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辽河口潮滩沉积物元素地球化学特征及其环境效应

杨俊鹏  
【摘要】:本文以辽河口潮滩为研究对象,通过测试分析辽河口潮滩表层沉积物和柱状沉积物样品中粒度组分、元素含量、~(137)Cs活度比等,采用化学质量平衡法、系统聚类法、旋转因子分析、地质累积指数法、潜在生态危害法等研究方法,分析了潮滩沉积环境特征,探索了沉积物来源,研究了元素在潮滩上的分布、赋存、富集、迁移等特征,揭示元素之间在潮滩上的内在联系,探析辽河口潮滩上50年来重金属的污染历史,评价重金属在潮滩上的潜在生态危害程度,为今后实施潮滩生态环境保护和修复提供理论依据。本文主要获得了如下几条结论: (1)辽河口潮滩表层沉积物以细颗粒物质(63μm)为主,其细粒物质含量占到总量的94.23%左右;沉积物粒度曲线均呈单峰变化,区内物源物质较为一致;粒度分选程度较差,曲线呈极正偏态,说明研究区的粒度分布峰偏向粗粒一侧,细粒一侧出现低的尾部,峰态相对尖锐。辽河口潮滩沉积物的粒度在沿岸方向上,河口段的粘粒沉积含量较口外滨海段的含量高;在向海离岸方向上,粒度呈现了带状分布趋势,表现为粉砂和粘土组分含量依次减少的趋势,而砂组分含有增加的趋势;河口西岸潮滩沉积物粒度明显粗于东岸,潮滩侵蚀效应已经显现。 (2)研究区内常量元素在沿岸方向上,分布复杂,无明显规律;在向海离岸方向上,Al_2O_3、CaO、TFe_2O_3、MgO等表现为:高潮滩上含量较高,而在向海方向上含量逐渐减少;SiO2的沉积分布恰与其相反;SiO_2、Al_2O_3、CaO、TFe_2O_3等具有很好的相关关系,表明了河口沉积物以陆源沉积为主;K_2O与Al_2O_3、CaO、TFe_2O_3具有很好的正相关关系,这与辽河口潮滩沉积物中钾长石有关。辽河口淤泥质沉积物主要来源于西拉木伦河上游上侏罗统地层区(II区),该区贡献率达到76.08%,其次为辽河下游第四系沉积物区(IV区),贡献率达到17.10%。 (3)辽河口潮滩表层沉积物中微量元素含量特征基本上继承了上游母岩和土壤的含量特征,其中重金属Pb元素发生了相对富集,V元素发生了相对淋失。微量元素在沿岸分布上主要受微地形、泥沙运移、潮流的条件决定,同时也受到了人类活动(潮滩开发、污水排放等)的影响;在向海离岸方向上,潮滩微量元素(除Ti、Ba外)基本上呈现了带状分布,主要受沉积物粒度控制,随着粘粒含量的增高而增高。辽河口潮滩表层沉积物的主要的特征元素组合是Zn、Co、Mn、Cu、V、Ni、Pb、Zr、Rb、Ti等亲铁亲铜的重金属元素,与沉积物中亲细粒粘土有关的元素组合;其次组合为Sr、Ba等,是与钾矿物有关的元素组合;第三组合是Nb与Y,是与耐风化的重矿物有关的元素组合。 (4)通过~(137)Cs活度比的标时,辽河口潮滩上各时段的沉积速率为:1954~1959年间为2.4cm/a,1959~1964年间为4.8cm/a,1964~1986年间为0.55 cm/a,1986~2007年间为1.05 cm/a;从1954年至2006年,辽河口潮滩沉积平均速率为1.34 cm/a。辽河潮滩柱状沉积物中Cd、Mn、Pb、Al_2O_3、TFe_2O_3、FeO划分了两个组合:①TFe_2O_3、Al_2O_3、Mn组合,以天然来源为主;②Cd、Pb、FeO组合,以人为污染来源为主。重金属Cd在1993年时期污染最为严重;在1993~2000年期间,Cd污染程度表现为偏中度;其他时期基本上表现为轻度污染或无污染。重金属Pb和Mn在研究区近五十年内的沉积历史中,无污染事件的发生。 (5)重金属Cd在辽河口潮滩表层沉积物中潜在生态危害程度为重度;重金属As在辽河口纪念碑、石油钻井平台、二界沟、三角洲等处表现为中度;其他重金属Mn、Zn、Cr、Cu、Pb均表现为低度,潜在生态危害较低。多种重金属综合评价辽河口潜在生态危害程度中,辽河口石油钻井平台、三角洲、纪念碑和观景台等4处多种重金属综合潜在生态危害程度为重度,二界沟和三道沟两个评价区则表现为中度。


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