發(fā)布時(shí)間：2017-09-09 11:29

  本文關(guān)鍵詞：云浮硫鐵礦開(kāi)發(fā)利用環(huán)境影響的地球化學(xué)與環(huán)境磁學(xué)研究

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【摘要】：礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響日趨嚴(yán)重,特別是含硫金屬礦山的開(kāi)發(fā)利用已引發(fā)一系列重大污染事件,受到了世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。云浮硫鐵礦地處廣東省云浮市,是華南地區(qū)眾多含硫金屬礦山之一,也是中國(guó)最大、世界第二大的硫鐵礦,研究其開(kāi)發(fā)利用對(duì)水土環(huán)境的影響具有典型性和代表性。此外,環(huán)境磁學(xué)方法具有經(jīng)濟(jì)、快速和對(duì)樣品無(wú)損等一系列優(yōu)勢(shì),其在重金屬污染監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用前景受到廣泛關(guān)注。大量研究表明土壤磁學(xué)性質(zhì)與重金屬含量間存在顯著的相關(guān)關(guān)系,但土壤中磁性礦物與重金屬賦存機(jī)制間的關(guān)系尚不清楚。云浮硫鐵礦遠(yuǎn)離珠三角核心工業(yè)區(qū)和城市中心,污染來(lái)源單一,是探討重金屬污染磁學(xué)示蹤機(jī)制的理想?yún)^(qū)域。本研究采用地球化學(xué)方法系統(tǒng)分析了礦區(qū)及周邊表層土壤、采礦粉塵、納污河溪水及水系沉積物多種環(huán)境介質(zhì)中微量元素含量、空間分布及遷移規(guī)律,并進(jìn)行了系統(tǒng)的污染評(píng)價(jià)和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。采用環(huán)境磁學(xué)和礦物學(xué)方法詳細(xì)分析了礦區(qū)周邊表層土壤和沉積物的磁學(xué)性質(zhì),包括磁性礦物組成、含量及粒徑分布,并深入研究了重金屬含量與磁學(xué)參數(shù)的相關(guān)性及重金屬元素與磁性礦物的共存機(jī)制,探討了利用土壤/沉積物的磁學(xué)性質(zhì)反演重金屬含量的可行性,并通過(guò)多元回歸分析建立了重金屬含量與磁學(xué)參數(shù)的回歸方程,且采用地球化學(xué)測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)回歸方程的可靠性進(jìn)行了驗(yàn)證。通過(guò)本文的研究,得到如下認(rèn)識(shí)和結(jié)論:1.云浮硫鐵礦周邊表層土壤微量元素空間分布主要受母質(zhì)類(lèi)型、母巖沉積環(huán)境、采礦活動(dòng)、雨水、地形地勢(shì)和周邊交通和工業(yè)排放等因素影響。元素Nb、U、Th、Ga、Ge、Ti、Ta、Zr和Hf具有相似的空間分布,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)在礦區(qū)的東北面和南面都有1個(gè)低值區(qū),主要受母質(zhì)類(lèi)型影響;元素Cu、Pb和Zn具有相似的空間分布,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)等值線(xiàn)近似同心圓分布,以礦區(qū)為中心,離礦區(qū)越近的地方元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高,主要受采礦活動(dòng)影響;元素Mn和Co具有相似的空間分布,主要受母質(zhì)沉積環(huán)境到物源距離的影響;元素Rb和Cs具有相似的空間分布,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)在尾礦庫(kù)位置有個(gè)明顯的低值區(qū),可能是受到了雨水淋濾尾礦作用的影響;元素Sr、Cr和V具有相似的空間分布特征,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)在礦區(qū)都有一個(gè)低值區(qū),Cr和Sr主要受地形條件的影響,易在地勢(shì)較低的地方富集,V主要受云浮硫鐵礦周邊交通和工業(yè)排放的影響;元素Ba和Ni的空間分布特征比較獨(dú)特,ba2+易與雨水中so42-離子結(jié)合生成baso4而沉淀,而ni主要受云浮硫鐵礦周邊交通和工業(yè)排放的影響。地累積系數(shù)顯示,除zr、hf、th和u外,其他測(cè)試元素都不同程度地受到了礦山開(kāi)發(fā)利用過(guò)程的影響。對(duì)照國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(gb15618-1995),礦區(qū)周邊只有個(gè)別表層土壤樣品出現(xiàn)了ni、zn或pb污染和多金屬?gòu)?fù)合污染。2.尾礦堆淋慮產(chǎn)生的酸性廢水影響了納污河溪水中co、ni、cu、ga、ge、cd、pb、u、ti、fe、sr和tl的含量,但對(duì)cr、as、ba、zr、bi和th含量的影響非常小。ph值是影響納污河水中微量元素含量最重要的因素,酸性廢水中的重金屬元素沒(méi)有明顯沉淀,說(shuō)明酸性廢水的影響范圍遠(yuǎn)超出研究區(qū)域。根據(jù)農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(gb5084-92)和污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(gb8978-1996),納污河溪所有水樣都出現(xiàn)了as污染;大部分水樣都出現(xiàn)了cd污染及as和cd復(fù)合污染。3.水系沉積物中微量元素含量主要受沉積物物質(zhì)成分、鴨糞、尾礦堆淋慮和水體ph值4大因素的影響,其中沉積物物質(zhì)成分主要包括泥沙、粘土和酸性廢水中懸浮顆粒物。地累積系數(shù)顯示,大臺(tái)水庫(kù)排水口至納污的慶豐河上游水電站河段,沉積物出現(xiàn)了不同程度的mn、co、ni、zn、ge、sr和pb污染,主要受采礦活動(dòng)的影響,而從養(yǎng)鴨場(chǎng)到慶豐村口河段又出現(xiàn)了不同程度的ti、v、cr、cu、ga、cs、ba和u污染,主要是因?yàn)楹拥乐续喖S提高了水的ph值,同時(shí)鴨糞對(duì)金屬離子有較強(qiáng)的吸附作用。根據(jù)國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn),大臺(tái)水庫(kù)至慶豐村口部分河段的沉積物出現(xiàn)了cr、ni、zn、pb污染和多金屬?gòu)?fù)合污染。4.數(shù)值模擬結(jié)果顯示,礦區(qū)粉塵的主要沉降范圍為礦區(qū)西南面4km以?xún)?nèi),礦區(qū)東北面2.5km以?xún)?nèi),其余方向2km以?xún)?nèi)。5.生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)顯示,云浮硫鐵礦開(kāi)發(fā)利用尚未給周邊環(huán)境帶來(lái)明顯的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),但生態(tài)危害指數(shù)顯示,納污河水中as和cd出現(xiàn)了較輕的生態(tài)危害。6.礦區(qū)周邊表層土壤中的磁性礦物主要為磁鐵礦、磁赤鐵礦、赤鐵礦、針鐵礦、含鐵硅酸鹽和一種居里溫度(tc)約為530℃的磁性礦物,可能是鈦磁鐵礦或鐵錳尖晶石,磁性顆粒的磁疇狀態(tài)以假單疇(psd)為主。土壤中的co和ni通過(guò)吸附或晶格置換與磁性礦物共存;而ge、cu、zn和pb則是通過(guò)共沉淀機(jī)制與含鐵磁性礦物共存。mn可通過(guò)吸附、晶格置換和共沉淀等多種形式與磁性礦物共存。沉積物中的磁性礦物主要為磁鐵礦、赤鐵礦和纖鐵礦,磁疇狀態(tài)也以假單疇(psd)為主。7.表層土壤的磁性主要受磁性礦物種類(lèi)、含量與粒徑分布的影響。磁學(xué)參數(shù)χ和χarm/sirm的空間分布特征顯示,礦區(qū)附近表層土壤的磁性已顯著增強(qiáng),離礦區(qū)越近磁性礦物含量越高、顆粒越粗,可能是采礦活動(dòng)產(chǎn)生的粗顆粒磁性礦物使表層土壤中磁性礦物含量增加所致;HIRM和S-ratio的空間分布顯示,離礦區(qū)越近硬磁性組分含量也越高,硬磁性組分主要來(lái)源于尾礦風(fēng)化產(chǎn)生的次生鐵礦相礦物(如:赤鐵礦和針鐵礦)。8.重金屬含量與磁學(xué)參數(shù)的相關(guān)性分析表明,表層土壤中僅Mn、Co、Ni、Ge、Cu、Zn和Pb與反映磁性礦物含量的磁學(xué)參數(shù)顯著正相關(guān),其中,Cu、Zn、Pb、Mn和Ge與采礦活動(dòng)有關(guān),可用磁學(xué)參數(shù)χlf、SIRM和HIRM作為替代指標(biāo)進(jìn)行反演或監(jiān)測(cè);沉積物中僅Mn和Zn與反映磁性礦物含量的磁學(xué)參數(shù)顯著正相關(guān),可用磁學(xué)參數(shù)χlf和χARM作為替代指標(biāo)進(jìn)行反演或監(jiān)測(cè);重金屬含量與磁學(xué)參數(shù)的多元線(xiàn)性回歸方程的驗(yàn)證結(jié)果表明,磁學(xué)參數(shù)能反映總體樣本中重金屬元素的含量特征,但具體分析某個(gè)樣品時(shí),預(yù)測(cè)結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果也會(huì)存在一定的偏差,因此,該經(jīng)驗(yàn)公式尚需更多的實(shí)證研究來(lái)證實(shí)與完善。
【關(guān)鍵詞】：地球化學(xué) 環(huán)境磁學(xué) 環(huán)境影響 賦存機(jī)制 云浮硫鐵礦
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(廣州地球化學(xué)研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：X82;X751
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-9
• ABSTRACT9-16
• 第一章 緒論16-30
• 第一節(jié) 選題背景及研究意義16-21
• 一、礦山開(kāi)發(fā)利用對(duì)周邊環(huán)境的影響16-17
• 二、礦山開(kāi)發(fā)環(huán)境影響的復(fù)雜性和現(xiàn)有監(jiān)測(cè)檢測(cè)手段的局限性17-19
• 三、環(huán)境磁學(xué)技術(shù)的優(yōu)越性及存在的問(wèn)題19
• 四、本研究的切入點(diǎn)及擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題19-20
• 五、本研究的理論意義及應(yīng)用價(jià)值20-21
• 第二節(jié) 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展21-28
• 一、礦山開(kāi)發(fā)利用對(duì)周邊水土環(huán)境影響的研究進(jìn)展21-24
• 二、土壤磁學(xué)研究進(jìn)展24-26
• 三、環(huán)境磁學(xué)重金屬污染應(yīng)用研究進(jìn)展26-27
• 四、云浮硫鐵礦開(kāi)發(fā)利用環(huán)境影響研究進(jìn)展27-28
• 第三節(jié) 重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容28
• 第四節(jié) 基礎(chǔ)工作量28-30
• 第二章 研究方法與技術(shù)路線(xiàn)30-45
• 第一節(jié) 研究區(qū)域與樣品采集30-37
• 一、云浮硫鐵礦概況30-32
• 二、研究區(qū)范圍與水土樣品采集32-37
• 第二節(jié) 研究方法37-43
• 一、分析測(cè)試37-41
• 二、數(shù)值模擬41-42
• 三、數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)42-43
• 第三節(jié) 技術(shù)路線(xiàn)43-45
• 第三章 微量元素含量空間分布、影響因素及污染評(píng)價(jià)45-74
• 第一節(jié) 礦區(qū)及周邊地區(qū)表層土壤中微量元素地球化學(xué)特征45-56
• 一、空間分布特征45-49
• 二、影響因素及可能來(lái)源49-53
• 三、表層土壤微量元素污染評(píng)價(jià)53-56
• 第二節(jié) 礦區(qū)周邊水體的微量元素特征56-62
• 一、微量元素含量及空間分布特征56-61
• 二、水體微量元素污染評(píng)價(jià)61-62
• 第三節(jié) 沉積物中微量元素特征62-71
• 一、空間分布特征62-66
• 二、沉積物微量元素含量影響因素分析66-68
• 三、沉積物微量元素污染評(píng)價(jià)68-71
• 第四節(jié) 水-沉積物之間微量元素的遷移特征71-72
• 第五節(jié) 本章小結(jié)72-74
• 第四章 礦區(qū)采礦粉塵對(duì)周邊環(huán)境的影響74-83
• 第一節(jié) 數(shù)學(xué)模型74-75
• 第二節(jié) 采用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)75-76
• 第三節(jié) 數(shù)值模擬結(jié)果76-79
• 第四節(jié) 粉塵沉降范圍及其環(huán)境影響79-81
• 第五節(jié) 本章小結(jié)81-83
• 第五章 磁性礦物學(xué)研究83-100
• 第一節(jié) 磁性礦物種類(lèi)83-93
• 一、熱磁曲線(xiàn)（κ-T曲線(xiàn)）分析83-87
• 二、磁滯回線(xiàn)87-88
• 三、IRM獲得曲線(xiàn)及其累積對(duì)數(shù)高斯（CLG）分析88-91
• 四、磁性組分礦物組成91-93
• 第二節(jié) 磁性礦物的磁疇狀態(tài)93-94
• 第三節(jié) 磁學(xué)性質(zhì)空間分布94-99
• 一、表層土壤94-96
• 二、水系沉積物96-99
• 第四節(jié) 本章小結(jié)99-100
• 第六章 重金屬污染磁學(xué)響應(yīng)機(jī)制探討100-120
• 第一節(jié) 表層土壤重金屬含量與磁學(xué)性質(zhì)間的相關(guān)性100-103
• 第二節(jié) 磁性顆粒物相與可能來(lái)源103-107
• 第三節(jié) 云浮硫鐵礦周邊表層土壤中重金屬與磁性礦物賦存形式107-109
• 第四節(jié) 環(huán)境磁學(xué)性質(zhì)反演重金屬含量的可能性與有效性109-116
• 一、表層土壤磁學(xué)性質(zhì)與地球化學(xué)、礦物學(xué)的對(duì)比分析109-113
• 二、表層土壤環(huán)境磁學(xué)性質(zhì)與重金屬含量的擬合分析113-116
• 第五節(jié) 云浮硫鐵礦周邊地區(qū)水土環(huán)境重金屬污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)116-118
• 第六節(jié) 本章小結(jié)118-120
• 第七章 結(jié)語(yǔ)120-124
• 第一節(jié) 主要認(rèn)識(shí)和結(jié)論120-122
• 第二節(jié) 特色與創(chuàng)新之處122
• 第三節(jié) 建議與展望122-124
• 一、建議122-123
• 二、展望123-124
• 參考文獻(xiàn)124-142
• 附表142-143
• 作者簡(jiǎn)介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果143

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本文編號(hào)：820185