（矿产普查与勘探专业论文）滇池现代沉积物的主要理化性质研究.pdf

昆明理工大学硕士学位论文 摘要 摘要 滇池是我国著名的高原淡水湖泊，滇池水污染非常严重，氮、磷严重超标， 水体富营养化严重。为此，国家将演池污染治理列为“九五”期间全国重点治理 的“三河三湖”之。 沉积物作为湖泊营养物质的内负荷源，对湖泊富营养化进程产生着重要的影 响。富营养化的滇池沉积物储量丰富，多年来虽采取了种种治理措施但是滇池 的富营养化并没有得到有效的控制，“水华”仍大面积、长时间地出现，尤其是 滇池外海。因此，沉积物对滇池富营养化的影响不容忽视。 本论文主要以滇池现代沉积物为研究对象，对滇池现代沉积物的主要物理和 化学性质( 包括氨氮、有效磷、磁化率等) ，进行基础性地分析研究并对滇池现 代沉积物铁的自生矿物进行了热力学分析。研究结果表明：滇池现代沉积物主要 分为三层，污染层、过渡层和未污染的湖泊沉积层，其中污染层是对滇池环境污 染造成影响的层位：氨氮的高值区主要分布在北部海埂附近，中部略有增高，南 部则最低，表层沉积物的氨氮含量低于下层；而有效磷的高值区则分布在海e l 一 晋宁附近，由北向南，有效磷的含量依次递增，表层有效磷的含量要明显高于底 层。滇池现代沉积物的磁化率大小由滨岸带向湖心依次递减，与滇池沉积物中的 重矿物分布基本一致，在垂向上随着深度的加深而变大，与总磷呈负相关关系。 根据铁的向生矿物的热力学分析，提出设想：如果在污水处理时，优先脱硫， 就使铁离子的浓度保持较高，与磷生成磷铁矿、蓝铁矿沉淀，就可以减轻沉积物 中磷的内源负荷，进而降低滇池湖水中的磷的浓度。 湖泊富营养化的控制是一项十分重要、十分复杂，同时又是十分迫切的任务。 在加强外源控制的同时，要高度重视湖泊内源污染的控制。 关键词：滇池现代沉积物有效磷氨氮磁化率 昆明理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h er e s e a r c ho ft h em a i np h y s i c a la n dc h e m i c a l c h a r a c t e r i s t i c so fm o d e r ns e d i m e n t1 nd i a n c h il a k e a b s t r a c t d i a n c h il a k ei sf a m o u sp l a t e a uf r e s hw a t e rl a k ei nc h i n a ，t h ew a t e rp o l l u t i o no f d i a n c h il a k ei sv e r ys e r i o u s ，t h en i t r o g e n ，p h o s p h o r u se x c e e ds t a n d a r ds e r i o u s l y ，t h e w a t e rb o d yi ss e r i o u si ne u t r o p h i c a t i o n f o rt h i sr e a s o n ，t h ep o l l u t i o nc o n t r o lo f d i a n c h il a k ew a s1 i s t e da so n eo ft h ek e yn a t i o n a l ”t h r e er i v e r sa n dt h r e el a k e s ” c o n t r o lp r o j e c t sd u r i n g ”t h en i n t hf i v e y e a rp l a n ” t h es e d i m e n th a sa ni m p o r t a n te f f e c to ne u t r o p h i c a t i o np r o c e s so fl a k ca st h e i n t c r i o rl c a ds o u r c eo fn u t r i m e n to fi a k e t h es e d i m e n to fd i a n c h il a k eo f e u t r o p h i c a t i o n i s a b u n d a n t t h o u g hh a v i n gt a k e ns o m es o r t so fc o n t r o lm e a s u r e s f o rm a n y y e a r s ，t h ee u t r o p h i c a t i o no f d i a n c h il a k eh a sn o tr e c e i v e de f f e c t i v ec o n t r o l ”a l g a lb l o o m ”a p p e a r si nl a r g er a n g ef o rl o n gt i m e 。e s p e c i a l l yt h eo p e nl a k eo f d i a n c h il a k e s ot h ee f f e c to f e u t r o p h i c a t i o no f d i a n e h il a k eo fs e d i m e n tc a n tb e i g n o r e d b a s e do nt h er e s e a r c ho fm o d e r ns e d i e m n to fd i a n c h il a k e ，t h et h e s i si s c o n c e r n e da b o u ts o m ep h y s i c a la n dc h e m i c a lc h a r a c t e r s t i c s ( i n c i u d i n gm a g n e t i c s u s c e p t i b i l i t y ，a m m o n i a cn i t r o g e na n de f f e c t i v ep h o s p h p r u sc t c ) a n dt h e r m o d y n a m - i c sa n a l y s i so fs p o n t a n e o u sm i n e r a lo fi r o n t h er e s e a r c hi n d i c a t e st h a tt h em o d e r n s e d i m e n ti sd i v i d e dt h r e el a y e r s ：p o l l u t e dl a y e r ，t r a n s i t i o nz o n ea n du n p o l l u t e dl a y e r j u s tt h ep o l l u t el a y e rc a u s ed i a n c h il a k ee n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n t h eh i g hv a l u e d i s t r i c to fa m m o n i a cn i t r o g e nd i s t r i b u t e sn e a rn o r t h e r np a r th a i g e n g m a i n l y ，m i d d l e p a r ti n c r e a s es l i g h t l y , h a v em o s tl o w e rn e a rs o u t h e r np a r t ，t h ec o n t e n to fa m m o n i a c n i t r o g e no ft h ep o l l u t e dl a y e rs e d i m e n tl o w e rt h a nt h el o w e rl a y e r ；t h eh i g hv a l u e d i s t r i c to fe f f e c t i v ep h o s p h o r u sd i s t r i b u t e sn e a rh a i k o u - j i n n i n g ，f r o mt h en o r t ht o t h es o u t h ，t h ec o n t e n to fe f f e c t i v ep h o s p h o r u si n c r e a s e sp r o g r e s s i v e l y , t h ec o n t e n to f e f f e c t i v ep h o s p h o r u so ft h ep o l l u t e dl a y e rs e d i m e n to b v i o u s l yh i g h e rt h a nt h el o w e r l a y e r t h em a g n e t i cs u s c e p t i b i l i t y o fd i a n c h il a k em o d e r ns e d i m e n td e c r e a s e s p r o g r e s s i v e l yf r o mt h ee d g et ot h em i d d l eo ft h el a k e ，d i s t r i b u t e sw i t ht h eh e a v y 昆明理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t m i n e r a lo fs e d i m e n tb a s i c a l l yu n a n i m o u s ，i n c r e a s e sa l o n gw i t ht h ed e g r e eo fd e p t h ， n e g a t i v e l yc o r r e l a t e sw i t ht h et o t a lp h o s p h o r u s a c c o r d i n gt ot h et h e r m o d y n a m i c sa n a l y s i so fs p o n t a n e o u sm i n e r a lo fi r o n ，w e a s s u m e d ：w h e ns e w a g ed i s p o s a l ，i f s u l p h u r i se l i m i n a t e d p r i o r ，t h i s m a k e st h e c o n s i s t e n c yo f i r o n si o nk e e ph i g hr e l a t i v e l y ，i tw i l lr e a c tw i t hp h o s p h o r u s ，p r o d u c e h e t e r o s i t e ，v i v i a n i t ep r e c i p i t a t e t h i sw i l ld e c r e a s et h ei n t e r i o rl o a do f t h ep h o s p h o r u s i ns e d i m e n t ，a n dr e d u c et h ec o n s i s t e n c yo ft h ep h o s p h o r u si nt h ed i a n c h il a k e t h ec o n t r o lo fl a k ee u t r o p h i c a t i o ni sau r g e n tt a s kt h a ti sv e r yi m p o r t a n ta n d c o m p l i c a t e d t h e c o n t r o lo fi n t e r i o r p o l l u t i o n s h o u l db e p a i d a t t e n t i o nw h i l e s t r e n g t h e n n i n gt h ec o n t r o lo f o u t e rp o l l u t i o n k e y w o r d s ：d i a n c h il a k e ，m o d e r ns e d i m e n t ，e f f e c t i v ep h o s p h o r u s ， a m m o n i a c n i t r o g e n ，m a g n e t i cs u s c e p t i b i l i t y l l i 昆明理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做 出重要贡献的个人和集体，均已在论文中作了明确的说明并表示了谢 意。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：号f 表夹 日期： 2 口d 芗年弓月动日 昆明理工大学硕士学位论文 第章绪论 第一章绪论 1 1 论文的选题依据及科学意义 滇池是我国著名的高原淡水湖泊，位于云南省中部，四季如春的昆明就座落 在滇池湖畔。被誉为“高原明珠”的滨池是一个具有城市生活供水、工农业用水、 养殖、防洪、疗养、航运和调节径流等多种功能的湖泊。 2 0 世纪7 0 年代，滇池的水质仍较好，具有良好的生物多样性。时至九十年 代，随着人类高强度活动和经济快速持续增长，导致污染物向滇池的排放量日益 增加，环境质量呈急剧恶化的趋势，主要表现为富营养化程度日趋严重。 革海处于滇池的上游，接纳了大部分城市生活污水，由于人工闸的分隔，草 海水位通常较外海低，水质污染较外海更为严重，氮、磷、有机污染等指标严重 超标。革海水质发黑、发臭，藻类大量漂浮水葫芦疯长，水质超出v 类水标准， 生物多样性破坏严重，整个草海以风眼莲为优势群落，鱼虾稀无。 外海水质污染也日趋严重，藻类形成的“水华”近年来出现面积更大，时间 更长的趋势，主要超标污染物是有机污染、氮、磷，另外p h 值也有超标的情况， 水质也同样星严重富营养化，已超过类水标准，原有极为丰富的水生植物，从 种类、分布、数量、演替上都发生了很大变化，一些敏感的水生生物群落灭绝或 濒于灭绝，大型水生植物面积急剧减少，并向浅水区迁移，群落小型化，耐污水 生生物成为优势群落，“水华”大面积、长时间地出现，鱼虾减少。每到夏秋之 际，大量蓝藻死亡后，在水面形成一层油亮的厚膜“海油”，己改变了滇池以 往秀丽的面貌，影响了演池的整个生态环境，使得这颗高原明珠黯然失色，在很 大程度上既影响了人民的身体健康，又制约了昆明市经济的高速发展，“救救滇 池”已不是危言耸听。蓝藻死亡后释放的毒素，不仅毒害了水中的其它生物， 其腥臭难闻的气味也污染着人们生活的空间。水质的恶化已经严重影响了昆明市 的生活用水，自来水厂不得不被迫停产或另寻水源，导致昆明市缺水的危机更为 严重。为此，国家将滇池污染治理列为“九五”期间全国重点治理的“三河三湖” 之一。 近3 0 年来，滇池的污染日益严重，水质不断恶化。滇池草海的富营养化 程度一直呈上升趋势，约1 0 年增加1 个富营养化级别；滇池外海的富营养化程 度同样呈上升趋势，经历了从中营养化一中一富营养化一富营养化一重富营养化 昆明理工大学珂i 士学位论文第一章绪论 一异常富营养化的过程，出现异常富营养化的两年也正是蓝藻大暴发的1 9 9 8 年 和1 9 9 9 年，外海约8 年增加1 个富营养化级别”。世博会前后，滇池治污力度 加大，湖体富营养化的趋势有所减弱( 见表1 ) 。 表1滇池营养程度历年变化 水域草海外海 1 9 7 0 1 9 7 5中营养中营养 1 9 8 2富营养化中一富营养化 1 9 8 8重富营养化富营养化 1 9 9 0重富营养化富营养化 1 9 9 3重富营养化重富营养化 1 9 9 4重富营养化重富营养化 1 9 9 5重富营养化重富营养化 1 9 9 6异富营养化重富营养化 1 9 9 7异富营养化重富营养化 1 9 9 8异富营养化异富营养化 1 9 9 9异富营养化异富营养化 2 0 0 0异富营养化重富营养化 概要地说，适成滇池环境质薰急剧恶化的主要症结在于： ( 1 ) 资源开发利用不尽合理，入湖污染( 特别是氮、磷) 负荷远远大于滇 池的环境容量，其湖泊接纳系数k 值达到了9 1 7 5 1 0 “日，要远远大于其他湖 泊。如太湖k = 8 。5 1 0 “日( 接纳系数k = 入湖废水量( q ) 湖泊容积( v ) ) 。这 些污染源主要来自城市生活污水和工业排放( 点源污染) 、农业生产和生活中的 排放( 面源污染) 以及长期以来排放进入滇浊被固定在沉积物中而重新活化的污 染物( 内源污染) 。 t ( 2 ) 滇池是高原裂陷型湖泊。原有较大的深度，但随年代的推移- 湖泊逐 渐变浅，至目前最大深度只有9 7 m ，平均深度约为4 0 m ；与其相邻的同类型湖 泊一一抚仙湖却还有1 5 5 m 的最深处。平均9 0 m 的水深，其水容量是演泄的t 0 多倍。两者之所以有如此大的差异，主要是因为滇池拥有远大于抚仙湖的集水流 域，长期的土地侵蚀造成的水体泥沙沉积是导致演池水体库容减少的根本原因。 ( 3 ) 滇池流域的土壤母质为第三纪红色风化壳，土壤的有机质分解快不 昆明理工大学硕士学位论文 第一章绪论 易积累，风化淋溶作用强，富铝化作用明显，质地黏重，呈酸性反应，p h 值4 5 5 5 ，养分含量很低。但是，由于适宜的气候和环境，土地利用方式主要以高投 入的经济作物为主，如蔬菜和花卉。这些作物往往生长周期较短，肥料投入量很 大，在突然地侵蚀过程中，侵蚀泥沙会狭带大量的氮磷养分进入滇池。 ( 4 ) 由于滇池水浅、浪大，以及其湖水滞留时间长( 7 1 0 年) ，大量固定 在沉积物中的营养物质，通过生物和流体的迁移作用产生再循环，从而造成新的 内源污染。 ( 5 ) 不良的生活习惯导致农村生产和生活废弃物直接排放进入滇池，本地 区农村的生产废物和人畜排泄物都是随意堆放在家前屋后，大雨过后，就被冲入 入湖河流或直接进入滇池。 ( 6 ) 滇池流域是我国最重要的磷矿生产基地，在磷矿的开采、磷肥的生产 过程中，势必有大量的磷素直接和间接地进入滇池水体。 在滇池的污染治理中采用过的措施包括，多种药剂净化、机械除藻、养鱼除 藻、养草去污( n 、p ) 、水域围隔、凤眼莲景观化、生物综合除藻及底泥琉浚等。 但是滇池的富营养化表征并没有得到有效的控制，“水华”仍大面积、长时间地 出现，尤其是滇池外海。滇池草海的底泥疏浚工程自1 9 9 8 年3 月开始，但根据 2 0 0 1 年1 月至l o 月，中国环境监测总站提供的监测结果表明，滇池1 3 个监测 断面均为v 类水质，水质恶化的趋势没有明显好转。 要科学地解决这些命题，关键在于：从基础研究入手，通过系统的调查研究， 了解导致滇池污染的真正原因，揭示所谓的点源、面源和内源污染的贡献率，根 据污染源头的不同，制定不同的治理方案，从而达到治标兼治本的目的，将人力、 物力和财力真正用到刀刃上，做到事半功倍的效果，达到经济持续快速增长与环 境质量优化的最终目标。 1 2 滇池的研究现状 我国湖泊富营养化的研究大致是从2 0 世纪8 0 年代开始，1 9 8 0 1 9 8 5 年中 国环境科学研究院与有关单位、高等院校合作，开展了我国湖泊富营养化的调查 研究“。调查结果表明，我国绝大多数湖泊在2 0 世纪7 0 年代后期和8 0 年代初 还处于贫一中营养或中一富营养状态，达到富营养亿的湖泊面积只占调查面积的 0 3 。随着工农业的迅猛发展，越来越多的湖泊富营养化，而其中氮、磷的增 加是主要原因，并且一部分氮、磷直接被沉积物吸附。 滇池自2 0 世纪9 0 年代后，水华的暴发问题日益突出，已经严重影响了城市 昆明理工大学硕士学位论文 第一章绪论 正常供水和湖泊生态环境。研究结果表明，滇池“水华”发生的原因包括： ( 1 ) 营养状况，草海的总氮为2 7 2 2 m g l ，总磷为0 2 2 4m g l ，外海 总氮为2 7 1 2m g l ，总磷为0 2 3 6m g l ( 国际上一般认为t p 浓度0 0 2 m g l ， t n 浓度为0 2m g l 是湖泊富营养化的发生浓度幢们) ； ( 2 ) 滇浊的平均水湿为1 9 c ，季节性变幅较小，有利于藻类的繁殖和生长； ( 3 ) 滇池地区阳光充足，为水华的频发提供了有利条件： ( 4 ) 滇池流域属多风地带，盛行西南风，平均风速为2 2 3 o m s ，在风 速低于3 ，5m s 时有利于藻类聚集于水体表面，另外滇池生态系统的破坏，也导 致了水体自净能力及抑藻能力下降。 近年来，为了控制滇池的富营养化，在国家的大力支持下，在各方面的努 力下，国家和地方政府共投入4 0 亿元人民币，滇池环境的整治工作已经得到顺 利实施，经过不懈努力，滇池水体恶亿的趋势得到初步遏制，取得了一定成效。 ( 1 ) 点源污染治理取得重大进展通过对沿湖地区重点工业污染源进行持 续不断的治理，开展滇池污染治理“零点行动”，滇池流域内2 4 9 家工业企业实 现达标排放。达标率9 8 。4 。2 0 0 0 年，又按照国家的统一要求，列入省市重点 考核的3 9 9 家工业企业完成治理任务，实现了达标排放，有效控制了局部区域点 源对滇池的污染。组织实施了城市污水处理工程，建成4 座婀咏处理厂，日处理 污水能力达到了3 6 5 万吨。占全市污水捧放量的6 0 。目前正在进行的城市排 水管网改造和新建4 座污水处理厂以及第一污水处理厂的改扩建工程，工程完工 后将使日处理污水能力提高到5 8 5 万吨。 ( 2 ) 面源污染治理力度不断加大积极开展农村面源污染治理，加大对农 村生活污水和农业固体废弃物的处理利用力度。利用贷款进行的农村环境卫生示 范项目全面启动，已完成6 个子项目。滇池流域内全面实旌了工程造林、退耕还 林和封山育林，松华坝水源保护区森林覆盖率达到5 5 3 ，滇池流域森林覆盖 率达到4 8 9 。 ( 3 ) 内源污染治理稳步推进完成滇池草海底泥琉浚一期工程，疏浚面积 2 8 k m 2 ，占草海总面积的3 8o a ，疏浚工程量4 3 3 万一，有效清除了多种污染物质， 疏浚区水深平均增加1 m 。正在进行的草海底泥疏浚工程，破浚面积为1 9 k m 2 ， 完工后将使草海水体景观得到进一步改善。工程治理成效明显，建成西园隧洞工 程实现外海和草海水体分隔，减轻了外海污染负荷。完成演池北岸局部截污和 盘龙江中段截污工程，进一步减少了进入滇池的污染物总量。完成了大观河、盘 龙江整治，收到了一定效果。9 条主要入湖河道的整治已经启动，其中，己完成 昆明理工大学硕士学位论文第一章绪论 明通河、采莲河部分河段的整治。 ( 4 ) 重点科技攻关项目进展顺利省政府、科技部联合与清华大学、中科 院武汉水生生物研究所合作，实施演池水污染治理科技攻关研究项目，对面源污 染控制及滇池蓝藻控制等技术进行重点研究，在村镇固体废弃物和生活污水处 理、水土流失与污染控制等方面取得了一定进展，同时，进行生化药剂除藻试验 和生物除藻试验，探索了一定的经验。继1 9 8 8 年颁布实施滇池保护条例后， 先后制定滇池综合整治大纲等1 0 多个与之配套的政策法规和规章。取缔滇 池网箱养鱼和机动捕鱼船，关闭演池面山采石采砂场。坚决关、停流域内污染严 重的“一卜五小”企业。在滇池流域内禁止使用含磷洗涤用品，对控制污染起到了 积极的作用。 按照国务院批准的云南省政府演池流域水污染防治“九五”计划及2 0 1 0 年规划，2 0 0 0 年滇池草海水质应达到v 类标准，外海水质达到或接近i i i 类标准， 但现在的实际水质，滇池草海、外海均未达到规划水质目标。 总结“九五”滇池治污的经验云南省清楚地认识到滇池水污染防治的长期 性、复杂性和艰巨性。滇池流域水污染防治“九五”计划及2 0 l o 年规划要求 2 0 1 0 年滇池外海水质达到类水质、草海达到类水质，生态环境恢复良性循 环。从“九五”的治理经验看，要实现规划且标，还缺少科学的保证。 1 3 沉积物的内源作用 湖泊沉积物。是矿物质和有机质的归宿，物质从流域中搬运来，或者是在水体 中形成并沉积下来，沉积物的物质组成，与流域侵蚀、污染排放等密切相关。近 年来的研究表明，我国大多数湖泊水库，尤其是人为干扰严重的湖泊水库，通过 流域进入湖泊的营养物质大大增加，相应表层沉积物中营养物质的含量也大为增 加1 “。 湖泊沉积物是湖泊演变过程中的产物，并时刻与湖水进行着能量和物质的交 换。同时，也是大型水生植物赖以生长固定的基质，是底栖动物繁衍的场所。所 以，湖泊沉积物是湖泊生态系统中重要的一环。湖泊沉积特性和沉积物的组成， 是由湖泊本身所处的地理环境以及湖泊的发育阶段所决定的。由于环境条件和发 育阶段的不同。沉积物类型往往呈现出较大的差异。另外，由于人类活动的影响， 对湖泊沉积物也会产生深刻的影响，湖泊沉积过程包括化学沉积、生物沉积和碎 屑沉积。一般浅水湖泊以生物沉积和碎屑沉积为主：化学沉积属于无机盐沉积， 是通过湖泊长期的地球化学过程而产生。生物沉积属于有机沉积，包括动物沉积 昆明理工大学硕士学位论文 第一章绪论 和植物沉积。由于藻类和植物的大量生长，目前的滇池草海主要以植物沉积为主， 其中以苦草、狐尾草、苴草、黑藻和马来眼子菜等未完全腐败的茎叶为主。早期 的湖泊研究认为沉积物是一种简单的贮积库。一旦沉积下来，就很少或根本不与 湖水发生作用。这些沉积被看作湖泊的历史记录。然而，人们越来越理解到沉积 物在湖泊生态系统中所起的作用，沉积物中的营养物质，通过生物和流体的迁移 作用产生再循环，沉积物被认为是湖泊系统中营养状况动态变化模式的重要因 素。 在湖泊水体与沉积物相互作用的过程中，沉积物中相当一部分的污染物会重 新释放到水体中，成为引起湖泊富营养化的重要物源，是湖泊中潜在的“化学定 时炸弹”。在外来污染源存在的情况下，这种内负荷与外源输入叠加。由于外 源输入污染物的输入量较大，来不及降解的污染物直接进入沉积物，这时沉积物 便成为湖泊污染物的“汇”。然而在某些情况下，由于湖泊系统的物理化学条件 发生突变，可能造成湖泊沉积物中累积的污染物大量释放回水体，造成污染事故。 在外来污染全部切断以后，沉积物中污染物向水体释放过程变得极为重要。沉积 物中积累的大量污染物伴随有机质的降解要发生一系列变化，污染物重新回到水 体，沉积物成为造成湖浪污染的“源“。许多湖泊的调查结果表明“”，当点 源和非点源营养盐负荷量减少或完全降低至最低点时，沉积物枣的营养盐仍会渐 渐释放出来，补充湖水中的营养盐，重新建立沉积物一水界面之间的平衡。可见， 在一定条件下，沉积物中营养盐的特征及其赋存形态就可能成为湖泊富营养化的 主要因素。 湖泊沉积物是湖泊营养盐的重要蓄积库，在一定条件下，沉积物中的营养盐 可能成为湖泊富营养化的主导因子。因此，在研究湖泊富营养化的工作中，探明 湖泊沉积物中营养盐的特征、含量及其赋存状态，具有非常重要的意义，同时， 也可以为沉积物中营养盐的治理工程提供科学依据。 湖泊发生富营养化后，其沉积物中蓄积了大量的营养盐。许多湖泊的调查资 料表明，在湖泊环境发生变化时( 如：入湖营养盐负荷置减少或完全截污后) ， 沉积物中的营养盐也会逐步释放出来，补充湖水中的营养盐。尤其是污染严重的 湖泊，长期以来的祝累，往往使沉积物中氮磷负荷很高，在外源存在时，可能这 种内负荷只是在某个季节或时期对湖泊富营养化发挥显著的作用。然而，当湖泊 的外部污染源受到控制| 三l 后由于沉积物中营养盐内负荷的存在和释放，湖泊仍 然可以发生富营养化，甚至出现“水华”。这时沉积物中的营养盐就成为湖泊富 营养化的主导因子”。 昆明理工大学硕士学位论文 第一章绪论 湖泊沉积物中氮、磷的含量对上覆水中氮和磷的供给或补充是十分重要的。 沉积物是氮和磷的容纳场所，并通过问隙水与上覆水之间进行着交换。当间隙水 中氮和磷的含量超过上覆水中氮和磷的含量时，溶解的氮和磷就被释放到上覆水 中去。 沉积物作为湖泊营养物质的内负荷源，其物理性质、物理化学性质、化学性 质以及生物化学性质都对湖泊富营养化进程产生着重要的影响，富营养化的 滇池沉积物储量丰富，多年来虽采取了种种治理措施，但水质的改善仍不明显。 究其原因，是因为长期以来对造成滇池水体大面积污染的根本原因研究不够，采 用急功近利、治标不治本的方式来治理滇池，当然得不到人们理想的治理目标。 鉴于沉积物对滇池富营养化的着重要影响，本论文主要选取了滨池现代沉积 物的若干物理和化学性质( 包括磁化率、氮、磷等) 进行基础性地研究。 表2 工作量一览表 工作项目样品数( 个)工作项目样品数( 个) 野外采样 2 3 6氨氮测定1 1 3 3 含水量测定 7 0 8总磷测定8 5 磁化率测定 6 7 0有效磷测定2 1 0 昆明理工大学硕士学位论文 第二章区域地质背景 2 1 自然地理 第二章区域地质背景 昆明市所在的晚新生代断陷盆地，位于云贵高原中东部，属金沙江支流普渡 河上游的滇池流域，地理坐标为北纬2 5 。1 5 2 4 。2 5 ，东经1 0 2 03 5 1 0 2 05 5 。 盆区夹持于南北向的普渡河一西山断裂和小江断裂的分支断裂一白邑一横冲断裂 之间，南北长7 0 k m ，东西宽1 5 2 5 k m ，其中滇池及其堆积平原面积达6 0 2 k m 2 。 盆区内地形平坦开阔，北东高而南西低，标高一般1 8 8 6 1 9 0 0 m ，北部石子山最 高点标高2 0 4 2 m 。分水岭最高的梁王山海拔2 8 2 6 m 。位于盆地中偏西南部的滇池， 是著名的高原断陷湖泊，南北长4 0 k m ，东西最宽1 2 k m ，水域面积约3 0 0 k m 2 ，多 年的平均水位标高1 8 8 6 2 1 m ，平均水深4 0 m ，最深9 7 m 。流域内有大小2 0 余 条河流从北、东、南三面汇入滇池，并经海口注入普渡河而流入金沙江，其中发 源于嵩明县的盘龙江汇入松华坝水库后，纵贯市区，注入滇池，全长1 0 5 k m 。 本区属典型的低纬度亚热带高原季风型温湿气候，夏季无酷署，冬季无严寒， 四季不太分明，故昆明有四季如春“春城”的美称。年温度变化小，日温差较大， 月平均气温8 9 1 9 5 ，多年平均气温1 4 6 c 。干雨季分明，多年平均降雨量 约1 0 0 0 o m m ，多集中于6 1 0 月份，约占全年降雨量的7 0 8 0 ，且山区较盆 区降雨量大，盆区由北向南减少。 2 2 地貌 2 2 1 地貌分区 盆地四周均为中一低山环绕，山脉呈南北向展布，西依构造侵蚀高山及西山 大断崖，东抵侵蚀中低山，南邻侵蚀低山，北靠构造侵蚀和岩溶侵蚀中高山，盆 地内发育2 级剥蚀面和3 5 级侵蚀堆积阶地。自盆地内部向四周山区，发育着 层状封闭地形。 2 2 1 1 上层高原面 在盆地周围，由许多被第四纪活动断层所切割的断块山组成，山顶坡度较缓， 总体呈波状起伏，相对高差小，一般发育红色残积粘土，有时可见河流砾石等侵 蚀残余沉积物。 昆明理工大琶硕士学位论文第二章区域地质背景 2 2 1 2 中层侵蚀斜坡 大致可划分出两级侵蚀面。一级剥蚀面在围绕盆地的高原面之下，由高差刁i 大的浑圆形山顶面所组成，分布高程在2 2 0 0 m 左右，区内新构造运动以间歇性抬 升为特征的显示；二级剥蚀面在一级剥蚀面之下，广泛分布于盆地山麓地带，海 拔2 0 0 0 m 左右。 2 2 1 3 下层河流侵蚀和堆积地貌 山区河流切割较深，通常发育3 5 级河流阶地，在碳酸盐岩地区还发育与 之对应的3 5 层岩溶洞穴。盆地内部则形成了小型冲击平原、湖滨平原和滇池 湖盆，从盆地边缘至中心依次堆积厚度不等的冲( 洪) 积及河流相、三角洲相和 湖( 沼) 相沉积。 2 2 2 侵蚀堆积地貌 由于新构造运动影响，差异性升降运动表现强烈，形成了湖积台地、洪积倾 斜台地、河流冲积阶地等不同特征的堆积地貌形态。盘龙江、大河、柴河等河流 中、下游普遍形成多级阶地或掩埋阶地，其它河流多只有l 、2 级阶地。 2 2 2 1i 级阶地 分布于盘龙江河道凸岸，断续出现在落索坡一罗丈村一带，宽1 2 0 3 5 0 m 。 高出河床0 5 2 m ，由砂卵砾石组成。 2 2 2 2i i 级阶地 分布在盘龙江两岸松华坝一岗头树一带，高出一级阶地0 5 2 5 m 。由全薪 世冲积相之卵砾石层、砂、砂质粘土组成，具明显的二元结构。 2 2 2 3i i i 级阶地 分布于松华坝一岗头村一带，阶面平坦，宽5 0 5 0 0 m ，高出河床6 1 2 m 。主 要为冲积、洪积物质组成。表面为砂质粘土，下伏砾石及碎石，地层时代为晚更 新世。 2 2 2 3 洪积扇 主要分布于黑龙潭一金马寺谷盆及普吉一粱家河谷盆边缘沟谷出口处。扇面自 然坡度1 0 3 0 。 2 2 2 4 冲潮积平原 昆明理工大学硕士学位论文第= 章区域地质背景 位于城区及其南部，向南直到滇池岸边，地形平坦，由北向南高程渐低，自 然坡降为l o 2 0 ，由全新世的冲积、湖积及湖沼相沉积之砂质粘土、淤泥、草 煤及粉砂组成。可见到湖滨砂坝，扇形三角洲或鸡足状三角洲。 上新世晚期受喜山运动的影响深刻，断裂复活，强烈断块运动及其相对升降， 使准平原状的高原面分裂解体，形成长轴呈南北向延伸、断陷谷盆及断块隆起平 行相间排列的格局，从而进入了高原湖盆的发展阶段。早更新世湖盆规模达到最 大，气候温湿，地壳活动处于次稳定状态，沉积了一套灰色复陆屑式建造，并以 当时湖面为侵蚀基准面，形成了二级剥蚀面。早更新世晚期至中更新世，湖面开 始渐渐退缩。各断块间差异性升降活动加剧，南部谷盆相对，北部、东部及西部 地区逐渐抬升，地貌演化转入河湖发展时期，v 级阶地相应的剥蚀面形成。晚更 新世以来，湖退继续发展。进入河谷发展阶段，在原来的湖积范围内形成了洪积、 冲积、浅湖相沉积，冲积平原随湖退而不断扩大，形成i v 级阶地，构成了现 今的地貌格局。 简言之。昆明盆区地貌的发展史就是山间盆地的形成一湖进一湖退的历史， 其闻山区立体气候多变，冷暖交替，断裂持续活动控制着各断块的升降、沉积类 型及厚度，构造活动的继承性、多期性及间歇性造成了本区地貌形态成层分布的 特征。 2 3 地层 2 3 1 前新生代地层 本区位于康演地轴东缘，地层出露较全，自元古界至新生界均有出露，除二 叠纪的峨眉山玄武岩喷溢外，很少发育火山岩。中生代以前主要以海相沉积物为 主，中生代以后随地壳的抬升演化逐渐转变为陆相沉积。 下元古界主要出露在昆明盆地的西南，属康滇地轴南段的基底岩系，由一套 浅变质砂岩、板岩、灰岩及白云岩组成；上元古界( 震旦系) 主要分布在盆地的 西南部，东南部和北部也有零星出露；古生界分布较广，是本区的主要出露地层， 但其各系、统间常呈假整合接触；中生界主要出露在西、北部、东南部部分地区； 新生界地层主要分布于中部盆地内。 2 3 2 新生代地层 昆明盆地内巨厚的新生界沉积层最厚可达1 2 0 0 m 以上 2 3 2 1 第三系地屡 昆明理工大学硕士学位论文第二章区域地质背景 2 3 2 1 1 始新统路美邑组( e 。i ) 紫红色厚一巨厚层状灰质砾岩，属山麓间歇性河流相沉积。该组地层出露于 宝象河水库及其以北、海口东侧、晋城石碑村等地，厚2 8 7 8 m 。 2 3 2 1 2 上新统茨营组( n , c ) 上部是河湖相灰色砾岩、砂砾岩、含砾砂岩、粉砂质粘土岩；下部为湖沼相 灰褐色粉砂岩、粉砂质粘土岩夹煤、炭质粘土，是昆明地区的一个熏要新生代含 煤建造，据煤层中植物化石及古地磁测年资料，绝对年龄z 4 8 3 l o m a ；底部为 砾岩。主要分布在昆明、晋城及竹园村一大坡村、龙头街等地，厚度9 5 6 1 4 m ， 厚度变化大，平均厚度1 6 7 2 2 m 。 2 3 2 2 第四系地层 第四系主要分布在盆区内及山麓地带，且厚度从东到西、自北往南逐渐增大， 东西两侧发育不对称，总体以碎屑沉积物为主，夹有一定的有机质和褐煤层，为 昆明最后一个成煤期，与第三系呈弱不整合接触关系。可分为四个组，即：松华 坝组、中营组、官渡组、海埂维，最厚愈5 0 5 m 。 2 3 2 2 1 下更新统松华坝组( o s ) 出露于松华坝一带，为一套河湖相、沼泽相的灰、灰白色等杂色粘土，夹灰 黑色粘土、细砂、砾粉砂质粘土、炭质粘士、泥炭及褐煤，属湖岸坡带的冲洪积 相沉积。与下伏的上新统茨营组呈角度不整合接触，厚7 4 5 0 m 。古地磁测年距 今2 4 8 0 7 3 m a 。 2 3 2 2 2 中更新统中营组( 0 t z ) 分布于滇池北、晋城五里铺及滇池东岸盆地边缘一带，为一套河湖相的杂色 砾石层、含炭砂质粘土、褐灰色块状粘土，夹硅藻土和粉砂互层，厚6 1 5 0 m 。 古地磁测定中营组年龄距今0 7 3 0 1 3 1 a 。 2 3 2 2 3 上更新统官渡组( 0 。g ) 出露于滇池北、东岸，为河湖相、局部岸滩一三角洲相沉积。据钻孔资料， 厚度大于2 0 7 8 2 m 。上部为灰、褐灰色砾石层夹含砾砂岩，含螺壳碎片；中下 部为灰绿色、暗灰色细砂、粉砂夹褐色粘土。含化石及植物残迹，“c 年龄为1 8 1 2 k a 。 2 3 2 2 4 全新统海埂组( 0 h ) 昆明理工大学硕士学位论文 第二章区域地质背景 分布于1 8 8 0 m 以下的盆区及滇池流域，为一套正在沉积的湖沼相沉积。岩性 为浅绿、灰至灰黑色含砾石细至粉砂，夹褐色炭质粘土、淤泥及草煤层，含螺蚌 化石。本组底界“c 测定年龄为距今1 2 k a 。厚o 3 0 m 。还有分布范围局限的全新 统冲积砂、砾及泥层( q “) 、冲洪积岩块、砂砾及泥砾层( q ；”1 ) ，坡积岩块、岩 屑及砂泥层( q 。“) ，残玻积粘土、红土及岩屑层( q 。“1 ) 等三角洲相沉积。本论 文所研究的滇池现代沉积物也就是全新世海埂组最新的连续沉积。 2 4 构造 本区位于康滇地轴的东缘、小江断裂带与普渡河一西山断裂带夹持的“康滇 菱形活动断块”经向构造带的南中部，处在康滇地轴与滇东台褶带的交汇部位， 小江西支断裂所构成的边缘走滑带位于昆明东部。在构造应力的反复作用下，先 期构造被后期构造改造，不同方向、类型的构造形迹呈现反接、斜接或截接复合 的区域构造图像。区内构造以南北向断裂为主，其中普渡河一西山断裂带和黑龙 潭一官渡断裂带及其次级断裂控制了盆地的形成、发展、演化。东西向构造连续 性差，主要为东西向宽缓的古隆起带和一系列的逆掩断裂、高角度逆冲断裂及短 轴褶皱组成，与南北向构造的关系为互相包容，互不穿越，或为挽近期活动强烈 的南北向断裂所错断。 2 4 1 南北向构造 2 4 1 1 普渡河一西山断裂带 普渡河一西山断裂带呈南北向纵贯昆明盆地西部，为深大断裂带，切深大 于4 5 5 5 k m ，延伸长度大于2 4 0 3 2 0 k m 。倾向东。断裂破碎带宽数十至数百米， 断距1 2 k m ，深部构成阶梯状，在盆地北部大青山一带分为西支( f 7 ) 和东支 ( f 9 ) 南延。从基岩埋深等值线分布看，该断裂为昆明盆地的地质构造边界。东 侧断陷为沉积区，新生界广泛发育；断裂谣侧抬升，形成绵延的西山山脉，古生 界发育，两侧地形相对高差一般大约为4 0 0 m 。 该断裂的主要力学性质经历了压扭性一张扭性的多次变化，断层角砾岩带重 新破碎滑动现象明显，新生代活动强烈。控制了昆明盆地的形成演化，也控制了 昆明地热田的形成，构成普吉坳陷的西界，并对第四纪沉积环境及环境亦有明显 的控制作用。挽近时期活动迹象明显，除切错第四纪沉积物外，沿断裂有大量呈 线性分布的温泉或碳酸泉出露，这也清楚地表明了该断裂控制着昆明盆地的地下 水的边界。 垦翌望三查兰堡圭兰堡丝茎 茎三兰堕苎垫堕塑墨 图1昆明盆地区域地质略图( 据云南省地质矿产局( 1 9 8 5 ) 资料修改) 1 噶四系；2 一上第三幕 3 一下第三景；4 一中生代 5 一古生代：6 一上二叠统蛾眉山玄武岩组 7 - 元古界；8 一 地质界限jg 一地层不整台界限；1 0 一第四纪活动断裂编号( f 莲花池断裂；r 管渡河一西山断裂；f j 大观楼断裂： f 。蛇山断裂；f 。，盘龙江断裂；p 。黑龙潭一言渡断裂；f 抖呈贡一富民断裂：f 筋自邑一横冲断裂；f 抖羊方凹断裂 r 孙家一巫象坝断裂；n ，海口一石头山断裂；f ，福保断裂) ：1 卜正逆断层：1 2 一滇池水体及边界 i3 昆明理工大学硕士学位论文 第二章区域地质背景 2 4 1 2 小江断裂带 断裂带位于盆区东部，南北向延长4 7 0 5 3 0 k m ，切深大于4 5 5 5 k m ，东川 以南分为两支，相距约2 0 k m ，南部有白邑一澄江断裂与西支归并，组成规模巨大 的断裂带。沿断裂带有晋宁期花岗岩侵入，海西期有基性岩侵入并有厚大的玄武 岩分布。小江断裂带的新构造运动迹象明显沿断裂带形成众多的新生代盆( 谷) 地，有众多的( 温) 泉出露，是一条多期活动的深断裂。在昆明盆地，盘龙江和 黑龙潭一官渡等活动断裂分别控制了九甲和龙头街坳陷的东西边界，官渡地区的 第三系均被该断裂切错。 2 4 2 东西向构造 2 4 2 1 嵩明一梁王山近东西向构造带 由一系列北东东向的高角度逆断层及背斜、向斜组成，黑龙潭一官渡、白邑一 横冲( 澄江) 等南北向断裂向北沿伸至本带即逐渐消失。 2 4 2 2 安宁一昆明东西向断裂构造带 位于古隆起北部斜坡上，西部为安宁中生代红色盆地，盆地北部发育一系列 叠瓦式的逆掩断裂。昆明盆地北部的莲花池断裂