地球科学|薛伟广,邓娅敏等:晚更新世以来古气候变化对长江中游故道区冲湖积含水层中碘富集的控制作用

学术   科学   2025-01-06 00:00   湖北  

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长江中游故道区冲湖积含水层中存在原生高碘地下水,对区域供水安全构成严重威胁.含水层沉积物中的铁矿物和有机质是碘的主要载体,从宏观地质背景和沉积演化的角度揭示晚更新世以来的气候变化对含水层中碘富集的控制机制是科学认识高碘地下水成因和保障供水安全的前提.选取长江中游故道区的第四纪沉积物作为研究对象,系统分析沉积物地球化学特征,识别含水层沉积物中碘赋存的主要载体,揭示古气候变化驱动的化学风化与沉积过程对含水层碘富集的控制机理.研究结果表明:沉积物中碘的主要赋存形态是铁氧化物结合态(IFe-ox)和有机结合态(Iorg),而且沉积物的化学风化指数CIA、K/Na比值与IFe-ox、Iorg呈显著正相关.无定型铁氧化物(Feox1)、粘土矿物及有机质是碘赋存的主要载体.晚更新世-全新世以来气候从寒冷干燥转为温暖潮湿,化学风化增强促使更多无定型铁氧化物形成,全新世以后广泛扩张的湖泊导致碘、有机质与铁氧化物在湖相沉积物中共埋藏.古气候变化对长江中游故道区含水层中碘的富集起重要控制作用.本文经讨论得出以下结论:
(1)长江中游黑瓦屋故道钻孔沉积物全新世沉积厚度约为17 m,自下到上由粗粒河流相过渡到细粒湖相的沉积.铁氢(氧)化物结合碘和有机碘是沉积物中碘的主要结合形态,沉积物中铁矿物(Feox1)、粘土矿物及有机质是碘富集的重要载体,铁和碘的赋存形态受到各阶段的气候变化驱动的风化强度差异控制. 
(2)研究区古气候可重建为两个阶段,由干冷(偏还原)向暖湿(偏氧化)环境演化.相较于干冷期低活性硅酸盐铁的沉积,暖湿期更强的风化作用促使更多无定型铁形成,提供更多点位吸附碘,富含有机质的湖相沉积物中可能存在有机质-铁氧化物-碘三元复合物.古气候变化对长江中游故道区沉积物中碘的富集起到了至关重要的作用. 
(3)与国内沿海、干旱内陆盆地等高碘地区不同,长江中游故道区高碘地下水成因模式属于埋藏-溶解型.晚更新世-全新世以来气候变暖,使得长江中游故道区发生快速地溯源堆积和湖泊扩张,沉积物中碘、有机质与铁氧化物得以共埋藏,强还原环境下微生物参与的有机质降解促进沉积物中负载碘的铁氢(氧)化物的还原性溶解,形成高碘地下水.
图1 长江中游故道HWW钻孔位置及岩性柱状图
图2 HWW钻孔沉积物中总碘、碘形态(a),有机质(b),总铁、铁形态(c)及钒镍含量(d)垂向分布
图3 HWW钻孔沉积物中碘、铁各形态含量与风化指数相关图


文章刊登在《地球科学》第49卷第10期

薛伟广, 邓娅敏, 薛江凯, 杜尧, 徐雨潇, 范瑞宇, 2024. 晚更新世以来古气候变化对长江中游故道区冲湖积含水层中碘富集的控制作用. 地球科学, 49(10): 3749-3760. doi: 10.3799/dqkx.2023.076

Xue Weiguang, Deng Yamin, Xue Jiangkai, Du Yao, Xu Yuxiao, Fan Ruiyu, 2024. Controlling Mechanism of Paleoclimate Change on Iodine Enrichment in Alluvial Aquifers of Middle Reach of Yangtze River since Late Pleistocene. Earth Science, 49(10): 3749-3760. doi: 10.3799/dqkx.2023.076

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