鲁北平原浅层地下水锰空间演化及成因机制

摘要

锰（Mn）作为地下水中广泛存在的神经毒性金属元素，其超标(> 0.1 mg·L^-1)不仅导致饮用水感官恶化，更可能引发帕金森样神经病变。尽管前期研究揭示了黄河下游冲积平原浅层地下水Mn存在高度空间异质性及大面积异常，但对冲积沉积体系下不同地貌单元Mn富集的水文地球化学机制仍缺乏系统性认知。本研究从区域上尺度上，查明鲁北平原浅层地下水Mn的分布特征和影响因素，同时结合典型水文地质剖面精细刻画，揭示了高Mn地下水的水文地球化学过程及其形成机制。结果表明：区域上地下水中Mn含量从未检出至12.0 mg·L^-1,平均值为0.65 mg·L^-1,超标率为96.6%;沿典型剖面方向，古河道高地地段地下水Mn的平均质量浓度(0.27 mg·L^-1)显著低于泛滥平原段(0.83 mg·L^-1),在滨海平原再显著升高(2.53 mg·L^-1),水化学类型逐渐由HCO₃-Na·Mg和HCO₃·Cl-Na·Mg转变为以Cl·HCO₃-Na·Mg型为主，最终演变为Cl-Na型水。鲁北平原浅层地下水中Mn最可能的来源是沉积物中的锰氢氧化物和菱锰矿，地下水在漫长的循环过程中，影响该地区地下水Mn含量分布的因素主要有硅酸盐风化、蒸发盐矿物溶解、蒸发浓缩作用、阳离子交替吸附作用、酸碱反应、氧化还原作用等一系列水岩交互作用过程。鲁北平原不同水文地球化学分区的污染源贡献率呈现显著空间分异，与Mn含量的空间演化规律相似。综合研究发现：研究区浅层地下水Mn的空间分异主要受pH驱动的溶解和吸附过程、盐度驱动的离子交替吸附以及原生沉积背景下Mn的释放共同影响。

关键词

鲁北平原 / 地下水 / 锰 / 冲积平原 / 水文地球化学