煤矸石回填地基的环境效应研究

为了弄清楚煤矸石回填地基对复垦区的环境效应,以开滦矿区吕家坨复垦新村为例,介绍了地基回填煤矸石工艺,分析了煤矸石化学成分及其含量;采用室内淋溶实验,对pH、总硬度(CaCO₃)、F^-、SO^2-₄、Pb、Cd和Cr⁶⁺浓度等地下水环境质量指标进行分析,探讨了煤矸石回填地基对水环境的影响;讨论了煤矸石回填地基对大气质量的影响;参照《城市放射性废物管理办法》规定,评价了回填地基煤矸石的放射性对人体健康的危害。结果表明:通过现场振动压实试验确定了回填地基分层充填、分层振动压实参数及碾压趟数,确定按照煤矸石与土体积之比5:2进行回填,若回填一层厚500mm煤矸石,则要回填一层厚200mm粉煤灰或土,地表覆土厚度确定为0.5m;煤矸石中SiO₂和Al₂O₃含量较高,属基性岩类,同时煤矸石含有炭、铝和CaO等物质,易发生水解和风化等现象;地基分层回填压实的复垦工艺减少了煤矸石中有害物质的释放量,降低了污染物的迁移速度,不会对水环境造成污染;地基回填煤矸石也显著减少粉尘和有害气体的排放量,降低对大气的污染;研究区煤矸石不属于放射性废物,不会影响人体健康,可作为建筑材料使用。     

采煤沉陷区耕地土壤肥力特征及其空间异质性

煤炭开采导致地表发生大面积沉陷,耕地资源严重破坏.开展采煤沉陷区耕地土壤性质变异规律研究,对于指导矿区土地复垦具有十分重要的意义.本文研究了焦作矿区韩王矿沉陷区不同沉陷部位和不同深度耕地的土壤肥力特征,结果表明：沉陷区耕地土壤有机质、肥力指标空间异质性显著;与非沉陷区耕地相比较,沉陷区耕地上层土壤（0-20 cm）有机质、氨氮、硝氮、全钾、速效磷含量相对较低,而下层（20-40 cm）土壤各项指标相对较高,且部分采样点营养元素在不同深度上呈现出“逆序”分布特征,表明采煤引发的地表沉陷使耕地土壤肥力在水平和垂直方向上均发生了显著变化,而这些变化是导致沉陷区耕地退化、生产力降低的重要原因.     

采煤塌陷地充填复垦土壤呼吸的研究

以徐州垞城矿区复垦耕地为例,对以煤矸石和粉煤灰为充填物的复垦场地土壤的理化性质以及生物学特性——土壤呼吸进行了试验分析.参考美国土壤质量评价方法,采用将土壤温度和土壤湿度修正到标准状态土壤呼吸的方法,得出煤矸石充填土壤标准呼吸率为（CO2）（8.35±0.39）μmol/（m^2.s）、粉煤灰充填土壤标准呼吸率为（CO2）（6.00±1.34）μmol/（m^2.s）、对照土壤标准呼吸率为（CO2）（8.04±1.70）μmol/（m^2.s）.结果表明：煤矸石充填复垦土壤的生物活性要高于粉煤灰,并且与对照土壤的土壤质量相差不明显,其生物活性接近理想土壤.     

焦作矿区土地退化成因分析

根据焦作矿区土地破坏现状,探讨了焦作矿区土地退化的3大主要成因,即开采沉陷、煤矸石堆积、土壤压实.分别选取有代表性的矿区,采集土样并测定它们的理化性质.结果表明：①开采沉陷产生的地表起伏、裂缝是该区土壤理化质量退化的影响因素;沉陷坡上土壤含水量、体积质量、有机质及全氮含量沿向下坡方向增大,表现出明显的土壤侵蚀特征.裂隙造成了沉陷区水土及养分的流失.②矸石堆附近土壤已受到Zn,Cd,Pb,Cu的严重污染,造成了土壤微生物质量下降.③压实区土壤体积质量明显增大,导致土壤丧失可耕性.     

大孤山矿区土壤重金属形态分布特征及影响因素

目的 分析了大孤山铁矿尾矿库及周边景区重金属形态分布及理化指标对重金属形态的影响,为矿区重金属污染修复治理方面提供科学依据.方法 采用Tessier 5步连续提取法对土壤中Cu、Zn、Pb、Cd、Ni等5种重金属元素的形态进行了分析,并用相关分析法分析了重金属各形态与土壤理化性质的关系.结果 Cu主要以残渣态存在,有机结合态次之,Zn、Pb、Ni 3种金属的残渣态占绝对优势,Cd的可交换态是5种重金属中最高的.相关分析可知,pH对各重金属可交换态影响较大,OM是影响有机结合态和残渣态的主要因素,也是影响Pb可交换态的主要因素,Eh是影响Zn各形态和Ni残渣态的主要因素.结论 Cd有效态含量最高,占总量的32.25%,其他矿区重金属形态总体为残渣态为主,相关分析结果表明,不同金属的形态分布受到土壤理化性质的影响比较明显.     

林草植被土壤侵蚀控制作用的初步研究--以云南新平大红山铁矿为例

研究分析了云南新平大红山铁矿区植被对土壤侵蚀的控制作用．结果表明,林草植被可以通过提高土壤持水性、增加土壤透水性和尽快降低土壤水分含量控制地表径流;通过提高土壤水稳性和土壤抗蚀性、改善土壤肥力和促进植物生长增强土壤抵御侵蚀力的能力．研究结果还直接表明,林草植被对土壤侵蚀有明显的控制作用．与裸地相比,松林、阔叶林、草地对地表径流的控制率达到63％-89％,对土壤流失的控制率达到70％-94％．该结果对于指导大红山铁矿乃至其他金属矿区水土保持工作具有重要意义．     

基于DFT研究Ca2+取代对高岭石晶体结构及表面性质的影响

为探索Ca²⁺取代对高岭石晶体结构及表面性质的影响机制,构建了Ca²⁺取代高岭石晶胞模型,并采用密度泛函理论方法对其进行键长、键角、能带结构及态密度、前线轨道、Fukui指数及电荷等分析.模拟结果表明：取代后晶胞导电性增强,同时反应活性更强,其中Na⁺平衡构型比K⁺平衡构型更稳定;在(001)面及■面上,取代后高岭石表面反应活性增强,其中H1,O3位点反应活性增强,而水分子相较于■面更倾向于吸附在(001)面.结合表面电荷分布,取代高岭石(001)面电负性增强,同时Na⁺与(001)面及■面均以静电作用为主.Ca²⁺取代Al³⁺,使得晶体产生局部膨胀,周围晶格结构产生变化;同时取代后改变晶体轨道电子分布,轨道能量及电荷密度随之变化,最终改变反应活性.     

黄土坡面退水及其氮污染试验研究

坡面退水及其污染物负荷是研究坡地水文过程和污染物迁移机理的重要组成部分.通过室内模拟降雨试验,分析了黄土坡面退水情况及降雨因素、地形地貌和农业管理措施对退水的影响,同时从降雨-径流-土壤相互作用角度探讨了退水矿质氮的浓度和负荷量.结果表明:①黄土坡面退水以地表径流为主,退水时间、退水量和退水强度远小于降雨期地表产流;②降雨强度、地表覆盖(牧草和秸秆覆盖)和地形地貌(坡度和坡长)对坡面退水影响较大,降雨期和退水期的产流强度均与雨强呈对数增加趋势;③降雨停止后,坡面径流的流速减小,与土壤相互作用时间较长,致使退水矿质氮浓度普遍高于降雨结束时径流矿质氮浓度,坡长越长越明显;④坡面退水矿质氮流失以NO3--N为主,NH4 -N流失量较低.     

深层地下水^18O与D组成特征与水流场

为了分析不同含水层系统中水流场分布,利用淮北任楼井田及所在的临涣矿区地表水体、地面长期观测孔、井下出水点从上而下分别采集了地表、第四系第四含水层、二叠系煤系砂岩裂隙含水层、石炭系太原组岩溶含水层及奥陶系岩溶含水层30个水样,测试了δD,δ18O与咸化指标总溶解固体TDS.结果表明:临涣矿区四含和太灰地下水表现18O漂移,煤系地下水表现D漂移,奥灰地下水漂移特征不明显;临涣矿区四含与太灰地下水δ18O与TDS呈负相关关系,煤系地下水δD与TDS呈正相关关系.任楼井田煤炭的开采对四含与煤系水的影响较大,四含水由井田西北与东南方向向采区径流,煤系水由井田四周向采区径流;煤炭开采对太灰水影响不大,太灰水在井田范围内由东向西径流.     

西藏多不杂铜矿区土壤与河床沉积物中重金属元素特征及其环境意义

西藏多不杂铜矿是一大型斑岩型富金铜矿床,已探明铜资源量超过400×10⁴ t,目前尚未开发且研究主要集中于找矿与地质成矿等方面,很少进行环境方面的研究。为了解西藏多不杂铜矿在未开采前矿区重金属元素的富集状况和迁移特性,对多不杂铜矿区地表土壤和萨玛隆河河床沉积物进行了样品采集,测试Cu、Pb、Zn、As、Cd、Cr、Hg等7种重金属元素含量和赋存形态; 采用地累积指数法、内梅罗综合污染指数法、风险评估编码法对矿区重金属元素的富集程度和生物活性进行评价。结果表明:多不杂铜矿区地表土壤和萨玛隆河河床沉积物中的多数重金属元素含量分配受到多不杂铜矿的影响很大,且二者具有显著的相关性; 多不杂铜矿区地表土壤中Cu尤为富集,含量最高达到21 020.000×10^-6,超过《土壤环境质量标准》(GB 15618—1995)中Ⅲ级标准的50倍,综合污染指数为39.43,达到重度污染级别,多数样品的地累积指数也达到极强污染级别,且其生物活性为中度风险,容易迁移转化,对环境的影响很大; 萨玛隆河河床沉积物中Cu最高含量为2 406.000×10^-6,为Ⅲ级土壤环境质量标准的6倍,其综合污染指数为38.13,显示重度污染,污染率为91.6%,但其生物活性为低风险级别,迁移能力较弱,对环境的影响不是很大,但仍不可轻视; Cd虽然含量不高,低于Ⅲ级土壤环境质量标准,但是其在河床沉积物中主要以碳酸盐结合态存在(占比为48.01%),生物活性达到极高风险级别,对环境影响较大; Pb、Zn、As、Cr、Hg含量普遍较低,且生物活性较弱,能够稳定存在于土壤中,基本不会对环境造成影响。     

基于RS,GIS的徐州城北矿区生态景观修复研究

以徐州城北矿区1987,1998,2008年的遥感影像为数据源,采用生态景观学理论,遥感(RS)和地理信息系统(GIS)技术,分析采矿对矿区景观生态影响的变化规律,从生态修复适用范围、模式、技术等方面提出矿区生态修复的策略.结果表明:1987—2008年间,整体景观破碎化程度提高,多样性增大,生态系统稳定性降低.但耕地的生态景观指标变化最大,最大斑块指数减少了6.481%,边缘密度减小了5.64m/hm2,连通度减小了0.186;其次是水域用地,最大斑块指数增大了2.345%,斑块边缘密度增大了4.97m/hm2,连通度减小了0.261.采矿造成农地塌陷,地表积水,部分塌陷地被复垦为鱼塘、湿地等,为此,从构建斑块-廊道-基底角度,提出农田生态景观、水域景观、工业景观、居住景观、道路景观的生态修复策略.     

白石头蝗区蝗虫分布与生境因子关系研究

结合实地考察样点处蝗虫密度情况,研究了白石头蝗区海拔、植被、土壤理化性质与蝗虫数量之间的关系．结果表明,在海拔2000m～2400m之间,随着海拔的升高,蝗虫密度减少．蝗虫主要分布在山地荒漠草原和山地草原带,最适宜的栖息场所为植被覆盖度介于35％-55％之间、土壤呈碱性（pH平均值为8．40）的环境．土壤含盐量范围为0．05％-0．60％,不会对蝗虫的活动产生影响．土壤有机质直接影响到地上植被的长势,从而影响蝗虫的生存．     

鲁西北阳谷地区浅层高氟地下水化学特征及成因

鲁西北地区是饮水型氟中毒较为突出的地区。选取鲁西北阳谷地区为研究对象,以水文地质调查和取样分析为工作基础,对浅层地下水采用多元统计分析法、地理信息空间分析法及Piper三线图探究了高氟地下水化学特征和赋存特征,结合饱和指数、Gibbs图和氯碱指数以及氟在土壤与地下水的相关关系,从溶解与沉淀平衡、蒸发浓缩和离子交替吸附作用方面分析了氟的来源和高氟地下水成因。结果表明:阳谷地区F^-浓度大于或等于2 mg·L^-1的高氟水分布于地形较高的古河床高地; 地下水F^-浓度由低到高,阳离子则由Ca²⁺、Mg²⁺向Na⁺转变,阴离子则由SO^2-₄和Cl^-向HCO^-₃转变; 阴、阳离子浓度随F^-浓度变化显示不同的规律性,且在F^-浓度大于或等于4 mg·L^-1的高氟水中,这种规律性变化更为明显; 土壤和地下水呈碱性、高HCO^-₃的化学特征以及区域地下水受蒸发浓缩作用影响是高氟水形成的水文地球化学背景条件; 方解石、萤石和石膏的溶解与沉淀平衡以及阴、阳离子交替吸附作用是高氟水形成和分布的主控因素。     

脉冲电流源作用下大气压介质阻挡放电的特性分析

针对目前研究人员主要是对正弦电压或脉冲电压下大气压介质阻挡放电 (Atmospheric Pressure Dielectric Barrier Discharge, APDBD)的特性进行分析以及少有研究人员对电流源作用下APDBD特性进行分析这一现状,以双极性脉冲电流激励下的氦气(He)型APDBD为研究对象,通过构建APDBD一维流体模型对APDBD的伏安–时间特性、氦离子(He⁺)与激发态的氦原子(He^*)的时空分布特征进行数值分析。结果表明：He⁺、He^*的数密度与外施电流幅值存在正相关性、与气隙宽度存在负相关性;气隙击穿电压与外施电流幅值呈负相关性、与气隙宽度呈正相关性;气隙宽度和外施电流幅值的增加都会使He^*密集区更分散。此外,还对APDBD的电气等效电路、气隙宽度的选择、电流幅值的设定、电流脉宽、电流上升时间及电源频率对APDBD特性的影响进行了讨论。     

矿区复垦土壤重金属含量分布与光谱特征研究——以徐州市柳新矿区为例

以徐州柳新矿区复垦土壤为研究对象,采用传统采样检测方法分析了Cd,Cu,Pb,Zn,Cr等重金属元素在土壤中的含量,借助ISI921VF系列野外地物光谱辐射计和IR981短波红外地物光谱仪野外测量样点土壤的光谱,提取其光谱特征,并对光谱特征参数与土壤中重金属含量进行相关性分析,建立了利用土壤光谱反射率估算土壤重金属含量的预测模型.结果表明:通过分析土壤反射光谱特征能间接反映土壤重金属含量.从而实现土壤重金属含量的间接测定,为土壤重金属污染的调查与监测提供一种简单、快速的测定方法.     

丛枝菌根真菌对矿区修复系统固碳的作用

采用煤矸石为主体基质添加活性污泥,同时接种丛枝菌根真菌(AMF)于新栽植的黑麦草,进行为期16个月的现场种植试验.对比分析了黑麦草根部AMF的侵染状况,及其对土壤固碳的促进作用.结果表明:接种摩西球囊霉菌(Glomus mosseae,简记为G.m)和添加活性污泥量30%基质的菌根侵染率最高值为66.67%;接种处理的土壤有机碳(SOC)、易提取球囊霉素(EEG)、总球囊霉素(TG)含量和植物生物量远高于未接种处理,添加活性污泥量30%基质的增值最高.土壤有机碳及植物生物量与菌根侵染率、球囊霉素相关土壤蛋白(GRSP)间的相关性分析表明,AMF所分泌的代谢产物总球囊霉素TG与矿区复垦土壤SOC呈现正相关性(相关系数为0.699).AMF及其GRSP对于矿区复垦土壤固碳的贡献是直接有效的.     

粤北梅子窝石英脉型钨矿床流体包裹体研究——以 ５８＃脉为例

利用包裹体测温和激光拉曼探针测试技术对粤北梅子窝钨矿 ５８^＃矿脉研究发现：石英包裹体的主要类型为Ⅰ型包裹体（ＮａＣｌ－Ｈ_２Ｏ体系），主成矿阶段的包裹体成分以 Ｈ_２Ｏ为主，含少量 Ｎ_２、ＣＨ_４、ＣＯ_２ 气体，均一温度在 １６９.１～３５８.７℃，盐度（ｗ（ＮａＣｌ_ｅｑｖ））０.７０％ ～８.４１％，成矿流体密度为 ０.６６～０.９４ｇ／ｃｍ^３，显示成矿流体属于中高温、低盐度及中低密度热液。研究认为，当成矿流体物理化学性质改变时，流体体系失衡引起钨络合物分解，并重新与 Ｍｎ^２＋和 Ｆｅ^２＋结合形成新的复合物，最终在有利部位沉淀晶出形成钨矿。根据流体包裹体均一温度在垂向变化出现异常以及温度、盐度及密度出现分段聚集而又相互叠加的现象，提出矿区存在两期成矿流体的叠加作用，在不同岩石接触界面及温度梯度带是重要的找钨地带。     

嘉兴市区加油站周边土壤中重金属铅的分布特征及影响评价

在嘉兴市区11个加油站周边采集了表层土壤样品(0～20 cm),以硝酸-盐酸-氢氟酸构成三元酸系统,采用微波消解法预处理土壤样品,火焰原子吸收分光光度计法测定土壤中的铅含量,运用单因子污染评价法对该区域土壤重金属污染水平进行了评价.监测数据显示,嘉兴市区加油站周边表层土壤中铅的含量为20.5～40.6 mg/kg,平均值为31.6 mg/kg.以国家土壤环境质量标准一级标准作为评价标准时,土壤中铅污染指数变化范围为0.59～1.16,表明各加油站周边土壤中,只有少数点位显示轻度铅污染状况.本实验又对加油站周边土壤中重金属铅含量和土壤pH值、土壤有机质、周边车流量和建站年限等因素进行了关联分析.结果表明,周边车流量与土壤中铅含量相关性较高,相关系数为0.88,建站年限其次,相关系数为0.22,而与土壤的pH值、土壤有机质相关关系不明显.     

Tb配合物的水热合成、晶体结构及荧光性质

以1,3,6-萘三磺酸钠(Na₃L)、4,4’-联吡啶(4,4’-bipy)、Tb(NO₃)₃·6H₂O为原料，通过水热合成反应制备了Tb配合物[Tb(H₂O)₈]·(L)·2(4,4’-bipy)·3H₂O(配合物1)。利用单晶X-射线衍射、傅里叶红外光谱、热重分析以及元素分析等表征手段，分析了配合物1的分子结构和组成，并且研究了其热稳定性和荧光发射性质。结果表明，Tb³⁺是八配位，呈四方反棱柱配位构型，与8个H₂O分子配位形成[Tb(H₂O)₈]³⁺;L^3-没有与金属离子配位，只平衡了分子内的正电荷；L^3-的磺酸基与配位H₂O分子之间形成氢键，将[Tb(H₂O)₈]³⁺和L^3-     

矿山疏干排水对地下水源地影响的数值模拟

矿山开采过程中的疏干排水势必导致区域地下水系统的补给、径流、排泄发生变化,引起周边地下水位下降、水源地枯竭等环境地质问题.根据三门峡段村—雷沟铝土矿区地质构造和水文地质条件,对其水文地质模型进行概化,采用MODFLOW有限差分方法分析评价矿坑疏排水对区域地下水水源地的影响.分析结果表明:矿山开采对水源地会产生较大的影响,其对水源地中部地区的影响最大,对于西部以及东部地区的影响较小.当段村—雷沟矿区排水13 a时,水源地内11号与14号井失去供水能力,补2B井仍可正常供水;排水21 a时,补2B井也报废.