华北平原浅层含氟地下水演化特点及成因

以华北平原浅层地下水中氟为研究对象,在收集历史资料、实地水文地质调查、取样分析的基础上,运用水化学图解、统计分析、水文地球化学模拟等方法,对比分析了历史阶段(1980～1985年)和现阶段(2005～2010年)F^-质量浓度空间分布,探讨了现阶段华北平原浅层地下水中F^-的空间分布特征、演化特点及成因。结果表明:现阶段高氟水的区域范围相比历史阶段明显增加; 从山前冲洪积倾斜平原补给区(Ⅰ区),到中部冲积湖积平原缓慢径流区(Ⅱ区),最后到东部冲积海积滨海平原排泄区(Ⅲ区),浅层地下水中F^-质量浓度呈低→高→低的变化; 高氟水的水化学类型较为复杂,HCO^-₃和Na⁺富集的苏打型碱性水化学环境有利于F^-的富集,而Ca²⁺、Mg²⁺则会抑制F^-的富集; 高氟水的形成与其迁移、赋存的环境条件有关,在Ⅰ区地下水中F^-质量浓度主要受萤石溶解作用、F^-解吸作用控制,在Ⅱ区地下水中F^-质量浓度受蒸发浓缩作用、萤石溶解作用、方解石-白云石沉淀作用、F^-解吸作用等控制,而在Ⅲ区高氟水主要受方解石-白云石的沉淀作用、F^-解吸作用、阳离子交换吸附作用等控制。     

柴达木盆地东北部巴音河小流域水化学特征及来源

水化学特征是流域气候特征与环境的重要指示器,可用于揭示流域内河流、湖泊的补给方式及物质来源。以青藏高原柴达木盆地东北部巴音河小流域为研究对象,分析了巴音河—可鲁克湖—托素湖小流域生态系统的水化学组成,探讨了其主要的离子来源及控制因素。结果表明:水体pH、电导率(EC)及溶解性总固体(TDS)沿流向均呈升高的趋势,巴音河、可鲁克湖及托素湖水化学类型分别为HCO₃-Cl-Na-Ca-Mg型/HCO₃-Cl-Na-Mg型、HCO₃-Cl-Na-Mg型及SO₄-Cl-Na-Mg型; 托素湖作为封闭的咸水湖,主要受到蒸发浓缩作用的控制,而巴音河、可鲁克湖则受到岩石风化作用、蒸发浓缩作用以及钠盐淋溶作用等的共同控制; 受蒸发作用的影响,水体碳酸盐矿物达到饱和状态并发生沉淀,从而导致Ca²⁺质量浓度沿流向下降; 巴音河、可鲁克湖Mg²⁺/Ca²⁺摩尔浓度比值较低,推测形成文石、方解石等碳酸盐沉淀,而托素湖Mg²⁺/Ca²⁺摩尔浓度比值较高,则可能形成高镁方解石、原白云石等碳酸盐沉淀; 研究区水体中Na⁺、K⁺、Cl^-主要来源于石盐(NaCl)和钾盐(KCl)等蒸发岩的溶解; 而Mg²⁺、SO^2-₄主要来源于蒸发岩(MgSO₄)风化; Ca²⁺及高质量浓度的HCO^-₃可能来源于碳酸盐矿物的快速溶解,此过程也是水体Mg²⁺来源之一。     

柴西地区古近系和新近系地层水化学特征及其成因

在系统收集柴达木盆地西部地区各主要油田古近系和新近系油田地层水化学测试分析资料后,发现该地区地层水矿化度很高,均值为166 g?L^-1,最低值达到3.90 g?L^-1,具有高浓缩地层水特征,属卤水级,且主要是由Na⁺+K⁺组成的CaCl₂型水,反映封闭条件好。各主要离子在纵向上呈增加和减小交替变化的趋势,矿化度随深度的增加表现为先减小后增大的趋势,这与中国东部盆地明显不同。各离子比值（钠氯系数、变质系数和脱硫酸系数）均反映出该地区地层整体封闭性好。上、下油砂山组Ca²⁺富集主要由白云石化作用导致,其次是方解石溶解,白云石化同时也使其Mg²⁺贫乏。上、下干柴沟组仅有少数数据点表现出Ca²⁺富集,应是方解石溶解导致的,绿泥石化是其Mg²⁺贫乏的主要原因。SO₄^2-亏损主要是由大量膏岩的沉淀和油藏中大量硫酸盐还原细菌的还原作用导致。除了SO₄^2-被还原会产生HCO₃^-之外,有机质成熟过程中CO₂及有机酸的加入也可造成地层水中HCO₃^-质量浓度的增加。     

饶阳凹陷留西—留北地区新近系地层水特征及其与油气分布的关系

以冀中坳陷饶阳凹陷新近系油气分布最富集的留西—留北地区为研究对象,通过对该区新近系地层水及其与油气分布关系的系统分析,明确了新近系地层水的水化学类型及矿化度分布特征,揭示了该区新近系地层水的地球化学特征异常与油气运移、油气分布的内在关系。结果表明:留西—留北地区新近系整体上发育低矿化度的NaHCO₃型地层水,地层水矿化度具有由西向东、由北向南逐渐增加的趋势,同时水化学类型由HCO^-₃-Cl^--Na⁺型过渡为Cl^--HCO^-₃-Na⁺型; 在油源和断裂条件良好的条件下,新近系地层水异常与油气分布具有良好的对应关系,新近系油气主要在地层水矿化度高于背景值、水化学类型异常及油源断裂发育的地区富集,同时新近系高矿化度Na₂SO₄型或MgCl₂型地层水对油气由深向浅的运聚特征具有重要的指示作用。     

布隆湖水化学成分的形成机制

在对研究区地质及水文地质条件进行分析的基础上,根据对各类水样水质资料的分析,得出与补给水相比,布隆湖水中各组分含量普遍升高、TDS显著增大、水化学类型由HCO₃·Cl型变为Cl·SO₄·HCO₃型、水质由良好的饮用水变为多种组分含量超标的不可饮水;认为布隆湖水的化学成分是在补给水化学成分的基础上,经过蒸发浓缩作用、溶解/沉淀及阳离子交替吸附作用而形成的。使用离子比值分析方法,估算出河水进入布隆湖后,蒸发比例高达71.43%,使各组分含量增大了约3.5倍;质量平衡模拟结果表明,形成湖水化学成分的主要化学作用是岩盐、石膏的溶解、方解石的沉淀以及CO₂的逸出,此外还发生了少量的阳离子交替吸附作用。     

控制砂岩型铀矿床中铀迁移转化的主要水文地球化学作用实验

采集中国北方某砂岩型铀矿床中的含铀矿石样品,共进行7组土柱模拟实验,分别探究氧化-还原条件、HCO^-₃浓度、有机质和微生物对铀迁移转化的影响。结果表明:氧化-还原条件改变对铀迁移转化会产生重要影响,含氧入渗水带来的氧化环境使含水介质中沉淀态铀大量氧化溶解; HCO^-₃的促解吸作用及铀酰络合物的强迁移能力对地下水中铀迁移转化影响较大; 有机质会参与含水介质中矿物吸附点位竞争,从而造成铀的解吸; 微生物作为氧化-还原反应的催化剂,在氧化剂氧化沉淀态铀的反应中起重要作用; 氧化作用、解吸作用和溶解作用对地下水中铀迁移转化的贡献比例分别为65.28%、23.91%和10.81%。     

河北省高碑店市浅层地下水水化学演化特征及其形成机制

摘　要: 为满足京津冀协同发展、 新型城镇化和生态文明建设的需求, 对高碑店市的浅层地下水水化学演 化开展了研究。在对该市27 个浅层地下水样品进行分析的基础上, 利用水化学分区、 Gibbs 图、 离子相关 分析图等方法对研究区的地下水水化学演化特征及形成机制进行了分析与探讨。研究表明, 在浅层地下水 的流动方向上, 地下水水化学类型由HCO₃ -Ca·Mg 型向HCO₃ -Na·Ca 型逐步演化; 影响研究区地下水化 学组分的主要自然因素为岩石的溶滤作用, 且主要来自硅酸岩的风化及碳酸盐岩的溶解; 由于发生了阳离 子交换作用, Na⁺浓度随着地下水流动逐渐升高, Ca²⁺浓度则逐渐降低; 研究区地下水中NO^-₃ 的来源途径多 样, 除了自然因素之外, 人类活动(如工业污染)对NO₃^- 浓度的影响也比较大。     

龙子祠泉域岩溶水水化学－同位素特征

通过对２０１３年龙子祠泉域岩溶水进行调查及３５组样品测试分析,利用舒卡列夫分类法进行分类,龙子祠泉域岩溶地下水以ＳＯ_４·ＨＣＯ^３－Ｃａ·Ｍｇ型水为主,其中ＳＯ^２－_４ 在岩溶水水化学类型以及地下水质量类别确定中具有重要作用。ＳＯ^２－_４ 主要有两种来源,分别由中奥陶统碳酸盐岩石膏溶解和煤系地层中黄铁矿的氧化产生。氢、氧同位素分析结果表明,龙子祠岩溶地下接受古水和现代水的混合补给。硫同位素研究分析得出龙子祠泉水中源于煤系地层的ＳＯ^２－_４ 的比例为２２.２２％,说明泉域地球化学背景对岩溶地下水造成的污染是重要因素,但与２００４年的硫同位素结果计算比例（１４.３７％）相比较,目前泉水中源于煤系地层的ＳＯ^２－_４的比例增高７.８５％。     

不同碳源对反硝化过程中亚硝酸盐积累的影响

采用葡萄糖和乙酸钠对反硝化污泥进行200 d的驯化培养后,通过批次试验研究不同碳源对反硝化过程中亚硝酸盐积累的影响。研究结果表明：采用葡萄糖培养的反硝化污泥以葡萄糖为碳源,反硝化过程中亚硝酸盐积累浓度较低;n(C)/n(N)为5时,NO^-₂-N最大积累浓度仅为13.79 mg·L^-1,最大NO^-₂-N积累率为31.20%。采用乙酸钠培养的反硝化污泥以乙酸钠为碳源,反硝化过程中亚硝酸盐能快速积累,且积累浓度较高;n(C)/n(N)为3,反应至120 min时NO^-₂-N积累浓度为37.86 mg·L^-1,NO^-₂-N积累率达到72.48%;该污泥以葡萄糖为碳源,反硝化过程中亚硝酸盐积累浓度也较高;n(C)/n(N)为3,反应至240 min时,NO^-₂-N积累浓度为24.41 mg·L^-1,最大NO     

水化学条件对高岭土压缩性的影响机理

研究在不同水化学条件下高岭土的压缩特性,开展了不同化学溶液饱和条件下高岭土的一维固结试验。试验结果表明：在较低压力水平下,Na+或Ca²⁺明显降低了高岭土的压缩性,但随着离子浓度的增加,高岭土的压缩性又有提高的趋势,而高应力水平下离子浓度对高岭土压缩性的影响不明显;同一浓度下,Ca²⁺对试样压缩性的影响比Na⁺更明显;在酸性或碱性条件下高岭土压缩性均较中性条件下有所提高;回弹曲线同样受到水化学条件的影响。试验结果的作用机理为:水化学条件变化对高岭土压缩性的影响以物理-化学机制为主导,阳离子交替吸附作用与溶蚀、沉淀作用是改变土体压缩性的重要因素。为进一步揭示水-土化学作用的力学效应机理提供了依据。     

煤矿开采活动对黄河中游窟野河流域溶解性硫酸盐的影响

煤矿矿井水是河水溶解性硫酸盐(SO^2-₄)的重要来源,但黄土高原煤矿开采活动对河水溶解性硫酸盐的影响仍不清楚。煤矿矿井水硫酸盐主要来自煤中黄铁矿氧化以及含煤地层附近裂隙水中硫酸盐,地表水硫酸盐还受其他人为输入的影响。因此,煤矿矿井水与河水硫酸盐具有不同的水化学特征、硫酸盐硫同位素(δ³⁴S_SO4)与氧同位素(δ¹⁸O_SO4)以及氢同位素(δD_H2O)与氧同位素(δ¹⁸O_H2O)组成。基于上述不同可以判定煤矿开采活动对河水溶解性硫酸盐的影响。选取受煤矿开采活动影响的窟野河流域作为研究对象,系统采集河水、地下水、煤矿矿井水、大气降水和泉水等水体样品,结合前人研究资料,借助δ³⁴S_SO4、δ¹⁸O_SO4、δD_H2O、δ¹⁸O_H2O以及水体水化学组成,辨析煤矿矿井水对窟野河流域河水溶解性硫酸盐的影响以及流域煤矿矿井水溶解性硫酸盐来源,并依据贝叶斯同位素混合模型量化其贡献比例。结果表明:窟野河流域煤矿矿井水溶解性硫酸盐浓度、δ³⁴S_SO4和δ¹⁸O_SO4值分别为0.07～1 206.45 mg?L^-1、-2.7‰～32.9‰和-5.5‰～11.6‰,平均值分别为231.91 mg?L^-1、11.4‰和4.3‰; 窟野河流域河水溶解性硫酸盐浓度、δ³⁴S_SO4和δ¹⁸O_SO4值分别为73.23～171.83 mg?L^-1、4.3‰～13.0‰和-2.9‰～5.1‰,平均值分别为113.94 mg?L^-1、10.4‰和3.0‰,溶解性硫酸盐浓度平均值与区内煤矿矿井水存在差异,δ³⁴S_SO4和δ¹⁸O_SO4平均值与区内煤矿矿井水差异不显著(p>0.05); 贝叶斯同位素混合模型结果显示,煤矿矿井水对上游乌兰木伦河溶解性硫酸盐的贡献比例为30.3%±18.9%,对下游窟野河溶解性硫酸盐的贡献比例为12.5%±10.2%,同时煤矿矿井水溶解性硫酸盐受裂隙水汇入影响,贡献比例为34.6%±16.5%,窟野河流域河水下渗补给煤矿矿井水溶解性硫酸盐的比例为18.8%±16.5%。结合硫和氧同位素组成,验证了煤矿矿井水溶解性硫酸盐的来源及其对窟野河流域河水溶解性硫酸盐的影响,阐明黄土高原煤矿开采活动对黄河流域河水溶解性硫酸盐的影响途径和程度,为黄河流域生态保护和高质量发展提供科学依据。     

Effect of phosphorus and fluorine on hydration process of tricalcium silicate and tricalcium aluminate

By means of hydration heat,XRD and SEM,effect of phosphorus and fluorine（P₂O₅ and F^-）in phosphorous slag on hydration process of tricalcium silicate（C₃S）and tricalcium aluminate（C₃A）was explored.The results indicated that the early hydration exothermic rate of C₃S and C₃A was obviously lowered by P₂O₅ and F^-in phosphorous slag,the second peak occurring time of C₃A was delayed by 0.9 h,the exothermal output of C₃S was reduced by 25.04% and the time of accelerating stage was postponed by 0.86 h.The early hydration degree of C₃S and C₃A was also decreased.Due to the influence of P₂O₅ and F^-,more pores and thinner crystals can be observed in the microstructure of hardened paste and the chance of cracks was reduced.     

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。     

煤中重金属元素的溶出潜力及其影响因素

水-煤相互作用是影响煤矿矿井水水质的重要因素之一。为揭示煤中重金属元素的溶出机制,利用连续化学提取、浸溶实验等方法分析了煤中10种重金属元素赋存形态,量化了水-煤相互作用过程中重金属元素平均溶出浓度,梳理了影响煤中重金属元素溶出的内在和外在因素。结果表明:①煤中的Hg和Cr主要以残渣态存在; Mo主要以残渣态和可氧化态存在; Ni、Cu、Co、Zn和Cd主要以残渣态、可氧化态和弱酸提取态存在; As和Pb主要以残渣态、可氧化态和可还原态存在。②各重金属元素的平均溶出浓度从高到低依次为Zn、Cu、Ni、Cr、Co、Mo、As、Cd、Pb、Hg,对应浓度分别为25.73、25.21、18.12、13.22、8.10、4.31、0.77、0.60、0.50、<0.10 μg·L^-1。③影响煤中重金属元素溶出的内在因素包括元素赋存含量、元素赋存状态和存在形式、煤炭产酸性能、水体Eh值等; 外在因素包括氧暴露条件、水-煤相互作用时间等。在内在和外在因素的共同影响下,导致了不同地区煤中重金属元素溶出特征具有较大差异。