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。     

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。     

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％。     

赤泥氯化锰控碱及其盐效应

采用氯化锰进行控碱的赤泥土壤化处置试验,结果表明：氯化锰对赤泥具有一定的控碱效果,氯化锰投加量越大,控碱效果越好,但赤泥pH值的变化滞后于碱性阴离子含量的变化;氯化锰赤泥控碱作用与Mn²⁺同体系内的碱性阴离子OH^-、CO₃^2-、 HCO^-₃、 AlO^-₂反应平衡有关,通过Mn²⁺与CO₃^2-、 OH^-化学反应而带动其他次一级化学反应共同进行,陈化时间延长实现赤泥盐分向化学结合碱转化。6 g/kg MnCl₂·4H₂O赤泥控碱并陈化120 d,游离碱、 CO₃^2-、 HCO^-₃去除率均在50%左右,电导率仅增大0.17 mS/cm,盐分以NaCl为主,矿相总量增加10%,形成了较大的难溶性颗粒,从而...     

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。     

塔西陆内红层盆地中盆地流体类型、砂砾岩型铜铅锌-铀矿床的大规模褪色化围岩蚀变与金属成矿

在塔里木盆地西部—北部地区中—新生代陆内红层盆地中,具有铜铅锌-铀-煤-石油天然气同盆共存富集规律。采用地球化学岩相学和构造岩相学研究方法,对盆地流体类型、褪色化围岩蚀变机制和金属富集成矿关系进行了研究。本区盆地流体可划分为天然气型、油气型、卤水型、热水沉积型、富烃类还原型、富CO₂非烃类流体型、构造流体型、岩浆热液型和层间水-承压水型等9种。其热水沉积型、高盐度卤水型、富Fe-Mn-CO₂流体型、岩浆热液型和富烃类还原型等5种成矿流体在盆地后期变形过程与碎裂岩化相之间,发生了强烈的构造-岩相-岩性物性多重耦合作用和大规模水岩耦合反应。在地球化学岩相学机制上,大规模低温围岩蚀变机制为强烈的成矿流体蚀变作用,地球化学岩相学标志为“一黑(沥青化蚀变相)二白(碳酸盐化蚀变相)三褪色(褪色化-绿泥石化蚀变相)”。沥青化蚀变相可划分为黑色强沥青化蚀变带、灰黑色中沥青化蚀变带和灰色弱沥青化 褪色化蚀变带。碳酸盐化蚀变相可划分为强碳酸盐化蚀变带、中碳酸盐化蚀变带和弱碳酸盐化蚀变带。这些围岩蚀变作用将大量Fe³⁺还原为Fe²⁺,使紫红色铁质碎屑岩类发生了大规模的褪色化-变色化蚀变作用,而且形成了砂砾岩型-砂岩型铜铅锌-铀矿床。在上述多重耦合机制过程中,含烃盐水-液烃-气烃-气相CO₂、含烃盐水-气烃-液烃-气液烃-轻质油-沥青等多相态流体不混溶作用导致矿质沉淀富集。气相CO₂逃逸与热水解作用导致带状碳酸盐化蚀变带形成和矿质沉淀富集。富烃类还原型成矿流体和Ca-Mg-Fe-Mn-CO₃酸性还原型成矿流体、以赤铁矿-铁辉铜矿为标志的地球化学氧化-还原相作用界面导致矿质沉淀。强酸性氧化相Ca-Sr-Ba-SO₄型热水沉积作用形成了含铅锌石膏天青石岩等,为砂砾岩型铜铅锌-铀矿床矿质大规模沉淀富集成矿机制。     

天然菱锌矿(ZnCO3)在不同水环境中的溶解作用及溶度积

通过批试验研究了天然菱锌矿(ZnCO₃)在不同水环境中的溶解作用。结果表明：菱锌矿在纯净水、空气饱和水、 CO₂饱和水、初始pH值分别为3和9的溶液中溶解时,Zn浓度随着溶解时间的增加逐渐升高,在2 640 h(110 d)后达到溶解平衡或稳定状态,浓度分别为0.093～0.097 mmol/L、 0.090～0.093 mmol/L、 0.102～0.105 mmol/L、 0.599和0.083 mmol/L;菱锌矿的溶度积(K_sp)为10^-10.91±0.21～10^-11.11±0.13,吉布斯生成自由能(ΔG_n^f)在(-737.18±1.18)～(-738.30±0.74)kJ/mol。在地表水和地下水中溶解时,Zn浓度随着溶解时间的增加初始时呈上升趋势,随后逐渐下降,并且远低于在实验室配水中的浓度;溶解过程中方解石、文石、白云石和菱镁矿等的沉淀会抑制菱锌矿在天然水体中的溶解,降低水中Zn的浓度。     

水铁矿驱动Feammox处理污泥消化液中的氨氮

异化铁还原耦合厌氧氧化(Feammox)是自然环境中普遍存在的氨氮去除途径,但该过程在污水处理领域的研究及应用还比较少。以含氨氮的污泥消化液为对象,研究其在厌氧条件下由水铁矿驱动Feammox进行脱氮的效果。结果表明:经过48 d厌氧处理后,NH⁺₄-N去除率和总氮去除率分别为72.4%和57.5%,而未投加水铁矿的对照组中NH⁺₄-N去除率和总氮去除率分别为7.6%和2.5%;在投加水铁矿的反应器内检测到Fe(Ⅱ)的持续产生;以同位素标记的¹⁵NH⁺₄-N进料,在投加水铁矿的反应器顶空中检出³⁰N₂,证明了Feammox的发生;实时定量PCR(qPCR)结果显示,Feammox功能微生物Acidimicrobiaceae A6菌表达活跃。高通量测序表明,在投加水铁矿的反应器内富集了多种铁还原菌;同时,向反应器内投加水铁矿和腐殖质后,NH⁺₄-N去...     

潜流带生物地球化学特征研究进展

潜流带(即地表水-地下水交互作用带)是位于地表水和地下水之间发生物质和能量交换的,具有物理、化学、生物梯度的饱和含水带。潜流带内发生着强烈的生物地球化学过程,在改善水环境质量和维持水生态系统稳定中发挥着重要作用。潜流带生物地球化学特征主要受河床沉积物结构特征、水文特征、环境特征、生物群落格局、物质输入等因素的影响,潜流带内C、N、P元素以及有毒金属元素(Fe、Mn、As、Hg等)会发生氧化-还原、吸附与解吸、沉淀与溶解、生物催化等生物地球化学过程。原位监测、数值模拟、原位培养和地球物理探测等技术是潜流带中生物地球化学过程研究中常用的研究手段。未来针对潜流带的研究可以从监测和数值模拟技术、河床沉积物变化特征以及微生物生态系统的结构和功能等方面进一步开展。     

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。     

地浸采铀地下水中放射性污染物迁移的模拟

地浸采铀对地下水的放射性污染是一个倍受关注的环境问题．本文对新疆某地浸采铀矿山井场地下水污染的监测结果进行了分析,建立了地浸采铀井场地下水中污染物迁移的动力学模拟,对污染物在地下水中的迁移规律进行了数值模拟．在地浸生产期间,有少量的放射性污染物U和硫酸向井场外迁移,但污染物：迁移速度和迁移距离都比较小,污染物浓度较低,污染物呈不规则的齿形迁移,U和SO4^2-的迁移规律与迁移趋势是一致．数值模拟对分析地浸采铀矿山地下水中污染物的迁移规律、预测和控制污染物的迁移提供有效的途径和依据．     

应用表面活性剂进行低渗透砂岩铀矿床地浸采铀的实验研究

低渗透砂岩铀矿床的地浸开采是目前的一个技术难题.以新疆某铀矿为对象,利用搅拌浸出和柱浸实验研究了表面活性剂在低渗透铀矿地浸开采中的应用.实验中采用10 g/LH2SO4溶液作溶浸剂,并加入不同量的表面活性剂P.搅拌浸出实验结果表明,溶浸液中加入不同浓度的表面活性剂均可提高铀浸出率,在表面活性剂P的浓度为10 mg/L时其铀浸出率最高,达到92.6%.柱浸实验表明,加入10 mg/L表面活性剂P时矿石渗透系数可提高28.8%,铀的浸出率可提高32%而达到85.79%.表面活性剂降低溶浸液的表面张力,促进了铀的溶解和提高铀浸出率.低渗透砂岩铀矿床可以在溶浸液中加入适当的表面活性剂进行地浸开采.     

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。     

柴达木盆地东北缘柯柯地区铀矿化地质特征和找矿标志

为了扩大柯柯地区铀矿勘查成果,采用野外实地调查取样方法,综合分析柯柯地区的铀矿地质、物化探等资料,发现F₄、F₅构造带控制着柯柯地区铀矿床的分布和规模,云母石英片岩是铀成矿的有利围岩,变砂岩是成矿条件最好的含矿主岩,红化是最明显的找矿标志,伟晶岩脉、煌斑岩脉及闪长玢岩脉等脉体与铀矿化关系密切,也是较好的找矿标志。F₄构造带下盘和F₅构造带上盘之间是本区找矿潜力最大的区段。     

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。     

粤北下庄矿田仙石铀矿床沥青铀矿电子探针化学年龄及其地质意义

华南晚中生代以来多期铀成矿与岩石圈伸展事件基本对应,高精度的铀成矿年代学测定有利于进一步明确两者的关系。下庄矿田以发育众多与辉绿岩脉有关的“交点型”热液铀矿床为特色,是华南代表性铀矿田之一。选择下庄矿田仙石铀矿床这一典型的“交点型”铀矿床为研究对象,利用光学显微镜、扫描电镜对铀矿化特征进行了详细的岩相学观察,并采用电子探针分析计算了沥青铀矿U-Th-^totalPb化学年龄。结果表明:仙石铀矿床铀矿化与碳酸盐脉共生,可分为角砾状、脉状两期矿化; 沥青铀矿主要化学组成为UO₂、PbO、CaO、SiO₂、Na₂O、Al₂O₃,且SiO₂与PbO含量、Na₂O与PbO含量、Na₂O与Al₂O₃含量、Na₂O与CaO含量、PbO与Al₂O₃含量、PbO与CaO含量、Al₂O₃与CaO含量之间相关系数都小于0.5,反映了沥青铀矿形成之后受改造作用弱,铀矿物U-Th-^totalPb体系相对封闭; 采用电子探针U-Th-^totalPb化学定年法计算,矿化年龄可分为两组,加权平均年龄分别为(123.3±4.5)和(84.1±3.2)Ma,分别对应于角砾状、脉状两期铀矿化。综合前人定年结果,认为仙石铀矿床主要铀成矿作用与华南岩石圈伸展事件具有较好对应关系。下庄矿田乃至华南地区的主要铀成矿作用可能与古太平洋板块俯冲的地球动力学背景有关。     

有机组分二次离子质谱特征及其裂解机理

二次离子质谱(SIMS)技术近年来被广泛用于分析煤和油气烃源岩有机组分化学成分和结构特征。在介绍SIMS质谱图解析方法的基础上,分析了有机组分二次离子组成特征; 在综合研究有机组分SIMS 质谱图特征的基础上,应用化学动力学原理对有机组分SIMS 质谱裂解机理进行了探讨。结果表明:有机组分以芳香核为基本结构单元,且含有杂环并带有多种含氧基团和支链; 有机组分SIMS 质谱裂解由其复杂大分子结构中烷基苯不同化学键的解离能大小决定的; 有机质结构中α碳和β碳之间的α—β键和支链碳的C—C键解离能最弱,有机化学结构中的α—β键和支链碳的C—C键容易断裂; 与苯环相连支链中,(C₆H₅)CH₂—C₂H₅结构中的α—β键和支链碳的C—C键容易断裂而形成(C₆H₅)CH⁺₂(91)、C₂H⁺₅(29)和CH⁺₃(15)等碎片离子,这也是有机组分SIMS质谱图中最主要的碎片离子峰。     

内蒙古克鲁伦凹陷伊敏组下段砂岩铀成矿条件、特征及成因

为查明内蒙古克鲁伦凹陷伊敏组下段砂岩铀成矿规律和成因,系统总结了内外部铀源、构造环境、岩性-岩相特征、后生氧化作用等关键控矿条件以及铀成矿特征,较精准厘定了目的层时代及其铀成矿年龄,进而构建了砂岩铀成矿模式。结果表明: 克鲁伦凹陷的主攻找矿目的层为伊敏组下段,侏罗纪中酸性火山岩、海西期花岗岩、下白垩统伊敏组和地下水的U含量高,指示了内外部铀源十分丰富; 目的层形成于断-坳转换期,发育扇三角洲相—滨浅湖相沉积体系,(水下)分流河道微相灰色砂体发育,岩性以含砾粗砂岩、砂砾岩为主,结构疏松,透水性好; 原生砂体中富含碳屑及植物茎干,自身还原容量较高,是一套良好的含矿建造; 该砂体普遍发育强烈的褐黄色面状古潜水(局部古潜水-层间)后生氧化作用,进而控制了矿体的形成和形态; 矿体埋深一般小于150 m,每平方米U质量为0.46～1.00 kg,主要呈透镜状和似层状; 铀矿化砂岩全岩U-Pb定年获得了(67.1±5.9)Ma和(63.7±5.2)Ma的等时线成矿年龄; 结合凹陷构造演化史,建立了伊敏组下段4个阶段的古潜水-层间氧化铀成矿模式,即早白垩世早期成矿前富铀建造准备阶段、早白垩世中晚期含矿目的层形成阶段、古近纪主成矿阶段和新近纪成矿停滞保存阶段,并指出区内深部(500 m以浅)仍具有较好的古潜水-层间氧化带型铀矿成矿潜力。