地幔流体的稳定同位素地球化学综述

总结了 2 0年来国内外学者对地幔流体研究的成果和认识。主要包括地幔流体的性质和组成 ;地幔流体中同位素的含量、组成和赋存形式 ;同位素分馏和地幔脱气等作用对地幔组分的影响等。在不同地区和不同构造环境条件的地幔流体中 ,各种组分含量和同位素组成变化可以很大 ,从一个侧面指示地幔组分的不均一性 ,反映了不同地幔物质的形成历程不同或来自不同的地幔源区。此外 ,还讨论了目前存在的几个疑点     

地幔流体基本特征及成因

与构造环境密切相关的氧逸度是控制地幔流体成分的最根本因素CO2和H2O为大多数地幔流体的主要成分。俯冲板块的脱水脱气作用、地幔原始残留挥发份及地幔部分熔融作用是地幔流体的主要来源。     

基于Micro-PIV和LBM的土壤孔隙网络中流体速度分布表征

土壤孔隙结构复杂多变,揭示其内部流场特性对于描述和预测土壤中水分传输、溶质迁移等现象至关重要.基于规则性的土壤孔隙网络模型,采用Micro-PIV(Micro-scale Particle Image Velocimetry,显微粒子成像测速系统)技术分析不同雷诺数下孔隙结构中流体运动的特征,通过LBM方法(Lattice Boltzmann Method,晶格玻尔兹曼方法)对孔隙结构中流场分布进行数值模拟研究.结果表明:微观尺度下孔隙网络模型中不同孔隙区域流速分布差异明显,中线区域流场呈规律性分布,孔喉处为高速区,流速达到0.001 4 m/s,水平方向相邻两圆柱靠近边界处存在低速区,速度不高于0.000 2 m/s,在垂直于流向方向上速度场具有良好的对称性;靠近上下边界的大孔隙区域流体优先通过,流体的速度可达到0.003 0 m/s. LBM方法模拟的孔隙网络模型中流场分布结果与试验获得的流场分布吻合,其平均均方根误差为0.009 4 m/s,表明土壤孔隙网络模型能有效模拟土壤孔隙,捕捉微观尺度上的流体运动特征,为应用孔隙网络模型研究土壤孔隙中溶质运移和反应等问题提供了微观尺度的度量工具.      

有机碳含量对多环芳烃在土壤剖面残留及迁移的影响

为了揭示有机碳含量(TOC)对多环芳烃(PAHs)在土壤剖面中迁移的影响,本文分析了北京地区部分典型的环境功能区(包括自然保护区、耕地、果园、农田、城区及工业区等)土壤剖面中多环芳烃和TOC的纵向分布特征,结合多环芳烃化合物的土柱淋滤实验,讨论了多环芳烃在土壤剖面上的纵向迁移特征.结果表明,不同环境功能区土壤剖面的土壤中多环芳烃的含量存在差异,且与TOC之间存在较强的正相关关系;土柱淋滤实验结果进一步证实,尽管具有不同TOC的土壤剖面中多环芳烃均可能向深层迁移,但TOC对土壤剖面中多环芳烃的残留及纵向迁移能力具有重要的影响,TOC越高,多环芳烃富集量越大,向下迁移量相对减少,反之相反;在TOC相同的情况下,多环芳烃的组成或结构特征对其在土壤剖面中的残留与迁移特征有明显的影响,淋滤水量、淋滤时间和添加PAHs量等对其在土壤剖面中的迁移作用也有一定影响.     

有机质对土壤中多环芳烃纵向迁移的影响

为探讨多环芳烃(PAHs)在不同有机质梯度土壤中的纵向迁移机理,以山东省广泛分布的潮土、褐土和棕壤为研究对象,配成低有机质含量(17 g/kg)、中有机质含量(30 g/kg)、高有机质含量(45 g/kg)三种梯度的较清洁土,以柴油原液配成污染土壤,采用室内土柱淋滤试验,模拟自然条件下土壤中PAHs的纵向迁移,分析淋滤后较清洁土和污染土中PAHs的含量及组成.结果表明：PAHs在潮土中更易向下迁移,褐土和棕壤无显著性差异(P>0.05). PAHs主要富集于较清洁土柱表层(69.10%～73.68%),随土柱深度增加,PAHs含量逐渐降低;在去离子水条件下淋滤,较清洁土中低环PAHs的迁移能力大于高环PAHs.与低有机质条件相比,中有机质条件下PAHs的淋滤率降低了20.43%～32.41%,高有机质条件下降低了48.16%～58.05%.研究显示,低环PAHs易向下迁移,高环PAHs则较难向下迁移,有机质会抑制土壤中PAHs的纵向迁移,有机质含量越高,对PAHs纵向迁移的抑制作用越强.     

有机质对土壤中多环芳烃纵向迁移的影响

为探讨多环芳烃(PAHs)在不同有机质梯度土壤中的纵向迁移机理,以山东省广泛分布的潮土、褐土和棕壤为研究对象,配成低有机质含量(17 g/kg)、中有机质含量(30 g/kg)、高有机质含量(45 g/kg)三种梯度的较清洁土,以柴油原液配成污染土壤,采用室内土柱淋滤试验,模拟自然条件下土壤中PAHs的纵向迁移,分析淋滤后较清洁土和污染土中PAHs的含量及组成.结果表明：PAHs在潮土中更易向下迁移,褐土和棕壤无显著性差异(P>0.05). PAHs主要富集于较清洁土柱表层(69.10%～73.68%),随土柱深度增加,PAHs含量逐渐降低;在去离子水条件下淋滤,较清洁土中低环PAHs的迁移能力大于高环PAHs.与低有机质条件相比,中有机质条件下PAHs的淋滤率降低了20.43%～32.41%,高有机质条件下降低了48.16%～58.05%.研究显示,低环PAHs易向下迁移,高环PAHs则较难向下迁移,有机质会抑制土壤中PAHs的纵向迁移,有机质含量越高,对PAHs纵向迁移的抑制作用越强.     

反硝化细菌、硝酸钙和锆改性沸石联用对底泥中氮磷迁移转化的影响及硝态氮释放风险评估

本文考察了基于反硝化细菌、硝酸钙和锆改性沸石的组合技术(CN +DB+ZZ)对底泥中氮磷迁移转化的影响,并探讨了该技术的硝态氮释放风险.结果 发现,单一的硝酸钙处理(CN)虽然可以有效地抑制底泥中磷的释放,但是会造成上覆水体的氨氮和硝态氮污染.硝酸钙和反硝化细菌联合处理(CN+DB)尽管可以有效地抑制底泥中磷的释放,并...     

薄膜扩散梯度技术测量砷的影响因素及其应用

研究了水体中常见无机阴离子和腐植酸对以氧化锆为固定膜的新型薄膜扩散梯度技术(Zr-oxide DGT)测量砷(As)的影响及其在自然地表水体中的应用.结果表明,短期(16h)暴露,SO₄^2-无影响,而HCO₃^-、Cl^-、SiO₃^2-和腐植酸有一定的影响,其忍耐的最高浓度值分别为360mg/L、45g/L、100mg/L和36mg/L.1~4d暴露期间,37~148mg/L的HCO₃^-、1.44~2.88g/L的SO₄^2-、12~24g/L 的Cl^-、8~24mg/L的SiO₃^2-和3~9mg/L的腐植酸均无影响,而高浓度的HCO₃^-(370mg/L)、SO₄^2- (8.64g/L)、Cl^-(72g/L)和腐植酸(27mg/L) 3~4d以及SiO₃^2-(72mg/L) 2~4d的存在明显降低该技术对As的吸收富集,并对As(III)的作用更大.将Zr-oxide DGT技术应用于南京市地表水体,并与传统的主动监测方法进行比较,发现利用Zr-oxide DGT技术测得的溶解态As浓度与传统的主动采样技术测定浓度一致.     

三峡水库典型消落带土壤DOM组分特征及其对有效态镉释放影响

重金属镉（Cd）是三峡水库蓄水后消落带土壤中主要的重金属污染物之一.为研究三峡水库反季节调蓄条件下溶解性有机质（DOM）对有效态Cd在土壤固-液相间释放行为及其再补给过程的影响,以三峡水库香溪河消落带为研究对象,分别于2019年10月和2020年10月采集土壤样品,利用紫外-可见吸收光谱、三维荧光光谱技术和荧光区域积分法分析土壤DOM光谱特性,同时结合梯度扩散薄膜技术（DGT）和土壤扩散通量模型（DIFS）综合探究土壤有效态Cd及其释放动力学过程.此外,测定了消落带土壤基本理化特性以及土壤中Cd含量和赋存形态.结果表明,研究区土壤DOM以富里酸为主,腐殖质特征较弱,具有陆源为主和内源较弱的混合特征,与2019年相比,2020年土壤DOM中富里酸类物质占比更高;2019年和2020年土壤ω（Cd）平均值分别为（0.474±0.301） mg·kg^-1和（0.249±0.058） mg·kg^-1,土壤中Cd的赋存形态均以非残渣态为主;DGT测定结果显示2020年土壤中有效态Cd含量较2019年呈下降趋势,进一步通过DIFS模型拟合结果表明,土壤中Cd的吸附速率大于解吸速率,土壤对有效态Cd的再补给能力较弱,表明三峡消落带土壤中有效态Cd的潜在释放风险较低,低分子量DOM和DOM中富里酸类物质是抑制土壤中有效态Cd释放的重要因素.研究结果揭示了三峡水库水文情势变化下DOM对重金属Cd环境地球化学行为的影响,为三峡库区重金属污染防治提供科学理论依据.     

VOCs相间非平衡态迁移对土壤修复效果的影响

挥发性有机物（volatile organic compounds,VOCs）普遍存在于工业污染场地,因其易迁移和难降解的特性而受到广泛关注.修复VOCs污染场地时通常存在拖尾、反弹和二次污染物释放的现象,限制了对VOCs的修复效率,这些现象均与修复过程中VOCs在相间的非平衡态迁移有关,但目前仍缺乏定量化的研究.基于此,选择四氯化碳为典型的VOCs,采用沙箱试验,探究了VOCs的相间非平衡态迁移在表面通风、土壤挖掘以及热脱附和气相抽提联用技术应用过程中对土壤修复的影响.结果表明:在表面通风和土壤挖掘过程中能产生较为显著的二次污染物释放现象;在热脱附和气相抽提联用技术的修复过程中能产生拖尾现象,而在修复结束后则会产生反弹现象,这些现象均为相间非平衡态迁移的表现形式.其中,在表面通风、土壤挖掘以及热脱附和气相抽提联用技术修复过程中,四氯化碳释放通量的最大反弹幅度分别为0.69、2.80和64.00倍,表明相间非平衡态迁移对热脱附和气相抽提联用技术产生的影响最大.研究显示,相间非平衡态迁移在不同的土壤修复工艺中均有体现,严重限制了土壤修复的效率,需要引起土壤修复工作者的高度重视.      

人工湿地去除氨氮机理及影响因素研究

人工湿地的脱氮主要是通过水生植物吸收、微生物的硝化和反硝化以及氮的挥发等途径来实现的,微生物的硝化与反硝化是主要的脱氮机制。人工湿地去除氨氮的影响因素很多,不仅受到基质、微生物和水生植物这3种人工湿地构成要素的影响,还受到溶解氧(DO)、pH和温度的影响,改善这些影响因素从而达到良好的脱除氨氮效果。最后对人工湿地基质吸附饱和后再生处理问题进行了探讨。     

幔源含金流体主动就位与容矿断裂形成机制

基于石英包裹体成分测定、容矿断裂形成机制的理论分析、高温高压实验研究、动力学数学公式举例、含金流体瞬间就位过程及容矿断裂形成环境的探讨 ,提出了幔源含金流体主动就位机制。幔源流体萃取围岩金质并由导矿构造进入容矿断裂过程中 ,依自身扩张力或贯入力使岩石发生破裂 ,容矿断裂的产生和含矿流体沉淀近于同时形成。这为金矿脉与基性 -超基性脉岩的关系、金矿脉在空间呈有规律性分布和建立模式的研究增加了新的内容。     

复合垂直流人工湿地的脱氮机理及影响因素分析

采用沸石和砾石作为填料,研究复合垂直流人工湿地处理农村生活污水的脱氮机理。试验结果表明:复合垂直流人工湿地对污水中氮的去除主要发生在下行流填料柱中,其去除机理主要是微生物对溶解态氮的硝化和反硝化作用;悬浮态氮沉积在填料孔隙中,会出现"氮释放"现象;水温、气水比、碳氮比、氮源形式等因素对湿地系统的脱氮效率有显著影响。