酸性矿山排水影响的水库沉积物微量元素地球化学特征
发布时间：2021-06-29 01:59
为了解酸性矿山排水（AMD）影响下水库沉积物中微量元素的质量分数水平及其分布特征,对常年受酸性废水影响的贵州兴仁猫石头水库沉积物中26种微量元素的质量分数、相关性及控制因素进行了分析。结果表明:猫石头水库沉积物柱中Sr、Ba、Zr、V、Cr和As质量分数平均值超过了100μg/g,其中As质量分数最高,平均值超过800μg/g;Be、Ta、Co、Ag、Cd、Sn和Se质量分数的平均值都在5μg/g以下;其他元素质量分数平均值则在10～60μg/g之间。相较未受AMD影响的水系沉积物,研究区水库沉积物具有明显的As和Sb富集特征。水库沉积物中Li、Be、Rb、Sr、Cs、Ba、Sc、Y、Zr、Hf、Nb、Ta、Th之间存在显著正相关关系,而As与这些元素之间存在显著负相关关系。元素相关分析、因子分析及微量元素图解表明,Li、Be、Rb、Sr、Cs、Ba、Sc、Y、Zr、Hf、Nb、Ta、Th、Cr、Sb等元素受控于流域岩石化学风化和土壤物理侵蚀,这也是控制研究区元素分布最重要的因素,而Cu、Cd等重金属元素则与AMD对地层中元素的溶蚀析出和有机质等细颗粒物的吸附有关。另外,研究区重金属元...
【文章来源】：吉林大学学报(地球科学版). 2020,50(04)北大核心CSCD
【文章页数】：15 页
【部分图文】：
猫石头水库沉积物MC1和MC2不同深度分割后各样点微量元素蛛网图
从图2可以看出,猫石头水库沉积物与中国水系沉积物相比,不同区域沉积物具有相同的微量元素配分特征。除个别元素缺少参比数据外,与中国水系沉积物相比,2个沉积物柱中的大部分样品均具有较高的Zr、Li、Nb、V、Cr、Cu、As、Sb、Y、Ag和Sn质量分数,尤以As和Sb富集明显,而 Be、Sr、Ba、Co、Ni、Zn、Cd、Pb的质量分数低于中国水系沉积物,元素Th质量分数则与之相近。与贵州水系沉积物(表1)相比,猫石头水库沉积物中除Sr平均质量分数较高以外,其他元素则具有与图2所示相似的分布特征。为了更直观地比较AMD影响的水库沉积物与非矿区水库沉积物之间的微量元素组成特征,我们将研究区水库沉积物与未受AMD影响的贵州红枫湖和百花湖、甘肃刘家峡水库沉积物微量元素进行对比(表1)。从表1可以看出,研究区水库沉积物中Sc、Zr、Y、Nb、Ta、V、Cr、As质量分数平均值均高于未受AMD影响的水库沉积物,尤以As质量分数高为明显特征,其他大部分元素则低于未受AMD影响的水库沉积物。总体来说,研究区水库沉积物具有As和Sb富集特征,有研究表明二叠系龙潭组As和Sb明显富集[14],这表明沉积物受地质背景影响明显。图3为沉积物中不同深度造岩元素(Rb、Sr)和高场强微量元素(Nb、Ta、Zr、Hf、Th、Co)比值变化特征。MC1和MC2中Rb/Sr均值分别为0.42±0.02和0.44±0.01,Nb/Ta分别为15.88±0.59和15.90±0.49,Zr/Hf分别为41.71±1.59和39.94±1.22,Th/Sc分别为0.74±0.06和0.77±0.06,Th/Co分别为3.65±0.99和2.63±0.85,Zr/Nb分别为7.53±0.13和7.69±0.2,这些微量元素比值的标准差系数均小于2,表明不同区域沉积物中微量比值差异较小,也反应出不同微量元素比值随深度的增加变化较小,表明微量元素来源较为均一。
本研究对象属于小型水库,流域面积较小,流域范围内主要出露的地层为水库上游二叠系龙潭组及水库下伏三叠系飞仙关组。从表5可以看出,研究区龙潭组煤样和飞仙关组岩石微量元素组成上差异较大。为了更直观地比较水库沉积物、入库河流沉积物、岩石和煤间的微量元素组成特征,直接用水库沉积物中微量元素平均质量分数来与入库河流沉积物、岩石和煤样进行比值处理。从图4可以看出,水库沉积物与二叠系龙潭组煤和河流沉积物微量元素间具有相似的配分曲线,而水库沉积物与下伏基岩间微量元素组成差异较大,加之入库河流汇水范围全部位于二叠系龙潭组内(图1),且上游支流是水库主要补给水源;说明猫石头水库沉积物中微量元素来自于二叠系龙潭组风化残余物的贡献较大,通过河流搬运作用堆积在水库沉积物中。高场强元素(Nb、Ta、Zr、Hf)及Th、Sc、Cr等元素在化学风化作用过程中的迁移较弱,它们之间的元素比值可以反映源区的地球化学性质以及化学风化趋势[26-27]。从图5a中可以看出,河流沉积物和水库沉积物(MC1,MC2)Nb/Ta和Zr/Hf值投点位于龙潭组中煤的变化范围内,并且水库上游沉积物(MC1)Zr/Hf值略高于下游沉积物(MC2);这是由于Zr和Hf在中风化搬运过程中主要赋存在碎屑重矿物中而以碎屑态搬运,在粗粒级中质量分数要高于黏土粒级[18],因而随着重颗粒物先于水库上游沉积。从图5b可以看出,从河流上游至下游,沉积物Zr/Sc和Th/Sc值逐渐升高;表明随着沉积物的迁移,沉积物中Sc质量分数逐渐降低。这与Sc的化学性质有关,Sc在酸性溶液中处于溶解状态[28],而研究区河水和水库水体pH值小于4[10, 22],因而Sc易赋存于液相中。
【参考文献】：
期刊论文
[1]刘家峡水库表层沉积物微量元素地球化学特征[J]. 王建丰,雷天柱,张生银,张喜龙,陈文磊,樊海龙. 沉积与特提斯地质. 2018(03)
[2]二道松花江沉积物重金属特征及其潜在生态风险[J]. 陆继龙,刘奇志,王春珍,蔡波,郝立波,尹业长,赵玉岩. 吉林大学学报(地球科学版). 2018(02)
[3]贵州独山锑矿区土壤-头花蓼系统中重金属的分布特征[J]. 王丽,杨爱江,邓秋静,胡霞,薛洪其,陈蔚洁,李聪. 生态学杂志. 2017(12)
[4]中国水系沉积物39种元素系列背景值[J]. 史长义,梁萌,冯斌. 地球科学. 2016(02)
[5]粤北大宝山酸性矿山废水的稀土元素地球化学特征[J]. 伊彩文,陈炳辉,李文,周艳梅,王智美,张介棠,程银鹰,邹志辉. 地球与环境. 2016(01)
[6]广西都安县耕地土壤重金属污染风险评价[J]. 吴洋,杨军,周小勇,雷梅,高定,乔鹏炜,杜国栋. 环境科学. 2015(08)
[7]三峡库区典型农田小流域土壤汞的空间分布特征[J]. 王娅,赵铮,木志坚,王定勇,余亚伟. 环境科学. 2015(01)
[8]黔西南龙潭组微量元素地球化学特征与金矿成矿物质来源研究[J]. 廖铸敏,马路遥,陶平. 贵州地质. 2014(01)
[9]贵州草海沉积物重金属污染特征及潜在生态风险分析[J]. 林绍霞,张清海,郭媛,欧阳勇,林昌虎. 农业环境科学学报. 2012(11)
[10]黔中小流域水体悬浮物与沉积物微量元素地球化学特征及物源指示[J]. 赵兴媛,季宏兵,朱先芳,曹万杰,高彦鑫. 地球化学. 2012(03)
本文编号：3255489
【文章来源】：吉林大学学报(地球科学版). 2020,50(04)北大核心CSCD
【文章页数】：15 页
【部分图文】：
猫石头水库沉积物MC1和MC2不同深度分割后各样点微量元素蛛网图
从图2可以看出,猫石头水库沉积物与中国水系沉积物相比,不同区域沉积物具有相同的微量元素配分特征。除个别元素缺少参比数据外,与中国水系沉积物相比,2个沉积物柱中的大部分样品均具有较高的Zr、Li、Nb、V、Cr、Cu、As、Sb、Y、Ag和Sn质量分数,尤以As和Sb富集明显,而 Be、Sr、Ba、Co、Ni、Zn、Cd、Pb的质量分数低于中国水系沉积物,元素Th质量分数则与之相近。与贵州水系沉积物(表1)相比,猫石头水库沉积物中除Sr平均质量分数较高以外,其他元素则具有与图2所示相似的分布特征。为了更直观地比较AMD影响的水库沉积物与非矿区水库沉积物之间的微量元素组成特征,我们将研究区水库沉积物与未受AMD影响的贵州红枫湖和百花湖、甘肃刘家峡水库沉积物微量元素进行对比(表1)。从表1可以看出,研究区水库沉积物中Sc、Zr、Y、Nb、Ta、V、Cr、As质量分数平均值均高于未受AMD影响的水库沉积物,尤以As质量分数高为明显特征,其他大部分元素则低于未受AMD影响的水库沉积物。总体来说,研究区水库沉积物具有As和Sb富集特征,有研究表明二叠系龙潭组As和Sb明显富集[14],这表明沉积物受地质背景影响明显。图3为沉积物中不同深度造岩元素(Rb、Sr)和高场强微量元素(Nb、Ta、Zr、Hf、Th、Co)比值变化特征。MC1和MC2中Rb/Sr均值分别为0.42±0.02和0.44±0.01,Nb/Ta分别为15.88±0.59和15.90±0.49,Zr/Hf分别为41.71±1.59和39.94±1.22,Th/Sc分别为0.74±0.06和0.77±0.06,Th/Co分别为3.65±0.99和2.63±0.85,Zr/Nb分别为7.53±0.13和7.69±0.2,这些微量元素比值的标准差系数均小于2,表明不同区域沉积物中微量比值差异较小,也反应出不同微量元素比值随深度的增加变化较小,表明微量元素来源较为均一。
本研究对象属于小型水库,流域面积较小,流域范围内主要出露的地层为水库上游二叠系龙潭组及水库下伏三叠系飞仙关组。从表5可以看出,研究区龙潭组煤样和飞仙关组岩石微量元素组成上差异较大。为了更直观地比较水库沉积物、入库河流沉积物、岩石和煤间的微量元素组成特征,直接用水库沉积物中微量元素平均质量分数来与入库河流沉积物、岩石和煤样进行比值处理。从图4可以看出,水库沉积物与二叠系龙潭组煤和河流沉积物微量元素间具有相似的配分曲线,而水库沉积物与下伏基岩间微量元素组成差异较大,加之入库河流汇水范围全部位于二叠系龙潭组内(图1),且上游支流是水库主要补给水源;说明猫石头水库沉积物中微量元素来自于二叠系龙潭组风化残余物的贡献较大,通过河流搬运作用堆积在水库沉积物中。高场强元素(Nb、Ta、Zr、Hf)及Th、Sc、Cr等元素在化学风化作用过程中的迁移较弱,它们之间的元素比值可以反映源区的地球化学性质以及化学风化趋势[26-27]。从图5a中可以看出,河流沉积物和水库沉积物(MC1,MC2)Nb/Ta和Zr/Hf值投点位于龙潭组中煤的变化范围内,并且水库上游沉积物(MC1)Zr/Hf值略高于下游沉积物(MC2);这是由于Zr和Hf在中风化搬运过程中主要赋存在碎屑重矿物中而以碎屑态搬运,在粗粒级中质量分数要高于黏土粒级[18],因而随着重颗粒物先于水库上游沉积。从图5b可以看出,从河流上游至下游,沉积物Zr/Sc和Th/Sc值逐渐升高;表明随着沉积物的迁移,沉积物中Sc质量分数逐渐降低。这与Sc的化学性质有关,Sc在酸性溶液中处于溶解状态[28],而研究区河水和水库水体pH值小于4[10, 22],因而Sc易赋存于液相中。
【参考文献】：
期刊论文
[1]刘家峡水库表层沉积物微量元素地球化学特征[J]. 王建丰,雷天柱,张生银,张喜龙,陈文磊,樊海龙. 沉积与特提斯地质. 2018(03)
[2]二道松花江沉积物重金属特征及其潜在生态风险[J]. 陆继龙,刘奇志,王春珍,蔡波,郝立波,尹业长,赵玉岩. 吉林大学学报(地球科学版). 2018(02)
[3]贵州独山锑矿区土壤-头花蓼系统中重金属的分布特征[J]. 王丽,杨爱江,邓秋静,胡霞,薛洪其,陈蔚洁,李聪. 生态学杂志. 2017(12)
[4]中国水系沉积物39种元素系列背景值[J]. 史长义,梁萌,冯斌. 地球科学. 2016(02)
[5]粤北大宝山酸性矿山废水的稀土元素地球化学特征[J]. 伊彩文,陈炳辉,李文,周艳梅,王智美,张介棠,程银鹰,邹志辉. 地球与环境. 2016(01)
[6]广西都安县耕地土壤重金属污染风险评价[J]. 吴洋,杨军,周小勇,雷梅,高定,乔鹏炜,杜国栋. 环境科学. 2015(08)
[7]三峡库区典型农田小流域土壤汞的空间分布特征[J]. 王娅,赵铮,木志坚,王定勇,余亚伟. 环境科学. 2015(01)
[8]黔西南龙潭组微量元素地球化学特征与金矿成矿物质来源研究[J]. 廖铸敏,马路遥,陶平. 贵州地质. 2014(01)
[9]贵州草海沉积物重金属污染特征及潜在生态风险分析[J]. 林绍霞,张清海,郭媛,欧阳勇,林昌虎. 农业环境科学学报. 2012(11)
[10]黔中小流域水体悬浮物与沉积物微量元素地球化学特征及物源指示[J]. 赵兴媛,季宏兵,朱先芳,曹万杰,高彦鑫. 地球化学. 2012(03)
本文编号：3255489
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