藏東熱曲水化學(xué)特征及物質(zhì)來(lái)源研究

王 明 國(guó)，李 敬 杰，梁 倩

(1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心，河北 保定 071051； 2.鄭州大學(xué) 化學(xué)學(xué)院，河南 鄭州 450001； 3.河南省有色金屬地質(zhì)勘查總院，河南 鄭州 450052)

0 引 言

高原河流是全球水文地球化學(xué)循環(huán)的重要組成部分，是高原物質(zhì)和能量傳輸?shù)闹匾ǖ?，?duì)生態(tài)系統(tǒng)平衡和氣候變化具有重要的指示和調(diào)節(jié)作用[1-3]。河流水化學(xué)特征是水體與巖石、土壤、沉積物、懸浮物、微生物等長(zhǎng)期相互作用的結(jié)果，常用來(lái)研究水化學(xué)過(guò)程、水文循環(huán)及環(huán)境演化等[1，4-8]，進(jìn)而應(yīng)用于水資源管理、生態(tài)保護(hù)規(guī)劃等。熱曲是金沙江橫斷山區(qū)右岸的最大支流，河長(zhǎng)145 km，流域面積5 450 km2。熱曲上游江達(dá)縣青泥洞鄉(xiāng)至貢覺(jué)縣相皮鄉(xiāng)為高原典型畜牧區(qū)，同時(shí)為中國(guó)第二大銅礦玉龍銅礦所在地，下游支流馬曲源自于阿旺鎮(zhèn)，為畜牧及子羊培育區(qū)。近年來(lái)研究人員對(duì)金沙江流域水化學(xué)的研究日益重視，主要集中于金沙江的干流以及下游的部分支流[9-13]，而對(duì)金沙江橫斷山區(qū)主要支流的系統(tǒng)研究鮮見(jiàn)報(bào)道。通過(guò)系統(tǒng)的樣品采集與統(tǒng)計(jì)分析，分析橫斷山區(qū)金沙江重要支流水化學(xué)特征，識(shí)別該區(qū)水化學(xué)演化的控制因素及離子來(lái)源，分析礦業(yè)開(kāi)發(fā)、畜牧養(yǎng)殖及城鎮(zhèn)生活對(duì)水質(zhì)的影響，對(duì)于促進(jìn)流域水資源管理和水質(zhì)安全保障具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

熱曲位于西藏自治區(qū)昌都市東部，源自瑪拉山東麓，南流至貢覺(jué)縣北接納二級(jí)支流馬曲，折向東匯入金沙江。流域主要包括貢覺(jué)縣西部、北部及江達(dá)縣西南部，涉及貢覺(jué)縣縣城、相皮鄉(xiāng)、阿旺鄉(xiāng)及江達(dá)縣青泥洞鄉(xiāng)。流域以牧業(yè)為主，農(nóng)業(yè)為輔，工業(yè)基礎(chǔ)薄弱。青泥桐鄉(xiāng)和阿旺鄉(xiāng)為典型純牧業(yè)鄉(xiāng)，牲畜存欄均在4萬(wàn)頭(只/匹)以上。牲畜以綿羊?yàn)橹鳎笈檩o，孕育了藏東最大的農(nóng)牧品牌阿旺綿羊。

研究區(qū)屬于大陸性高原季風(fēng)氣候，空氣稀薄，年平均氣溫6.5 ℃，晝夜溫差大，年均降雨量480 mm ，雨雪較多。水源補(bǔ)給主要為大氣降水和冰川融水，具有明顯的季節(jié)性，冬春季靠降水(雪)補(bǔ)給，夏秋季靠大氣降水和冰川融水綜合補(bǔ)給。地層屬于羌塘-三江構(gòu)造地層大區(qū)昌都-思茅地層區(qū)江達(dá)-德欣地層分區(qū)，出露第四系、古近系、三疊系、二疊系及石炭系等地層(見(jiàn)圖1)。巖石類型主要為砂巖、灰?guī)r、頁(yè)巖、白云巖、玄武巖、流紋巖、凝灰?guī)r、火山角礫巖及花崗巖等，花崗巖以二長(zhǎng)花崗巖巖體群形式出露。三疊系阿堵拉組(T3a)地層局部含石膏，區(qū)域礦產(chǎn)以銅礦、金礦、鉛鋅礦等為主，玉龍銅礦為區(qū)域規(guī)模最大的金屬礦產(chǎn)。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)及采樣點(diǎn)示意Fig.1 Geology of the study area and distribution of sampling points

2 材料與方法

綜合考慮流域河流走向、農(nóng)牧業(yè)活動(dòng)、城鎮(zhèn)生產(chǎn)生活及地質(zhì)礦產(chǎn)等要素，于2020年9月共采集地表水樣品23組(見(jiàn)圖1)，其中熱曲干流11組，支流馬曲12組，雨水樣品2件。河水樣品采集在水面10 cm以下，24 h內(nèi)用0.45 μm醋酸纖維濾膜過(guò)濾，存儲(chǔ)于500 mL聚乙烯樣品瓶?jī)?nèi)。雨水樣品分別布設(shè)于研究區(qū)北部熱曲干流和南部支流馬曲，采集周期為1 a(2019年9月始)。

利用Excel 2019分析主要離子組成，繪制水化學(xué)離子比值關(guān)系。通過(guò) AquaChem 9繪制 Piper與Schoeller 圖解，分析地表水樣品的水化學(xué)組分和水化學(xué)類型。綜合流域水化學(xué)特征、離子比及圖解，分析流域水化學(xué)控制因素與物質(zhì)來(lái)源，辨別城鎮(zhèn)生活、農(nóng)牧活動(dòng)等對(duì)水質(zhì)的影響。

3 結(jié)果與討論

3.1 主要離子及TDS組成

表1 主要組分分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistics of major ions in surface water

3.2 水化學(xué)類型及分布

圖2 河水Pipper三線圖與主組分箱式圖Fig.2 River piper trilinear chart and main component box diagram

3.3 水化學(xué)組分控制因素分析

3.3.1巖石風(fēng)化溶解

水體自上而下直至匯入金沙江，一直與周?chē)橘|(zhì)發(fā)生物質(zhì)交換。Gibbs圖解常用來(lái)識(shí)別自然水體的水化學(xué)離子組成與演化，判斷水化學(xué)控制因素及程度[17-19]。

圖3 河水Gibbs圖Fig.3 Gibbs plots of the river water

以大氣降水作為基線，將研究區(qū)調(diào)查點(diǎn)投到Ca/Na和TDS的對(duì)數(shù)模型中，可研究大氣環(huán)流及巖石風(fēng)化等對(duì)水化學(xué)組分的控制[20]。在研究區(qū)內(nèi)雨水樣品中，Ca2+、Na+和TDS均值分別為20.92，1.10，119.15 mg/L。由模型顯示熱曲和馬曲地表水主要落在巖石風(fēng)化區(qū)域(見(jiàn)圖4)，主要受巖石風(fēng)化溶解控制。同時(shí)研究區(qū)C(Cl+)/C(Na+)均值為0.18，遠(yuǎn)低于世界海水平均比值(C(Cl+)/C(Na+)= 1.15)[21]，表明大氣環(huán)流所帶海水組分對(duì)流域河水主要離子組分貢獻(xiàn)較小。

圖4 水體Ca-Na-TDS的關(guān)系Fig.4 Relation of the Ca-Na-TDS in water

3.3.2陽(yáng)離子交換吸附

陽(yáng)離子交換吸附發(fā)生于地表水水循環(huán)的全過(guò)程，陽(yáng)離子不斷與水和巖石、沉積物、懸浮物等間遷移轉(zhuǎn)化。研究區(qū)地形切割大、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，為離子交換吸附提供良好條件。

圖5 γ(Na+-Cl-)與2(Ca2++Mg2+)]關(guān)系及氯堿指數(shù)Fig.5 Mg2+)]concentrations and chlor-alkali index

3.3.3人為活動(dòng)影響

3.4 主要離子來(lái)源分析

用C(Si)/C(Na++K+)比值可以指示硅酸鹽巖風(fēng)化程度[9]，比值高于1.7，風(fēng)化產(chǎn)物以高嶺土為主，比值高于3.5，產(chǎn)物主要為鋁礬土。圖6(f)所示(Si濃度由偏硅酸轉(zhuǎn)化)，比值大部分低于1.7，表明風(fēng)化程度較弱，僅形成富陽(yáng)離子的次生礦物，而非高嶺土和鋁礬土，也間接表明硅酸鹽巖風(fēng)化對(duì)流域陽(yáng)離子貢獻(xiàn)小。

圖6 水化學(xué)離子比值相關(guān)性Fig.6 Relation between the ratios of the selected ions of water samples

CaMg(CO3)2(白云石)+ 2CO2+ 2H2O → Ca2++

2NaAlSi3O8(鈉長(zhǎng)石)+ 2CO2+ 11H2O →

4 結(jié) 論