淮南矿区地表水体稀土元素地球化学特征

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稀土元素在环境中的地球化学特征是表征其演化过程的基础和前提。目前国内外学者的研究大多侧重于自然水体中稀土元素背景值的探讨,或利用稀土元素的地球化学行为来揭示地下水和碱性湖泊的水岩相互过程,但对于那些由特定和非自然过程等因素作用下形成的特殊水域,如采煤沉陷积水区,其研究相对较少。故本文以淮南矿区地表水体为研究对象,系统采集了自然河流和采煤沉陷积水区的水样及表层沉积物样品,采用电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)对不同样品中稀土元素的含量检测分析,结合该研究区地表水样品的常规水化学指标及表层沉积物样品的理化指标,系统阐述地表水体稀土元素的含量分布特征,揭示淮南矿区地表水体溶解态和沉积态稀土元素的地球化学特征。结果如下:(1)淮南矿区地表水整体表现为弱碱性特征,主要离子组成有Na+、Ca2+、HCO3-、Cl-。研究区自然河流和沉陷积水的水化学类型相似,均属于HCO3·Cl-Na型,其水化学成分主要来自岩石风化和蒸发的双重作用,也受人为活动的干扰。(2)该研究区地表水中溶解态稀土元素含量较低,其总量∑REE的变化区间为0.1361-0.3536μg/L,平均值为0.2062μg/L。其中,自然河流和沉陷积水中∑REE平均值分别为0.2535μg/L和0.1811μg/L,表现出沉陷积水中∑REE含量略低于自然河流的现象,这主要归因于沉陷积水区较高的p H值和阳离子浓度及较低的Eh值。经上层地壳(UCC)标准化后表现出不同程度的Ce负异常和Eu正异常现象。其中,Ce/Ce*值与p H条件密切相关,而Eu/Eu*主要归因于富Eu矿物的优先风化溶解。Visual MINTEQ化学模拟软件分析得出,研究区地表水中溶解态稀土元素的主要无机络合赋存形态为碳酸根络合物(Ln(CO3)2-和Ln CO3+),且其存在形态是溶解态稀土元素富集重稀土元素的原因之一。(3)该研究区地表水中沉积态稀土元素含量介于57.35-199.15μg/g范围之内,平均值为126.21μg/g;LREE/HREE比值的变化区间为4.51-9.91,平均值为6.01,表现出轻稀土元素相对于重稀土元素富集的现象。相关性分析结果显示,REEs易赋存于黏土中,而粉砂和砂的含量对稀土元素的含量起着一定的“稀释”作用。同时,大型养殖和捕捞活动会阻断稀土元素的生物地球化学循环过程,导致其含量的降低。上层地壳(UCC)标准化结果表明,研究区呈现明显的Ce正异常和微弱的Eu正异常现象,Ce/Ce*值与p H条件密切相关,而Eu/Eu*主要与富Eu矿物的优先化学风化溶解有关。
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