南通地区浅层地下水中稀土元素分布特征及其示踪意义

The transfer variations of rare earth elements in water reflect the geochemical characteristics of other elements in water and it can be used as tracers of the groundwater migration process. Studies about rare earth elements in water in the past mainly focus on the material source and evolution process in water of ocean and river system. The related study of rare earth elements in groundwater is relatively weak and mainly focus on the water-rock intercation and recharge source. Using rare earth elements to assessment groundwater contamination situation or to trace the contamination source is not reported. In this research, the concentration of rare earth elements in shallow groundwater samples from the Nantong area will be measured by the High Resolution Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry(HR-ICP-MS) and the water chemical characteristics and the isotopes data will be researched also. By all these means, the distribution characteristics of rare earth elements in shallow groundwater will be studied. Using the water chemical properties which is consistent with heavy metals to trace the groundwater contamination source will be explored, which can provide the geochemical basis and guidance on groundwater contamination appraisal and repairing, and offer some important suggestion for rational development and utilization of groundwater.

水体中稀土元素的迁移变化能反应水中其它一些元素的地球化学行为特征,可作为地下水运移过程的良好示踪剂。以往对水体稀土元素的研究主要集中在海洋和河流系统等地表水体的物质来源和演化过程方面。地下水中稀土元素的研究相对薄弱，主要集中在水岩相互作用及其补给源的解释方面。用于评估地下水污染状况或追朔污染源则未见报道。本项目以南通地区浅层地下水为研究对象，采用高分辨电感耦合等离子体质谱 (HR-ICP-MS) 法，测定地下水中稀土元素的含量，结合水化学测试数据，并辅助使用地下水同位素技术，在研究地下水中稀土元素的自然分布特征的基础上，利用其与重金属元素较为一致的水化学性质，探索其对地下水污染物的朔源示踪应用，为地下水污染评价、治理修复和指导浅层地下水合理开发利用提供重要的地球化学依据。

辨别地下水中污染物来源，探索追朔污染源的示踪方法，对准确评价地下水污染状况，具有重要意义。本研究依托国家自然科学基金青年基金项目，选择南通沿江地区潜水作为研究对象，在认识浅层地下水中稀土元素天然分布状况的基础上，利用稀土元素进行地下水污染示踪探索,识别污染物来源。.采用0.45µm微孔滤膜作为区分悬浮态稀土和溶解态稀土的界定标准，研究了不同水体稀土元素形态、自然分布、分配模式和影响因素。同时，通过对比污染场地和自然状态下区域潜水及其上覆土壤稀土元素分布和分配模式，探索了利用稀土元素识别和示踪污染物来源的可能性。.研究结果显示：稀土元素在地下水中主要以溶解态为主，在地表水中则以悬浮态为主。地表水中悬浮态稀土平均含量是溶解态稀土的6.4倍，而潜水中悬浮态稀土仅占溶解态稀土的20%左右。自然状态下，潜水中溶解态轻稀土空间分布差异较小，溶解态重稀土的空间分布差异较大。溶解态轻稀土的分布具有明显的水平分带效应。在典型剖面中，沿Eh变化方向上的溶解态稀土元素总量，与地下水氧化还原电位呈现较为明显的负相关关系，并与铁、砷成正相关关系。按北美页岩组合进行标准化，自然状态下潜水、地表水和承压水中稀土元素分配曲线均呈右倾型，有微弱的轻稀土富集现象，均伴有Ce的负异常和Eu、Y的正异常现象。随水体的埋藏深度增大，Ce和Y的异常程度增大，但在潜水中Ce的负异常程度与Eh的关系并不明显，表明埋藏深度对Ce的负异常程度的影响，有可能不完全是Eh变化引起的。而Y的异常值Y/Y*，在Eh大于-20mv时，与Eh呈现正相关关系。.弱水动力条件有利于潜水中溶解态轻稀土元素富集，与砷随水动力条件减弱而富集的效应基本一致，解释了研究区高砷异常地下水的物质来源。.污染场地与区域潜水的对比研究显示：遭受铅、铝、砷污染的地下水，伴随稀土元素含量升高（富集重稀土）的现象，并以Y的正异常为特征，与区域潜水呈现明显的差异。这种差异，可以用来识别地下水中污染物的来源。