（环境工程专业论文）呼伦湖重金属的环境地球化学研究.pdf

原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下进行的研究丁作及取得的研究成果。除本文已 经注明引刚的内容外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得凼鏊直太堂及 其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同j ：作的同：对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 日期： 指导教师签名： 日期： 在学期间研究成果使用承诺书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：内蒙古大学有权将学位论文的全 部内容或部分保留并向国家有关机构、部门送交学位论文的复印件和磁盘，允许编入有关数据库进行检索， 也可以采用影印、缩印或其他复制手段保存、汇编学位论文。为保护学院和导师的知识产权，作者在学期 间取得的研究成果属于内蒙古大学。作者今后使用涉及在学期间土要研究内容或研究成果，须征得内蒙古 人学就读期间导师的同意；若用于发表论文，版权单位必须署名为内蒙古人学方可投稿或公开发表。 学位论文作者签名：盘l 擅燕、 指导教师签名： 日期：z ! l ! ! ! 日 期： 内蒙古人学硕十学位论文 呼伦湖重金属的环境地球化学研究 摘要 呼伦湖地处温带半干旱大陆性气候高纬度地区，是亚洲中部干旱地区最大 的淡水湖，己列入国际重点湿地名录并被联合国教科文组织接纳为世界生物圈 保护区，不仅是我国东北部重要淡水渔业水域，也是我国东北部以保护草原生 态、湿地系统和珍稀濒危鸟类为主的最大的综合性自然保护区。呼伦湖湿地与 大兴安岭森林共同构筑了我国东北乃至华北的生态屏障。 本文结合环境地球化学、沉积学及土壤学的理论和方法，通过分析呼伦湖 表层和沉积柱芯中重金属含量及形态，对c u 、p b 、z n 、c d 重金属元素的环境 地球化学特征进行分析并对表层沉积物现状作出评价，旨在为内蒙古湖泊重金 属的污染防治提供基础资料。取得如下结论： l 、确定了呼伦湖表层沉积物重金属c u 、p b 、z n 、c d 空间分布特征及赋存形态。 沉积物重金属c u 、z n 主要以残渣态存在，p b 以残渣态和铁锰氧化物结合态为 主导形态，c d 以碳酸盐结合态和有机物结合态为主要形态，得出了c d p b c u 、z n 的生物有效性序列。 2 、结果表明，呼伦湖沉积物中重金属具有复合污染的特征，具有一定的同源性。 3 、参考呼伦贝尔盟土壤环境背景值，依据地积累指数法和潜在的生态危害法对 沉积物重金属进行评价，两种方法的结果一致显示，湖区沉积物c d 污染最为严 内蒙古大学硕士学位论文 重，部分站位达到中度污染。其他三种元素均处于低度污染水平，污染程度顺 序为：c u p b z n 。 4 、参照加拿大安大略省环境和能源部( 1 9 9 2 ) 制定的环境质量评价标准，呼伦 湖大部分站位的表层沉积物中，c u 含量已达最低级别的生态毒性效应，表明沉 积物已受污染。 关键词：呼伦湖；沉积物；重金属；环境地球化学 i i 内蒙古人学硕七学位论文 g e o c h e m i s t r yr e s e a r c ho fh e a v ym e t a l o fh u l u nl a k e a b s t r a c t h u l u nl a k ei sl o c a t e di ns e m i a r i dt e m p e r a t ez o n ea n dc o n t i n e n t a lc l i m a t ew i t h h i g hl a t i t u d e s ，w h i c hi st h el a 唱e s t 仔e s h w a t e rl a k ei nt h ec e n t r a lo fa r i dr e g i o ni na s i a ； i th a sb e e ni n c l u d e di nt h el i s to f e m p h a s i so fw e t l a n d si ni n t e m a t i o n a la n da c c 印t e d a sw | o d db i o s p h e r er e s e eb yu n e s c o i ti sn o t o n l yt h ei m p o r t a n tf i s h e uo f f k s h w a t e rw a t e r s ，a l s ot h el a 玛e s tc o m p r e h e n s i v en a m r er e s e r v e sm a i n l yt op r o t e c t t h eg r a s s l a n d ，w e t l a n ds y s t e m sa n dr a r ee n d a n g e r e db i r d si nn o r t h e a s t e mc h i n a h u l u nw e t l a n d sa n d d a x i n g a n l i n gf o r e s tb u i l dt h ee c o l o g i c a lb a 玎i e ro fn o 砒e a s te v e n n o i t hi nc h i n at o g e t h e r s o ，i th a so c c u p i e sa ne x t r e m e l yi m p o r t a n tp o s i t i o nt o e x a m i n et h ee u t r o p h i c a t i o n c o m b i n a t i o nm e t h o da n dt h e o 巧o fe n v i r o m n e n t a lg e o c h e m i s t r y s e d i m e n t o l o g y a n ds o i ls c i e n c e ，t h i ss t u d ya n a l y z ec o m e n ta n d6 a c t i o n a t i o no fs u r f a c es e d i m e n ta n d c o r eo fh u l u nl a k e ，w h i c ho fc u ，p b ，z n ，c dh e a v ym e t a le l e m e n t se n v i r o n m e n t g e o c h e i n i s t 哆c h a r a c t e r i s t i cc o n d u c t st h er e s e a r c ha n dm a k e st h ea p p r a i s a lt ot h e i i i 内蒙古大学硕+ 学位论文 - 一_ s u a c ed 印o s i tp r e s e n ts i t u a t i o nt op r o v i d e st h eb a s i cd a t af o r t h ei n n e rm o n g o l i a n l a k eh e a v ym e t a l sp r e v e n t i o na n dc o n t i o lo f p o l l u t i o n t h er e s u l t sa 1 ed e s c r i b e da s f o l l o w s ： 1 d e t e n l l i n et h es p a t i a ld i s t r i b u t i o nc h a r a c t e ra n dc h e m i c a ls p e c i a t i o n o fh e a v y m e t a l sc u ，p b ，z n ，c di ns u r f a c es e d i m e n t so fh u l u nl a k e h e a v y m e t a l sc u ，z ne x i s t m a i n l yi nr e s i d u a l ，p bi nr e s i d u a l 仔a c t i o na n dt h em a n g a n e s eo x i d e si st h ed o m i n a n t s p e c i a t i o na n dc da s s o c i a t e dw i t hc a r b o n a t e sa n do 玛a n i cm a t t e ri st h em a i n s p e c i a t i o n a n dc a m et ot h eb i o l o g i c a la v a i l a b i l i t ys e q u e n c ec d p b c ua n dz n 2 t h er e s u l t si n d i c a t e ，t h eh e a v ym e t a lo fs e d i m e n to fh u l u nl a k eh a st h ec o m p o u n d p o l l u t i o nc h a r a c t e r i s t i ca n dt h en a t l l r eo fh o m o l o g o u s 3 r e f e r i n gt h ee n v i r o n m e n ts o 订b a c k g r o u n dv a l u eo fh u l u n b e i e r ，t h i sa r t i c l ec a r r i e s o nt h e 印p r a i s a lb a s e do nt h ea c c u m u l a t i o n e x p o n e n t i a lm e t h o da n dt h el a t e n t e c o l o g i c a lh a z a r dl a wt ot h ed 印o s i th e a v ym e t a l i w om e t h o d tsr e s u l t ss h o w e d i d e n t i c a l l y ：t h el a k ed i s t n c td e p o s i tt h a tc dp o u u t i o ni sm o s ts e r i o u s ，t h ep a r t i a l p o s i t i o na c h i e v et h em o d e r a t ep o l l u t i o n o t h e rt h r e el ( i n do fe l e m e n t sa r ei nt h el o w p o u u t i o nl e v e l ，t h ep o l l u t i o nl e v e li no r d e rt oc u p b z n 4 c uc o n t e n ti nm o s ts t a t i o n sw e r eh i g h e r 也a ne c o l o g i c a lt o x i c i t yo fs e d i m e n t q u a l i t ys t a n d a r d sf o rt h em i n i m u ml e v e lo fh e a v ym e t a l s ，m e a n st h a tt h es e d i m e n t s w e r ec o n t a m i n a t e d ，m o s tb e n t h i co 唱a n i s m sc a nw i t h s t a n d ，b u tr e l e v a n td 印a r t m e n t s s h o u l dp a ya t t e n t i o nt o k e y w o r d s ：h u l u n 内蒙古大学硕十学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 目录。v 第一章绪论1 1 1 湖泊重金属及其研究进展l 1 2 沉积物重金属污染评价方法2 1 2 1 地积累指数法2 1 2 2 潜在生态危害指数法3 1 2 3 综合污染指数法4 1 2 4 沉积物富集系数法5 1 3 选题依据和研究内容6 1 3 1 选题依据6 1 3 2 研究内容7 第二章研究区概况及研究方法8 2 1 研究区概况8 2 1 1 区域自然地理概况8 2 1 2 区域地质背景9 2 2 研究方法1 3 2 2 1 样品采集和制备1 3 2 2 2 分析测试方法l3 2 2 3 实验仪器15 2 3 4 数据处理1 5 第三章表层沉积物c u 、p b 、z n 、c d 的分布特征1 6 3 1 表层沉积物c u 、p b 、z n 、c d 的总量及其分布特征：1 6 v 内蒙古人学硕士学位论文 3 1 1 沉积物c u 、p b 、z n 、c d 分布特征l6 3 1 2 沉积物重金属c u 、p b 、z n 、c d 相关性分析1 8 3 2 表层沉积物重金属的赋存形态及其生物有效性1 9 3 2 1 表层沉积物中重金属的形态分布特征1 9 3 2 2 重金属的生物有效性2 2 3 3 小结2 4 第四章沉积物柱芯重金属的分布特征及其污染历史初探2 5 4 1 沉积物柱芯重金属的分布特征2 5 4 1 1c u 的垂直分布特征2 5 4 1 2p b 的垂直分布特征2 7 4 1 3z n 的垂直分布特征2 8 4 1 4c d 的垂直分布特征2 9 4 2 富集系数3 0 4 3 呼伦湖重金属污染历史初探3l 4 4 小结3 2 第五章呼伦湖沉积物重金属现状评价3 3 5 1 地积累指数法3 3 5 2 潜在生态危害指数法3 5 5 3 重金属对底栖生物的生态毒性效应评价3 7 5 4 小结3 8 第六章结论3 9 参考文献4 0 致谢4 3 v i 内蒙古大学硕十学位论文 1 1 湖泊重金属及其研究进展 第一章绪论弟一早三百v 匕 随着工业的不断发展，湖泊沉积物的污染已经严重妨碍了湖泊功能的正常发挥。国内的 许多学者采用不同方法对湖泊、河流、海湾近岸区域的沉积物及土壤颗粒物中重金属进行了 弓 大量研究。研究多集中于对环境中重金属的含量、赋存形态等污染现状及其分布规律或追溯 可能的污染源反演区域污染历史等方面。结果表明，我国湖泊沉积物重金属污染程度不同， 一般的，靠近工矿企业和人类活动频繁的区域沉积物重金属污染较重，远离人类居住和经济 活动区的湖泊沉积物未受污染或污染较轻。如太湖、鄱阳湖、巢湖等湖泊沉积物污染较重。 根据战玉柱等【1 】的研究，太湖沉积物重金属含量显著高于沉积物的背景值，w ( c d ) ，w ( c u ) ， w ( z n ) ，w ( p b ) ，w ( n i ) 和w ( a s ) 分别超标4 6 7 ，1 2 7 ，2 8 9 ，2 2 9 ，1 9 4 和1 8 0 倍，具有 明显的累积效应。弓晓峰等【2 】利用地积累指数法和潜在生态风险指数法对鄱阳湖底泥重金属 污染进行了研究，结果表明，鄱阳湖底泥已经受到了不同程度的重金属污染。陈守莉等 3 】对 太湖流域湖泊沉积物重金属研究表明，c u 、c d 、z n 、c r 、n i 、p b 、a s 均值分别达到7 3 4 0 m g l ( g 、 o 6 0 7m 班g 、1 2 9 4 0m 班g 、8 2 8 0m 眺g 、4 6 2 0m 眺g 、2 7 6 0m 舭g 、11 4 0m g l ( g ，整个湖 区属于轻度污染，在湖泊进水口达到中度污染。2 0 0 7 年陈洁等【4 】对巢湖表层沉积物重金属c r 、 m o 、n i 、h g 、c d 、z n 、a s 、p b 、m n 、c u 等十种重金属进行分析，虽呈现一定的规律性， 但均未超标。2 0 l o 年郑志侠掣5 】研究表明巢湖沉积物中存在着p b 、c u 污染，个别地区污染 已相当严重，且呈现湖心区向东半湖区逐渐降低的趋势。几年之内，巢湖出现明显的重金属 污染，体现了人为活动对湖泊环境的影响。赵锁志等人【6 】对乌梁素海研究表明，湖泊沉积物 受到不同程度的污染，尤其h g 、c d 污染程度达到重度污染以上。对比武汉城区与郊区的湖 泊，城区的湖泊遭受了污染，郊区的湖泊相对洁净【| 7 1 。湖泊是重要的淡水资源，与周边的环 境及人类生活息息相关。我国湖泊沉积物己受到不同程度的重金属污染，应加大对湖泊重金 属污染情况的重视。 内蒙古大学硕十学位论文 目前，湖泊重金属研究已涉及重金属的浓度、形态等定量分析，分布、迁移、转化等环 境地球化学行为和环境效应等各个方面。已有研究提出了土壤或沉积物重金属赋存形态的分 类和方法，t c s s i e r 等【8 】将重金属的形态分为可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态和 。 残渣态；欧洲参考交流局( 1 1 1 ec o m m u n nb u r e a uo f r e 向e n c e ) 即b c r 法【9 】提出将重金属形 态分为4 种，即酸溶态、可还原态、可氧化念和残渣态；s h i m a i l 将其分为交换态、水溶态、 碳酸盐结合态、松结合有机态、氧化锰结合态、紧结合有机念、无定形氧化铁结合态和硅酸 盐矿物态8 种形念【10 1 。随着对重金属污染机理认识的深入，逐步丌展了对各形态间迁移转化 的影响因素和吸附与解吸行为等方面的研究，探讨环境沉积物中重金属的分布特征及其生物 有效性，并提出了相应的评价方法。尤其是上世纪九十年代中期以来将特定生物作为受污染 程度评价的示踪剂的研究明显增多。毒性预测模型在一定程度上模拟了重会属的生物毒性信 息，但尚需建立更合理的金属毒性预测模型【】。 随着研究方法的不断发展，逐步开始应运同位素示踪、高分辨率沉积柱等方法来定量的 区分重金属污染来源，重建人类活动与自然环境相互作用的历史，评价湖泊及流域环境现状 以及演变趋势等问题【1 2 】。如早在2 0 世纪6 0 年代，c h o w 等就研究了北美汽油和煤的p b 同位 素组成，以示踪环境p b 的污染来源；g r 锄e y 等利用美国东部的大湖和水湖湖底沉积物中p b 同位素组成浓度的不同，推断湖域由于人类活动带来的p b 随时间的变化【1 3 】；在现代湖泊沉积 的研究中1 3 7 c s 和2 1 0 p b 被广泛的应用于定年和计算沉积速率、沉积通量【14 1 。张振克等利用高 分辨率沉积柱研究了黄河南四湖，再建了重金属污染历史【1 5 】。结合沉积学、地质学的理论与 方法，研究人类活动与沉积循环( 包括风化作用、侵蚀作用、沉积作用和早期成岩作用) 相互 问的影响，成为寻求人类与自然协调发展的重要途径【川。 1 2 沉积物重金属污染评价方法 沉积物中重金属污染的评价方法很多，目前常用的方法主要有：( 1 ) 德国学者m u l l e r 提出的地积累指数法( i g 。0 ) ；( 2 ) 1 9 8 0 年h a n k i n s o n 提出的潜在生态危害指数法( r i ) ；( 3 ) 综合污染指数法；( 4 ) 沉积物富集系数法等。其中，地积累指数法与富集指数法因其简单易 行在国内外被广泛应用于沉积物中重金属的污染评价。 1 2 1 地积累指数法 地积累指数法( g e o a c c u m u l a t i o ni n d e x ) 最早是在1 9 6 9 年由德国的m u l l 一1 7 1 提出的， 2 内蒙古人学硕十学位论文 计算公式如下： i g = l o ( c n l ( b 。) 式中：i 。为地积累指数； c n 为重金属n 在沉积物中的实测含量； b n 为沉积岩中所测元素的地球化学背景值； k 为考虑到成岩作用可能会引起的背景值的变动而设定的常数，一般k _ 1 5 。 地积累指数共分为7 级，o 6 级表示污染程度由无至极强见表1 1 。 表1 1 重金属污染程度与i 辨。的关系 t a b1 1n e r e l a t i o n s h i p b e 俩e e np o l l u t i o nd e g r c eo f h e a v ) ，m e t a la n dg e o a c c u m u l a t i o ni n d e x 地积累指数法考虑了人为污染因素、环境地球化学背景值，还特别考虑到由于自然成岩 作用可能会引起背景值变动的因素。其优点是给出很直观的重金属污染级别，是用来反映沉 积物中重金属富集程度的常用指标，但其侧重单一金属，没有考虑生物有效性、各因子的不 同污染贡献以及地理空间差异 1 8 】。 1 2 2 潜在生态危害指数法 潜在生态危害指数法是由瑞典科学家h a l ( a n s o n l 9 8 0 年提出的【1 9 1 。它结合环境化学、生物 毒理学、生态学等方面的内容，以定量的方法划分出重金属潜在危害的程度，是目前此类研 究中应用较为广泛的一种f 2 0 1 。计算方法如下： ( 1 ) 单个重金属污染系数( m ef a c t o ro f c 0 n t 锄i n a t i o n ) 的确定简称c 。f c 1 尸c 1 袭层c 1 n 其中，c f 表示某一种金属的污染系数，c i 表层表示沉积物重金属浓度实测值，c i n 表示参比 值。 ( 2 ) 沉积物重金属污染度( t h ed e 伊e eo f c o n t 锄i n a t i o n ) 是指多种重金属污染系数之和。 简称c d ， c d = c r 内蒙古大学硕+ 学位论文 ( 3 ) 某单个重金属的潜在生态危害系数( t h e p o t e n t i a le c o l o 百c a lr i s k i n d e x ) ，简称e i r 值。 计算公式如下： e i r _ t i r c i r ( 4 ) 沉积物中多种重金属潜在生态危害指数( 1 1 1 ep o t e n t i a le c o l o 西c a lr i s ki n d e x ) ，简称 r i 值，公式如下。重金属污染潜在生念危害分级标准见表1 2 。 r i = e i r i = i 表1 2 重金属污染潜在生态危容指标与分级关系 7 i h b1 2p o t e n t i a le c o l o g i c a lr i s ki n d e xo fh e a v ym e t a la n dg r a d u a t i o nr e l a t i o n s 潜在生态风险指数( r i ) 体现了生物有效性和相对贡献比例及地理空间差异等特点，是综 合反映重金属对生态环境影响的指标，广泛地应用于分析评价重金属的潜在生态影响，但其 毒性加权系数带有主观性【1 8 】，所以潜在生态危害指数法也有一定的局限性。 1 2 3 综合污染指数法 ( 1 ) 单因子评价【2 l 】 单因子评价依据质量分指数模式进行，其计算式为： p i = c i s i 其中：p i 为i 污染因子的质量分指数； c i 为i 污染因子的实测浓度； s i 为i 污染因子的评价标准，评价标准s i 可根据评价目的来选用，一般选用国家标准。 ( 2 ) 多因子评价 多因子评价采用加权评价模式，即把各污染因子的质量分指数乘以各因子的权重值，再 综合成沉积物的环境质量总指数，然后进行评价。其计算式为： 4 内蒙古大学硕十学位论文 i s q j = w i p i i = l 式中：i s q j 为底质的环境质量总指数： w i 为i 污染因子的权重值，w i - l ； p i 为i 污染因子的质量分指数。 ( 3 ) 权重值计算 权重值代表着各个污染因子对环境质量影响程度的比重分配。权重值可以根据污染因子 的环境可容纳量来确定，其计算式为： w i - ( 1 k i ) ( 1 k i ) 其中：k i 为i 污染因子的环境可容纳量，可由评价标准( s i ) 和背景值c 。i 来确定，其计算 式为： k i = ( s i c o i ) c o i 综合污染指数法的评价分级标准如表1 3 所示： 表1 3 底质环境质量分级标准 t a b1 3q u a l i t yc l a s s i 6 c a t i o ns t a n d a r do f s e d i m e n te n v i r o n m e n t 1 2 4 沉积物富集系数法 沉积物富集系数法【2 1 】( s e d i m e i l t se i l 谢c l l l i l e n tf a c t o r ，s e f ) 是b u a t m e n a r dp 和c h e s s e l e tr 于1 9 7 9 年提出的，用于评价沉积物重金属污染程度的方法，其计算式为： k s e f = ( s l s r e f ) ( a n a f e f ) 其中：k s e f 为沉积物中重金属富集系数； s n 为沉积物中重金属含量； s 曲沉积物中参比元素的含量； a n 为未受污染沉积物中重金属含量，即重金属的背景值； 沩未受污染沉积物中参比元素的含量，即参比元素的背景值，参比元素一般选择在 迁移过程中性质比较稳定的元素，如a l 。 5 内蒙古大学硕+ 学位论文 按照富集系数的大小，可相应地把污染程度分成5 个等级，如下表1 4 ： 表1 4 富集系数与污染程度的关系 t a b1 4t h er e l a t i o n s h i po fe n r i c h m e n tc o e f ! e i c i e n ta n dp 0 1 1 u t i o nd e d e e 此外，还有污染负荷指数法、次生相与原生相分布比值法、脸谱法等用于评价沉积物 重金属的污染状况。其中污染负荷法能直接的反应各个重金属对污染的贡献程度以及重金属 在实践、空间上的变化趋势，应用方便，但不能反映重金属的化学活性和生物可利用性。次 生相与原生相分布比值法，适用于小区域范围内的同源沉积物，难以在大范围内对不同源沉 积物进行评价【2 2 1 。脸谱法能同时在一张图上直观地反映出各元素的量值和受人类活动影响的 程度，但该方法的表达较为繁琐。 1 3 选题依据和研究内容 1 3 1 选题依据 重金属污染是“十一五 凸显的重大环境问题。据报道，2 0 1 0 年重金属污染事件仍保持 高发态势，2 0 l o 年相继发生了江苏大丰、四川隆昌、湖南嘉禾、甘肃瓜州、湖北崇阳、安徽 怀宁等多起血铅事件，得到国家的强烈重视，重金属污染防治规划成为第一个“十二五”国家 规划。 重金属是具有潜在危害的重要污染物，由于其难降解性、普遍的生物毒性、生物累 积性和生物放大作用，环境中重金属污染一直倍受关注。近年来，地表水体的重金属污 染事件频繁发生，造成了巨大经济损失。重金属进入地表水环境中以后，绝大部分迅速 地转移至悬浮物与沉积物中。悬浮物在被水搬运的过程中，也逐步地转变为沉积物【2 3 1 。 仅了解重金属的含量还不足以准确评价重金属污染的生态风险。沉积物中重金属通常以 不同的地球化学形态存在。不同形态的重金属不但表现出不同的物理化学行为，而且生 物可利用性也不同。通过重金属元素形态组成的分析，能较好的了解重金属污染的潜在 生态风险。沉积物中重金属的来源极其复杂，除来源于矿物岩石的风化淋溶过程、矿山 开发、工业废水和生活污水等，很多研究还发现大气沉降、工业点源、交通运输等也是 6 内蒙古大学硕十学位论文 沉积物重金属污染的重要来源【2 4 1 。呼伦湖作为中国四大淡水湖之一，内蒙古第一大湖， 其特殊的地理位置决定了它在区域环境保护中的重要地位。它不仅是我国东北部重要淡 水渔业水域，也是我国东北部以保护草原生态、湿地系统和珍稀濒危鸟类为主的最大的 综合性自然保护区，对中国东北部的气候和生态屏障均有至关重要的影响，且呼伦湖流 域北侧分布有我国重要的铅锌银、铜钼等有色金属矿床。近年来，由于自然或人为因素 对呼伦湖的影响，致使湖面萎缩，湖泊水质下降，湿地面积逐渐减少，生物多样性同益 丧失。本文开展呼伦湖沉积物重金属研究，探讨重会属分布特征和迁移转化规律，确定 导致重金属异常的主要原因，评价沉积物潜在的生物毒性风险，并尝试重建湖泊沉积物 污染历史，对了解重金属对研究区生态环境的影响具有重要的现实意义，同时可为内蒙 古湖泊的污染控制和环境保护提供科学依据。 1 3 2 研究内容 1 表层沉积物重金属的总量及形念分布特征 研究呼伦湖表层沉积物中重金属c u 、p b 、z n 、c d 的分布特征，探讨重金属在该湖 泊的环境地球化学行为及其机制；研究表层沉积物的各形态组成，分析其潜在的生物有 效性。 2 沉积物中重金属的分布规律研究 研究呼伦湖沉积柱芯中c u 、p b 、z n 、c d 等重金属的累积规律，计算不同柱芯中4 种重金属的富集系数，结合深度一年代序列，探讨该湖泊重金属的污染历史和趋势。 3 生态毒性评价 应用地积累指数法和潜在的生态污染系数法对呼伦湖表层沉积物重金属进行评价， 为内蒙古湖泊现状提供基础数据；运用重金属对底栖生物的生态毒性效应评价，判断沉积 物中重金属对底栖生物的毒害作用。 7 内蒙古大学硕士学位论文 2 1 研究区概况 2 1 1 区域自然地理概况 第二章研究区概况及研究方法 呼伦湖( 达赉湖，1 1 7 0 0 0 1 0 ”一1 1 7 0 4 l 4 0 ”e ，4 8 0 3 0 4 0 ” 4 9 0 2 0 4 0 ”n ) 地处温带半干旱大陆 性季风气候区，位于呼伦贝尔草原西部新巴尔虎左旗、新巴尔虎右旗和满洲里市之间，是我 国第四、内蒙古第一大淡水湖泊【2 5 粕】，为我国纬度最高的湖泊【2 7 】，与大兴安岭森林共同构筑 了我国东北乃至华北的生态屏障。呼伦湖年均温0 2 4c o ，1 月均温2 2 5 8c o ，7 月均温2 0 3 4 c o ；1 9 8 8 年至1 9 9 8 年年均降水量为3 0 0 m m ，1 9 9 9 年至今年均降水量不足1 8 0 m m ，全年降 水多集中在6 9 月( 约占全年降水的7 6 ) ，年均蒸发量高达1 8 7 2 m m 。全年盛行西北风，年平 均风速4 2r n s 【2 引。 呼伦湖水系由呼伦湖、哈拉哈河、贝尔湖、乌尔逊河、克鲁伦河、新丌河及连通于呼伦 湖与额尔古纳河的新开河( 达兰鄂罗木河) 等组成，主要补给水源为源于蒙古国东部的克鲁伦 河、连接贝尔湖和呼伦湖的乌尔逊河以及海拉尔河，排泄河流为中俄界河一额尔古纳河，并 经额尔古纳河外流入鄂霍茨克海【2 9 】( 图2 1 ) 。湖区东北部的达兰鄂罗木河为吞吐性河流，高 水位时，海拉尔河通过达兰鄂罗木河补给呼伦湖。呼伦湖历史最大蓄水量为1 3 8 5 亿立方米、 最大面积2 3 0 0 余平方公驯3 0 】。近4 0 多年以来，由于气候变化和人类活动的影响，水源补给 河流水量减少，致使湖泊水位逐年下降、水面减小、湿地萎缩、大面积芦苇消失。1 9 5 9 1 9 6 3 年为湖泊面积的缓慢增加期，1 9 6 4 1 9 8 2 年为逐年减少期1 9 8 3 。1 9 9 1 年为波动中增期， 1 9 9 2 2 0 0 6 年为快速减期【3 1 脚】。2 1 世纪初至今减少幅度最大。自2 0 0 2 年以来水位下降了近4 米，湖区面积由原来的2 3 0 0 余平方公里缩减到目前的不足1 8 0 0 平方公里，湖区最大水深也 由原来的近9 米缩减到目前的4 8 米，在近8 年的时间内，水量损失了约7 0 亿立方米。水体 已严重富营养化，水质不断恶化，生物多样性已遭到严重破坏，渔业资源濒临枯竭，大量珍 稀鸟类迁移，加剧了呼伦贝尔草原荒漠化。呼伦湖湿地与大兴安岭森林共同构筑的我国东北 乃至华北的生态屏障安全已受到威胁【3 6 1 。 呼伦湖是由地壳运动而形成的构造湖。湖西岸为起伏的山峦和峻峭的悬崖陡壁，相对高 内蒙古大学硕士学位论文 程为5 2 0 m ；湖北岸为砾石阶地，与扎赉诺尔矿区相连；东岸和南岸地势平坦开阔，只有少 量的低山和丘陵 3 7 1 。呼伦湖盆地在形态上呈东北一西南向延伸的不规则斜长方形，区域地质 构造上为一开阔向斜；盆地东西两侧分别被磋岗j 下断层和西山正断层所控制，因此属于断陷 构造偷地。 2 1 2 区域地质背景 图2 1 呼伦湖流域图 f i g u r e2 1b a s i np 1 a no fh u l u nl a k e 满洲里一新巴尔虎右旗地区位于额尔古纳地块中南段，得尔布干一呼伦深大断裂西侧， 向西南与蒙古中蒙火山一深成岩带首尾相接，北西侧为俄罗斯外贝尔褶皱系，南东侧为大兴 安岭海西褶皱系【3 8 】( 图2 2 ) 。 区域上出露的最老地层是中元古界兴华渡口群，主要岩性有斜长角闪岩、斜长角闪片岩、 9 内蒙古人学硕十学位论文 黑云斜长片麻岩、黑云变粒岩、浅粒岩、二云母石英片岩、白云质大理岩和磁铁石英岩。新 元古界佳疙瘩群由绢云石英片岩、石英岩、砂岩、板岩、流纹质凝灰岩和大理岩组成。下寒 武统额尔古纳河组主要为大理岩，夹少量绢云石英片岩和变砂岩。中泥瓮统为变质碎屑岩、 火山岩、碳酸盐岩。上二叠统、上三叠统一下侏罗统由中酸性火山岩和变质砂砾岩组成。中 侏罗统南平组为砂岩、砾岩。晚侏罗世一早白垩世为火山一沉积建造，自下而上包括：上侏罗 统塔木兰沟组安山岩、玄武安山岩，下白要统上库力组英安岩、流纹岩、凝灰岩，下白垩统 伊列克得组玄武岩、安山岩，下白垩统大磨拐组砾岩、砂岩、页岩夹煤层。 区域岩浆活动频繁，可划分为海西晚期、印支期、燕山早期和燕山晚期4 期。海西晚期 侵人岩呈岩基产出，主要岩石类型为花岗岩、斜长花岗岩、花岗闪长岩、二长花岗岩；印支 期花岗岩多呈岩基产出，主要岩性为二长花岗岩和正长花岗岩，有少量花岗闪长岩；燕山早 期侵人岩呈岩基或岩株产出，岩石类型为黑云母花岗岩、花岗闪长岩、二长花岗岩，与斑岩 型铜钼矿化关系密切；燕山晚期侵人岩多呈浅成、超浅成相岩株、岩枝产出，与银铅锌金成 矿关系密切。 北东向延伸的得尔布干断裂和额尔古纳河一呼伦断裂属深大断裂，控制了成矿带的分布， 而北西向断裂多为北东向断裂派生的次级断裂，控制了成矿亚带的分布。如哈尼沟断裂控制 了乌奴格吐山矿床、哈拉胜矿床、长岭矿点和龙岭矿点的产出：木哈尔断裂控制了额尔登乌 拉矿点和巴彦浩雷矿点的分布；甲乌拉一查干布拉根断裂控制了额仁矿床、甲乌拉矿床和查 干矿床的产出【3 9 1 。 l o 内蒙古人学硕十学位论文 园铭 氟霹；貉勰蓐 圈煳删竞 囤讼镑孵 圈m 譬缓麟、聍 囡聃魏爹努蜊 囤锻矿 圈吲瓣喇； 圃施疆彩线 囤蝴驴 圈臻燃确嘴 # 乏茎舅- i 麓秘劳糍秭z 五霭o l t 二j 囵镌凇 丽申红萝缝瓣瓣 翮摊艴j r 凼引釉 图2 2 满洲里地区区域地质简图( a ) 和大地构造位置( b ) ( 引自文献鲫) f i g2 2s k e t c hr c 西o n a lg e o l o 百c a lm a p o fn l em a n 吐o u l ia r e ai i lb m e rm o n g o l i a ，s h o 谢n g1 0 c a t i o n so f m a j o r d e p i o s i t s i d c c u l t e n c e s ( a ) 锄dg e o t e c t o n i cu n i t s ( b ) l 额仁陶勒盖浅成低温热液型银矿床；2 努其根乌拉中低温热液脉型银铅锌矿点；3 一甲乌拉中低温热 液脉型银铅锌( 铜) 矿床；仁查干布拉根中低温热液脉型银铅锌矿床；5 一额尔登乌拉浅成低温热液型银 矿点；6 一巴彦浩雷浅成低温热液型铜金银矿点；7 一乌奴格吐山斑岩型铜钼矿床；拉胜中低温热液 脉型铅锌矿床；9 一长岭斑岩型铜钼矿点；l o 一龙岭矽卡岩型铜锌锡矿点；1 l 一头道井斑岩型铜钼矿床； 内蒙古人学硕士学位论文 1 2 一八八一斑岩型铜钼矿床；1 3 八大关斑岩型铜钼矿床；1 4 一大坝浅成低温热液型铜金银矿点得 尔布干断裂；l 额尔古纳河呼伦断裂；蛤尼沟断裂；一木哈尔断裂；l 甲乌拉查干布拉根 断裂。 区内矿床多集中于额尔古纳河及克鲁伦河两侧( 得尔布尔深断裂两侧，以北西侧为主) 。 主要包括火山一热液型( 包括海底火山热液型) 及矽卡岩型矿床，并以与中生代火山活动有关 的热液型铅锌银矿床及斑岩型铜钼矿床最为典型【4 们。大型矿床有甲乌拉铅锌矿、查干布拉根 银铅锌矿、额仁陶勒盖锰银矿、乌奴格吐山铜钼矿等。 甲乌拉银铅锌( 铜) 矿床位于新巴尔虎右旗西北部，满洲罩南部。矿区地层由两部分组 成：基底为下二叠统砾岩、砂岩、安山岩、凝灰质砂岩和泥质板岩；盖层为上侏罗统火山岩， 包括安山岩、安山玄武岩等。矿石矿物主要有闪锌矿、方铅矿、黄铜矿，次为磁铁矿、穆磁 铁矿、磁黄铁矿、白铁矿、斑铜矿等【4 1 1 。 查干布拉根铅锌银矿床位于新巴尔虎右旗旗政府西北4 2 k m ，矿区主要出露晚三叠世一早 侏罗世查伊河组、晚侏罗世塔木兰沟组和早白垩世上库力组。矿区内己发现l o 条矿体群，含 6 6 个矿体。主要成矿元素为a g 、p b 、z n ，伴生组分为a u 、s 、c d 等。矿石类型分为银矿石、 银铅锌矿石、铅锌矿石和金银石。主要矿石矿物为方铅矿、闪锌矿、黄铁矿，次为黄铜矿、 磁黄铁矿、毒砂等【3 9 1 。 额仁陶勒盖锰银矿床位于新巴尔虎右旗旗政府西南3 7 k m 。矿区主要出露上侏罗统塔木兰 组安山岩、玄武安山岩，下白垩统上库力组酸性熔岩及凝灰岩。矿区内已发现1 0 条矿体群， 含3 7 个银矿体。矿石类型分为锰银型、石英脉型和硫化物型。锰银型矿石属地表氧化淋滤所 致，呈蜂巢状和块状等构造，主要以角银矿、硬锰矿和锰铅矿等金属矿物为主；石英脉型矿 石以辉银矿、黄铁矿和深红银矿为主；硫化物型矿石总体上以脉状构造为特征，主要由辉银 矿、银黝铜矿和方铅矿为主【39 1 。 乌奴克吐山铜钼矿床位于新巴尔虎右旗东北，满洲里市以南约2 2 k m 处。区内出露地层 主要为上古生界泥盆系中统乌奴尔组碳酸盐岩和中酸性火山岩。全区共探明3 3 条铜矿体，1 3 条钼矿体。金属矿物组合主要为黄铁矿、黄铜矿、辉钼矿，次为斑铜矿、闪锌矿及少量的黝 铜矿、方铅矿等。矿石金属组分以c u 、m o 为主，伴生p b 、z n 、a g 等【4 2 1 。 1 2 内蒙古人学硕十学位论文 一一_ 2 2 研究方法 2 2 1 样品采集和制备 依据湖泊生态系统观测方法，针对湖泊现有水域