巴丹吉林沙漠及其南缘地区的水化学和环境同位素特征与环境演变

The Badain Jaran Desert lies on the Alashan Plateau in western Inner Mongolia. Because of huge dunes, permanent lakes and on the northern fringe of the Asian summer monsoon, the Badain Jaran Desert has been drawing attentions of many experts. And they have made great progress in dune’s geomorphology, botany in desert, paleoclimate change and other study areas. We analyzed environmental isotope and ion chemistry in lakes and groundwater of the desert and southeastern area, and collected some other evidences from 14C dating, fossils and archeology. According to chemical analysis, we discuss the difference spatial character of ion chemistry and environmental isotope in lakes and groundwater of the desert and adjacent. Contrasting with ion chemistry and isotope results in other arid area, we argue origin of groundwater and lakes in the desert area, and get a preliminary understanding of desert lakes’ evolution during Holocene. Some main conclusions were drawn as follows: 1. It has a obvious difference in hydrophysical parameters between lakes and groundwater in the desert and margin. 2. The results of ion analysis show that Na+ and Cl- are dominant in most lakes of the desert. Meanwhile, Na+ 、Cl- and HCO3- are dominant in groundwater of the desert and adjacent, and alsoMg2+、Ca2+、and NO3- have more percentage than in lakes. 3. Owing to different solubilities, the conten of main ions in water varies with the content of TDS. Whereas the content of TDS is over 100 g/L, the content of SO42-、HCO3-、Mg2+and Ca2+ in lakes descend. 4. The result of isotope analyzing indicate the lakes and groundwater in southeast desert have a similar vaporing trend with the groundwater in the southeast margin of the desert. It imply there would have some kind of contact between groundwater in margin and lakes of southeast desert. 5. Contrasting with isotope results of groundwater in other arid area, it show that the groundwater in the desert and Yabulai area should be phreatic water which have a low water table. Therefore, we conclude that the groundwater in southeast part of the desert and southern margin mainly are recharged by precipitation of local abundant rainfall and groundwater of low mountain of southern area. 6. And all of these evidences, which are different from salinity, the content of CO32- and geological data, show that the bigger northern lake group and southeastern lake group in the desert have different groundwater replenishing system because a fold belt lie between of the two group lakes and obstruct them in landform. and HCO3- 7. The 14C dating results of fossil and lacustrine deposits show that there maybe have a wider range of shoreline during early and middle Holocene than today. 8. By the discovery and study of some pieces of pottery and fine stoneware, we preliminary conclude that there maybe have some certain amount of early human activities in the Badain Jaran Desert.

西江流域环境河水地球化学研究

River is a major component of the global surface water and CO2 cycles. The chemistry of river waters reveals the nature of weathering on a basin-wide scale and helps us understand the exogenic cycles of elements in the continent-river-ocean system. In particular, geochemical investigation of large river gives important information on the biogeochemical cycles of the elements, chemical weathering rates, physical erosion rates and CO2 consumption during the weathering of the rocks within the drainage basin. Its importance has led to a number of detailed geochemical studies on some of the world's large and medium-size river systems. Flowing in the south of China, the Xijiang River is the second largest river in the China with respect to its discharge, after the Yangtze River. Its headwaters drain the YunGui Plateau, where altitude is approximately 2000 meters. Geologically, the carbonate rocks are widely spread in the river drainage basin, which covers an area of about 0.17xl06 km2, i.e., 39% of the whole drainage basin. This study focuses on the chemistry of the Xijiang river system and constitutes the first geochemical investigation into major and trace elements concentrations for both suspended and dissolved loads of this river and its main tributaries, and Sr isotopic composition of the dissolved load is also investigated, in order to determine both chemical weathering and mechanical erosion rates. As compared with the other large rivers of the world, the Xijiang River is characterized by higher major element concentration. The dissolved major cations average 1.17, 0.33, 0.15, and 0.04 mmol I"1 for Ca, Mg, Na, and K, respectively. The total cation concentrations (TZ+) in these rivers vary between 2.2 and 4.4 meq I'1. The high concentration of Ca and Mg, high (Ca+Mg)/(Na+K) ratio (7.9), enormous alkalinity and low dissolved SiO2/HCO3 ratio (0.05) in river waters reveal the importance of carbonate weathering and relatively weak silicate weathering over the river drainage basin. The major elements in river water, such as the alkalis and alkaline-earths, are of different origins: from rain water, silicate weathering, carbonate and evaporite weathering. A mixing model based on mass budget equation is used in this study, which allows the proportions of each element derived from the different source to be calculated. The carbonate weathering is the main source of these elements in the Xijiang drainage basin. The contribution of rainwater, especially for Na, reaches to approximately 50% in some tributaries. Dissolved elemental concentration of the river waters are corrected for rain inputs (mainly oceanic salts), the elemental concentrations derived from the different rock weathering are calculated. As a consequence, silicate, carbonate and total rock weathering rates, together with the consumption rates of atmospheric CO2 by weathering of each of these lithologies have been estimated. They provide specific chemical erosion rates varying between 5.1~17.8 t/km2/yr for silicate, 95.5~157.2 t/km2/yr for carbonate, and 100.6-169.1 t/km2/yr for total rock, respectively. CO2 consumptions by silicate and carbonate weathering approach 13><109and 270.5x10 mol/yr. Mechanical denudation rates deduced from the multi-year average of suspended load concentrations range from 92-874 t/km2/yr. The high denudation rates are mainly attributable to high relief and heavy rainfall, and acid rain is very frequent in the drainage basin, may exceed 50% and the pH value of rainwater may be <4.0, result from SO2 pollution in the atmosphere, results in the dissolution of carbonates and aluminosilicates and hence accelerates the chemical erosion rate. The compositions of minerals and elements of suspended particulate matter are also investigated. The most soluble elements (e.g. Ca, Na, Sr, Mg) are strongly depleted in the suspended phase with respect to upper continent crust, which reflects the high intensity of rock weathering in the drainage basin. Some elements (e.g. Pb, Cu, Co, Cr) show positive anomalies, Pb/Th ratios in suspended matter approach 7 times (Liu Jiang) to 10 times (Nanpan Jiang) the crustal value. The enrichment of these elements in suspended matter reflects the intensity both of anthropogenic pollution and adsorption processes onto particles. The contents of the soluble fraction of rare earth elements (REE) in the river are low, and REE mainly reside in particulate phase. In dissolved phase, the PAAS-normalized distribution patterns show significant HREE enrichment with (La/Yb) SN=0.26~0.94 and Ce depletion with (Ce/Ce*) SN=0.31-0.98, and the most pronounced negative Ce anomalies occur in rivers of high pH. In the suspended phase, the rivers have LREE-enriched patterns relative to PAAS, with (La/Yb) SN=1 -00-1 .40. The results suggest that pH is a major factor controlling both the absolute abundances of REE in solution and the fractionation of REE of dissolved phase. Ce depletion in river waters with high pH values results probably from both preferential removal of Ce onto Fe-Mn oxide coating of particles and CeC^ sedimentation. This process is known to occur in the marine environment and may also occur in high pH rivers. Positive correlations are also observed between La/Yb ratio and DOC, HCO3", PO4", suggesting that colloids and (or) adsorption processes play an important role in the control of these elements.

东南极格罗夫山地区的土壤特征及其环境研究

The Grove Mountains, including 64 nunataks, is situated on an area about 3200km2 in the inland ice cap of east Antarctica in Princess Elizabeth land (72o20'-73°101S, 73°50'-75o40'E), between Zhongshan station and Dome A, about 450km away from Zhongshan station (69°22'S, 76°22'E). Many workers thought there was no pedogenesis in the areas because of the less precipitation and extreme lower temperature. However, during the austral summer in 1999-2000, the Chinaer 16 Antarctic expedition teams entered the inland East Antarctica and found three soil spots in the Southern Mount Harding, Grove Mountains, East Antarctica. It is the first case that soils are discovered in the inland in East Antarctica. Interestingly, the soils in this area show clay fraction migration, which is different from other cold desert soils. In addition, several moraine banks are discovered around the Mount Harding. The soil properties are discussed as below. Desert pavement commonly occurs on the three soil site surfaces, which is composed of pebbles and fragments formed slowly in typical desert zone. Many pebbles are subround and variegated. These pebbles are formed by abrasion caused by not only wind and wind selective transportation, but also salt weathering and thaw-freezing action on rocks. The wind blows the boulders and bedrocks with snow grains and small sands. This results in rock disintegration, paved on the soil surface, forming desert pavement, which protects the underground soil from wind-blow. The desert pavement is the typical feature in ice free zone in Antarctica. There developed desert varnish and ventifacts in this area. Rubification is a dominant process in cold desert Antarctic soils. In cold desert soils, rubification results in relatively high concentrations of Fed in soil profile. Stained depth increases progressively with time. The content of Fed is increasing up to surface in each profile. The reddish thin film is observed around the margin of mafic minerals such as biotite, hornblende, and magnetite in parent materials with the microscope analyzing on some soil profiles. So the Fed originates from the weathering of mafic minerals in soils. Accumulations of water-soluble salts, either as discrete horizons or dispersed within the soil, occur in the soil profiles, and the salt encrustations accumulate just beneath surface stones in this area. The results of X-ray diffraction analyses show that the crystalline salts consist of pentahydrite (MgSO4-5H2O), hexahydrite (MgSO4-6H2O), hurlbutite (CaBe2(PO4)2), bloedite (Na2Mg(S04)2-4H2O), et al., being mainly sulfate. The dominant cations in 1:5 soil-water extracts are Mg2+ and Na+, as well as Ca2+ and K+, while the dominant anion is SO42-, then NO3-, Cl- and HCO3-. There are white and yellowish sponge materials covered the stone underside surface, of which the main compounds are quartz (SiO2, 40.75%), rozenite (FeSOKkO, 37.39%), guyanaite (Cr2O3-1.5H2O, 9.30%), and starkeyite (MgSO4-4H2O, 12.56%). 4) The distribution of the clay fraction is related to the maximum content of moisture and salts. Clay fraction migration occurs in the soils, which is different from that of other cold desert soils. X-ray diffraction analyses show that the main clay minerals are illite, smectite, then illite-smectite, little kaolinite and veirniculite. Mica was changed to illite, even to vermiculite by hydration. Illite formed in the initial stage of weathering. The appearance of smectite suggests that it enriched in magnesium, but no strong eluviation, which belongs to cold and arid acid environment. 5) Three soil sites have different moisture. The effect moisture is in the form of little ice in site 1. There is no ice in site 2, and ice-cement horizon is 12 cm below the soil surface in site 3. Salt horizon is 5-10 cm up to the surface in Site 1 and Site 2, while about 26cm in site 3. The differentiation of the active layer and the permafrost are not distinct because of arid climate. The depth of active layer is about 10 cm in this area. Soils and Environment: On the basis of the characteristics of surface rocks, soil colors, horizon differentiation, salt in soils and soil depth, the soils age of the Grove Mountains is 0.5-3.5Ma. No remnants of glaciations are found on the soil sites of Mount Harding, which suggests that the Antarctic glaciations have not reached the soil sites since at least 0.5Ma, and the ice cap was not much higher than present, even during the Last Glacial Maximum. The average altitude of the contact line of level of blue ice and outcrop is 2050m, and the altitude of soil area is 2160m. The relative height deviation is about 110m, so the soils have developed and preserved until today. The parental material of the soils originated from alluvial sedimentary of baserocks nearby. Sporepollen were extracted from the soils, arbor pollen grains are dominant by Pinus and Betula, as well as a small amount Quercus, Juglans, Tilia and Artemisia etc. Judging from the shape and colour, the sporepollen group is likely attributed to Neogene or Pliocene in age. This indicates that there had been a warm period during the Neogene in the Grove Mountains, East Antarctica.

贵州喀斯特地区河流的研究——碳酸盐岩溶解控制的水文地球化学特征

测量了喀斯特地区乌江、沅江两大水系的河流枯水期的主元素、Sr^2+离子浓度和Sr同位素比值。这些河流的化学组成代表了流经碳酸盐岩地层的河水的化学组成。这些河流及其支流有高的溶解盐，TZ^+变化范围为：2．1～6．3meq／L，高于全球河流的平均值(TZ^+=0．725meq／L)。河水含有较高的溶质浓度，河水水化学组成以Ca^2+和HCO3^-为主，其次为Mg^2+和SO4^2+，Na^++K^+和Cl^-+Si分别只占阳离子和阴离子组成的5％～10％。这些河流的化学和同位素组成主要受其自流盆地的地质特征控制。流经碳酸盐岩地层的乌江水系河流具有较高的Sr浓度(1．1～9．70mol/L)和较低的^87Sr／^86Sr比值(0．7077～0．7110)，与流经碎屑岩地层的沅江水系的清水江河流中较高的^87Sr／^86Sr比值(0．7090～0．7145)及较低的Sr浓度(0．28～1．32mol／L)形成鲜明的对比。流域盆地的地理岩性控制了河水的化学组成和同位素组成。对河水的化学计量分析表明河水化学组成受碳酸盐岩溶解控制，而碳酸盐岩主要受碳酸和硫酸作用而溶解。乌江流域受硫酸作用特别明显，表明硫酸主要来源于燃煤或流域盆地硫化物矿物氧化而形成的大气输入化学元素和同位素比值之间的相互关系表明3个主要来源为：石灰岩、白云岩和硅酸盐岩的风化.同时估计了碳酸盐岩和硅酸盐岩的化学风化速率．结果表明流域盆地的碳酸盐岩风化速率远远高于许多世界大河。岩石风化过程中硫酸的出现或土地的过度使用或土壤植被的退化等都可能是导致流域的碳酸盐岩风化速率如此高的原因。

碳同位素和水化学在示踪贵阳地下水碳的生物地球化学循环及污染中的应用

地下水污染影响碳的生物地球化学循环，碳的演化也能够反映地下水的污染状况。对贵阳城区地下水的水化学、溶解无机碳含量及其碳同位素进行了分析。研究结果表明，地下水化学以SO4·HCO3-Ca·Mg型和HCO3·Ca·Mg型为主，化学组分分析结果表明，水化学特征主要受岩性控制。地下水中溶解无机碳表现形式主要为HCO3^-，丰水期由于稀释作用其含量减少。而丰水期δ^13CDIC较枯水期偏负，生物成因无机碳占比重大。结合碳同位素和NO3^-等人为活动输入物质的负相关性尝试对城区地下水污染分区，结论为贵阳市区中部、东北部以及西郊农业区地下水受污染较为严重。

碳酸盐岩风化成土过程中REE超常富集及Ce强烈亏损的地球化学机理

碳酸盐岩的REE含量极低，但最近在贵州一些碳酸盐岩风化表土层底部首次发现了REE的超常富集层，REE总量最高可达近31000μg/g;Ce强烈亏损，δCe值最低达0.007。这种低背景、高富集、强分异的REE富集现象在贵州碳酸盐岩风化壳中具有一定的普遍性。选取发育在下三叠统花溪灰岩和平坝白云岩之上的两个较具代表性的碳酸盐岩风化壳进行研究，结果表明，这种富集现象与碳酸盐岩风化成土的两阶段性密切相关。（1）在残积土形成阶段（风化早期），碳酸盐的快速溶解导致风化前缘形成一个垂直方向相对狭窄、突变的碱性障(pH值为8左右）。此障既能有效地将碳酸盐岩分解释放的REE以及下渗水携带的REE分解沉淀和以吸附于粘土矿物上的方式富集，也容易使Ce^3+氧化成Ce^4+，与HCO3^-形成稳定的可溶性络合物随下渗雨水流走，从而使Ce进一步亏损。（2）残积土演化阶段，轻、重稀土发生明显分异，Ce^3+氧化成Ce^4+并发生水解沉淀，致使下渗水富重稀土而贫Ce，最终使REE在剖面上显示出一般风化壳共有的分异特征。另外，根据对碳酸盐岩中的酸不溶物、可溶性稀土的提取以及质量平衡计算，碳酸盐岩能够提供足够的REE物源；以可溶态为主的赋存状态有利于REE的淋滤（活化）。

西江干流河水主要离子及锶同位素地球化学组成特征

水环境中锶（Sr）含量及其同位素组成特征的研究有助于认识区域水文地球化学特征及流域盆地岩石风化速率等地球化学行为，因此河流环境中Sr的地球化学行为是地球化学研究的重要课题之一。对中国南方西江干流及其支流河水主要阴阳离子及sr同位素组成进行了分析，发现其水化学组成主要以Ca^2＋、Mg^2＋、HCO3^-和SO4^2-离子为主，分别占阴阳离子组成的80％以上。郁江河水具有较高的Sr同位素比值（^87St／^86Sr=0．71049）和较低的Sr含量（0．0263mg／L），而西江河水具有较低的Sr同位素比值以及较高的Sr含量，其Sr含量变化范围在0．0667．0．187mg／L之间，平均含量为0．136mg／L；Sr同位素比值变化范围在0．70856．0．70936之间，平均比值为0．70894。与世界主要河流水体中Sr含量平均值（0．078mg／L）及Sr同位素比值（^87Sr／^86Sr=0．7119）相比，西江干流水体具有较高的Sr含量及较低的Sr同位素比值。两条河流河水中主要离子及Sr的来源存在显著差异，西江干流河水中的主要溶解离子及Sr同位素主要源于碳酸盐岩（石灰岩和白云岩）的风化作用，主要受黔江及其上游红水河等化学组成所控制，而郁江则主要受碎屑岩风化作用的影响；同时，中上游地区的酸沉降及人类活动的输入可能导致西江干流水体受到一定程度的污染，而郁江受污染程度则相对较小。

内蒙古砷中毒和台湾乌脚病病区井水中腐植酸性质的比较

为了探讨地下水性质与台湾乌脚病区相似的内蒙古砷中毒病区今后是否会出现乌脚病。方法：用AAS（原子吸收光谱），ICP－MS（等离子体发射光谱－质谱），红外，荧光和TLS（Total luminescence spectroscopy)光谱分析了两地水样的理化特征，元素组成，荧光强度和各种谱学特征，还对两病区水样中提取的腐植酸样品进行了Ames试验和脂质过氧化反应的试验。结果：发病内蒙砷中毒病区地下水属于HCO3－Na和HCO3－Cl-Na型，平均pH值为7．91，为弱碱性还原环境，两地水样中的砷浓度和腐植酸的荧光强度均较高，荧光强度与砷浓度，pH值和总溶解固体（TDS）呈正相关关系，且两地水中腐植酸的荧光光谱性质也相似，但是它们的红外光谱和TLS光谱有差异，这些差异在生物学效应上表现为：内蒙腐植酸具有较强的引发脂质过氧化反应的能力，而台湾腐植酸对TA98（±S9）菌株具有致突变作用。结论：内蒙砷病区5年内不太可能出现乌脚病。

岩溶洞穴系统溶解有机碳的时空演化及其环境意义

洞穴次生沉积物(尤其是石笋)所包含的古环境、古气候信息是当今研究的热点，但它所包含的环境气候信息对外界的响应灵敏度如何，这是最为关注的问题。石笋的微层厚度变化及荧光强度变化是来自洞穴上覆土壤中的有机碳沉积产生的，这些有机碳是由雨季早期冲刷进入洞穴形成的微层，微层厚度变化及荧光强度变化包含了环境(植被)、气候(温度和降水量)信息，它们可作为环境、气候替代指标使用，但需要进行现代环境、气候的校正，以往研究仅从某个侧面进行研究，系统研究有机碳在岩溶洞穴系统的演化过程较少。本论文通过对四个洞穴系统(凉风洞、七星洞、将军洞和犀牛洞)的溶解有机碳及其荧光系统的研究，探讨了溶解有机碳及其荧光的演化及其对环境气候的响应，根据分析论述，得出如下几点认识： 1． 通过对四个岩溶洞穴系统中DOC浓度月际、季节、年际变化研究，洞穴滴水在春季及夏初具有较大的DOC浓度，而在秋季变化最小、浓度也是最低的。滴水点出现DOC峰值的时间不一致，有的在春季、有的则在夏初，一方面反映降水时间的提前或推迟，另一方面也反映了水在洞穴顶板内的运移途径的长短等过程。个别滴水点能在不同时间出现不同的DOC浓度峰值，可能反映了滴水点对降水的响应灵敏，或不同的径流途径在时间上的提前或推迟，水动力条件的不同造成滴水补给源运移路径的差异应该是产生滴水点DOC浓度具有多个峰值的原因。由于洞穴次生沉积物在DOC的参与下形成，季节性的DOC高浓度产生较厚微层，但对降水敏感的滴水点可能产生了不同厚度的微层，不仅具有季节性微层，可能还能产生降水模式的微层。 2． 洞穴系统中溶解有机碳和荧光的空间变化分析上，得出溶解有机碳浓度在各个洞穴系统中纵向和横向上是有变化的。在滴水中滴水点间DOC浓度也有空间变化，而洞穴之间变化差异不明显，可能与土壤有机碳进入洞穴的运移途径有关；在土壤水中溶解有机碳浓度空间变化能反映了土壤有机碳的来源，即表层50cm以上的土壤层是输入土壤的有机碳主要来源。 3． 根据三维荧光光谱，四个岩溶洞穴系统的DOC的荧光类型可分为三个范围，即类富里酸、类蛋白和紫外类富里酸、类腐殖酸、类蛋白的混合荧光类型。在其它洞穴滴水的研究中未发现类腐殖酸类型的荧光峰，四个洞穴系统滴水中也不具有该类型荧光峰。在与植被类型的联系上反映出森林植被下的荧光波长变化较小，而土壤覆盖较连续的荧光强度较稳定。 4． 荧光波长的变化，反映了输入滴水中有机碳物质类型的差异，即有机碳在空间分布上的不均匀性和植被差异导致荧光波长的变化。从土壤水到洞穴滴水，溶解有机碳与荧光强度具有很好的线性相关性，表明洞穴滴水溶解有机碳是土壤有机碳运移至滴水中；土壤有机碳运移过程沿运移途径产生一系列变化，滴水DOC浓度低于土壤溶解有机碳一个数量级。土壤水DOC在将军洞的荧光强度除受外界因素影响，还受到内滤效应导致DOC浓度与荧光的强度线性关系不明显。在溶解有机碳和荧光的空间变化关系上，应联系表层环境对它们的影响，对它们充分认识才能得出合理的空间变化推论。 5． 荧光强度在洞穴滴水的变化趋势，一方面反映表层环境的变化，另一方面可能因水动力条件的不同，产生荧光性物质滤除效应，在DOC浓度变化较小的将军洞表现得最突出。在季节性水流输入的凉风洞和犀牛洞、和有滴水长期输入的七星洞和将军洞塘水，前三个洞穴塘水溶解有机碳及其荧光强度都明显高于滴水的，而后一洞穴塘水的低于滴水的，可能洞内蒸发作用对后者影响小，这样洞穴次生沉积除以表层环境的影响，其洞内环境的变化也可能是影响它的一个因素，但相对于表层环境变化，洞内的变化是微小的。 6． 从四个洞穴系统DOC变化来看，DOC浓度变化对植被类型变化不是很灵敏。从原生性喀斯特森林→灌丛草坡→灌草丛→刺丛草坡的岩溶洞穴系统，虽然土壤水DOC浓度变化较大，反映了输入土壤的及土壤中有机碳的分解难易程度，但在洞穴滴水中DOC浓度变化不是很明显，都显示相近的浓度水平。由于输入土壤的有机碳更新周期长，在水运移过程中受不同时间段降解的有机碳溶解，且来源不同的有机碳混合程度不同，导致不能很好地反映当年输入的有机碳的含量变化，应该是造成洞穴滴水DOC浓度不能很好区分植被类型的原因。 7． DOC浓度变化响应于降水量，也响应于气温。春夏季，当降水量达到一定雨量值(如有效降水量)时，入渗的雨水使表层有机物质溶入土壤水中，土壤水下渗到洞穴滴水中后，滴水DOC浓度较大，荧光强度也较大。降水对DOC浓度有稀释作用，是造成部分月份DOC浓度下降的原因。在7月份以前洞穴滴水DOC就已达到最大浓度，在8～10月份因气温高、降水量偏少，可能对微生物有抑制作用，造成其分解有机碳活动减弱，导致DOC浓度变化差异小。这反映了洞穴滴水DOC浓度与气候关系比较密切，进一步证实利用洞穴次生沉积物微层的厚度变化来反映气候变化是可行的，至少可以作为一个辅助指标来运用。 8． DOC及其荧光受多种因素影响，我们分析了pH、HCO3-、SIC、PPCO2、洞穴盖层厚度和岩石的溶解对它们的影响。分析表明洞穴盖层厚度和Ca2+、Mg2+离子浓度变化对它们的影响较大，pH变化范围小，认为它对DOC及其荧光的影响较小；HCO3-、SIC和PPCO2与DOC和荧光强度分别具有一些较好的线性关系(置信度=90%)，但总的趋势是线性关系不显著，这表明了HCO3-、SIC和PPCO2与DOC和荧光强度联系不明显，指出它们只是影响DOC及其荧光强度的一个次要因素，并不是主要因素。洞穴盖层厚度影响洞穴滴水DOC及其荧光，表明在应用洞穴次生沉积物记录指标反演洞穴环境变化的研究过程中，对于次生沉积物形成点的发生在洞穴顶板内的水文地化学过程应该有一个清晰的了解，才有可能获取完整、正确的信息。

长江上、下游湖泊中稀土元素地球化学及环境效应研究

随着人口数量的急剧膨胀和工业化、城市化进程日益加快，水环境问题成为一个令人关注的全球性问题。众所周知，人类可利用的淡水有90%以上集中在湖泊中，而湖泊自身的自然特征使其成为一个极易受到污染的水体，一旦污染，治理与恢复将是一项困难且耗时的工程。虽然这一问题已经引起人们的高度重视，但相关的研究仍然滞后。人们至今还无法彻底弄清楚污染物在湖泊水体中是如何迁移转化的，污染物又如何的发生自净化作用，又会在什么样的条件下对湖泊产生二次污染等一系列问题。但人们逐渐认识到悬浮颗粒物在污染物的产生、迁移、沉淀过程中扮演了重要角色，因此水/粒相互作用过程成为研究污染物在湖泊中环境行为特征的关键课题。 稀土元素(REEs)由原子序数57～71的镧系元素(La～Lu)和39号元素Y组成，因其具有非常相似但又有细微差别的特殊化学性质，被广泛用来示踪各类地球化学过程。由于稀土元素在地球化学过程中的变化是随原子序数的增加而连续变化的，它比单个微量元素示踪体系有更好的示踪性。同时， REE对水/粒相互作用过程的响应比较敏感，这是因为稀土元素在水体中主要以胶体方式存在，易于被吸附或解吸，在这个过程中，轻重稀土元素又因它们的吸附及络合行为不同而发生分异，所以表生水体中的稀土元素还具有明显的过程特征，可以用来示踪水体的水/粒相互作用过程。 本项研究的主要目的是通过对湖泊中稀土元素的地球化学行为研究，认识元素在湖泊水体中的水粒相互作用过程，了解它们在水体中的分布特征以及存在形式，并对比不同特征湖泊中稀土元素的地球化学迁移过程，为有关水环境的治理及决策提供科学依据。通过对稀土元素的萃取方法和太湖、巢湖、龙感湖、红枫湖、阿哈湖五个不同湖泊及其周边河流中水化学和稀土元素的研究，得出以下初步结论： 1.从有机膦萃取稀土实验来看，pH是影响有机膦萃取效率的主要因素。实际环境体系中，各种物理、化学参数均不相同，针对不同的表生水体需要调到特定的pH值才能得到最佳的萃取效果。 2．红枫湖和阿哈湖的溶解态稀土平均含量低于世界平均淡水的稀土含量，红枫湖为18.2ng/kg，阿哈湖为6.5ng/kg。太湖、巢湖、龙感湖的溶解态稀土平均含量较高，分别为74. 7ng/kg、104.8ng/kg、64.8ng/kg。环太湖河流丰水期和枯水期溶解态稀土的平均含量分别为649.2ng/kg、35.0ng/kg。丰水期河流的溶解态稀土浓度普遍比枯水期浓度高50%－100%，但合溪和城南河高出110倍和46倍，显然严重的污染导致了这一结果。 3．红枫湖及环红枫湖河流、阿哈湖、太湖流域水体的稀土配分模式为重稀土富集型，但合溪、直湖港、望虞河、胥江、横泾塘、太浦运河和阿哈湖入湖游鱼河等七条河流呈现出有趣的中稀土富集模式。巢湖和龙感湖溶解态稀土为平坦型的配分模式。巢湖稀土元素在丰水期和枯水期的分异在整个湖泊中具有规律性：从西到东（La/Yb）SN值逐渐增大，即轻稀土的相对含量逐渐增高。藻类的吸收作用可能是造成这种现象的主要原因。同时说明，轻稀土可能是促进藻类生长的“催化剂”之一。 4．红枫湖及环红枫湖河流和阿哈湖水体溶解态Ce出现负异常，氧化还原作用是产生这种现象的主要原因之一；化学风化作用可能是红枫湖发生Ce异常现象的另一原因。太湖、巢湖、龙感湖中δCe值约为1，主要原因是四价铈在强的水动力条件下无法通过颗粒物的净化作用而除去，它们仍然以细微颗粒物或胶体的形式保留在水体中。 5．颗粒物含量和pH是控制水体中稀土含量的重要因素。在龙感湖和巢湖，稀土元素的含量均随着pH值的增大而减小；但颗粒物在这两个湖泊中对水体中的溶解态稀土表现出不同的吸附解吸作用。而太湖、红枫湖、阿哈湖这样高碱度水体中，HCO3－通过平衡反应和络合竞争作用使得H+的调节功能和颗粒物的吸附解吸作用大大削弱。 6．碳酸根的络合作用是造成太湖流域、红枫湖流域、阿哈湖水体中稀土元素呈重稀土富集型的主要原因。而水体中细微胶体过多，使得巢湖和龙感湖水体中稀土元素呈现出平坦型的稀土配分模式。阿哈湖入湖河流的中稀土富集现象则反应了矿山开采导致入湖水体受到污染的事实，而太湖周边河流丰水期的中稀土富集则说明了地表径流向河流中输入了大量有机污染物产生的影响。 7．在碱性或中性水体中，Ln(CO3)n3-2n是REE无机络合物中的主要存在形式，五个湖泊流域的平均含量在90.6%-99.8%之间。并且∑Ln(CO3)n3-2n所占的比例越高，其重稀土富集程度也就越高。在富营养化水体中，LnPO4形态稀土含量在1.00%－8.31%之间，LnPO4通常处于过饱和状态，并以无定形沉淀和胶体态的形式保留在水体中。PO43－对水体中溶解态稀土的存在有着很强的限制性作用，反过来颗粒物及胶体上的稀土也可能通过共沉淀作用影响水体中溶解态PO43-的含量。 8．模拟显示在DOC含量高的水体中，稀土有机络合形态将取代碳酸盐的络合形态占主导地位。从整个稀土序列来看，无论是随着溶解有机质浓度还是pH的变化，稀土的有机络合形态的均呈现总体自轻稀土向重稀土增加的趋势，但自Eu至Dy中稀土部分呈现一个上凸的趋势，显示了中稀土与溶解有机质较强的络合作用。 9．悬浮颗粒物相态提取研究结果显示：①铁锰氧化物相富集轻稀土（和中稀土），AEC态更多地富集中稀土，而有机相则明显优先富集重稀土和中稀土，残渣相则大多显示近似平直的类似于页岩的稀土配分模式；②从各相态中相对比例来看，基本的递减顺序为残渣相≥铁锰氧化物相>AEC态和有机结合态。悬浮物携带的稀土中，30％或更少是潜在生物有效的。但是，这个比例对不同的元素和不同的湖泊变化很大。从湖泊颗粒物的相态提取分析，悬浮颗粒物是重金属类物质的主要迁移介质，在迁移和归宿的模式中仍然必须加以考虑。③从颗粒物中稀土元素赋存形态和配分模式，可以精确的示踪水体中的物质来源，并可以对水体中颗粒物的组成进行预测和判断。④由于水体污染程度越重，轻重稀土相对比例在不同相态中变化越明显，残渣态稀土的所占相对比例越小，因此颗粒物中不同形态稀土的相对比例可以作为判断水体的污染轻重的新标准，并可以进行污染负荷量趋势的常规评价。

中国一些河流离子组分初步研究

　　研究人类活动、全球变化对河流水质、离子化学特征及分布的影响具有重要意义。河流离子化学组成可以反映水系的区域岩性，物理化学风化特征。而对于控制河流离子化学自然因素的研究则有助于判别人类活动如农业灌溉施肥、矿山开采、工业生产等对河流的影响。同时，河流组分如NO3-、SO42-、As、Cd等的组成特征可以反映人类活动污染物输入程度。因此，河流水化学特征可以从一定程度上反映人类活动对水环境的影响。同时，研究河水离子化学特征及其分布规律也可以获得化学元素的生物地球化学循环、风化侵蚀及其在陆地—河流—海洋系统循环过程中的重要信息。此外，还有助于评价不同经济因素如人口密度等对河流离子的影响；有助于合理有效的利用河水的自净容量和环境效应，保护水资源；为水资源的开发利用、污染控制提供科学依据。 　　本文以中国南北方代表性流域—西江流域、长江中游（主要为汉水和乌江水系）、淮河上游及黄河下游流域河水为研究对象，通过对河水主要及微量金属离子的考察，结合基本水质理化参数，初步研究了我国南北方一些河流的离子化学特征及影响因素。通过此次研究，得出以下几点认识： 　　1. 西江流域河流pH均值为7.40，长江中游为8.11，黄河下游为8.34，淮河上游为7.95。西江流域河流DO含量均值为7.51 mg/l，低于黄河下游干流的8.27 mg/l；黄河下游支流DO含量显著低于干流。西江流域TDS经向分异显著，随经度增加逐渐降低。西江流域TDS平均值为152.78 mg/l，低于长江、黄河水系。 　　2. 西江流域、长江中游、淮河上游及黄河下游阴离子均以HCO3-平为主，各水系阴离子平均含量顺序均为HCO3- > SO42 -> Cl- > NO3-。研究区域水系中HCO3-平均含量以淮河上游为最高，西江流域最低；SO42 -、Cl-及NO3-平均含量则以黄河下游为最高，长江中游最低。研究区域水系阳离子均以Ca2+为主，西江流域及长江中游阳离子平均含量顺序为Ca2+ > Mg2+ > Na+ > K+，而淮河上游、黄河下游阳离子平均含量顺序则为Ca2+ > Na+ > Mg2+ > K+。 　　从长江中游到淮河上游、黄河下游，区域岩石风化是控制离子组成的主要因素，但蒸发结晶因素的贡献逐渐加强。其中，介于长江和黄河流域之间的淮河上游水系离子组成的过渡特征显著。研究区域水系中NO3-主要源于污染物排放，黄河干流污染较西江干流污染重。 　　3. 西江流域河流溶解态微量金属平均含量Zn>Cr>Cu>As>Al>Pb>Cd，其中Zn平均含量为37.72μg/l，Cd平均含量则仅为0.24μg/l。长江中游溶解态微量金属平均含量Zn>Cr>Pb>As>Cu=Al>Cd。淮河上游溶解态微量金属平均含量Zn>Cr>As>Pb>Al>Cu>Cd。黄河下游溶解态微量金属平均含量Zn>Cr>Cu>As >Al>Pb>Cd。研究区域河流中，西江流域溶解态Cu、Cr的平均含量分别为6.12μg/l和7.61μg/l，高于长江中游、淮河上游及黄河下游。长江中游溶解态Pb和Cd平均含量则高于西江流域、淮河上游及黄河下游。而研究区域中，黄河下游溶解态Al含量最高，达12.7 μg/l，淮河流域则体现出了Zn和Al的高含量特征。 　　化学风化过程在一定程度上导致了水体与风化壳之间不同化学元素的分异，使河水中溶解态Al和As相对于其它微量金属元素强烈富集，而Pb、Zn、Cu及Cr则相对亏损。河流溶解态As和Al除来源于矿物岩石风化外，也受外源输入—人类活动的影响。 　　4. 自然条件的区域差异是形成河流离子化学分异的主要因素，但人类活动对其影响逐步加深。工农业污染物输入在一定程度上改变了天然河流的离子化学组成，使河流组分NO3-、SO42-、As、Al等呈现富集趋势。化学元素在河流这一循环过程中间体中的地球化学行为越来越多地受人类活动影响。

乌江中上游梯级水电开发对河流碳循环的影响

流域水环境是流域一切生态过程的基础，也是保障水资源发挥各项服务功能的必要条件。随着社会经济的发展，河流的自然性质和作用过程受到流域内不断加强的人文活动的强烈冲击。其中，水利大坝对河流的拦截调蓄可以算得上是对河流及流域生态系统的影响最为显著和重要。在河流上修筑水坝后，水库成为流域（河流）景观格局中重要的组成部分。目前对河流“水库效应”的研究主要集中在由水坝拦截引起的河流水文情势改变、泥砂淤积、地貌侵蚀以及鱼类迴游、水坝建设对生源要素的拦截、水库温室气体等方面，且大多数研究只针对单个水库或几个位于不同流域的独立水库，而对同一流域梯级开发形成的河流—水库体系中水环境演化的过程缺乏深入的了解，对单一水库中碳循环的生物地球化学作用研究不够。 碳是生命的核心元素，所有其它重要元素的生物循环过程都与碳密切相关。水体内生物活动与水库水环境变化之间的反馈、水体生态系统与营养元素载荷的相互作用关系以及响应过程是研究水环境变化的基础。其中，水体内部的元素循环、能量流动、CO2动力学与营养状况的关系等都是控制水环境变化的关键过程，碳作为这一切活动的核心元素，对它的研究对认识水环境变化、水生态过程、元素循环以及它们的相互作用具有重要的指示意义。 因此，本研究中选取中国西南喀斯特山区典型的梯级水库作为研究对象，以碳循环为研究主线，于2006年4月、7月、10月和2007年1月对乌江中上游干流已进行梯级开发的六个水库的入库水体、库区水体及出库水体进行一个水文年的采样，对溶解无机碳（DIC）、溶解有机碳（DOC）、颗粒有机碳（POC）、DIC同位素组成（δ13CDIC）和POC同位素组成（δ13CPOC）以及TN、TP、chla、和藻类种类和数量进行了分析，深入探讨了水电梯级开发对河流碳循环的影响，获得以下几点重要认识。这些认识将为我们理解和评价梯级开发对河流水环境的影响提供重要的科学依据: 1、河水化学的水库效应：河流梯级筑坝拦截使得水库水体基本水化学特征发生变化。研究区水化学类型主要为重碳酸盐-碳酸盐Ca组Ⅱ型水。河流经水坝拦截后，库区水位抬升，水库水化学性质表现出随季节变化的特征。水库中水体在春季开始出现水温的分层结构，这种状况持续到夏季和秋季，有效地限制了上下层水体的垂直交换。河流水体经水库作用后，出库水体水温、pH值均降低。除冬季外，各水库出库水体水温均低于入库水体和库区表层水体。水体水化学组成因此出现较为明显的上下差异。Na+、K+、Mg2+、Cl-、SO42-经水库作用而部分被吸收或滞留；而Ca2+、HCO3-和NO3-经水库作用后增加。 2、生物作用的水库效应：研究区水库中，洪家渡水库、引子渡水库和索风营以绿藻为主，处于中营养状态；普定水库和东风水库以硅藻为主，处于轻度富营养状态；乌江渡水库以蓝藻为主，处于富营养状态。总体上表现为水库库龄与水库营养程度正相关，建库时间越长，水库营养程度越高。 3、碳循环的水库效应：水库作用过程使得出库水体中DIC浓度增加，DOC和POC浓度减少。梯级水库作用使得乌江中上游河流体系DIC输出量增加22.18%，而DOC和POC输出量则分别减少18.19%和70.09%。研究区梯级水库是河流—水库体系DIC的“源”、DOC和POC的“汇”。经梯级水库作用后，乌江中上游河流—水库体系经乌江渡水库每年向下游河流输送的DIC（以C计）、DOC、POC通量分别为263.64 kt、12.40 kt、13.86 kt。 总体上，研究区梯级水库是下游河流DIC的“源”，DOC、POC的“汇”。在水体垂直剖面上，DIC浓度随水深的增加而增加，而DOC、POC浓度则随着水深的增加而减小，但由于底部沉积物的再悬浮作用，使得部分剖面中底部水体中DOC、POC浓度增加。溶解无机碳同位素组成（δ13CDIC）对水库作用过程有良好的响应，水库出库水体中δ13CDIC值比入库水体和库区表层水体均偏负，在库区坝前垂直剖面上，δ13CDIC值随着水深的增加而偏负，δ13CPOC值变化规律性较差。从研究结果来看，δ13CDIC值可用于对水库作用过程对水环境的影响进行示踪。 4、水库的温室气体释放：总体上，入库水体中溶解CO2分压（pCO2）低于出库水体。河流经水库截留后，水体中pCO2增高，向大气中释放的CO2增加，成为大气CO2的“源”。在水库内部垂直剖面上，水体中CO2分压随着深度的增加而增大。由于水库为下层泄水，使得出库水体中CO2分压显著高于大气分压，CO2释放通量平均为水库库区表层水体的6.51倍。由此可见，在研究水库作用过程对大气中温室气体的影响时，水库泄水的CO2释放问题需引起极大的重视。

塔里木西南缘塔木铅锌矿矿床特征与成因

作为铅锌金属的主要来源，赋存于沉积岩中的铅锌矿床吸引了全球范围的地质学家和矿床学家。在过去的50年内塔里木西南缘陆续发现了一批赋存于沉积岩中的铅锌矿，并开展相应的研究。但还是存在一些关键问题值得探讨，例如成矿时代、金属及硫的来源，以及成矿机制。 塔木铅锌矿床是塔里木西南缘最为重要的赋存于沉积岩中的铅锌矿床之一，其位于西昆仑和塔里木地块接触带北侧塔里木边缘，区域地层均变形或被错断。矿床赋存于下石炭统碳酸盐岩角砾岩带中，具有经济价值的矿体五个，铅锌资源量约0.2Mt。 自20世纪40年代塔木铅锌矿被发现以来，已陆续开展的研究工作有流体包裹体、铅同位素、硫同位素、碳同位素、氧同位素以及稀土元素等，但矿床成因依然困惑着众多的矿床学家。其中一部分认为矿床属密西西比河谷型，另一部分则认为应属沉积喷流型。但从前人发表的文献看，矿石结构构造、角砾和填隙物等基础研究被普遍忽视了。 在中国科学院知识创新项目(KZCX2-YW-107-6)和科技部国家科技支撑计划(2006BAB07B04-04)的资助下，本次研究以塔木铅锌矿为突破口，运用矿物学、岩石学、矿床学、地球化学方法和手段对其加以研究，以揭示成矿机制及矿床成因。以下就获得的一些新的数据、调查结论、观点作一概述： (1). 在分析矿体形态和与围岩接触关系基础上，提出塔木铅锌矿床为同生断层控制，角砾岩带为断层的组成部分；通过细致的镜下观察，深入探讨了角砾、填隙物及其结构构造，提出填隙物中沥青在成矿中的具有重要作用，并首次发现赋存于填隙物中的钡-钾长石。角砾可根据几何形态特征和角砾间接触关系分为五类：内碎屑角砾(IB)、成岩期角砾(DB)、后生角砾(EB)、崩塌角砾(FB)、断层角砾(DB)，其中断层角砾可以分为矿化断层角砾(MFB)和无矿化断层角砾(WFB)。填隙物可以根据结构划分为三种类型：同沉积-成岩作用填隙物(纹层构造)，溶蚀-交代填隙物(细粒，颗粒边缘具有溶蚀港湾结构)，以及空洞充填填隙物(粗晶结构)。塔木铅锌矿演化具有三个清晰的期次：沉积期、成岩期和后生期。矿化是成岩期和后生期的产物，主要为后生期。矿化可分为两个主要阶段：溶蚀-交代阶段和空洞充填阶段，其中溶蚀-交代阶段是矿化的主要阶段。管/脉状构造是溶蚀-交代阶段最重要的特征，其多见于后生角砾的填隙物中。 (2). 在对角砾(白云石)和填隙物(白云石)的微量元素、稀土元素、C、O同位素以及填隙物白云石流体包裹体研究基础上提出水/岩作用和TSR过程控制着流体的演化。充填阶段流体为低温(119~191°C)，盐度介于10.9~11.4wt% NaCl eq.，压强介于2~39MPa，含有少量H2S，缺乏SO42-的流体。Ca2+和HCO3-为流体主要的阳离子和阴离子。填隙物与角砾具有相似的稀土元素配分模式—海相碳酸盐岩。如果填隙物中混入钡-钾长石，其稀土元素配分模式则发生显著改变。氧同位素和碳同位素显示填隙物较角砾富集轻同位素。由于闪锌矿流体包裹体氧同位素值显著低于角砾，暗示存在大气降水的参与。根据氧同位素质量平衡方程可估计水/岩比值，封闭体系水/岩比值在0.16~0.67(119°C)或0.12~0.43(191°C)，开放体系水/岩比值在0.13~0.37(119°C)或0.10~0.28(191°C)。热化学硫酸盐还原过程(TSR)可能对沥青和H2S的形成起了重要的作用，并影响碳同位素值变化。 (3). 塔木铅锌矿硫可能来自海水或蒸发盐，存在有机物硫的加入，并受TSR过程和硫储库效应的控制，铅可能为来自淋滤结晶基底的产物。 (4). 讨论了闪锌矿流体包裹体Rb-Sr法的理论基础和应用前提，指出对定年闪锌矿必须开展细致的矿物学研究，并进行了该矿床的定年尝试。 (5). 最终得出塔木铅锌矿为赋存于碳酸盐岩受同生断层和热化学硫酸盐还原过程控制的后生铅锌矿床。

长江流域的锂及锂同位素地球化学研究

锂的两个同位素（6Li和7Li）之间相对大的质量差导致它们在自然界的分馏强烈，仅在表生环境就达到了35‰。因而，作为一种有效的示踪剂被广泛地应用于研究宇宙事件、洋壳蚀变及海底热液活动、板块活动、壳幔演化以及示踪卤水来源等地球化学过程。近年来则以大陆风化过程的锂同位素地球化学研究为热点，主要研究方向包括流域尺度大空间范围的总体研究、风化壳剖面的精细研究以及实验室的模拟研究，均涉及水/岩作用过程的锂同位素分馏机理研究。但是，现有的研究结果有的需要进一步论证，有的相互之间存在矛盾，还有部分结论不能自圆其说。 因此，本项论文工作以地表环境过程的锂同位素地球化学研究为切入点，选择长江水系干流和主要支流的地表水、悬浮物和沉积物为研究对象。在低含量样品锂同位素分析方法研究和完善的基础上，就河流体系锂的来源、流域体系的锂同位素组成变化特征及其主要受控因素等方面开展探索性研究。 通过以上研究，本论文得出以下几点认识： 1、采用单一的阳离子树脂柱分离、提纯样品锂，MC-ICP-MS测定其同位素组成。其分析结果的准确度和精确度可以达到现阶段报道的最高水平。海水的锂同位素组成为+31.3±1.0‰（2σ）与前人测定结果的平均值（+31.2‰）接近；样品分析误差约为0.5‰（2σ），与TIMS的分析结果相似。 2、长江水系河水以富含HCO3-、Ca2+为主要特征，两者分别占阴、阳离子总量的70%和50%；其中，以Na+、Cl-含量的变化最大。长江河水的主要离子组成主要受流域岩石风化作用影响，蒸发结晶作用只在少数点起次要作用，而大气沉降的输入十分微弱。岩石风化作用以碳酸盐岩风化的影响最为显著，蒸发盐岩和硅酸岩的影响较小，仅限于长江流域的局部地区。 3、长江水系悬浮物的锂含量及δ7Li值变化较小，分别为41 µg/g~92 µg/g和-4.7‰~+0.7‰。沉积物的锂含量在13.26 µg/g~46.32 µg/g之间，略低于悬浮物的锂含量，而δ7Li较高，在+0.9‰和+9.1‰之间变化。悬浮物和沉积物的锂含量与Al2O3/SiO2、Fe2O3/SiO2、MnO/SiO2及K2O/SiO2等比值之间存在明显的正相关关系，与δ7Li值存在一定的负相关关系，主要表现为粘土矿物对锂的吸附作用，尤其是6Li。 4、长江水系河水的锂含量在1.04 µg/L和31.72 µg/L之间，平均为8.87 µg/L，呈现出从上游至下游逐渐降低的趋势，最高值出现在长江上游的攀枝花段（CJ1）。其锂同位素组成变化也较大，δ7Li值在+7.6‰和+28.1‰之间，但是却呈现出与锂含量变化相反的特征，即从上游至下游逐渐增加，最小值出现在长江上游的攀枝花段(CJ1)。 5、长江干流水体的锂摩尔浓度的倒数（1/Li）和δ7Li值之间存在明显的正相关关系，可能是两个端员组分混合的结果。综合考虑雨水、人为输入和碳酸盐岩对长江干流河水的贡献后，我们认为长江干流河水的锂应该是来自于流域岩石风化的贡献，即蒸发盐岩的溶解和硅酸岩的风化，两者对长江河水锂的贡献在78%和99%之间。 6、悬浮物总是比相应水体富集6Li，导致两者之间的锂同位素分馏明显。悬浮物和河水之间的锂同位素分馏系数（α矿物-流体）在0.976和0.993之间比变化，落在不同粘土矿物吸附产生的分馏范围内。长江上游地区的α矿物-流体落在室温下水铝矿和蒙脱石对锂吸附产生的分馏范围内，下游地区的α矿物-流体则与蛭石和高岭石对水体锂的吸附分馏范围内。除此之外，α矿物-流体还与悬浮物的量密切相关，尤其是在河水进入三峡库区之前。这种相关性同样是粘土矿物对6Li的优先吸附引起的。

矿山环境中锑的表生地球化学研究—以贵州半坡锑矿区为例

锑(antimony，Sb)是一种典型的毒害重金属元素。我国作为世界上最主要的锑生产国，有关锑的表生地球化学及锑污染防治研究还很薄弱。贵州省位于我国西南低温成矿域中心，具有高Sb地球化学背景值，是我国重要的锑工业基地，境内分布着大量Sb矿床，锑矿储量居全国第四位。贵州又地处我国西南喀斯特中心区域，岩溶地貌极其发育，生态环境脆弱。由于大规模锑矿资源的开采利用，锑矿区土壤和水体中Sb污染十分突出，并通过水体或食物链对矿区及流域居民健康形成潜在威胁。因此，研究矿山环境中Sb的表生地球化学对于认识Sb污染的环境效应和寻求Sb污染修复方式具有至关重要的意义。 本文以贵州半坡大型锑矿区为研究对象，系统研究了Sb在矿区岩石、固体废弃物、土壤、水体和植物体等表生环境介质中的分布、迁移、富集规律与赋存机制，阐明了矿区Sb的表生地球化学过程规律，评价了矿区围岩、（废）矿石和尾矿砂等样品的产酸潜力，筛选出新的锑潜在超富集植物和超耐受性植物，并获得以下主要认识： （1） 独山半坡锑矿区是典型高锑地质地球化学背景区，不仅矿石中Sb含量很高，而且围岩中Sb含量也远高于上地壳Sb的平均含量。辉锑矿是锑的主要载体和释放源。 （2） 在固体废弃物中，冶炼废渣中Sb含量最高，其次为废石堆和尾砂库。废石中元素特征基本与围岩一致，继承了围岩的元素特征，而尾矿砂由于破碎、浮选过程的改造，其元素含量特征与围岩存在差异。尾砂砂中Sb以中层最富，底层和表层依次降低，与Fe、Al矿物的分布特征相似，这种分布模式主要受氧化还原条件、雨水淋滤、Fe/Al矿物吸附机制等因素控制。尾矿砂中不同相态的锑含量依次为残渣态>碳酸盐结合态>有机物结合态>可交换态>铁锰氧化物结合态，其中生物易利用态Sb的空间分布特征与总Sb分布特征一致。 （3） 所有的（废）矿石样品都具有潜在产酸能力，需要采取必要的措施抑制酸性矿山排水的产生。尾矿砂没有产酸潜力，这与矿石在选冶过程中加入石灰处理和S含量过低等原因有关，这种碱性环境可能有利于锑的表生地球化学活化和迁移。 （4） 研究区土壤受到严重锑污染，土壤中Sb含量高达51~7369 mg/kg，且随深度增加而逐渐降低，底层含量与对照区相近。这种高含量的Sb可能是与锑矿化有关的裸露岩石和土壤的自然风化淋滤过程和采矿、冶炼活动等造成的。研究区土壤中不同相态的Sb含量依次为残渣态>铁/锰氧化物结合态>碳酸盐结合态>有机物/硫化物结合态>可交换态。土壤中Sb的生物有效性很低。土壤中Sb的迁移与As密切相关。 （5） 研究区水体为SO4/HCO3-Ca型，水体中的Sb以溶解态、悬浮态和沉积物形式存在，并通过吸附-解吸附和水流推移方式进行迁移。洪水期和枯水期水体中Sb的扩散迁移机制存在差异，洪水期研究区内水体对岔河下游水体污染危害更大。在枯水期，岔河水体中溶解态Sb含量和沉积物中Sb含量存在显著正相关关系，表明枯水期沉积物和水体界面间达到物质交换平衡。水体的氧化还原条件和pH值控制着水体中Sb的存在形态。沉积物中不同相态Sb含量依次为残渣态>碳酸盐结合态，铁锰氧化物结合态>可交换态，有机物/硫化物结合态。研究区水体中Sb主要受矿区采矿、选冶活动的强烈影响。水体中硫同位素示踪研究发现，岔河下游水体中59%的S来自于矿山硫源的贡献，表明矿山活动严重影响到岔河下游水体水质。 （6） 植物对土壤中Sb的吸收与植物部位和种类有关。大体上地下部分>地上部分，且根>叶片>茎。在农作物中，白菜>甘蓝>辣椒和稻谷。研究发现，土荆芥(Chenopodium ambrosioides Linn.)是新的Sb潜在超富集植物，鬼针草(Bidens pilosa Linn.)、一年蓬(Erigeron annuus (Linn.) Pers.)、佛甲草(Sedum lineare Thun)、凹叶景天(Sedum emarginatum Migo)、灰灰菜(Chenopodium album Linn.)和鼠麹草(Gnaphalium affine D. Don)也能大量富集Sb，并有很强耐受性。 （7） 研究区这种特殊的高Sb地质环境和人为活动的影响，导致表生环境中Sb的高度富集，造成农作物、水体中Sb含量极高，通过食物链和水体严重影响当地居民的身体健康。