贵州碳酸盐岩风化成土过程中镉的迁移转化过程与机理研究

摘要

贵州是我国西南大面积低温成矿域的主要区域，是金属矿产及包括镉（Cd）在内的多种分散元素的生产基地。前期相关研究表明碳酸盐岩Cd背景值高及碳酸盐岩风化成土Cd的相对富集，是我国南方喀斯特地区土壤Cd含量高的主要自然因素，但碳酸盐岩风化成土过程中具体Cd的迁移转化过程及机理尚不清楚。因此，探究碳酸盐岩风化成土过程中Cd的迁移转化对于研究Cd的污染防治提供科学依据和决策基础。本文选取贵州4条不同岩性不同时代碳酸盐岩发育的风化剖面为研究对象，通过对岩-土界面、土壤剖面样品中主、微量元素分析和环境物理条件的研究，结合Cd富集因子、Cd质量迁移转化系数等探讨了碳酸盐岩风化作用中Cd的地球化学行为，解析了贵州碳酸盐岩风化成土过程Cd的迁移/富集机理。本次研究取得了如下认识： （1）碳酸盐岩风化成土过程中，Cd相对于上陆壳发生了显著富集：石灰岩富集程度随剖面变化幅度大，富集较大值在土壤剖面中下部；白云岩富集程度随剖面变化波动小，富集较大值在土壤剖面底部。 （2）元素质量迁移系数真实反应了元素的迁入迁出情况。各个剖面相对于上陆壳富集明显，而通过质量迁移转化因子分析后，实际Cd在碳酸盐岩风化剖面中为“假”富集，真实情况为Cd在各个碳酸盐岩剖面中整体为迁出亏损，基本特征为在剖面下部随着剖面深度的降低，Cd亏损程度增加，而到土壤中上部Cd亏损程度基本保持不边，近乎淋失殆尽。岩粉层与剖面底部碱性障、黏土矿物的影响可能是导致剖面异常富集的原因。 （3）碳酸盐岩母岩岩性可能一定程度上制约着Cd在岩土界面的迁移：石灰岩在岩土界面亏损程度没有白云岩强烈；对比分析各个碳酸盐岩岩土界面Cd相对于上陆壳富集系数与质量迁移系数可知，两者之间没有明显的线性关系，说明碳酸盐岩岩土界面在风化成土过程中Cd的富集程度不受Cd的迁移影响，Cd的富集与淋失之间没有必然联系。 （4）碳酸盐岩母岩岩性可能一定程度上制约着Cd在土壤剖面的迁移：所研究剖面中石灰岩土壤剖面迁移程度相差大，亏损程度不如白云岩剖面高，在土壤中下部出现突变，绝对富集；所有白云岩土壤剖面Cd元素都显示为明显的亏损, 湖潮与大兴土壤剖面Cd元素亏损程度在80%-100%之间;而新浦剖面亏损程度较小。 （5）在剖面研究中，Cd的质量迁移系数与碳酸盐岩剖面风化程度呈现出一定规律性，所研究的四个剖面都表现出①Cd的质量迁移系数在风化程度低的岩土界面较高；②随着风化程度的进一步增加，Cd的质量迁移系数呈线性递减， Cd的迁出淋溶程度加大；③当风化作用更强烈时（CIA>90），对Cd的迁移变化影响不明显。而由点到面进行区域尺度拓展研究发现，贵州石灰土随着土壤风化程度加深，高Cd含量区所占比值越小，风化程度进一步增加，Cd含量变化程度不明显。由点到面进行区域尺度拓展印证了以上规律。

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Abstract

第一章 绪论

1.1文献综述

1.1.1喀斯特地区土壤Cd主要来源

1.1.2喀斯特剖面Cd的研究进展

1.2选题依据与研究方案

1.2.1选题依据

1.2.2研究方案

1.3技术路线

2.1研究区概况

2.1.1自然地理概况

2.1.2土壤类型

2.1.3地质概况

2.2样品采集、地层及剖面特征

2.2.1样品采集

2.2.2地层特征

2.2.3剖面特征

2.3分析测试方法

2.3.2土壤及岩石主量元素总量的测定

2.3.3土壤及岩石微量元素Cd总量的测定

2.3.4数据处理

2.4数据统计分析

3.1风化壳原位性和均一性检验

3.2 风化剖面Cd富集特征

3.2.1在碳酸盐岩及土壤中的富集

3.2.2在岩-土界面中的富集

3.2.3在土壤剖面中的富集

3.3 风化剖面Cd释放特征

3.3.1 在岩粉层及土壤中的释放

3.3.2 在岩-土界面中的释放

3.3.3 在土壤剖面中的释放

3.4小结

4.1风化剖面主量元素分布特征

4.1.1 岩土界面主量元素分布特征

4.1.2 土壤剖面主量元素分布特征

4.2主量元素对风化过程Cd的影响

4.3风化程度与Cd元素相关性

4.4 影响Cd富集的其他因素

4.4.1 碱性障对Cd影响

4.4.2 黏土矿物对Cd影响

4.5 小结

第五章 喀斯特地区石灰土类型与Cd含量相关分析

5.1 石灰土类型划分及分布特征

5.2 Cd含量分级划分及分布特征

5.3石灰土类型与Cd含量相关分析

5.3.1不同类型石灰土中Cd含量的分布规律

5.3.2不同程度Cd含量区石灰土类型分布情况

5.4结论

第六章 结论

6.1主要结论与认识

6.2存在的问题和下一步工作设想

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文