基于土柱淋滤实验的煤矸石饱和状态下溶质释放过程研究

针对煤矸石山在降水淋滤作用下对矿区周边地下水造成污染的严重问题,用实验模拟法对包头石拐区一废弃煤矿进行饱和状态下煤矸石的淋滤实验研究。结果表明:煤矸石中Ca、Mg、Fe、Cu、Zn、NO₃-、SO₄2-、Cl-的淋滤过程都遵循浓度先升高再降低到稳定值的基本规律,只是NO₃-、SO₄2-、Cl-的淋出速率明显大于重金属的淋出速率,Ca和Mg、SO₄2-和Cl-、Pb和Cr、Cd有相似的淋出机制;重金属最强淋出率从大到小的顺序是Mg>Cd>Ca>Cu>Zn>Cr>Fe>Pb;Hg和As等含量甚微,均未检出。      

河南省永城市浅层地下水化学特征及形成机制

地下水是河南省永城市重要的供水水源,浅层地下水水质污染严重制约了该市经济发展和居民生活质量的提高.在实地调查采样分析的基础上,运用水化学图解法、数理统计法、地球化学模拟法等方法综合分析了永城市浅层地下水的水化学特征和形成机制,探讨了该市浅层地下水污染来源和主要影响因素.结果表明:随含水介质和人类活动影响强度的变化,浅层地下水中K+、Ca2+、NO₃-、Cl-、SO₄2-的浓度和COD（chemical oxygen demand）随深度增加而减少,而Na+、F-、Mg2+、HCO₃-的浓度和TDS（total dissolved solids）随深度增加而上升.在煤矿区及煤化工区浅层地下水中SO₄2-浓度大于250 mg/L,远远高于其他区域的SO₄2-浓度,而在农业区浅层地下水中NO₃-浓度大于30 mg/L,远远高于其他区域的NO₃-浓度.综合分析表明:煤矿及其化工业废水和生活污水排放、过量使用化肥农药是永城市浅层地下水污染的主要因素.      

喀斯特区域的水化学不稳定性——以黔中地区为例

黔中地区是岩溶作用发育的喀斯特区域.1993年秋和1994年春末采自该地区不同类型水样的水化学分析表明:碳酸盐岩裂隙泉水呈中偏碱性,为[C]Ca-Ⅱ型;秋季离子总量、HCO₃-及Ca2+浓度大于春季.裂隙泉水流经地表一定距离后,HCO₃-降低,pH及SO₄2-、Cl-、K+、Na+明显增高.黄果树的天星桥、水帘洞及落水潭三个部位河水的SO₄2-、Na+以及Fe3+、NO₃-等浓度的季节性变化也更加明显.春季因瀑布暴气,CO₂的逸出,钙华生成更强烈一些.红枫湖作为喀斯特区域地表水的汇集地,HCO₃-与SO₄2-的当量比值仅2.1～2.4;Ca2+与Mg2+比值上升为2.4～4.2,Cl-浓度较碳酸盐岩裂隙泉水增高1倍;Na+浓度增高一个数量级.说明流域内地表土层溶蚀及人为污染影响的增强.土层孔隙水属强矿化水,而湖水呈现过渡特征.碳酸盐沉淀作用、硫酸盐矿化作用及固氮氨化作用,导致水质组成的显着差异.     

典型岩溶小流域水体中硝酸盐分布特征及成因:以普定后寨河流域为例

岩溶流域水环境极易受到人为活动的影响,而硝酸盐污染是岩溶流域面临的最突出最普遍的问题之一,把握岩溶流域中硝酸盐的来源及其在不同水体中的分布特征与成因,可为岩溶流域硝酸盐污染的防治提供依据.以贵州普定后寨河流域为研究对象,于2017年5月采集地下水和地表水样品共53件,测定主要水化学参数,分析NO₃-来源,并结合区域土地利用类型,沿流动路径阐明其影响.结果表明,研究区主要阴、阳离子浓度从大到小依次为HCO₃- > SO₄2- > NO₃- > Cl-、Ca2+ > Mg2+ > Na+ > K+,水化学类型以HCO₃-Ca型为主.水体NO₃-的主要来源为化肥,有6个采样点水体明显受到硝酸盐污染,NO₃-浓度变化主要受混合过程控制,硝化作用和反硝化作用影响不明显.流域水体NO₃-浓度受土地利用方式影响明显,流经以农田或村寨为主的区域时NO₃-浓度升高,流经以林地灌木等自然植被繁茂的区域时NO₃-浓度降低.      

天山乌鲁木齐河源冰川积雪化学特征及其季节变化

高海拔雪冰可以记录源自于地球表面的各种化学物质信号.从2002年9月到2005年10月3年的时段内,在天山乌鲁木齐河源1号冰川积累区采集积雪样品,运用比较法、相关分析法等方法,对其中主要离子、不溶粉尘、痕量金属和δ18O等特征及其季节变化进行了分析研究.分析结果表明,积雪离子浓度大小顺序依次为:Ca2+＞SO₄2-＞NO₃-＞Cl-＞NH₄+＞Mg2+＞Na+＞K+,其中Ca2+是主要的阳离子,SO₄2-是主要的阴离子.离子相关性分析表明,除NO₃-之外,其他离子浓度之间均存在较好的正相关.积雪中δ18O值随时间变化表现出与大气温度变化相反的规律.积雪中不溶粉尘和主要化学离子浓度具有明显的季节变化特征,春季期间浓度明显高于其他季节,表明沙尘活动对冰川区化学物质输入有较大贡献;此外,痕量金属(Cd、Pb、Zn、Al、Fe)季节变化特征表明,人类活动的污染物对于研究区雪冰中的化学特征亦有重要影响.      

岩溶洞穴系统SO42-、NO3-来源及其对水岩作用的影响

为揭示洞穴系统中SO₄2-和NO₃-离子来源及其对洞穴碳酸盐溶解的影响,通过对麻黄洞6个水点自2018年8月至2019年7月进行为期一个完整水文年的系统监测,对于监测结果进行综合分析.结果表明:（1）麻黄洞洞穴水水化学类型为HCO₃-Ca·Mg以及HCO₃·SO₄-Ca·Mg型;（2）通过实地调查与元素比值法综合分析可知,麻黄洞NO₃-与SO₄2-各水点来源存在一定差异,其中麻黄洞NO₃-主要源于农业活动和大气N沉降,而SO₄2-主要以农业活动、石膏溶解为主要来源,SO₄2-和NO₃-均参与了岩溶作用,加速了基岩的溶蚀,这一过程主要受离子浓度、径流大小以及补给模式影响;（3）基于水化学计量法和稳定同位素技术估算可知,SO₄2-和NO₃-洞穴水DIC的贡献为0.05~0.61,释放DIC的同时改变了水中离子浓度,对于岩溶作用形成扰动,总体呈现出旱季>雨季、滴水>裂隙水的特征.同样,由于岩溶区的复杂和不可知,在对其进行系统研究时应当注重多种方法的结合与比较,提高研究精度与可信度.      

江汉平原东部地区浅层地下水水化学特征

浅层地下水是江汉平原东部地区重要的供水水源,但面临着污染及天然水质异常等问题.基于水化学与氢氧同位素结果,并运用数理统计和因子分析等方法,查明了研究区浅层地下水的化学特征、控制过程以及影响因素.结果显示,浅层地下水的化学类型主要为HCO₃-Ca型;其中潜水中Ca2+和Mg2+含量与承压水接近,Fe、As和NH₄+含量低于承压水,而Cl-、SO₄2-、Mn和NO₃-含量高于承压水.浅层地下水主要为大气降水补给,其中潜水经历了一定程度的蒸发以及与地表水的混合.在影响浅层地下水化学特征的因素中,地质成因在总体上可能起主导作用;人类活动的输入显著地改变着潜水的化学特征,而浅层承压水则主要受径流过程中水-岩相互作用的影响.      

重庆岩溶地下河水文地球化学特征及环境意义

岩溶地下河系统是岩溶地区重要的地下水资源,重庆地区分布有岩溶地下河380条,是重庆市重要的地下水资源。为宏观掌握重庆地区岩溶地下河水化学特征,了解区域岩溶地下河水化学影响因素及分布规律,研究了重庆不同地区61条岩溶地下河水文地球化学特征。结果表明,重庆地区岩溶地下河的溶解组分主要来源于碳酸盐岩的溶解,水化学类型为Ca-HCO₃型或Ca(Mg)-HCO₃型,但部分地下河水化学受到人类活动影响变为Na+Ca-HCO₃型、Na+Ca-SO₄型、Na+Ca-Cl型或Ca-SO₄+HCO₃型,且农业活动或城市废水对地下河水化学的影响比工矿业活动普遍。地下河水温度随海拔升高而逐渐降低。在相同的地质背景下,地下河Ca2+、Mg2+、HCO₃-等离子由于受不同区域岩溶作用强度差异的影响呈现出明显的区域性,SO₄2-、NO₃-、Cl-等指标由于受不同区域人类活动强度和方式的影响也显示出明显的区域性。总体来看,岩溶地下河水质正在恶化。     

招远金矿区水体中硫同位素特征及其对污染来源的指示

稳定同位素因其指纹效应已成为分析矿区污染来源的重要技术手段。文章以招远金矿区为例,应用硫同位素联合水化学分析、聚类分析及氢氧同位素分析招远金矿区水污染特征和成因。通过分析可知,矿区内地表水和地下水主要接受大气降水补给,水力联系密切。水化学类型以SO₄—Ca和SO₄—Na型为主,阴离子以SO₄2-为主,地表水和地下水的NO₃-和Cl-在空间上变异性较大。地表水硫酸盐含量普遍偏高,硫酸盐污染较为严重,高值区出现在玲珑金矿、金翅岭金矿和张星镇附近;而地下水高值区都出现在玲珑金矿附近,且SO₄2-浓度沿着径流方向逐渐降低。地表水中硫酸盐δ34S值介于1.8‰~9.8‰,地下水中硫酸盐δ34S值介于2.7‰~9.6‰,地表水和地下水硫酸盐含量受玲珑金矿硫化、玲珑花岗岩和胶东岩群影响明显。在地下水径流途中,有地表水入渗污染地下水的现象。另外,工业废水的排放也是硫酸盐含量升高的主要原因。研究表明:硫同位素在金矿区硫酸盐污染的来源和特征方面有很好的指示作用,是评价矿山开采对地下水污染的有效工具。     

柴达木黑北凹地早更新世新型砂砾层卤水水化学特征与成因

柴达木黑北凹地深部砂砾石层内的承压水是近期在柴达木西部新发现的规模巨大的孔隙卤水,水位埋深8~24 m,接近地表;富水性中等偏强;矿化度较高,KCl含量达到可开发利用的要求,井采时不易结盐,可作为后续开发钾盐的备选区域.离子统计分析结果显示,TDS、Cl-、Na+、Cs+、B₂O₃、Ca2+、Mg2+、Sr+、NO₃-、Rb+在卤水中的浓度变化幅度小,分布较均匀;SO₄2-的变化幅度大,分布极不均匀;Br-、I-、Li+、K+变化幅度和均匀程度介于二者之间;Na+、Cl-、Ca2+、Sr2+、TDS呈正态负偏高峰态,K+、SO₄2-、Li+呈非正态正偏高峰态.成分聚类分析图中,K+、SO₄2-、Li+首先聚为一亚类,Cl-、TDS、Na+聚为一亚类.从离子含量变化曲线图中可以看到,该孔隙卤水从东至西,Na+、Cl-含量和变化趋势相同,且它们与TDS、B₂O₃的变化趋势相同.K+、SO₄2-、Mg2+三种组分含量较一致,变化趋势相同,且同时与Li+的变化趋势相同.孔隙卤水钠氯系数C_Na/C_Cl值为0.85~0.96,溴氯系数为0.01~0.34,与盐岩溶滤卤水接近.在Na+、K+、Mg2+//Cl--H₂O四元体系和Na+、K+、Mg2+//Cl-、SO₄2--H₂O五元体系25 ℃介稳相图中反映出2种析盐规律,一种为硫酸镁亚型,另一种是氯化物型.其形成可能与化学沉积层中高矿化度晶间卤水与砂砾石层中原始孔隙(淡)水相互作用有关.      

深圳沿海表层海水与地表水关系的地球化学分析

依据深圳沿海所取31件表层海水样品的水化学数据,对主要离子Ca2+、Mg2+、Na+、K+、SO42-和HCO3-与C l-以及B r-与C l-的关系作散点图分析。西海岸表层海水Ca2+、K+、SO42-和HCO3-与C l-的比偏离海水稀释线,源于其位于珠江河道影响范围,与珠江水有不同程度的混合;东海岸表层海水Ca2+、K+和HCO3-与C l-的比主要围绕海水稀释线波动,表明沿海表层海水流动缓慢,受表层海水蒸发和当地沿岸污染河水排泄的长期累积影响;靠近深圳湾的5件西海岸海水样品成分与东海岸表层海水相似。     

大兴安岭森林覆盖区金矿土壤离子电导率异常特征离子成份的研究及找矿预测

为了解森林覆盖区金矿体土壤离子电导率异常特征,探讨金矿体土壤离子电导率成份是由哪些种类离子组成,弄清不同种类离子的含量变化关系对电导率的贡献大小,为解释金矿土壤离子电导率异常的形成机制提供理论依据.通过在大兴安岭森林覆盖区虎拉林金矿的研究:(1)在已知的金矿体上测出了清晰的电导率异常,异常呈典型双峰形态"兔耳"状或"锯齿"状, 异常垂直指示金矿体的赋存位置.(2)弄清了金矿体组成土壤离子电导率异常的离子成份特征,其成份主要是HCO-3、SO-24、Ca2 、Cl-、K 、Na 、F-、Mg2 、Mn2 等一套水可溶性离子,经过相关分析得出金矿电导率异常与各水可溶性离子的相关系数是HCO-3＞Ca2 ＞SO2-4＞Cl-＞K ＞F-＞Na ＞Mg2 ＞Mn2 .(3)在未知区的找矿预测中找到3个具有成矿远景的离子电导率异常.     

长江水质地球化学

文章在对1958—1990年期间长江水系191个站点水质监测资料进行统计分析的基础上,研究了长江主要离子的地球化学。结果表明,长江水系各地河水总溶解性固体(TDS)含量的差别达一个数量级(49·7~518·1mg/L),TDS的平均值为205·9mg/L,是全球河流均值的3倍。相比之下,河水TDS含量的季节性变化并不大,尽管河水流量的季节变化很大。长江的主要离子化学主要受岩石风化作用,尤其是碳酸盐矿物的溶解作用所控制。长江中上游的川贵地区酸雨严重。酸雨作用于当地广泛分布的石灰岩和富含碳酸盐的三叠纪砂页岩,导致近半个世纪来长江水质的酸化趋势,使大部分河段SO24-和Ca2+含量增高,总硬度与总碱度的比值增高。     

慕士塔格卡尔塔马克冰川作用区的水文与水化学特征

利用2003年6月1日~8月25日实测的水文数据,分析了慕士塔格峰卡尔塔马克冰川融水径流的变化特征.卡尔塔马克冰川融水径流主要集中在6~8月,其存在着明显的日变化过程,融水径流受控于温度及降水要素.同时,对8月10~23日采集的冰川径流样品及部分降水样品的pH、EC(电导率)和主要离子(Na⁺,K⁺,Ca²⁺,Mg²⁺,Cl^-,NO₃^-,SO₄^2-,未检测降水样品的离子含量)的测定结果进行了分析讨论.径流样品略偏碱性,pH和EC呈正相关关系.SO₄^2-和Ca²⁺是所测离子中主导的阴阳离子.除NO₃^-外,样品中各离子含量具有一致的变化特征;各离子浓度与流量或水位具有相反的变化趋势.初步讨论了离子的来源,结果表明冰川融水中化学物质组分主要来源于地表.     

川西坳陷新场地区上三叠统须家河组地层水成因探讨

川西新场地区上三叠统须家河组二段和四段地层水离子组合特征显示出海相地层水以及富溴泥页岩和煤层压释水侵入的特点,整体表现为富溴的压释水和海相地层水混合,原始沉积水和淡水的影响较小。由于海相地层水和富18O而贫氘的压释水对原始沉积水的侵入和替换,地层水的氘、氧同位素值增大。须四段地层水更为强烈的水岩反应造成其相对须二段地层水更高的氧同位素值这一反常现象。尽管Cl-、Na+、Br-等含量似乎只受控于地层水的混合,但是K+、Ca2+、Mg2+、和Fe2+、HCO3-、SO42-等变化则明显受水岩反应的控制,文中提出的成岩假设与须二段和须四段地层水中上述离子变化及前人的成岩研究相符,不同的水岩体系造成两者地层水化学特征的差异性,须四段更为开放的水岩反应体系使得其相对须二段地层水富Ca2+、Mg2+和Fe2+,但贫K+,这些离子差别可以很好地区分两者中的地层水。     

新疆阿合奇县布隆金矿床成矿流体及成矿作用

新疆阿合奇县布隆石英重晶石脉型金矿床是一个少见的金矿新类型 ,其中流体包裹体类型主要有NaCl H2 O型、CO2 H2 O±CH4型和CO2 H2 O NaCl型。均一温度变化范围大 ,从 1 5 9～ 390℃ ,金主成矿阶段温度集中于 2 0 0～ 340℃ ,流体盐度为 2 .4 2 %～ 1 9.2 9%NaCleq ,但各阶段含石盐子晶多相包裹体的盐度高达 2 9.0 2 %～ 4 6 .2 %NaCleq。成矿流体密度为 0 .731～ 1 .1 32g/cm3 。成矿流体气相成分中以H2 O和CO2 为主 ,含少量N2 ,CH4,C2 H6,H2 S等 ;液相成分以Na+ 、Cl-为主 ,其次是Ca2 + ,K+ ,Mg2 + ,SO2 -4。布隆金矿床石英中流体包裹体的δ1 3 CPDB值为 - 4 .6‰～ - 1 .4‰ ,δ1 8OSMOW 为 1 7.2‰～2 1 .1‰ ,δ1 8O水 值为 6 .7‰～ 1 4 .7‰ ,δD变化于 - 70‰～ - 5 5‰ ,表明成矿流体主要来源于建造水 ,并混合少量岩浆水和大气降水 ,流体中的碳主要来源于海相碳酸盐岩。物理化学条件和流体组成的改变以及流体的不混溶作用在成矿过程中起了重要作用     

Microbial Geochemical Characteristics of the Coalbed Methane in the Shizhuangnan Block of Qinshui Basin,North China and their Geological Implications

Methanogens and sulfate reducing bacteria were detected by the 16SrRNA sequencing of coalbed methane(CBM)co-produced water in the south of the Qinshui Basin,which is indicative of the presence of secondary biological gas in the south of this basin,in contradiction to the previous understanding of thermogenic gas.This work systematically collected water samples from the CBM wells in the Shizhuangnan Block and analyzed the microbial geochemical characteristics from the aspects of water ions,hydrogen and oxygen isotopes,dissolved inorganic carbon and microbial diversity.It is shown that the Shizhuangnan Block has a nearly SN-trending monoclinic structure,and the elevation of coal seam decreases gradually from the east to west.Because of the water blocking effect of Sitou fault in the west,the precipitation flowed from the east to west,and gradually transited to stagnant flow area.The concentration variation of some ions such as Na~+,K~+,Ca~(2+),Mg~(2+),Cl~-,HCO~-_3 and total dissolved solids(TDS)suggest the variation of redox condition in the coal reservoir water.The 16SrDNA sequencing analysis of the collected water samples detected the presence of methanogens and sulfate reduction bacteria.The presence of methane production zone and sulfate methane transition zone(SMTZ)was identified.The effect of methanogens in the methane production zone leads to an increase in the methane concentration,resulting in a high gas content in the study area.In the SMTZ,most methane is consumed by anaerobic oxidation due to high sulfate concentrations.     

黄河水质地球化学

在对1958—2000年期间黄河水系100个站点水质监测资料进行统计分析的基础上,研究了黄河主要离子的地球化学。结果表明,黄河流域各区河水总溶解性固体(TDS)含量的差异达2~3个数量级,TDS的总平均值为452mg/L,是全球河流均值的4倍。Na+、K+、SO42-和Cl-的含量是世界河流均值的10~20倍。相比之下,河水TDS含量的季节差异却不大,远不及与此呈反比关系的流量的季节差异。黄河洪水期的水量通常是枯水期的4~5倍,但枯水期河水的TDS通常只是洪水期的2倍,完全不同于世界其他大河。黄河的离子化学主要受沉积岩(尤其是富含碳酸盐矿物的黄土)化学风化作用和在干旱气候影响下水中溶解盐的蒸发浓缩和结晶作用的控制。近半个世纪来黄河河道径流量有显著减少的趋势,这与新修建的众多水库的蓄水有关,与此相适应,近半个世纪来黄河水质表现出明显的盐渍化过程,这一过程主要由含盐量高的农田灌溉回水所引起。     

重庆市北温泉与四川康定温泉水之地球化学特征对比

对重庆北温泉从2005年6月至12月进行每月采样监测,结果表明: 北温泉的水化学类型为SO4 - Ca 型, SO2-4 和Ca2+ 分别占阴阳离子总量的86. 8%和79. 7% , pH值接近于中性,属低温热泉。与之相对比的青藏高原东北缘的康定温泉(除二道桥温泉之外)明显富集Na+ ( 67. 6% ) ,阴离子以HCO-3 为主( 86. 4% ) ,水化学类型为HCO3— Na 型,属高温热泉,水源深度较北温泉深1km以上;而康定的二道桥温泉则明显富集Ca2+ ( 53. 3% ) ,阴离子以HCO-3 ( 90% )为主,水化学类型为HCO3— Ca型,属于低温热泉。根据矿物饱和指数和CO2 分压的计算结果,虽然北温泉的泉水均对方解石和白云石达到饱和状态,但只在部分泉点形成少量钙华沉积。康定温泉对方解石为过饱和,而对白云石为不饱和,因此,在康定温泉有较多的方解石钙华沉积。两个地点对石膏均为不饱和。此外,康定温泉的二氧化碳分压远远高于北温泉。北温泉3号泉点的各主要离子浓度均低于北温泉的其它泉点,是由于地表水的混入所造成。根据所测得的硫酸根浓度进行估算,在北温泉3号泉泉水中雨季时地表水的混入约为40% ,旱季时约为20%。      

咸淡水过渡带的多组分离子交换行为研究

以大沽河下游海水入侵砂质含水层为研究对象,采集地下淡水、海水和含水介质样品,并测定其组成和性质。通过渗流装置模拟咸淡水驱替过程,测定驱替过程中含水介质的渗透性参数和主要离子的变化规律,并尝试用数值模拟方法定量研究水敏感性影响下的多组分离子交换过程。研究结果表明,海水驱替淡水情况下,Na+能将砂土吸附的Ca2+、Mg2+、K+交换出来,Na+-Ca2+、Na+-K+交换速度很快,而Na+-Mg2+交换反应持续时间较长;在淡水驱替海水的过程中,溶液中的Ca2+、Mg2+将介质吸附的Na+、K+交换出来,但Ca2+-Na+交换起主导作用。含水介质的动力学参数和突破曲线的拐点变化均进一步验证了咸淡过渡带的水敏感性现象,多组分离子的交换行为导致了水敏感现象的发生。