉库里沉积物的组成和来源还知之甚少。本文以喀拉库里表层沉积物为研究对象,获得了其组成及空间分布特征,进而探讨了其物源及输入方式。根据沉积物粒度、矿物组成及湖水等深线分布,表层沉积物可分为三种类型:第Ⅰ类以细砂粒为主,以高石英和低粘土为特征,分布在近湖岸;第Ⅲ类以分选良好的细粉砂为主,主要分布在深湖区;第Ⅱ类粗、细颗粒混杂,分选性差,位于Ⅰ、Ⅲ类沉积物过渡区域。喀拉库里沉积物的SiO_2含量同粒径呈正相关关系,粒径越大、含量越高;Al_2O_3、Fe_2O_3和K_2O则相反。结合河流泥沙和慕士塔格冰芯中粉尘颗粒的粒度分布及区域气候特征,初步认为深湖区分选良好的细粉砂可能主要来自西风携带的高空粉尘,而近岸细砂是岩石就地物理风化的产物。这些认识对于钻点的选取及沉积序列气候、环境信息的提取具有重要价值。     

新疆柴窝堡地区沉积物元素地球化学特征及其环境意义

通过对新疆柴窝堡地区湖泊沉积物和流域表层沉积物中元素含量的分析,研究了柴窝堡湖沉积物中元素的地球化学特征及其环境意义,并利用重金属潜在生态危害指数法对沉积物重金属的生态效应进行了简要评价。相关分析及主成分分析表明,柴窝堡流域Al、K、Na、Be、Ba、Ti、Ca、Mg、Sr等元素含量的变化主要受流域化学风化作用强度的影响,而Fe、Mn、Zn、Cu、Cr、Ni、Pb、Co等重金属元素与黏土含量之间相关性显著,反映了自然与人类活动的影响过程。1950年前,人类活动影响弱,湖泊沉积物重金属元素主要受控于流域水动力条件;1950年后,流域人类活动的加强使得湖泊沉积物中重金属含量显著增加。利用聚类方法进行了湖泊沉积物与流域表层沉积物元素组成的比较分析,结果显示不同湖泊沉积物元素的组合特征反映了流域人类活动和自然作用的影响。最后,通过重金属潜在生态危害指数法对柴窝堡湖泊沉积物中Cu、Cr、Zn、Pb等4种重金属的潜在危害程度进行初步评价,其中以沉积物中Pb和Cu危害程度较高,但潜在生态危害程度尚属轻微。     

崇明东滩湿地沉积物中汞累积特征及其影响因素研究

湿地是汞的活性库,研究湿地汞的累积特征对揭示湿地汞生物地球化学过程及其生态效应等均具有重要意义. 通过分析崇明东滩沉积物汞累积特征,为进一步深入研究湿地汞的地球化学循环和湿地环境保护提供依据. 采集了崇明东滩湿地高潮滩、中潮滩、中潮滩植被带前缘3个柱状沉积物样品,测得沉积物中w(Hg)为0.015～0.315 mg/kg. 利用地累积指数法对潮滩沉积物中汞的污染状况进行了评价,结果表明:崇明东滩沉积物存在轻度的汞污染. 同时对w(Fe),w(Mn),w(有机质)及粒度等理化参数进行了测定. 采用相关性分析,探讨沉积物中w(有机质),w(Fe),w(Mn)和粒度对沉积物汞累积的影响,指出有机质和铁、锰循环是影响沉积物中汞累积的主导因素,而粒度不是控制因素.      

湟水河流域西宁段河流表层沉积物重金属空间分布及生态风险评估

采集湟水河流域西宁段16个表层沉积物样品,运用电感耦合等离子体质谱和测汞仪测定了沉积物中重金属含量,结合污染负荷指数法、潜在生态风险指数法、沉积物质量基准法查明了流域表层沉积物重金属（Hg、Cr、Zn、Cu、Cd）污染现状、空间分布特征、潜在生态风险,使用聚类分析和Pearson相关分析方法分析了五种重金属可能来源。结果表明：①污染负荷指数法显示流域内主要污染元素为Hg、Cd。Hg从上游到下游呈现先升高后降低的趋势,Cd从上游到下游总体呈现升高趋势。②各重金属的潜在生态风险指数（E_i）依次为Hg> Cd> Cu> Cr> Zn,而综合潜在生态风险指数（RI）结果表明,中等生态风险以上等级的样品约占87.5%,严重生态风险的样点主要集中在北川河及湟水河中下游等受工、农业以及交通源污染较重的采样点位;各重金属生态风险指数在综合指数中占主导地位的为Hg与Cd,表明湟水河流域西宁段表层沉积物中Hg与Cd具有极强的生态风险。③沉积物质量基准法表明,流域内沉积物中五种重金属的毒性效应均较低,Cr对底栖生物产生毒性效应的可能性较大。④相关分析及聚类分析表明,Cr、Cu、Zn主要受自然源影响,Hg、Cd主要受工业活动等人为源影响。     

湘江水系沉积物重金属元素分布特征及风险评价

对湘江流域水系沉积物中9种重金属（As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Sb、Zn）含量进行统计分析,以地累积指数（I_geo）为参数分析了1982年以来湘江流域重金属污染程度的变化趋势,采用富集因子法和对数回归模型评价了重金属污染程度和潜在水生生物风险,并采用主成分分析法判别了重金属的可能污染来源.结果表明：湘江流域水系沉积物中重金属的空间分布极不均匀,近30a以来重金属元素的I_geo大体呈缓慢上升的趋势,长株潭地区和衡阳地区大部分重金属元素的I_geo逐渐降低.湘江流域污染程度最高的重金属元素为Cd,其次为As和Hg,郴州地区呈现出以Cd为主,多种重金属复合污染特征,具有很强的潜在水生生物危害性,是湘江流域污染最严重的地区.水系沉积物中重金属可能的2个主要污染来源为采选、冶炼废水的排放和尾矿库的泄漏,岩石的化学风化和河流的搬运作用.     

白银矿山水体和沉积物中重金属及其化学形态分布特征

白银铜多金属矿山矿业活动产生的大量废水排入东大沟,对东大沟周围农田和黄河白银段水体造成了严重危害。采用等离子原子发射光谱(ICP-AES)和BCR法连续提取过程对东大沟水体和沉积物中重金属总量和各化学形态进行分析,结果表明水体和沉积物中Cd、Cu、Pb、Zn高度富集。水体中除Pb外,Cd、Cu、Zn含量超出国家标准的几倍到几十倍,随着河流流向呈显著降低趋势。沉积物中不同重金属化学形态分布有很大差异,尾矿坝坑底泥和黄河泥沙中重金属化学形态分布主要以弱酸提取态和残渣态为主,而东大沟沉积物中重金属化学形态呈现不同的分布特征,Pb以可还原态为主,Zn以残渣态为主,Cd以残渣态为主,其次为可氧化态,Cu以可氧化态为主。沉积物中Cd和Pb地积累指数均大于5,达到极强污染程度,Cu和Zn地积累指数在3~5之间,也不同程度达到强到极强污染。     

苏州地区硬粘土粒度和元素地球化学特征及其环境意义

长江三角洲晚更新世硬质粘土地层对于认识该区域晚更新世环境变化、现代工程建设等均具有重要意义,而其成因尚存较大争议。本文通过对苏州地区葑亭大道钻孔硬粘土地层样品进行粒度与元素地球化学分析,探讨其成因与古环境指示意义。结果表明:(1)苏州地区硬粘土平均粒径为5.2~7.1Φ,以粉砂颗粒为主,中、细粉砂颗粒含量在65%以上,频率曲线呈双峰分布,粒度谱分布为正偏态,分选较差;(2)环境判别显示其为风成堆积物,与南京、镇江下蜀黄土分布特征相似;(3)元素分析显示,硬粘土出现不同程度Na、P元素亏损和Mn、Al元素富集,化学风化作用处于中等风化阶段;(4)硬粘土层的上段和下段在粒度和元素特征上有明显区别,下段粒度明显偏粗,风化程度相对较弱。     

马莲河流域河水化学特征和化学风化过程分析

采用Gibbs图解和端元分析方法研究了马莲河水化学特征、离子来源和化学风化作用,利用质量平衡正演模型评价了各风化作用对水化学组分的贡献率。结果表明,马莲河水为高TDS咸水,阳离子以Na~+、Mg~(2+)为主,阴离子以Cl~-、SO_4~(2-)为主;沿河水流向TDS降低,水化学类型由Cl-Na型演变为HCO_3·SO_4-Na·Mg型;河水化学组分的主要形成作用为化学风化,蒸发盐主导了流域风化过程,对离子组分平均贡献率高达76.5%,硅酸盐和碳酸盐风化较弱;化学风化具空间变异,从上游到下游,硫酸盐和碳酸盐贡献率增加,岩盐贡献率降低。岩性是控制流域化学风化作用的首要因素,降雨量和径流量可能也有一定影响。     

玄武湖沉积物中重金属垂向分布及污染评价

采用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES)测定了南京玄武湖3个不同湖区沉积物中的7种重金属元素(Cd、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Zn)的浓度,对重金属元素的垂向分布规律进行了研究,并应用地质累积指数法对重金属的污染程度进行了评价。结果表明:不同湖区沉积物(0~20 cm)样品中重金属含量顺序为北湖>东南湖>西南湖,沉积物中7种重金属元素浓度由高到低的排列顺序为Mn>Zn>Pb>Ni>Cr>Cu>Cd,随着沉积物深度的增加,重金属浓度呈减小趋势;重金属Cd、Pb、Zn的平均浓度分别在1.1~1.7、33~38和150~400mg/kg的范围内波动,均大于南京土壤环境中的背景值;地累积指数法的评价结果表明,北湖的重金属污染程度最严重,产生污染的主要重金属元素为Cd和Zn,污染分级分别是中度和轻度偏中度污染。