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《中国海洋大学》 2013年
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长江流域、黄河下游颗粒态金属地球化学特征及其比较

辛成林  
【摘要】:水体中的颗粒物作为岩石风化产物,携带了流域内气候变化等众多信息,同时长江、黄河又是我国第一、第二大河,流域沿岸人口密集,工业、农业发达,人为排放的污染物极易被颗粒物吸附造成潜在危害。本文对2009年8月至10月长江流域(主流及主要南、北支流)颗粒物样品、2010年4月至2011年11黄河下游(垦利)每月采集颗粒物样品、2009年黄河下游(垦利)调水调沙与2010年8月黄河洪水期间每日采集颗粒物样品及2009年黄河调水调沙前期、中期和后期黄河口邻近海域6个断面所采集颗粒物样品进行消解,运用ICP-OES、ICP-MS测定消解液中金属元素浓度,以期了解长江流域、黄河口岩石风化特点、重金属污染程度及稀土元素的分布。 长江主流颗粒物的化学风化指数(CIA)介于60~80之间,从上游至下游逐渐增加,表明长江流域岩石遭受中等程度的化学风化并且从上游至下游风化程度逐渐增加,此CIA值在气候上反映的是温暖湿润的温带至亚热带季风气候。北方支流平均值为66,南方支流平均值为71,经过t检验发现二者CIA值存在显著性差异。通过A_2O_3-(CaO+Na_2O)-K_2O三元图可以发现随着风化程度的升高,颗粒物中的Ca、Na含量逐渐降低而K含量则相对升高,表明长江的颗粒物风化以含Na、Ca的斜长石风化为主,钾长石没有明显变化。 黄河下游(垦利浮桥)每月观测颗粒物的CIA变化范围为60~72,平均值为68。黄河颗粒物的风化程度受温度与降雨等条件的影响,CIA值要低于长江。运用简单模型将颗粒物的CIA值与河流的产沙量相联系可以发现长江支流实际产沙量要小于其理论产沙量,表明长江支流受湖泊的存储、大坝拦截或植被等因素的影响并未出现明显的水土流失现象,而黄河由于近年来径流量减小,加上流域内大坝、防护工程的建设,流域的产沙量与入海泥沙量基本一致。与八十年代数据对比,长江、黄河颗粒物的风化程度不存在显著性差异,与世界河流相比,长江、黄河颗粒物的风化程度低于赤道附近的河流,高于北极圈内河流,长江与同纬度的河流风化程度较为接近。 长江主流颗粒物中重金属浓度(Cr、Cu、Ni、V、Zn)范围分别为:75.16~154.67mg/kg、22.86~168.35mg/kg、37.28~78.79mg/kg、100.27~212.06mg/kg、89.19~631.65mg/kg。由金沙江至万州段逐渐升高,在宜昌三峡大坝库区出现高值,在中下游的分布则比较平稳。重金属与Fe的浓度经Al归一化后在金沙江至万州段同样逐渐升高,可能在金沙江至万州段颗粒物存在岩性的差异。在三峡库区归一化后出现高值,可能是因为长江宜宾至宜昌段城市排污被大坝拦截在库区内长时间被颗粒物吸附所致。长江下游重金属浓度归一化后趋于平坦,表明重金属主要是受颗粒物粒径影响。长江北方支流重金属Cr、Cu、Ni、V、Zn的浓度范围分别为:93.19~232.60mg/kg、34.56~118.43mg/kg、41.92~108.43mg/kg、132.58~198.79mg/kg、152.79~616.54mg/kg。南方支流重金属的浓度范围分别为:75.97~350.00mg/kg、52.29~216.00mg/kg、41.17~100.00mg/kg、105.91~558.00mg/kg、269.89~4715.57mg/kg。计算重金属的富集因子显示长江主流Cu、Zn中等污染,Cr、V、Ni无污染;长江北方支流重金属Cr、Cu、Ni、Zn均有中等污染,Ni无污染;南方支流Zn显著污染、Cu、Cr、Ni、V中等污染。长江南方支流流域内多富含有色金属矿物,采矿冶金是造成污染的主要因素。 黄河下游(垦利浮桥站)重金属浓度随季节变化,冬季高夏季低,6、7月调水调沙期间浓度最低。归一化后的分布趋于平稳,表明黄河颗粒态重金属浓度主要受颗粒物粒径影响。2009年调水调沙期间重金属浓度先降低后升高,流域自然降雨期间重金属浓度先升高后降低。由重金属的富集因子可以看出黄河下游Cr、Cu、Ni、V无污染、Zn中等污染,黄河口邻近海域Cr、Cu、Zn中等污染,Ni、V无污染。因子分析将黄河颗粒物组成的影响因素分为三类,以Na、Ti、Al为主要载荷的岩石化学风化的影响、以Cu、Cr为主要载荷的颗粒物来源影响及以Zn为代表的人为影响。 长江颗粒物中稀土元素(REE)的浓度范围为120~240mg/kg,平均值157.22mg/kg,接近于全球沉积物稀土元素平均含量的下限(150~300mg/kg~(-1))。球粒陨石标准化后呈轻稀土富集的右倾斜模式,颗粒物中Ce没有明显异常而Eu出现负异常。经北美页岩标准化后稀土元素配分曲线趋于平坦,Eu具有弱的正异常,轻、重稀土没有明显分异。长江北方支流稀土元素经球粒陨石、北美页岩标准化后的分布与长江主流接近,南方支流湘江有较大变化,可能因为长江流域南部支流稀土矿丰富,受背景的影响。黄河颗粒态REE的浓度范围136.10~194.13mg/kg,配分模式与长江相似,相对地球原始物质轻稀土富集,在风化过程中没有发生轻、重稀土的明显分异。
【学位授予单位】:中国海洋大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:P342

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