淮北临涣采煤沉陷区地表水与浅层地下水稀土元素地球化学特征

发布时间：2020-07-06 12:52

【摘要】：煤炭作为我国的主要能源,在长期的开采活动中造成了地表沉降等一系列环境社会问题,淮北是我国主要的煤炭开采基地,具有第四系厚松散层、高潜水位、河网密布等特殊的地质地貌条件,长期的煤炭开采活动导致淮北地区分布着面积巨大的沉陷积水,沉陷区积水的形成会导致地表水和地下水循环条件改变。作为研究水文地球化学的重要工具,稀土元素的地球化学性质相似且稳定性好,同时在风化、剥蚀、搬运、再沉积及成岩作用过程中,由于其微弱差异的性质可以发生元素的富集与亏损,稀土元素在水体中的行为,其中蕴含了丰富的地球化学信息,对研究水体地球化学过程十分重要。本文从稀土元素地球化学的角度,以淮北临涣采煤沉陷区地表水和浅层地下水为研究对象,采用ICP-MS测定样品中稀土元素含量,分析了水中稀土元素分配模式,利用化学平衡软件MINTEQ(3.1版)模拟计算了水体中稀土元素的络合方式,针对控制稀土元素行为的主要因子进行分析,研究结果可为矿区生态环境综合治理提供科学依据。研究区水体总体呈弱碱性,河水、香顺沟和沉陷区积水中的主要阳离子为Na+,主要阴离子为HC03-和SO42-,与以上三个功能区不同,浅层地下水中的主要阴离子为HC03-,占比达到了68%,突出显示了研究区内碳酸盐水体特征,总体上,河水和沉陷区积水显示出了HC03-·SO42-·Na+、SO42-·HCO3-·Na+型,浅层地下水显示了HCO3-Ca2+Mg2+型。研究区内各类型水体中∑REE平均值为0.9793μg/L,其中最大值为3.0432μg/K,最小值为0.1310μg/L。其中河水中∑REE在0.1310～2.5073μg/L之间,平均值为0.7799μg/L,部分采样点可能受到人为活动影响,由上游到下游呈现出了先增加再降低的趋势;香顺沟∑REE的平均值为0.7948μg/L;沉陷区积水中∑REE平均值为1.1721μg/L,矸石山堆积对沉陷区积水中∑REE有一定影响;浅层地下水溶解态∑REE含量在0.6186～2.1436μg/L,平均值为1.2086μg/L。当水体碱度较低时,pH值对∑REE的影响较大,此时,随pH的增大,∑REE减少;当水体碱度较高时,稀土元素与碳酸根的络合作用会影响pH与∑REE之间的关系。研究区水体均表现为Ce负异常和Eu正异常河水上游、中游、下游均具有较为明显的中稀土元素亏损和重稀土元素富集特征,重稀土元素的富集程度随着河流流向呈现出先增大后减小的趋势;香顺沟水体中中稀土元素和重稀土元素均呈现出富集的特征(Gd/Nd)ucc平均值为1.53,(Yb/Nd)ucc平均值为40.37;沉陷区积水的(Gd/Nd)ucc平均值为0.79,(Yb/Nd)ucc平均值为23.36,呈现出中稀土元素亏损、重稀土元素富集特征;浅层地下水的(Gd/Nd)ucc平均值为1.31,(Yb/Nd)ucc平均值为40.05,表现出中稀土元素和重稀土元素富集的特征。河水中稀土元素的(La/Yb)ucc与河水的pH值、HCO3-具有较为明显的正相关,而在沉陷区积水、浅层地下水中,(La/Yb)ucc与pH、HCO3-相关性不显著。水体的pH以及与碳酸根的络合反应,是影响水体稀土元素分异的主要因素。计算模拟结果显示,地表水中稀土元素的无机络合形式主要是Ln(CO3)2-,平均占比在90%以上,而地下水中的稀土元素络合形式为LnCO3+,所占比例为60.2%,Ln(C03)2-形式次之,与地表水体中稀土元素的形态分布差异较大。
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P342;P641.3
【图文】：

第二章研究区概况、取样及分析测试逡逑地势由西北倾向东南，被新生界地层所覆盖，新几千米１５力。地层基岩在淮北市萧县、烈山区等生代第四系覆盖。受秦岭－大别造山带与郯庐断先期的近东西向构造经历了多期构造运动，受到成了如今整体为ＮＮＥ向的徐宿弧形构造。宿北断断裂等几条近南北及东西向的大型断裂，将淮北、临涣矿区及宿县矿区。本地区分布着上元古界陶系、石炭系、二叠系至中生界的三叠系、侏罗新近系和第四系［５８］。逡逑

淮北临涣采煤沉陷区地表水与地下水稀土元素地球化学特征逡逑（２）浅层地下水采集逡逑本次研究在临涣矿区设地下水采样点，共采集民用手压井、小口径机井中地逡逑下水样１０组（如图２－２），放水ｌＯｍｉｎｓ将水管中余水排净再进行样品采集，井的逡逑深度集中在１２？４６米之间。逡逑（３）煤样、煤矸石的采集与处理逡逑煤样、矸石样取回实验室后，经自然风干；采用四分法选取适量煤样、矸石逡逑样，粉粹后，在玛瑙研钵内将样品研磨至２００目以下：研磨后的样品保存于密闭逡逑的棕色玻璃瓶中，标明制样日期、采样地点和样品编号；取Ｏ．ｌｇ研磨好的样品于逡逑聚四氟乙烯坩埚中，按５：５：３的比例加入ＨＮ０３、ＨＦ和ＨＣ１０４，消解至透明澄清逡逑的溶液，定容至２５ｍｌ，经经０．４５ｇｍ孔径醋酸纤维滤膜（ＣＡ膜）过滤后待测。逡逑

淮北临涣采煤沉陷区地表水与地下水稀土元素地球化学特征逡逑环境的相关特征。分别对河水、沉陷区积水和浅层地下水做Ｐｉｐｅｉ？三线图（图３－逡逑１，图３－２，图３－３），可以看出，地表水体尤其是沉陷区积水的阳离子组分偏向逡逑Ｎａ＋＋Ｋ＋端元，说明流域中出现岩盐风化溶解，但研究区内没有大面积的岩石出逡逑露，而广泛种植水稻等农作物，推测主要因为研究区内农业生产用水中化肥的污逡逑染导致，另外原因可能是地表水蒸发或黏土矿物发生离子交换作用等，以上原因逡逑都会增加水体中的Ｎａ＋和Ｋ＋的含量。在浅层地下水中，大部分阳离子组分偏向逡逑Ｍｇ２—或、Ｎａ＋＋Ｋ＋离子端元，地下水阴离子组分点多落在ＨＣ０３－—侧，突出逡逑显示了碳酸盐水体的特征。总体上，河水和沉陷区积水显示出了邋ＨＣＯｆＳ0４２、Ｎａ＋、逡逑Ｓ0４２－－ＨＣ０３－＿Ｎａ＋型，浅层地下水显示了邋ＨＣＯｆＣａｈＭｇ２—型。逡逑

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本文编号：2743662