银川盆地北部浅层地下水水文地球化学特征及砷的富集机理

【摘要】二十多年前，在银川盆地的地下水中发现了高浓度的砷。截至今日，鲜有人通过对比高砷与低砷地下水的水文地球化学特征，来研究银川盆地地下水中砷的分布特征及富集机理。地下水砷的分布规律和富集机理研究不仅为饮用水安全提供科学依据，而且有助于提高对地下水中砷迁移转化的理解。本研究以地下水砷分布较为复杂的银川盆地北部为研究区，开展了三个子区域的调查，分别位于贺兰山东麓的山前洪积斜平原，黄河西岸北部的旱田和南部的水田。采集地下水样品92组，地表水样品4组，沉积物样品66组，检测分析了样品的地球化学及同位素组分。研究结果表明，低砷地下水分布在山前洪积扇区域，高砷地下水（砷的最大浓度达105μg·L-1）分布在黄河西岸的低平原区域。低平原区域冲洪积细砂含水层发育，地下水径流速度缓慢，地下水处于还原环境。地下水中NH4+，Mn，Fe和Fe(II)浓度较高，NO3-和SO42-浓度较低。相比旱田，水田引黄灌溉回归水垂直入渗地下，使地下水环境的氧化还原电位升高，导致地下水砷浓度降低。氢氧稳定同位素技术用来研究地下水的补给以及砷迁移过程中发生的水文地球化学作用。结果表明，水田引黄灌溉诱发的强烈蒸发浓缩作用，对地下水砷富集的影响不大。地下水中砷与铁浓度的正相关关系，表明地下水砷可能来源于铁氧化物的还原性溶解。此外，HCO3-和P通过与砷竞争吸附铁氧化物表面吸附位，使砷解吸迁移至地下水中，导致水砷浓度升高。沉积物砷含量范围为3.94-75.2mg·kg-1（平均含量为11.5mg·kg-1），略高于世界范围的平均含量。沉积物中盐酸提取砷含量占总砷含量的68%，磷酸提取砷含量占总砷含量的5%。地下水砷浓度与对应深度的沉积物中磷酸提取的砷含量具有明显的正相关性，表明地下水砷主要来源于含水介质颗粒中可被磷酸提取的可交换态的砷。砷在固液两相的分配系数Kd，利用沉积物中可交换态砷含量与地下水砷浓度进行计算，Kd值的范围为5.08-17.3cm3·g-1。地下水氧化还原电位与Kd具有明显的正相关性，表明地下水的氧化还原电位（ORP值）越低，砷的分配系数Kd越小，可交换态的砷越倾向于向地下水中分配。
【作者】郭琦；
【导师】郭华明；
【作者基本信息】中国地质大学（北京），地质工程，2014，硕士
【关键词】内陆盆地；冲积含水层；砷形态；还原条件；地球化学过程；

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