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辽河口潮滩沉积物元素地球化学特征及其环境效应

作　者: 杨俊鹏
导　师: 胡克
学　校: 中国地质大学（北京）
专　业: 海洋地质
关键词: 辽河口潮滩表层沉积物元素重金属污染
分类号: P595
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文以辽河口潮滩为研究对象,通过测试分析辽河口潮滩表层沉积物和柱状沉积物样品中粒度组分、元素含量、¹³⁷Cs活度比等,采用化学质量平衡法、系统聚类法、旋转因子分析、地质累积指数法、潜在生态危害法等研究方法,分析了潮滩沉积环境特征,探索了沉积物来源,研究了元素在潮滩上的分布、赋存、富集、迁移等特征,揭示元素之间在潮滩上的内在联系,探析辽河口潮滩上50年来重金属的污染历史,评价重金属在潮滩上的潜在生态危害程度,为今后实施潮滩生态环境保护和修复提供理论依据。本文主要获得了如下几条结论:（1）辽河口潮滩表层沉积物以细颗粒物质（<63μm）为主,其细粒物质含量占到总量的94.23%左右;沉积物粒度曲线均呈单峰变化,区内物源物质较为一致;粒度分选程度较差,曲线呈极正偏态,说明研究区的粒度分布峰偏向粗粒一侧,细粒一侧出现低的尾部,峰态相对尖锐。辽河口潮滩沉积物的粒度在沿岸方向上,河口段的粘粒沉积含量较口外滨海段的含量高;在向海离岸方向上,粒度呈现了带状分布趋势,表现为粉砂和粘土组分含量依次减少的趋势,而砂组分含有增加的趋势;河口西岸潮滩沉积物粒度明显粗于东岸,潮滩侵蚀效应已经显现。（2）研究区内常量元素在沿岸方向上,分布复杂,无明显规律;在向海离岸方向上,Al₂O₃、CaO、TFe₂O₃、MgO等表现为:高潮滩上含量较高,而在向海方向上含量逐渐减少;SiO2的沉积分布恰与其相反;SiO₂、Al₂O₃、CaO、TFe₂O₃等具有很好的相关关系,表明了河口沉积物以陆源沉积为主;K₂O与Al₂O₃、CaO、TFe₂O₃具有很好的正相关关系,这与辽河口潮滩沉积物中钾长石有关。辽河口淤泥质沉积物主要来源于西拉木伦河上游上侏罗统地层区（II区）,该区贡献率达到76.08%,其次为辽河下游第四系沉积物区（IV区）,贡献率达到17.10%。（3）辽河口潮滩表层沉积物中微量元素含量特征基本上继承了上游母岩和土壤的含量特征,其中重金属Pb元素发生了相对富集,V元素发生了相对淋失。微量元素在沿岸分布上主要受微地形、泥沙运移、潮流的条件决定,同时也受到了人类活动（潮滩开发、污水排放等）的影响;在向海离岸方向上,潮滩微量元素（除Ti、Ba外）基本上呈现了带状分布,主要受沉积物粒度控制,随着粘粒含量的增高而增高。辽河口潮滩表层沉积物的主要的特征元素组合是Zn、Co、Mn、Cu、V、Ni、Pb、Zr、Rb、Ti等亲铁亲铜的重金属元素,与沉积物中亲细粒粘土有关的元素组合;其次组合为Sr、Ba等,是与钾矿物有关的元素组合;第三组合是Nb与Y,是与耐风化的重矿物有关的元素组合。（4）通过¹³⁷Cs活度比的标时,辽河口潮滩上各时段的沉积速率为:1954¹959年间为2.4cm/a,1959¹964年间为4.8cm/a,1964¹986年间为0.55 cm/a,1986²007年间为1.05 cm/a;从1954年至2006年,辽河口潮滩沉积平均速率为1.34 cm/a。辽河潮滩柱状沉积物中Cd、Mn、Pb、Al₂O₃、TFe₂O₃、FeO划分了两个组合:①TFe₂O₃、Al₂O₃、Mn组合,以天然来源为主;②Cd、Pb、FeO组合,以人为污染来源为主。重金属Cd在1993年时期污染最为严重;在1993²000年期间,Cd污染程度表现为偏中度;其他时期基本上表现为轻度污染或无污染。重金属Pb和Mn在研究区近五十年内的沉积历史中,无污染事件的发生。（5）重金属Cd在辽河口潮滩表层沉积物中潜在生态危害程度为重度;重金属As在辽河口纪念碑、石油钻井平台、二界沟、三角洲等处表现为中度;其他重金属Mn、Zn、Cr、Cu、Pb均表现为低度,潜在生态危害较低。多种重金属综合评价辽河口潜在生态危害程度中,辽河口石油钻井平台、三角洲、纪念碑和观景台等4处多种重金属综合潜在生态危害程度为重度,二界沟和三道沟两个评价区则表现为中度。

全文目录

中文摘要  5-7
Abstract  7-13
第一章绪论  13-25
  1.1 辽河口潮滩环境地球化学的研究背景及意义  13-15
  1.2 潮滩环境研究进展  15-21
    1.2.1 河口重金属主要来源  15-17
    1.2.2 河口重金属的时空分布和累积  17-18
    1.2.3 河口重金属的生态效应  18-19
    1.2.4 河口沉积速率研究进展  19-20
    1.2.5 辽河口景观变化研究  20-21
  1.3 研究总体思路  21-25
    1.3.1 研究目的  21-22
    1.3.2 研究内容  22
    1.3.3 研究的总体框架  22-23
    1.3.4 研究的创新点  23-25
第二章研究区概况  25-37
  2.1 地理位置及基本特征  25-26
  2.2 气候  26
  2.3 河口水文  26-28
    2.3.1 径流  26-27
    2.3.2 潮汐  27
    2.3.3 河口盐度  27-28
  2.4 潮滩地貌  28-30
  2.5 区域地质  30-31
    2.5.1 区域地质概况  30
    2.5.2 新构造运动  30-31
    2.5.3 水文地质  31
  2.6 第四纪地质  31-34
  2.7 辽河口潮滩开发利用概况  34-37
    2.7.1 辽河口潮滩开发历史  34-36
    2.7.2 辽河口生态经济区建设概况  36-37
第三章潮滩沉积物粒度及沉积环境  37-46
  3.1 采集样品与测试分析  37-38
  3.2 测试结果分析  38-41
    3.2.1 测试结果分析  38-40
    3.2.2 沉积物粒度参数特征  40-41
  3.3 粒度特征与沉积环境的关系讨论  41-45
  3.4 本章小结  45-46
第四章辽河口区淤泥质沉积物来源探析  46-54
  4.1 样品采集与实验分析  46-47
    4.1.1 采样点的分布  46
    4.1.2 实验方法  46-47
  4.2 常量元素分布特征及其影响因素  47-49
  4.3 辽河口沉积物来源分析  49-53
    4.3.1 辽河口沉积物物源区确定  49-51
    4.3.2 来源分析模型的建立及结果讨论  51-53
  4.4 本章小结  53-54
第五章辽河口潮滩沉积物微量元素地球化学特征  54-74
  5.1 样品采集测试及数据分析  54-57
    5.1.1 样品采集与测试分析  54-55
    5.1.2 数据处理  55-56
    5.1.3 元素含量数据分析  56-57
  5.2 潮滩沉积物微量元素空间分布特征  57-64
    5.2.1 元素空间分布的研究方法  58-59
    5.2.2 微量元素沿岸分布特征  59-62
    5.2.3 微量元素的垂向分布特征及影响因素  62-64
  5.3 微量元素的组合特征及影响因素  64-73
    5.3.1 表生元素组合特征的研究方法  64-66
    5.3.2 研究区微量元素的相关性特征研究  66-70
    5.3.3 微量元素的组合特征及控制因素分析  70-73
  5.4 本章小结  73-74
第六章辽河口潮滩柱状沉积物中重金属污染历史研究  74-85
  6.1 样品采集与测试分析  74-76
  6.2 研究区沉积速率研究  76-78
  6.3 元素随深度变化趋势与来源探析  78-81
    6.3.1 元素因子分析及来源探析  78-79
    6.3.2 重金属Cd、Pb、Mn 随深度变化趋势  79-80
    6.3.3 常量元素Fe_20_3、FeO、A1_20_3 随深度的变化  80-81
  6.4 辽河口潮滩重金属污染历史探讨  81-83
    6.4.1 地质累积指数法  81-82
    6.4.2 辽河口潮滩重金属污染程度  82-83
  6.5 本章小结  83-85
第七章辽河口潮滩重金属环境质量及生态风险评价  85-92
  7.1 样品采集与测试分析  85-86
    7.1.1 样品的采集与测试  85
    7.1.2 测试结果的分析  85-86
  7.2 基于潜在生态危害指数法的污染评价  86-91
    7.2.1 潜在生态危害指数评价方法  86-87
    7.2.2 具体参数的确定  87-88
    7.2.3 评价等级划分标准的研究  88
    7.2.4 辽河口潮滩表层沉积物重金属潜在生态危害评价  88-91
  7.3 本章小结  91-92
第八章结论与建议  92-95
参考文献  95-102
致谢  102

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