地学前缘

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“土壤污染控制与环境基准” 主题专辑目次

2024, 31(2): 0-0.

摘要 ( 25 )

PDF(480KB) ( 20 )

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汞污染地块分级风险管控技术体系研究

赵彬, 杨洋, 张昊, 金远亮, 侯德义

2024, 31(2): 1-12.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.8.23

摘要 ( 545 )

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PDF(7444KB) ( 67 )

有色金属冶炼、电石法聚氯乙烯、汞触媒等特定行业已经形成数量不等的汞污染地块。精准识别地块中汞污染分布及迁移归趋,构建基于环境风险的防控技术体系,是此类地块有效修复与风险管控的关键。本文通过分析汞污染地块的特点及成因,总结了发达国家在政策法规、标准制定和制度建设等方面的历史实践经验,并结合我国在汞污染防控方面已有的相关法律、法规与管理政策,提出了基于环境风险量化表征与逐级分类管控的综合技术体系。首先,以健康与生态保护为核心要素,对环境风险精准量化表征,重点考虑地块中汞的赋存形态与生物有效性、特殊暴露途径与敏感受体、迁移与归趋等特征化因子;其次,基于污染调查与风评结果进行风险筛查,对地块风险等级进行科学划分;最后,从标准限值、修复技术和管理制度3个角度,选择与风险等级相匹配的差异化管控技术。该技术体系以风险管控为导向、以量化评估为基础、系统修复与全过程管理为途径,形成全方位、立体化、精准性的汞污染地块风险管理模式,符合《土壤污染防治行动计划》(“土十条”)的基本原则,为我国地块尺度汞污染控制提供体系保障,支撑我国《关于汞的水俣公约》履约活动。

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恶臭污染的测定方法与预测模型研究进展

祝富杰, 曲龙泽, 李平, 魏文侠, 李培中, 王立夫, 李本行, 王姣, 任更波, 吴志能, 马小东

2024, 31(2): 13-19.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.9.10

摘要 ( 484 )

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PDF(1534KB) ( 60 )

随着人们对环境问题的认识,恶臭污染已经成为一类典型的环境公害。我国的恶臭污染来源广泛,臭气浓度的测定成本昂贵,构建基于简易输入参数的臭气预测模型降低恶臭污染判定与控制的难度,是目前恶臭污染研究的热点问题。本研究从臭气定义的基本概念入手,总结对比了不同的臭气标准和测定方法。综述了目前常用的臭气预测模型,包括基于污染物浓度的多元线性回归法和不同的臭气浓度/强度预测模型,发现不同研究或者不同模型得到的结果差异较大。其中,为预测模型提供准确的嗅觉阈值是优化模型的关键。另外,作为一种环境问题,本研究也对臭气的大气扩散以及排放速率进行了综述研究,研究中使用不同的大气扩散模型对臭气的大气扩散过程进行预测。但不同模型需要的基础数据和知识背景不同,因此需要根据实际的应用场景选择合适的模型。排放速率作为大气扩散模型中的重要输入参数,可以通过不同的方法和装置进行测定,不同方法的测定结果存在差异,后续研究中需要依据更多的现场数据对预测结果进行验证。基于以上综述,本研究将为恶臭污染的识别和控制提供科学指导。

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含砷尾矿中砷铊矿相特征及其释放机制

梁慧芝, 郭朝晖, 张云霞, 徐锐

2024, 31(2): 20-30.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.9.8

摘要 ( 448 )

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PDF(6374KB) ( 54 )

含砷尾矿中砷(As)及伴生元素铊(Tl)等毒性元素易向周边水和土壤介质中迁移,揭示尾矿中毒性元素的矿相特征及其释放机制具有重要意义。本研究以某雄黄矿区含砷尾矿为研究对象,结合化学分析、矿物学表征等手段,通过静态浸出实验探究含砷尾矿中As和Tl的矿相特征及其释放机制。研究结果表明,含砷尾矿中As和Tl的环境行为明显受到其矿相特征及赋存形态影响。矿物学分析结果显示尾矿中As的主要矿物相为砷铂矿和砷铁矿,矿物解离度表明砷矿物处于风化状态,As释放风险较高;而Tl则以伴生元素形式存在于Ca、Mn和Mg等矿物相中,这些矿物的沉淀溶解控制着尾矿中Tl的释放。尾矿中As主要以铁锰氧化物结合态和有机结合态存在,Tl主要以铁锰氧化物结合态和残渣态存在。酸性浸出条件下金属的活性态比例增高,可交换态As由0.29%上升至1.67%,可交换态Tl从5.46%升高至8.67%;尾矿中As释放加强而Tl受到抑制,表明尾矿中As与Tl释放存在竞争关系。As的浸出符合双常数模型,为多因素控制的物理和化学过程;Tl的浸出符合抛物线扩散模型,由结构掺入和表面吸附等扩散机制控制。本研究明确了含砷尾矿As和Tl的释放特性、化学形态转变及矿物相特征,为含砷尾矿中As和Tl污染风险控制提供了科学依据。

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典型矿冶城市土壤重金属累积驱动因子研究和概率风险评估

丁祥, 袁贝, 杜平, 刘虎鹏, 张云慧, 陈娟

2024, 31(2): 31-41.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.11.46

摘要 ( 417 )

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PDF(5926KB) ( 46 )

明确土壤重金属来源及其健康风险是有效开展土壤污染风险管控的重要环节。本研究以某典型矿冶城市作为研究案例,采用地累积指数法(I_geo)评价8种重金属(As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn和Hg)的污染特征,结合相关分析和正定矩阵因子分解(PMF)模型分析土壤重金属的潜在来源,进一步应用冗余分析探索土壤重金属累积的环境驱动因子,借助健康风险评估模型量化土壤重金属的风险水平。I_geo结果显示,Cd污染处于中度污染水平,Cu、Pb和Zn污染处于轻度污染水平。依据PMF模型确定研究区域土壤重金属存在4个可能的污染来源,结合相关分析和区域特征,判断污染来源包括铅锌矿采选和冶炼源(Cd和Pb)、自然源与铜矿采选和冶炼的混合源(Cr、Ni、Cu和Pb)、有色金属冶炼排放源(Hg)、金矿采选和冶炼源(As),其中自然源和铜矿采选、冶炼的混合源是最主要的来源(70.10%)。冗余分析进一步明确,阳离子交换量、含水率和企业距离是土壤重金属累积的关键驱动因子。从健康风险评估结果来看,研究区域土壤重金属对儿童存在不可接受的致癌风险(概率为15.21%),对成人的致癌风险以及对儿童和成人的非致癌风险处于可接受风险水平。值得注意的是,As是研究区域主要的致癌因子,致癌风险的95%分位值(1.75×10^-4)超过可接受风险阈值1×10^-4。上述研究结果可为研究区域土壤重金属的优先管控和污染防治提供数据支撑。

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不同尺度的土壤含水量主被动微波联合反演方法研究

刘奇鑫, 顾行发, 王春梅, 杨健, 占玉林

2024, 31(2): 42-53.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.12.32

摘要 ( 409 )

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PDF(3648KB) ( 49 )

土壤含水量是水文、农业和气象等领域的关键参数,而微波遥感是目前监测土壤含水量最有效的手段之一。本文利用主动微波与被动微波数据,结合其他多源遥感数据,运用随机森林算法分别在主动微波数据分辨率尺度和被动微波数据分辨率尺度下完成主被动微波数据的土壤含水量联合反演。首先对被动微波尺度的地表覆盖类型与归一化植被指数(NDVI)参数进行空间分辨率优化,再利用回归ReliefF方法对两种尺度所用的输入变量的重要性进行评估,并对输入变量进行优选,最后对比主被动微波数据土壤含水量联合反演和单独利用主动/被动微波数据进行反演的精度,分析主被动微波联合反演方法的有效性。结果表明:在主动微波尺度,主被动微波联合反演的精度相比单独利用主动微波数据反演的精度有所提升,相关系数r由0.691升至0.744,RMSE由0.084 8 cm³/cm³降至0.079 6 cm³/cm³;在被动微波尺度,主被动微波联合反演的精度反而比单独利用被动微波数据反演的精度更低,相关系数r由0.944变为0.939,RMSE由0.043 5 cm³/cm³变为0.045 1 cm³/cm³。因此在主动微波尺度更适合进行主被动微波的联合反演。

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基于生态风险的土壤短链氯化石蜡环境基准研究

蒿梦秋月, 刘大庆, 闫振飞, 冯承莲

2024, 31(2): 54-63.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.9.11

摘要 ( 391 )

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PDF(1620KB) ( 32 )

短链氯化石蜡(Short Chain Chlorinated Paraffins, SCCPs)是一种持久性有机污染物,广泛应用于电缆、人造革等工业生产中,具有很强的生物毒性,并可以通过多种途径进入土壤环境,威胁着土壤生态环境安全。针对新污染物之一的SCCPs,已经有相关研究做出了基于淡水环境的基准,而目前关于SCCPs的土壤生态环境基准和风险的研究仍旧缺乏。鉴于此,本研究分别采用物种敏感度分布法和分配系数法推导了土壤中SCCPs的生态环境基准阈值,并对我国典型土壤中的生态风险进行了评价。结果表明:采用物种敏感度分布法得出土壤的无效应浓度为71.46 mg/kg;采用分配系数法得到土壤的无效应浓度为10.1 mg/kg。经过与相关研究对比,最终选择利用分配系数法得到的基准值作为SCCPs的土壤生态环境基准值。由于物种选择和研究方法的差异性等,本研究获得的SCCPs土壤生态环境基准与其他国家存在一定差异。另外,运用风险商值法对土壤中的SCCPs环境风险进行评价,结果表明,目前我国主要地区的不同土壤类型中SCCPs的HQ值为7.23×10^-5~0.501 7,为低风险。本研究的结果可为土壤SCCPs环境质量标准的制定与环境风险管理提供参考依据。

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美国场地土壤筛选值研究及其对中国土壤环境基准研究的启示

王晓宇, 屈雅静, 赵文浩, 马瑾

2024, 31(2): 64-76.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.11.50

摘要 ( 385 )

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土壤环境基准是土壤环境标准和土壤环境保护的基础。美国是世界上最早关注污染场地保护并开展土壤污染风险管控的国家之一,并形成了较为完善的体系,但我国在这方面还处于起步阶段。为此,本文以美国为例,综述其在土壤筛选值(SSLs)方面的研究,通过分析美国在土壤污染防治方面的法律法规和技术规范,系统梳理美国在SSLs方面的研究成果,从直接摄入、皮肤吸收、摄入污染地下水、吸入室外挥发物与颗粒物和蒸汽侵入5个方面阐述美国基于人体健康风险的SSLs制定的理论方法。在此基础上,为我国土壤环境基准研究提出了几点建议:进一步加强我国土壤环境基准研究工作,立足我国国情开展土壤环境基准研究,加强本土化参数研究和土壤环境基准研究规范化,以及协同开展土壤地下水环境基准研究,以期为我国土壤环境基准研究与制定提供参考。

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冀北山区某有色多金属尾矿库周边农用地重金属污染特征与生态健康风险评价

郭学辉, 黄仁亮, 万建华

2024, 31(2): 77-92.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.8.22

摘要 ( 395 )

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PDF(6669KB) ( 67 )

为了解冀北山区有色金属尾矿库对周边农用地的重金属污染特征和生态健康风险,通过资料搜集和调研,最终确定一处具有代表性的金铅锌尾矿库及周边农用地作为研究区。针对研究区农用地进行了样品采集与测试分析工作,并总结了农用地重金属污染特征,同时通过重金属累积分析、潜在生态风险和人体健康风险3种评价方法,开展了农用地土壤重金属污染评价工作。主要研究结果如下:农用地表层土壤不同程度地受到Zn、Cu、Cd、Pb和As的污染较为严重,其中Cd、Pb、Zn和Cu表现为重度累积;农用地土壤重金属潜在生态危害处于极强的水平,应引起高度重视,重点关注重金属Cd、Pb和Hg;人体健康暴露风险方面,农用地土壤重金属非致癌与致癌暴露途径均应重点关注手口摄入,单元素非致癌与致癌日平均暴露量方面,均应重点关注Zn、Pb、Cu和Cr;人体健康儿童手口途径非致癌风险不可接受,单元素Pb和As手口途径非致癌风险指数分别为11.23和1.75,故应特别关注Pb和As手口途径对儿童的非致癌风险,成人手口途径非致癌风险也不可接受,重点关注单元素Pb手口途径对成人的非致癌风险;人体健康致癌风险方面,单元素Cd手口途径儿童与成人致癌风险不可接受,儿童单元素Cd手口途径致癌风险指数为3.38×10^-4,成人Cd重金属手口途径致癌风险指数为1.63×10^-4,故应特别重点关注研究区Cd手口途径对儿童与成人的致癌风险。总之,需要加强冀北山区有色重金属尾矿库周边农用地土壤的风险预警及相应管控工作,消除潜在的健康风险。

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基于Meta分析的矿区周边土壤重金属污染特征及风险评价

董鑫, 胡浩然, 张晓晴, 任大军, 张淑琴

2024, 31(2): 93-102.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.9.9

摘要 ( 400 )

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PDF(2334KB) ( 94 )

本文基于2002—2022年期间,知网、万方、Web of Science数据库收录的矿区周边土壤重金属文献数据,采用Meta分析方法,探讨我国不同地区和矿种类别的矿山开采对土壤重金属分布特征的影响。同时,结合地累积指数法和潜在生态风险指数法评估矿区周边土壤重金属生态风险。Meta分析结果显示,我国矿区周边土壤中镉(Cd)、汞(Hg)、铜(Cu)、铅(Pd)、锌(Zn)、砷(As)、镍(Ni)和铬(Cr)的浓度相较于土壤背景值,分别增加了820.7%、309.6%、158.6%、158.6%、146.0%、103.4%、24.6%和15%,其中,Cd和Hg增加量较多。从地区来看,中南和西南地区的矿区周边土壤重金属的效应值较大,其重金属浓度增加量分别为285.7%和180.1%,其中西南、中南和华东地区矿山周边土壤中Cd、Hg、Zn、Pb和Cu的含量增加较为显著,华北和东北地区的Cd和As、西北地区的Cd和Hg增加较为显著。从矿种类型看,铅锌矿、多金属矿、铜矿、金矿、汞矿、钼矿、锰矿、锡矿和包含石墨矿等其他矿种的周边土壤重金属浓度增加量为166.4%~617.1%,其中铅锌矿开采会使得Cd、Hg、Pb和Zn显著累积,金矿开采对As、Hg和Pb累积显著,铜矿、石墨、硫铁矿等其他矿种对Cd和Cu的含量累积显著,各类型矿对Ni和Cr的累积影响都很小。地累积指数法和潜在生态风险指数法评价结果显示,我国矿区周边土壤Cd和Hg地累积污染指数分别达到中等和轻微污染等级,且大部分土壤位点二者都具有高等级的潜在生态风险,因此,需加强矿区周边重点重金属Cd和Hg的污染防治。

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Fe对稻田土壤重金属迁移转化影响机制及研究进展

李杉杉, 张荣, 费杨, 梁家辉, 杨兵, 王萌, 师华定, 陈世宝

2024, 31(2): 103-110.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.9.12

摘要 ( 387 )

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我国是全球最大的水稻生产国和消费国,部分地区稻田土壤重金属污染严重,威胁粮食安全和人体健康。目前稻田土壤重金属复合污染是我国土壤污染治理的重点和难点。Fe在地壳中分布广泛,居元素分布序列的第四位,是土壤中的高活性元素,参与多种重金属的地球化学过程。文章针对Fe氧化物对重金属的作用机制、土壤中Fe的生物化学过程、稻田系统中Fe对重金属吸收转运的影响,以及Fe相关材料在重金属污染土壤修复中的应用等方面进行总结。结果显示:(1)土壤中Fe氧化物主要通过吸附/络合/沉淀作用固定重金属,或通过氧化还原作用降低重金属的毒性和有效性;(2)土壤环境的变化容易引起Fe氧化物的还原溶解/氧化沉淀,以及微生物介导的Fe(III)还原和Fe(II)氧化等过程;(3)稻田环境变化关系到土壤中Fe氧化物的形态转化、水稻根表铁膜的形成与成矿过程、水稻对Fe的吸收转运等,从而影响重金属在土壤-水稻中的运移;(4)Fe相关材料对土壤单一重金属污染修复效率高,但尚未在重金属复合污染土壤修复中大面积应用。同时,对我国当前Fe相关材料在稻田重金属复合污染修复应用中存在的问题进行思考,对今后的研究方向进行展望,以期为稻田重金属复合污染修复的推广应用提供参考与借鉴。

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基于作物Cd富集系数的土壤有效态Cd化学浸提方法筛选

俞磊, 孙晓艺, 秦璐瑶, 王静, 王萌, 陈世宝

2024, 31(2): 111-120.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.1.13

摘要 ( 395 )

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土壤中镉(Cd)被作物吸收的程度及其生态风险取决于土壤中Cd的赋存形态,基于Cd有效形态的污染土壤风险评价及在此基础上制订污染土壤修复安全阈值是Cd污染农田土壤风险评价和治理亟待解决的问题。目前针对土壤中重金属有效态的化学浸提方法较多,但缺乏针对不同性质土壤中有效态Cd的普适性浸提方法已成为Cd污染土壤风险评价技术瓶颈。本研究采集了全国9个不同性质农田土壤,以水稻、小白菜和玉米为测试作物,通过外源添加方法制备Cd污染土壤,结合土壤培养和盆栽实验,测定了5种常用化学浸提方法,包括中性无机盐浸提方法(CaCl₂浸提法)、弱酸浸提法(HCl浸提法)、络合螯合剂浸提方法(DTPA和ETPA浸提法)和组合浸提方法(Mehlich-3(M3)浸提法)对不同性质土壤中有效态Cd浸提效果及其与作物Cd吸收的量化关系,筛选适用于不同性质土壤中有效态Cd的通用浸提方法。结果表明,不同化学浸提法提取的土壤有效态Cd含量间具有显著差异,不同浸提方法对土壤中Cd的浸提率(%)为DTPA≈EDTA≈HCl> M3≈CaCl₂。不同化学浸提态Cd与作物Cd吸收的相关系数间具有显著差异,基于综合相关系数方法,得出5种不同浸提态Cd与作物Cd吸收的综合相关系数为I_M3=0.765,I_EDTA=0.641,I_DTPA=0.627,I_HCl=0.606,$I_{CaCl_{2}}=0.711$,M3浸提态Cd含量与不同性质土壤中水稻、小白菜和玉米植株地上部Cd相关性最高,可作为不同性质土壤中有效态Cd通用浸提方法。相关研究结果可为农田土壤中Cd有效态评价及Cd污染农田的修复提供理论依据。

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土壤中铬的毒性阈值(EC_x)及其预测模型

孙晓艺, 王萌, 秦璐瑶, 俞磊, 王静, 陈世宝

2024, 31(2): 121-129.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.11.55

摘要 ( 425 )

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毒物学资料的缺乏成为制约我国污染土壤中Cr生态风险评价及土壤环境质量标准修订的主要瓶颈。本研究选取了我国7种不同性质土壤,分别以蚯蚓生物量、小白菜生物量和微生物基质诱导呼吸(SIR)为毒性测试终点,基于Log-logistic剂量-效应关系及低剂量刺激效应函数模型对不同土壤中铬的毒性阈值(EC_x)进行了测定,在此基础上,对不同性质土壤中Cr的毒性阈值进行了预测。研究结果表明:不同性质土壤中Cr对蚯蚓、小白菜、土壤微生物毒性均随着土壤Cr含量的增加而表现出明显抑制效应,剂量-效应关系呈现明显的S型曲线;不同性质土壤中,基于微生物(SIR)、蚯蚓、小白菜毒性测试的EC₁₀分别为22.1~53.7、65.0~137.2和82.1~220.2 mg/kg,EC₅₀分别为50.3~103.7、103.9~369.0和159.9~441.9 mg/kg;不同物种Cr毒性阈值由大到小顺序为小白菜>蚯蚓>土壤微生物,土壤微生物对Cr毒性最为敏感;在土壤Cr低含量(<112 mg/kg)条件下,3种测试物种对Cr毒性表现出明显的低剂量刺激效应,其中,蚯蚓在不同性质土壤中最大刺激效应为102%~108%,小白菜为105%~112%,相对来说,土壤中Cr对微生物的低剂量刺激效应较小,最大刺激效应为104%;pH、黏土含量和土壤阳离子交换量(CEC)可以较好预测不同性质土壤中Cr的毒性阈值。研究结果对土壤中Cr的生态风险评价及土壤中Cr环境质量标准制、修订提供了科学依据。

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基于生态安全的我国土壤镉环境基准研究

丁昌峰, 周志高, 王玉荣, 张桃林, 王兴祥

2024, 31(2): 130-136.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.9.13

摘要 ( 444 )

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土壤镉(Cd)污染的生态安全问题不容忽视,我国目前尚缺乏基于生态风险的土壤Cd环境基准。本研究通过调研国内外关于土壤Cd的生态毒性研究,收集并筛选基于我国土壤的Cd毒性效应数据,采用物种敏感性分布法并结合Cd的生态毒性预测模型,推导不同用地方式下的土壤全量和EDTA提取态Cd生态安全环境基准。共收集与筛选出包含13个物种或生态过程的126个土壤Cd生态毒性数据,其中陆生植物毒性数据60个(6个物种)、无脊椎动物毒性数据39个(3个物种)、生态过程毒性数据27个(4种指标)。土壤Cd生态毒性预测模型研究结果表明,土壤pH是影响Cd生态毒性的最重要因子。自然保护地和农业用地、公园用地、住宅用地、商服及工业用地不同土壤pH值范围的土壤全量Cd生态安全基准分别为1.91~5.25、3.94~11.1、7.59~22.0和10.5~30.8 mg·kg^-1,基于EDTA提取态Cd的生态安全基准分别为 1.13~3.12、2.34~6.62、4.51~13.1和6.24~18.4 mg·kg^-1。研究结果可为我国土壤污染风险管控标准的制修订提供依据。

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我国典型土壤中Co对生物的毒害及其阈值推导

张竞元, 王学东, 梁力川, 段桂兰

2024, 31(2): 137-146.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.11.40

摘要 ( 379 )

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随着人类对钴(Co)元素开发利用活动的增强,土壤Co污染问题日益受到重视。然而,目前对土壤Co的生态风险和阈值研究还很有限。本研究通过文献检索收集筛选Co生态毒性数据,并结合毒理学实验和物种敏感性分布法推导我国土壤Co的生态风险阈值。研究结果显示,文献检索和生态毒性实验获得了不同土壤性质下Co对10种生物的10%效应浓度(EC₁₀),变化范围为7~4 696 mg/kg。利用逐步线性回归建立了8个物种EC₁₀和土壤性质(pH、CEC、OC含量和Clay含量)以及这些物种自身敏感性k值的关系,得到8个物种的k值在-0.21~1.458,并通过种间外推模型获得无归一化模型的黑麦草及玉米渣矿化k值(-1.207和2.201)。最终获得包含土壤性质和k值的10个物种的回归模型,据此模型将预测的EC₁₀值归一化到4种土壤条件下。利用物种敏感性分布法推导得到4种土壤条件下Co的生态安全阈值(HC₅),经过老化淋洗因子的校正,在酸性、中性、碱性和石灰性土壤条件下分别为7.3、44、72.08和38.88 mg/kg,该结果可为土壤Co污染风险评价及相关标准的制定提供依据。

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土壤环境基准的科学问题与研究方法:以Cd为例

王萌, 俞磊, 秦璐瑶, 孙晓艺, 王静, 刘佳晓, 陈世宝

2024, 31(2): 147-156.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.3.15

摘要 ( 406 )

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PDF(3345KB) ( 67 )

土壤环境基准是土壤环境质量标准制定的科学依据和基础。环境基准是土壤环境保护研究的前沿领域,涉及土壤环境化学、环境毒理学、生物学和风险评估等多学科交叉与基础性科学问题,了解和解决其所涉及的这些科学问题,是土壤环境基准研究的前提。本文针对土壤环境基准研究中影响重金属毒性阈值的非生物因子、生物因子、剂量-效应关系测定中等几个关键科学问题进行了阐述,包括土壤老化因子与淋洗因子的矫正,低剂量刺激效应拟合及毒性数据归一化方法等,最后以农田土壤Cd为例,推导出不同性质土壤中Cd环境基准(HC₅)及其与土壤性质的连续性分布曲线方程(LogHC₅=0.132pH+0.083OC+0.008CEC-1.448),以期为农田土壤环境指标基准的研究提供参考与借鉴。

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氯代烃污染场地微生物修复技术研究进展

郑嘉睿, 冷文鹏, 王佳佳, 智丽琴, 王硕, 李佳斌, 郭鹏, 魏文侠, 宋云

2024, 31(2): 157-172.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.8.21

摘要 ( 369 )

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氯代烃(CAHs)是工农业生产中广泛应用的重要化工原料,其处置不当或意外泄漏使其成为土壤和地下水中最常检测出的有毒有害污染物之一,对人体和生态环境危害巨大。生物修复技术因具有绿色、经济、高效和无二次污染等优势,是氯代烃污染治理的理想技术手段。文章在分析CAHs的理化性质、在环境中的迁移特征和生物降解机制的基础上,对实验室小试、中试等不同规模的微生物修复研究实例、联合修复的进展和降解转化机制进行梳理,同时对CAHs污染生物修复技术的影响因素进行概述,最后,对CAHs污染微生物修复技术的研究进行展望,未来应在采用微孔芯片与极限稀释技术开展低丰度降解菌的挖掘与解析、研发太阳能加热-生物原位修复等高效联合修复技术并分析修复效果影响因素等方面开展研究,以期为CAHs污染的高效、绿色治理提供技术支持。

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湖南耕地土壤和稻米重金属污染防控实践与思考

雷鸣, 周一敏, 黄大睿, 黄雅媛, 王薪琪, 李冰玉, 杜辉辉, 刘孝利, 铁柏清

2024, 31(2): 173-182.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.8.24

摘要 ( 418 )

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PDF(1593KB) ( 49 )

湖南省是我国主要产粮区之一。由于矿产经济活动及其他人类活动,大面积耕地土壤受到重金属污染,从而一些地方的稻米重金属含量超过国家食品卫生标准。本研究对湖南省耕地土壤与稻米重金属污染现状和成因进行剖析。结果表明:湖南耕地土壤重金属污染特征是复合污染为主,污染程度逐年上升,主要分布在湘江流域和工矿区,并逐渐蔓延至养殖区,稻米重金属污染主要以Cd为主,其次是As和Pb。针对湖南稻米重金属污染的各种防控措施,阐述其工作原理、应用实例和优缺点,然后对湖南省开展的土壤重金属污染修复措施和研究进行总结与思考,提出应当构建一种基于土壤组成的原味钝化材料耦合易操作农艺措施的经济、绿色、高效的综合性技术方案,以期来修复耕地土壤重金属污染和降低稻米重金属含量,保障粮食安全生产。

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土壤和植物中微塑料研究现状分析及检测方法研究进展

刘贺, 宋树贤, 孙梅, 李双双, 于小晶, 戴九兰

2024, 31(2): 183-195.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.11.51

摘要 ( 417 )

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PDF(3799KB) ( 29 )

微塑料(MPs)是指尺寸上限为5 mm的聚合物。作为一种新兴污染物,MPs广泛存在于海洋、陆地等不同环境中。研究发现,陆生环境是MPs一个重要的“汇”,其MPs的含量是海洋环境的4~23倍,MPs不仅影响土壤环境,还能够进入植物组织,并通过食物链等途径进入人体内,引发健康风险,成为迫切需要解决的环境污染问题。检测技术是研究环境污染物不可或缺的一个手段,关于陆生生态系统的研究刚起步,MPs检测技术还未发展成熟。目前,关于微塑料的检测主要分为前处理和分析检测:密度浮选、筛分过滤、萃取和消解等方法是前处理中常用的方法;定性定量检测以目检法、光谱法和质谱法为主,其中场发射扫描电镜(SEM)、激光共聚焦显微镜(CLSM)、拉曼光谱(Raman)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和热裂解-气相色谱/质谱法(Py-GC/MS)是最常用的仪器方法。而当面对复杂的环境样品时,往往需要结合多种方法进行分析。因此,本文通过文献整理,综述土壤及植物中MPs检测方法进展、不同检测技术的适用条件及优缺点,旨在为未来陆生生态系统MPs定性定量、MPs在植物中转移积累规律的研究提供科学参考。

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冀北花岗岩地区坡积-冲洪积型污染耕地土壤治理比较研究

刘永兵, 宿俊杰, 郭威, 王英男, 殷亚秋

2024, 31(2): 196-203.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.1.12

摘要 ( 411 )

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PDF(4640KB) ( 41 )

土壤是农业生态系统重要的组成部分,耕地土壤重金属污染会影响农产品质量安全。本研究选取冀北花岗岩地区坡积物母质区和冲洪积物母质区的弱酸性农田土壤为研究对象,依托钝化修复和植物提取(玉米和龙葵为植物修复材料)两种修复技术,探究了不同成土母质类型和修复技术对耕地土壤重金属的修复效果影响。研究结果表明:(1)坡积物和冲洪积物母质区土壤的有机质、速效钾、有效磷和pH值存在显著差异,坡积物母质区土壤pH显著低于冲洪积物母质区土壤,两区成土母质均具有较高的Pb背景值;(2)钝化修复后,冲洪积物母质区玉米籽粒Cd和Pb含量显著降低,玉米籽粒增产19.10%~33.00%,较坡积物母质区显示出更好的修复效果;(3)坡积物母质区采用龙葵和玉米间作模式,植物修复每年每公顷中提取Cd、Pb和Cu分别为167.25、208.35和555.05 g,Cd、Pb和Cu的去除率分别为2.727%、0.043%和0.234%,较冲洪积物母质区显示出更好的修复效果;(4)龙葵和玉米的间作模式优于单一种植模式,间作可以提高土壤中重金属的生物可利用性和植物吸收效率;(5)制定土壤污染修复策略时,需考虑土壤特性、成土母质及不同农作物的影响,选用合适的修复技术和种植模式。本研究可为地质异常区域农田土壤安全利用与修复提供参考依据。

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扬子板块西缘早中生代“绿豆岩”成因及构造启示:锆石U-Pb年龄、微量元素及Hf同位素约束

钏茂山, 胡乐, 蔺如喜, 毛崇祯, 李仕忠, 李锁明, 袁永盛

2024, 31(2): 204-223.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.2.67

摘要 ( 404 )

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PDF(12319KB) ( 69 )

为了研究早中生代“绿豆岩”的火山灰来源,及其与古特提斯弧火山活动的时空联系,对滇东北乌蒙山地区两件绿豆岩样品进行了锆石U-Pb年代学及Hf同位素分析。结果显示:嘉陵江组绿豆岩谐和年龄为(250.0±2.8) Ma,ε_Hf(t)值为-18.1~-9.5,二阶模式年龄T_DM2为2 141~1 674 Ma;关岭组底部绿豆岩锆石谐和年龄为(247.0±1.2) Ma,ε_Hf(t)值为-16.4~-7.5,对应的T_DM2范围为2 050~1 559 Ma。两层绿豆岩相似的年代学数据、Hf同位素组成和模式年龄分布,表明两层绿豆岩具有相同的物质来源,均为古—中元古代地壳物质熔融产物。锆石微量元素具有酸性岩浆锆石特征,表明绿豆岩原岩为长英质岩石。通过与区域数据对比,确定“绿豆岩”火山灰来源于三江造山带,且有证据显示在早—中三叠世期间,沿西南三江—宋马—十万大山一带存在一条由古特提斯洋发生俯冲消减形成的岩浆弧,两层绿豆岩都是古特提斯洋俯冲背景下的火山活动记录。结合野外地质特征及项目研究成果,限定古特提斯弧火山作用至少于嘉陵江组绿豆岩形成前(254.9 Ma)启动,至关岭组底部绿豆岩形成时(247.1 Ma)仍在活动。

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桂东南莲垌和古龙岩体加里东期I型花岗岩类的岩石成因及构造意义

周予茜, 时毓, 黄椿文, 刘希军, 蓝媛春, 唐源远, 翁伯寅

2024, 31(2): 224-248.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.2.62

摘要 ( 403 )

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早古生代加里东造山运动使整个华南板块产生了广泛的岩浆活动,而关于华南早古生代的构造属性是俯冲-碰撞还是陆内造山尚存争议。对钦杭结合带的I型花岗岩成因研究对揭示桂东南地区早古生代地球动力学背景及其构造演化具有重要的地质意义。本文对桂东/南莲垌和古龙岩体中的花岗岩样品进行了全岩地球化学分析、LA-ICP-MS锆石U-Pb定年和Lu-Hf同位素分析。莲垌和古龙岩体花岗岩的形成时代相近,分别为435~434和436~435 Ma。莲垌和古龙岩体均为花岗闪长岩,并具有相似的地球化学特征:10 000Ga/Al值为2.07,w(Zr+Nb+Ce+Y)值为183×10^-6,A/CNK为0.87~1.1,平均值为0.97,ε_Hf(t)值为-2.2~1.8,主要集中在0~2,对应的T_DM2年龄主要分布在1.6~1.2 Ga,峰值在1.5~1.3 Ga,Nb/Ta值为11.47~14.66,平均值为12.80,Rb/Sr值为0.22~0.52。以上分析结果表明:莲垌和古龙岩体均为钙碱性I型花岗岩,来源于中元古代基底变质火成岩的部分熔融,并可能含一定的幔源物质。其主要形成过程为:华南板块南部与冈瓦纳北缘大规模碰撞所产生的应力,自南向北、自东向西传入华南板块,引发华南板块陆内造山作用。加厚的岩石圈经历了造山后伸展-减薄,地幔物质上涌为下地壳部分熔融提供了热量,形成新生地壳熔融型(如古龙岩体)或新生地壳与古老地壳混合熔融型(如莲垌岩体)的母岩浆;在陆内造山作用期后的伸展环境下,母岩浆沿通道上涌,形成了具有俯冲-碰撞特征的I型花岗岩。

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吉林红旗岭晚三叠世镁铁-超镁铁质侵入体矿物化学和岩石地球化学特征:对镍-铜成矿的启示

王建, 杨言辰, 李爱, 袁海齐

2024, 31(2): 249-269.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.5.31

摘要 ( 392 )

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PDF(10165KB) ( 53 )

吉林红旗岭镁铁-超镁铁质侵入岩群位于中亚造山带东段南缘,由3个北西向岩带(I、II、III)组成,包括30多个小岩株,其中 I-岩带的部分岩体伴有铜镍矿化,并且其1和7号岩体分别形成了中型和大型岩浆铜镍硫化物型矿床。矿床主要容矿岩石为辉橄岩、橄辉岩、斜方辉石岩、二辉石岩、苏长岩和辉长岩。主量元素方面,红旗岭岩群具有富镁(w(MgO)=20.7%~31.1%)、低钛(w(TiO₂)=0.33%~0.79%)、低碱(w(K₂O+Na₂O)=0.60%~2.29%)和硅(w(SiO₂)=40.0%~53.0%)变化范围大的特征;微量元素方面,红旗岭岩群呈现弱富集LREE和LILE(Th)以及亏损HREE和HFSE(Nb-Ta-Ti)。岩相学、地球化学和矿物(橄榄石、斜方辉石、单斜辉石、尖晶石、斜长石和角闪石)主微量元素特征表明,红旗岭岩群明显不同于洋岛型玄武岩、阿拉斯加型环状杂岩和科马提岩,但与岛弧玄武岩以及中亚造山带西段的“黄山西”和“黄山东”铜镍硫化物矿床的容矿超镁铁质岩相似,其母岩浆是一种富Mg、亏损Nb-Ta的岛弧拉斑玄武质熔体,形成于晚三叠世古亚洲洋闭合后伸展环境,演化过程中经历了地壳混染和分离结晶作用,含矿母岩浆可能经历了硫化物的“二次熔离”,最终形成了铂族元素(PGE)亏损型岩浆铜镍硫化物矿床。

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粤北地区琶江铀矿床沥青铀矿原位微区年代学和元素分析:对铀成矿作用的启示

李海东, 田世洪, 刘斌, 胡鹏, 吴建勇, 陈正乐

2024, 31(2): 270-283.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.11.70

摘要 ( 392 )

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PDF(7050KB) ( 38 )

琶江铀矿床处于桃山—诸广铀成矿带南段,位于佛冈岩体南西部,是佛冈岩体内发现的唯一一个铀矿床。铀矿化严格受断裂构造控制,是典型的花岗岩型铀矿。本文采用岩相学、扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)及原位激光剥蚀电感耦合技术(LA-ICP-MS)对琶江铀矿床矿石矿物沥青铀矿及黄铁矿进行了矿物学、微区地球化学及年代学研究。结果表明:沥青铀矿LA-ICP-MS U-Pb定年结果为(49.70±0.1) Ma,为晚白垩世,位于华南区域主成矿时代(75~50 Ma)范围内,表明琶江铀矿床与区域成矿时代一致,属于区域性成矿事件。该铀矿床沥青铀矿稀土元素总量为(311.5~368.3)×10^-6,U/Th比值为17 067~26 524,显示中低温热液成因,结合稀土元素TE_1,3为0.95~1.01,具类四组分效应特征,指示成矿流体富F。此外,琶江铀矿床黄铁矿Co/Ni比值介于5~26,暗示其为热液成因。根据以上分析,认为该矿床为中低温热液型矿床。

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烃源岩作为铀源岩的可能性:研究现状与展望

刘超, 付晓飞, 李扬成, 王海学, 孙冰, 郝炎, 胡慧婷, 杨子成, 李依霖, 谷社峰, 周爱红, 马成龙

2024, 31(2): 284-298.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.5.33

摘要 ( 405 )

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烃源岩与砂岩型铀矿通常同盆共生,除了提供矿化剂之外,烃源岩能否成为铀源岩对砂岩型铀矿的勘探范围向盆地纵深部位拓展具有重要意义。研究针对烃源岩能否成为铀源岩所涉及的三个关键问题,即“铀从烃源岩中迁出的比例、如何随地层流体运移、在何种条件下沉淀和聚集”,梳理了国内外相关研究进展,指出了有必要加强研究的薄弱环节。结果表明:热模拟实验证实烃源岩中的铀能够迁出,迁出的铀很可能以U(IV)/U(VI)混合的形式随含烃地层水和石油运移,温度、压力的降低以及pH、Eh变化会导致铀溶解度的下降和铀运移载体的分解而发生铀沉淀,沉淀物也可能重新被含氧的地层水溶解。问题与建议包括:(1)铀从烃源岩中迁出的比例存在不确定性,迁出的机制以及地质规律尚不清楚,需要开展进一步的生烃-排铀模拟实验及排铀动力学表征研究;(2)铀在低温、含烃、还原性热液中的赋存状态是研究其迁移机制的基础,目前对与铀结合的优势配体的类型、产物热力学性质、铀在含烃地下水与石油中的分布比例所知甚少,有必要开展基于热模拟实验的原位测试研究;(3)携铀流体向浅部运移的过程中温度、压力、pH、Eh、有机-无机组分的变化控制铀的迁移/沉淀,不同组合条件下铀赋存形式的转化规律、主控因素尚不清楚,有待开展多因素、多变量的烃-铀运移模拟实验进行揭示。

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岩浆热液白钨矿氧同位素组成研究:对流体源区与演化过程的示踪

吴锟言, 刘飚, 吴堑虹, 李欢

2024, 31(2): 299-312.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.2.85

摘要 ( 434 )

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PDF(13211KB) ( 57 )

南岭地区中生代发育大量岩浆热液型钨矿床,但是成矿岩体类型、侵位深度以及围岩性质存在差异,且成矿过程中受多期流体活动与大气降水的影响,流体源区与演化过程复杂。本文对不同类型钨矿床中多阶段白钨矿进行了氧同位素组成分析,研究结果显示与S型花岗岩侵入相关的白钨矿氧同位素值最高(5.7‰~7.8‰),A型花岗岩侵入相关的最低(2.9‰~4.5‰),I型花岗岩侵入相关的落在二者之间(5.6‰)。不同类型钨成矿早期流体均主要为岩浆水,后期成矿过程中外来流体贡献不同,其中大气降水对夕卡岩和云英岩型钨矿化影响较小,而石英脉型矿化存在较大比例的大气降水的加入。此外,单颗粒石英脉型白钨矿的氧同位素组成也存在较大的不均一性,核部到边部逐渐降低的趋势反映了多期次的流体活动。综合分析认为,早期结晶的白钨矿尽管经历岩浆分异、流体出溶与热液沉淀,仍保留岩浆熔体的部分氧同位素特征,而早—晚阶段白钨矿氧同位素组成的变化详细记录了流体源区特征与演化过程。夕卡岩与云英岩型白钨矿形成主要与强烈的水岩反应相关,而石英脉中白钨矿沉淀主要与大量的大气降水加入有关。

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滇东北地区下寒武统龙王庙组白云石化模式研究:来自钙同位素模拟结果

李柯然, 杨迪, 宋金民, 李智武, 金鑫, 刘芳, 杨雄, 刘树根, 叶玥豪, 范建平, 任佳鑫, 赵玲丽, 夏舜, 陈伟

2024, 31(2): 313-326.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.2.87

摘要 ( 517 )

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滇东北地区桧溪剖面位于四川盆地南缘外侧,剖面龙王庙组地层白云石化活动强烈,广泛发育泥晶灰岩、砂屑灰岩、泥晶白云岩、云质灰岩和灰质云岩等岩性。剖面3个灰岩-过渡岩性-白云岩旋回中具有混积特征,石英颗粒大量发育。阴极发光下,3个岩性旋回主要呈暗红色,可见石膏。地球化学测试显示:旋回1中灰岩-白云岩碳同位素为-0.78‰~-0.49‰,氧同位素为-9.28‰~-8.96‰,锶同位素为0.709 795 54~0.712 183 18,钙同位素为0.54‰~1.12‰;旋回2中灰岩-白云岩碳同位素为0.37‰~0.41‰,氧同位素为-9.76‰~-9.64‰,锶同位素为0.710 087 11~0.713 741 67,钙同位素为0.63‰~0.81‰;旋回3中灰岩-白云岩碳同位素为-0.03‰~0.23‰,氧同位素为-9.90‰~-9.24‰,锶同位素为0.709 909 34~0.712 376 17,钙同位素为0.56‰~0.94‰;3个旋回中灰岩锶、钙同位素测试结果明显偏低,白云岩锶、钙结果明显偏高。钙同位素对流、缓冲模型模拟结果显示,旋回1白云石化流体Mg²⁺浓度为2倍海水当量(105.64 mmol/kg,Mg²⁺/Ca²⁺=1.99),旋回2白云石化流体Mg²⁺浓度为7倍海水当量(369.74 mmol/kg,Mg²⁺/Ca²⁺=6.79),旋回3白云石化流体Mg²⁺浓度为2.3倍海水当量(121.48 mmol/kg,Mg²⁺/Ca²⁺=2.29)。温度模拟显示,白云石化流体温度主要为30 ℃。综合岩石学、常规地球化学及钙同位素模拟结果,滇东北地区龙王庙组白云岩为渗透回流模式成因。

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准噶尔盆地哈山地区石炭系-二叠系火山岩储层发育机制研究

周健, 林承焰, 刘惠民, 张奎华, 张关龙, 王千军, 于洪洲, 倪胜利, 牛花朋, 焦小芹, 刘姗

2024, 31(2): 327-342.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.9.39

摘要 ( 492 )

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哈山地区位于准噶尔盆地西北缘,形成于陆缘岛弧背景之下,其石炭系-二叠系火山岩储层是油气藏勘探的重点领域。为进一步明确哈山地区石炭系-二叠系火山岩储层的勘探前景,在岩心、薄片鉴定基础上,综合扫描电镜、微米CT、流体包裹体等技术方法,结合储层物性参数、主微量元素分析结果,对该区石炭系-二叠系火山岩储层发育机制展开系统研究。结果表明:(1)哈山地区火山岩储集空间类型主要为溶蚀孔、粒间孔和溶蚀缝,孔隙直径大且连通性较好,但非均质性较强;(2)火山岩岩相、裂缝、风化淋滤和深部热液流体是影响火山岩储层物性的关键因素——溢流相和爆发相是有利储层发育相带,构造抬升和逆冲推覆使推覆体前翼、断层交汇处储层物性更优质,风化淋滤又进一步改善了储层;(3)基于物性-岩相-储集空间联合分析,将哈山地区火山岩储层划分为3类,其中优质储层主要位于逆冲推覆带的“三角”地带。结论认为,哈山地区石炭系-二叠系火山山岩具备发育大规模优质储层的条件,展现出巨大的油气勘探开发潜力。

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塔里木盆地肖尔布拉克组上段烃源岩分布预测及油气勘探意义

徐兆辉, 胡素云, 曾洪流, 马德波, 罗平, 胡再元, 石书缘, 陈秀艳, 陶小晚

2024, 31(2): 343-358.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.2.54

摘要 ( 434 )

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通常认为塔里木盆地下古生界海相烃源岩以下寒武统玉尔吐斯组泥质岩为主、中下奥陶统泥质岩为辅,下寒武统肖尔布拉克组上段(肖上段)以白云岩储层为主。塔中和塔北地区均钻遇了肖上段泥灰岩,最近钻探的京能柯探1和轮探3井肖上段泥灰岩样品TOC含量多数>0.3%,少量>2%。盆地内不同地区五口井肖上段发育泥灰(云)岩烃源岩,与苏盖特布拉克露头肖上段暗色泥灰岩地化指标(TOC含量是0.41%、R_o是1.14%)一致,表明肖上段泥灰岩具备生烃能力。本文基于露头、地震和钻测井资料,利用地震沉积学理论技术、属性与正演相结合,建立了肖上段台内多期叠置“礁-滩-源”沉积模式。发现烃源岩分布在礁前至坡脚变缓处,连片分布广、叠合厚度大,是规模有效烃源岩,可为邻近储层供烃。经测算,古城三维区肖上段泥灰岩烃源岩总生烃量超亿吨。研究认识拓展了塔里木盆地下古生界海相烃源岩类型、层系和分布范围,提升了寒武系盐下油气资源潜力,坚定了勘探重点从台缘带向台内战略转移的信心,为塔里木盆地古城地区乃至全盆地油气勘探带来新启示。

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珠江口盆地陆丰南地区文昌组沉积古环境恢复及烃源岩有机质富集主控因素研究

何雁兵, 雷永昌, 邱欣卫, 肖张波, 郑仰帝, 刘冬青

2024, 31(2): 359-376.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.2.74

摘要 ( 399 )

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文昌组为陆丰南地区主力烃源岩发育层段,为了恢复文昌期沉积古环境,探讨优质烃源岩有机质富集主控因素,选用166组文昌组泥岩样品的主、微量元素测试数据,采用元素地球化学方法,在研究区首次详尽分析文昌期不同次洼、不同层段的古盐度、古气候、古水深和古氧相的纵横向演变规律,并探讨部分钻井出现盐度异常的原因及三芳甲藻甾烷、球藻对古环境的指示意义,结合TOC、古生产力和陆源输入变化研究,明确了研究区优质烃源岩的主控因素。结果表明:陆丰南地区始新统文昌组沉积期水体以淡水环境为主,局部层段盐度微弱增加,垂向上,从文四段向文一+二段水体盐度逐渐降低,横向上,文四段沉积期,陆丰15洼水体盐度最高,文三段—文一+二段沉积期,陆丰13东洼水体盐度较高。推测陆丰南地区文昌组水体盐度变化受到海侵影响,文四段沉积期,海侵影响主要集中在陆丰15洼,文三段沉积期,海侵影响扩大至陆丰15洼和陆丰13东洼东侧,进入文一+二段沉积期,受海侵影响程度较小。球藻及三芳甲藻甾烷在研究区不能作为水体咸化或者海侵的判别指标,球藻含量变化与古气候、古生产力、古水深关系密切,受古盐度变化影响有限。陆丰南地区文四段沉积期古气候温湿,古水深最大,还原性最强,进入文三段、文一+二段,气候温湿程度、水深和还原性均有所降低;文四段沉积期陆丰13东洼水深最大,其次为陆丰15洼,还原性陆丰13东洼最强,其次为陆丰13西洼。文昌组烃源岩有机质富集主要受控于古生产力和古陆源输入,其次受古气候和古水深控制,古氧相变化对有机质富集控制作用较弱,高古生产力主导着文昌组优质烃源岩的形成及分布,主要发育生产力富集模式。

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松辽盆地深部基底地应力状态:来自松科2井地应力实测数据的证据

王斌, 孙东生, 李阿伟, 杨跃辉, 陈群策

2024, 31(2): 377-390.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.11.38

摘要 ( 382 )

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松辽盆地基底内的地应力状态是地震等地质灾害研究、盆地动力学分析和油气资源开发利用等领域的重要基础数据。岩心非弹性应变恢复法是近年来发展起来的基于钻孔岩心的近原位三维地应力测量方法。本文将岩心非弹性应变恢复法应用于松辽盆地大陆科学钻探松科2井(SK-2)深部地应力测量,获得了松辽盆地基底内近6~7 km的三维地应力状态,结果表明盆地基底内(6 646~6 846 m)为走滑断层应力环境(σ_H>σ_V>σ_h),最大水平主应力方向为近E-W方向。盆地基底内的应力状态与盆地内及周边邻近区域的震源机制解(震源深度7~15 km)所反演的应力环境相吻合。盆地基底处于以E-W向近水平挤压为主导的构造应力场,这种应力状态的形成,可能为西太平洋板块NW向挤压运动背景下,受控于NE-NEE走向的依兰—伊通断裂和敦化—密山断裂右行走滑产生的次级应力场。研究结果对于认识区域构造应力场背景及松辽盆地的形成与演化过程具有重要参考价值。

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基于沉积模拟的总可容空间定量分析

沈禄银, 潘仁芳, 吕海涛, 段太忠, 贺婷婷, 刘义生, 赵磊

2024, 31(2): 391-401.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.9.1

摘要 ( 422 )

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为了解决可容空间控制因素多、定量分析难的问题,在沉积过程中为沉积物提供可容空间的因素总结归纳为总可容空间,将影响总可容空间的多种因素总结为初始地形、全球(绝对)海平面变化和总沉降3种主控因素。基于总可容空间的提供量和充填量相符原则,建立了初始地形、全球海平面变化和总沉降与沉积厚度、水深的定量关系;分析了可容空间主控因素对地层结构的影响,提出了总可容空间定量分析方法。总可容空间定量分析不仅可以计算总沉降,降低了三维沉积参数的恢复和表征难度,保障了沉积正、反演过程中提供的总可容空间量符合预期,还可以建立主控因素之间的定量关系,快速恢复合理的地层沉积参数,有利于沉积模型的建立。该研究不仅对可容空间主控因素之间的定量关系有着更直观的认识,还为定量研究有效可容空间奠定了基础。

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岩石有机碳风化及其控制因素

王野, 陈旸, 陈骏

2024, 31(2): 402-409.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.3.7

摘要 ( 447 )

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岩石有机碳为岩石地层中的有机碳,是地球上重要的碳储库。岩石有机碳的氧化、风化过程向大气排放二氧化碳,是地质碳循环过程的关键环节,对维持地球长尺度碳平衡以及表层环境的长期宜居性有重要意义。近年来,岩石有机碳氧化、风化过程的研究取得了显著发展,相关研究已经从剖面拓展到流域尺度,定量方法也在日益精确。本文系统综述了近些年国内外针对岩石有机碳自身结构性质、风化速率定量方法、控制因素和风化通量统计等问题的研究现状,以期对全球范围内岩石有机碳风化在研究地质碳循环过程中的关键性和当前进展及发展趋势有更加系统性的认识,并对相应的关键性科学问题进行更加深入系统的研究。

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滨海海底边界层对底栖微体化石仿真模拟的影响

张毅恒, 张涛, 雍媛媛, 鱼驰洋, 肖巨月, 何凯悦, 王邓, 王星, 王宾, 杨晓光, 韩健

2024, 31(2): 410-422.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.5.32

摘要 ( 402 )

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计算流体力学CFD(computational fluid dynamics)近年来在古生物学研究中已有大量应用。该方法在研究生物化石的个体形态、器官功能,以及其与生存环境之间的关系方面具有重要意义。目前古生物领域的CFD仿真对象多为厘米级别体型的生物,而对于毫米级别大小的微体生物的仿真则相对较少。区别于厘米级别的宏体生物,底栖型微体生物的生活环境局限于海床上方垂直高度较小的区域,受海底黏性边界层低流速区域的影响更为明显,因而在设置这类化石仿真的水流环境时应当考虑对于边界层流域水体流速以及海床表面地理环境的还原。本文基于随机表面生成的方法,构建了不平坦的滨海海床表面模型,并模拟了水流在海底边界层附近受海床表面地形影响的流动状态;基于获得的仿真流速数据,我们仿真了寒武纪微型底栖刺细胞动物化石Quadrapyrgite在起伏的海床表面环境中四个不同位置的受水流阻力情况。仿真结果显示,近海床表面处的水体流动可形成明显的低流速区域,且低流速区域的厚度随着入口速度增大而变薄。在起伏表面的凹凸区域中,凸起地带的迎水面形成的低流速区域较薄,流速变化较快;而在凸起地带背水面以及凹陷地带形成的低流速区域较厚,流速较缓且易形成涡旋。流速的差异体现在不同位置的Quadrapyrgite的受阻力大小不同上,其差值可达数倍到数十倍。这种量级的受阻力差值可以在毫米级到厘米级尺度上塑造、影响底栖型生物的分布甚至其自身的摄食行为。本文的研究为CFD方法模拟底栖微型化石的生存环境提供了更加深入的思路和方法。

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基于氡同位素示踪的洞庭湖区枯水期湖水与地下水交互作用研究

谌宏伟, 杨瑶, 黄荷, 周慧, 彭向训, 于莎莎, 喻娓厚, 李正最, 王赵国

2024, 31(2): 423-434.
DOI: 10.13745/j.esf.sf

摘要 ( 401 )

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洞庭湖区水系发达,水文地质条件复杂,人类活动强烈,地表水和地下水的水力联系变化频繁,其研究的难度以及由此造成的研究不足影响了对湖区地下水赋存和运动规律的深入认识。本文以洞庭湖整体为研究对象,采用水位动态分析和氡(²²²Rn)同位素示踪法,定性和定量研究枯水期洞庭湖区地表水与地下水的交互作用关系与交互通量。枯水期洞庭湖区水位和氡浓度空间分布特征指示研究区内地下水向湖水排泄,尤以东洞庭湖最为显著。氡箱模型计算结果显示枯水期地下水排泄²²²Rn通量为455.09 Bq/(m²·d),占总输入²²²Rn通量的60.07%,地下水排泄总量为0.29×10⁸ m³/d,平均排泄速率为56.27 mm/d,地下水排泄对湖水的贡献率为7.04%。敏感性分析表明:风速、地下水和湖水²²²Rn浓度以及湖面面积等参数较为敏感,合理布置取样点并提高敏感参数测量准确度能提高模型计算结果的可靠度。氡同位素示踪法物理意义明确、操作过程简便,是研究复杂区域地下水补、径、排特征的有效方法。研究成果一定程度上提供了洞庭湖区水量均衡的更多认识,可为洞庭湖区地下水资源评价和管理提供参考。

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天山南坡阿克苏流域冰川物质平衡及其融水径流对气候变化的响应研究

王鹏寿, 许民, 韩海东, 李振中, 宋轩宇, 周卫永

2024, 31(2): 435-446.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.2.50

摘要 ( 387 )

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冰川融水是西北干旱区水资源重要组成部分,定量评估其变化对中、下游生态环境保护和工农业经济可持续发展具有重要意义。本文基于国家气象台站日降水和气温资料、数字高程模型(DEM)以及第一次冰川编目数据,利用度日模型模拟了天山南坡阿克苏流域1957—2017年冰川物质平衡及其融水径流变化,分析了融水径流组成及其对气候变化的响应。结果表明:1957—2017年流域年平均物质平衡为-94.6 mm w.e.,61年累积物质平衡为-5.8 m w.e.。流域冰川物质平衡线呈显著上升趋势,年均上升速率为1.6 m/a。研究区年均融水径流量为53.1×10⁸ m³,融水增加速率为0.24×10⁸ m³/a,融水径流及其组成分量均呈显著增加趋势。在气候暖湿化背景下,流域降水的增加使得冰川区积累量增加,在剧烈的升温作用下,冰川消融加剧,气温对融水径流的作用增大,因此冰川物质平衡亏损产生的水文效应增强。研究结果可提升区域冰川水资源效应变化及其影响的认识。

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U同位素分馏行为及其在环境地球科学中的应用研究进展

李茜, 朱光有, 李婷婷, 陈志勇, 艾依飞, 张岩, 田连杰

2024, 31(2): 447-471.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.10.44

摘要 ( 410 )

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近年来,研究铀(U)及其同位素有关的地球化学指标在地球环境科学领域发挥着越来越重要的作用。为加快我国U同位素发展和应用,本文系统回顾了近20年来U及其同位素的地球化学行为、U同位素分析测试技术、U循环与地表U同位素组成、U同位素分馏机理以及U同位素在环境科学领域的应用进展与技术壁垒。综述表明:U作为氧化还原敏感元素,在自然和人为活动中,U同位素存在显著分馏现象。U同位素已初步成功应用于示踪现代陆地表生环境系统中U的分布、迁移和扩散行为,重建地质历史时期环境与生命协同演化过程等地球环境科学领域。但总体而言,国内外U同位素研究工作仍处于起步阶段,多数局限于定性分析,在应用中也存在一些问题亟待解决,例如:特殊价态的U同位素仍无法测量,这制约了进一步对氧化还原过程中U同位素分馏机理的认识;地下水U污染处理手段缺失,表生沉积物的U同位素测试数据缺乏系统性和区域性,大气定量源计算解析模型还未完全建立;碳酸盐岩成岩过程中的U同位分馏机理尚不清楚,其分馏校正因子难以确定;黑色页岩包含海水和沉积物混杂的化学信号,难以准确扣除局部无效分馏信号;对非重大地质事件时期的关注较少导致无法恢复地球完整的氧化还原历史;U同位素高温地球化学分馏机理与应用基本处于空白等。未来,进一步改善U同位素测试技术,提高仪器检测分析精度,进行更系统的U同位素测试,建立各类型U同位素数据库,深化U同位素分馏机理认识,筑牢U同位素应用基石,尝试U同位素在更多领域的探索,以及将U同位素与其他氧化还原系统相关的示踪剂联合使用以提高示踪的准确性和可靠性,是U同位素研究的主要方向。本文对进一步推动我国U同位素在环境地球科学领域中的应用具有深远意义。

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脱卤杆菌介导的厌氧微生物富集菌群对1,2,4-三氯苯的降解特性

吕良华, 乔文静, 张晗, 叶淑君, 吴吉春, 王水, 蒋建东

2024, 31(2): 472-480.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.10.41

摘要 ( 389 )

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1,2,4-三氯苯是我国工业污染场地土壤和地下水中典型的有机污染物,具有持久性、生物蓄积性和高毒性特点,对生态环境和人体健康危害巨大。1,2,4-三氯苯密度比水大,容易迁移至深部厌氧区域,因此,开展1,2,4-三氯苯厌氧微生物降解与修复研究具有重要实际应用价值。本文通过长期富集培养,获得一份可以稳定地将1,2,4-三氯苯还原脱氯至1,4-二氯苯,再进一步还原脱氯至氯苯的厌氧菌液。通过16S rRNA基因扩增子测序及引物特异性的定量PCR实验,证明厚壁菌门的脱卤杆菌属细菌(Dehalobacter species)是1,2,4-三氯苯和1,4-二氯苯厌氧还原脱卤的功能菌株,其生长率为(1.68±0.8)×10⁶ copies·μmol^-1(释放的氯离子)。通过PCR扩增,获得Dehalobacter菌株的16S rRNA基因序列,构建了系统发育树。本研究可为1,2,4-三氯苯污染场地开展原位厌氧微生物修复提供菌株资源和理论指导。

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