鐘秋娟，肖 興，汪 凡，謝振東

（1. 江西省地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急中心 ，江西·南昌 330025；2. 江西省地質(zhì)調(diào)查研究院，江西·南昌 330030 ）

鄱陽湖濱湖區(qū)淺層地下水鎘元素分布特征及成因分析

鐘秋娟1，肖 興2，汪 凡2，謝振東2

（1. 江西省地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急中心 ，江西·南昌 330025；2. 江西省地質(zhì)調(diào)查研究院，江西·南昌 330030 ）

通過對鄱陽湖濱湖區(qū)淺層地下水1104個(gè)樣品分析，查明淺層地下水中Cd元素的分布特征。結(jié)果顯示鄱陽湖濱湖區(qū)淺層地下水中Cd元素含量在未檢出～39.6μg/L之間，均值為0.14μg/L。淺層地下水Cd元素含量存在南高北低的現(xiàn)象，在北部德安—都昌一帶存在Cd的低地球化學(xué)背景區(qū)，而在南部豐城—進(jìn)賢—樂平一線呈現(xiàn)Cd的高地球化學(xué)背景帶，此外沿贛江、信江和饒河河谷區(qū)以及五河入湖三角洲松散堆積物區(qū)出現(xiàn)了淺層地下水的Cd富集。鄱陽湖濱湖區(qū)Cd元素的富集與地質(zhì)背景環(huán)境、Cd元素的元素習(xí)性以及工業(yè)廢水的排放均有一定的關(guān)系。

水文地球化學(xué)；淺層地下水；鎘元素；鄱陽湖濱湖區(qū)

鎘（Cd）系ⅡB族元素，自然界主要以硫化物形式存在，與鉛、鋅、銅等礦物相伴生。鎘的用途非常廣，廣泛應(yīng)用在電鍍、冶金、化工、軍工和農(nóng)藥化肥等領(lǐng)域。鎘是對人體有害的化學(xué)元素之一，過量攝入會干擾和降低人體所需鋅的酶生物活性和生理功能。鎘污染易使人患上糖尿病、動脈性胃萎縮、慢性球體腎炎，并誘發(fā)食道癌、肝癌、胃癌和大腸癌等[1]。上世紀(jì)中期日本富士縣神川通流域，由于鎘污染導(dǎo)致人體鎘中毒，暴發(fā)“骨痛病”[2]。淺層地下水是鄱陽湖濱湖區(qū)重要的地下水飲用水源，20世紀(jì)80年代，曾對鄱陽湖地區(qū)的地下水進(jìn)行過環(huán)境背景調(diào)查，基本查明Cd、Mn、Cu等元素的環(huán)境背景值[3～5]，研究了地下水環(huán)境背景條件[6～8]，并對地下水開發(fā)利用進(jìn)行了區(qū)劃[9]。本次工作通過進(jìn)一步研究該地區(qū)的淺層地下水中Cd元素的分布特征并分析其成因，為Cd元素地下水污染防治工作提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

鄱陽湖濱湖區(qū)為江西省贛江、撫河、信江、饒河、修水五大河的七個(gè)水文控制站點(diǎn)之下，所有流入鄱陽湖的河流匯水區(qū)域總面積約2.35萬km2。鄱陽湖濱湖區(qū)涉及九江縣、湖口縣、星子縣、南昌縣、南昌市、新建縣、鄱陽縣、樂平市、進(jìn)賢縣、余干縣、安義縣、豐城市和樟樹市等十三個(gè)縣市。贛江、撫河、信江、饒河、修水五大水系均在調(diào)查區(qū)匯入鄱陽湖，年平均徑流量為1457億m3。地下水年總資源量47.06億m3，其中裂隙及巖溶水占69.70%。

1.2 樣品采集與測試分析方法

淺層地下水地球化學(xué)調(diào)查采用網(wǎng)格化均勻采樣的技術(shù)方法，采樣密度根據(jù)調(diào)查區(qū)地形地貌類型確定，平原區(qū)為1個(gè)點(diǎn)/16km2、丘陵區(qū)為1個(gè)點(diǎn)/32km2、山區(qū)為1個(gè)點(diǎn)/64km2。根據(jù)區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)特征，地下水樣品主要采集松散巖類孔隙水和碎屑巖類孔隙裂隙水，碳酸鹽巖類溶洞水和基巖類裂隙水次之。為保證樣品的質(zhì)量，采集地點(diǎn)注意選擇受地表降水影響小、對地表降水反應(yīng)較慢、水質(zhì)清澈、水溫較恒定且居民普遍取水的含水層水井，同時(shí)注意距地表水補(bǔ)給源（河道等）的距離應(yīng)大于100m。采樣選擇水位穩(wěn)定時(shí)期進(jìn)行，平行樣與原樣同時(shí)采集。濱湖區(qū)共采集淺層地下水1104件，采集時(shí)間為2006年，樣點(diǎn)分布情況見圖1。Cd元素分析方法為無火焰原子吸收法，分析方法檢出限為

0.001 μg/L，元素報(bào)出率為98.52%。樣品測試分析單位為國土資源部南昌礦產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心。

圖1 鄱陽湖濱湖區(qū)淺層地下水樣點(diǎn)位分布Fig.1 Shallow groundwater samples district location in the lakeside area of Poyang Lake

2 結(jié)果與討論

2.1 淺層地下水中Cd元素地球化學(xué)參數(shù)特征

按所處地質(zhì)單元等特征，將調(diào)查區(qū)淺層地下水統(tǒng)計(jì)單元按地質(zhì)背景條件劃分為：松散堆積物區(qū)、碎屑巖區(qū)、碳酸巖區(qū)、巖漿巖區(qū)和變質(zhì)巖區(qū)5個(gè)統(tǒng)計(jì)單元；各單元地表水和淺層地下水中各元素含量的最大值、最小值，算術(shù)平均值、標(biāo)準(zhǔn)離差、變異系數(shù)等特征值。

濱湖區(qū)淺層地下水中Cd平均含量0.14μg/L、標(biāo)準(zhǔn)離差1.24、變異系數(shù)8.66（表1）。最高含量值出現(xiàn)在變質(zhì)巖區(qū)39.6μg/L，最小含量值出現(xiàn)在碎屑巖區(qū)，未檢出Cd元素。變質(zhì)巖區(qū)的地下水平均濃度為0.18μg/L，變異系數(shù)最大值出現(xiàn)在變質(zhì)巖區(qū)，變異系數(shù)可達(dá)11.5，最小出現(xiàn)在碳酸鹽巖區(qū)，為1.16。

表1 鄱陽湖濱湖區(qū)淺層地下水Cd元素地球化學(xué)特征參數(shù)Table 1 Groundwater geochemistry parameters of Cd in shallow groundwater of the lakeside area in Poyang Lake

2.2 淺層地下水體中Cd元素空間分布

濱湖區(qū)淺層地下水Cd元素含量存在南高北低現(xiàn)象（圖2），在北部德安—都昌一帶存在淺層地下水Cd的低地球化學(xué)背景區(qū)，濃度含量一般在0.022～0.079μg/L，在鄱陽、星子和湖口等地局部聚集的高異常點(diǎn)分布。而在南部在豐城—進(jìn)賢—樂平一線呈現(xiàn)北東東Cd的高地球化學(xué)背景帶，帶寬80～150km，濃度值在0.055～0.333μg/L，局部聚集。

沿贛江、信江和饒河河谷松散堆積物區(qū)淺層地下水Cd局部聚集明顯，含量大于0.08μg/L；而同時(shí)在贛江、信江、饒河和修河的在入湖三角洲沖積平原區(qū)也出現(xiàn)了較大范圍的Cd富集，Cd一般含量大于0.1μg/L，最高含量為0.76μg/L。此外在南昌市和豐城市出現(xiàn)淺層地下水Cd元素富集，含量一般大于0.143μg/L。

2.3 元素相關(guān)性分析

已有的研究表明，鎘元素的形成富集與有機(jī)質(zhì)和酸堿度有關(guān)，在酸性介質(zhì)中和氧化條件下，鎘多呈穩(wěn)定的離子狀態(tài)有利于遷移[8]。根據(jù)元素的相關(guān)性分析，鄱陽湖濱湖區(qū)Cd元素與pH值呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.140。與其他元素Mn、Ni和Zn呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.347、0.238和0.164（圖3）。

2.4 淺層地下水體中Cd元素來源分析

圖2 鄱陽湖濱湖區(qū)淺層地下水中鎘元素地球化學(xué)分布Fig.2 Shallow groundwater district of cadmium in the lakeside area of Poyang Lake

圖3 鄱陽湖濱湖區(qū)地下水中Cd元素與pH及Mn、Ni、Zn元素相關(guān)關(guān)系Fig.3 The correlation between Cd element and pH, Mn, Ni and Zn in groundwater of the lakeside area in Poyang Lake

濱湖區(qū)早古生代地層區(qū)淺層地下水中Cd一般含量為0.04～0.08μg/L，在早寒武世碳硅質(zhì)巖發(fā)育區(qū)出現(xiàn)Cd的局部聚集，最高含量達(dá)3.14μg/L。晚古生代地層區(qū)淺層地下水中Cd一般含量為0.05～0.1μg/L，在煤巖分布區(qū)最高達(dá)0.73μg/L。元古代變質(zhì)巖地層區(qū)淺層地下水中Cd一般含量為0.02～0.08μg/L，在新元古代變質(zhì)巖發(fā)育區(qū)出現(xiàn)Cd的局部聚集，最高含量達(dá)0.53μg/L。元古代地層巖石中鎘含量為0.53mg/kg，早古生代地層巖石鎘平均含量2.07mg/kg，晚古生代地層巖石為2.13mg/kg。因此上述地下水地球化學(xué)背景的特征反映了基巖含鎘水平，兩者存在一定的因果關(guān)系。

在豐城、樟樹等市區(qū)淺層地下水中Cd含量大于0.1μg/ L，最高含量達(dá)3.63μg/L（豐城），表現(xiàn)出Cd的聚集；地表水中Cd一般含量為0.08～0.1μg/L，聚集現(xiàn)象不明顯，為Cd的高地球化學(xué)背景。豐城市是以煤為主的礦業(yè)城市，鎘主要來源于煤礦企業(yè)廢水。而在南昌市周邊地區(qū)Cd的高背景則與該地區(qū)化工、冶金等工業(yè)制造業(yè)廢水排放相關(guān)。

3 結(jié)論

（1）鄱陽湖濱湖區(qū)淺層地下水中Cd平均含量0.14μg/ L、標(biāo)準(zhǔn)離差1.24、變異系數(shù)8.66。最高含量值出現(xiàn)在變質(zhì)巖區(qū)39.6μg/L，最小含量值出現(xiàn)在碎屑巖區(qū)，未檢出Cd元素。變質(zhì)巖區(qū)的地下水平均濃度為0.18μg/L，變異系數(shù)最大值出現(xiàn)在變質(zhì)巖區(qū)，變異系數(shù)可達(dá)11.5，最小出現(xiàn)在碳酸鹽巖區(qū)，為1.16。

（2）鄱陽湖濱湖區(qū)淺層地下水Cd元素空間分布存在南高北低的現(xiàn)象，在北部德安—都昌一帶存在淺層地下水Cd的低地球化學(xué)背景區(qū)，而在南部豐城—進(jìn)賢—樂平一線呈現(xiàn)北東東向帶寬80～150km的Cd高地球化學(xué)背景帶。沿贛江、信江和饒河河谷區(qū)以及贛江、信江、饒河和修河入湖三角洲松散堆積物區(qū)也出現(xiàn)了較大范圍的Cd富集，Cd一般含量大于0.1μg/L，最高含量為0.76μg/L。此外在南昌市和豐城市出現(xiàn)淺層地下水Cd元素富集，含量一般大于0.143μg/L。

（3）濱湖區(qū)早古生代早寒武世碳硅質(zhì)巖發(fā)育區(qū)、晚古生代地層區(qū)煤巖分布區(qū)、元古代變質(zhì)巖地層區(qū)和新元古代變質(zhì)巖發(fā)育區(qū)淺層地下水出現(xiàn)Cd高背景與基巖含鎘水平存在關(guān)系。鄱陽湖濱湖區(qū)Cd元素與pH值呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與其他元素Mn、Ni和Zn呈正相關(guān)關(guān)系。

（4）在豐城、樟樹等市區(qū)淺層地下水中Cd元素高背景與該市以煤為主的礦業(yè)城市有關(guān)，而在南昌市周邊地區(qū)Cd的高背景則與該地區(qū)化工、冶金等工業(yè)制造業(yè)廢水排放存在一定的關(guān)系。

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Cadmium distribution characteristics and causes of shallow groundwater in lakeside area of Poyang Lake

ZHONG Qiu-Juan1, XIAO Xing2, WANG Fan2, XIE Zhen-Dong2
(1. Jiangxi Geological Hazard Emergency Center, Jiangxi Nanchang 330025, China; 2. Jiangxi Institute of Geological Survey, Jiangxi Nanchang 330030, China)

Through the Cd element analysis of 1104 samples of shallow groundwater in the lakeside area of Poyang Lake, to identify the distribution of Cd in shallow groundwater, results show that the Cd element content is between undetectable and 39.6 μg/L, with a mean of 0.14 μg/L. The content of Cd in shallow groundwater in the north is lower than in the south; in the northern Dean-Duchang area, a low geochemical background area exists, but in the south, the Fengcheng-Jinxian-Leping line exhibits a high Cd content. Furthermore, the groundwater enrichment of Cd along the Ganjiang River, Xinjiang River, and the Rao River valley area and delta show that loose deposits from the five rivers are deposited into the lake. The geological background, Cd habits, and emissions of industrial waste water have a relationship with the phenomenon of Cd element enrichment in the lakeside area of Poyang Lake.

hydro-geochemistry; shallow groundwater; cadmium; lakeside area of Poyang Lake

P641.3

：A

：2095-1329(2017)02-0046-03

10.3969/j.issn.2095-1329.2017.02.012

2017-02-26

修回日期: 2017-03-21

鐘秋娟(1969-),女,學(xué)士,高級工程師,主要從事水文環(huán)境化學(xué)及地質(zhì)災(zāi)害防治研究.

電子郵箱: 1804571503@qq.com

聯(lián)系電話: 0791-86717338

中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目“江

西省鄱陽湖及周邊經(jīng)濟(jì)區(qū)農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查”