河套盆地含水层沉积物铀赋存特征及对地下水铀富集的影响

摘要

长期暴露在高铀（U）地下水中会对人体健康造成潜在威胁。尽管高U地下水形成的水文地球化学过程已得到广泛研究，目前对含水层沉积物的水文地球化学特征如何控制地下水U迁移和富集仍缺乏深入理解。本文以河套盆地为研究区，采集了山前区和平原区含水层沉积物样品并对其中U的不同赋存形态和含量进行分析。结果表明，山前区沉积物中U含量远高于平原，山前区U主要以铁锰氧化物结合态（F3-U）为主，平原区主要为基质态（F5-U）。沉积物U含量随其粒径减小呈现增大的趋势，其中黏土沉积物中U含量最高。沉积物中各赋存态U含量与Fe、Mn含量均呈正相关关系，表明Fe、Mn对沉积物中U富集有着重要控制作用。地下水中的U主要受到沉积物中可交换态（F1-U）、碳酸盐结合态（F2-U）和铁锰氧化物结合态（F3-U）这三种赋存形态的控制。在山前区，解吸附和氧化溶解作用促进地下水中U的富集；在平原区，含水层中铁锰氧化物还原溶解释放的U在还原环境中被还原为U（IV）再次固定在沉积物中，形成高Fe²⁺低U的地下水。本研究将含水层沉积物地球化学特征与地下水U的迁移富集建立联系，揭示了含水层沉积物铀赋存特征对地下水U富集的影响。

关键词

河套盆地 / 铀 / 含水层沉积物 / 地下水 / 氧化还原过程

基金资助

国家自然科学基金重点项目“碳氮硫循环驱动下地下水典型氧化还原敏感组分转化过程和富集机理(42130509)”