张绪教：河套平原活动构造对原生高砷地下水的影响【2022，QSR】

发布时间：2022-01-17       阅读：2次

“黄河流域生态保护与高质量发展”2019年成为重大国家战略。河套平原位于黄河流域中游，是我国重要的米粮仓之一，但高砷地下水这一严重的水安全问题，影响着当地居民健康。前人从微观机理角度对高砷地下水中砷元素的吸附/解吸、迁移和富集方面开展了大量研究，取得了丰硕的成果，但对高砷地下水形成的宏观地质背景，原生高砷地下水形成过程如何受到活动构造与沉积作用的影响，仍缺乏系统的研究。

针对这一科学问题，我校地球科学与资源学院张绪教教授，指导原水资源与环境学院博士研究生张皓月，在承担河套地区第四纪地质填图及国家自然科学基金“河套盆地第四纪裂陷充填过程及其与周缘山地隆升耦合机制”等项目过程中，通过第四纪地质学与水文地质学的学科交叉研究，较好地解释了砷在地下水中富集前的宏观地质行为：地下水中原始砷来自哪一类岩石或者矿石？岩石中的砷迁移路径是什么？砷的迁移过程受哪些地质因素的控制？砷从岩石中迁移到碎屑沉积物再进入地下水中的动力来源是什么？文章从地表过程和活动断裂的角度，对河套盆地高砷地下水的分布规律进行了探讨。取得如下新认识：

1、来自阴山西段狼山造山带山前的短轴物源是河套平原砷的主要来源。在晚更新世50 ~ 20 ka B.P.期间，狼山山前构造运动强烈，地壳差异隆升导致狼山侵蚀速率加大；加上狼山的含砷矿床相对于东部色尔腾山更加富集，因此，使狼山山前冲洪积扇和前陆盆地风化碎屑物中砷的背景值增高。

2、活动断裂及地震对河套盆地高砷地下水的形成及富集起到了重要的控制作用，时代越新的构造活动（古地震事件）带对应于含砷越高的地下水富集带。构造活动在山前不断叠加含砷的基岩风化碎屑物并增加有机物的活性，使得更多的砷从沉积物释放到地下水中，因而在狼山南部杭锦后旗地区高砷地下水呈带状富集。

3、强烈地震活动区的高砷地下水富集，并不符合“地下水中砷含量随沉积物年龄由新到老逐渐衰减”的规律。河套平原东部的五原地区，由于陆相盆地中存在隐伏发震断裂，构造地震致使水-岩相互作用加强，深部沉积物中的砷加速溶解进入深层地下水中，并沿着地震裂隙迅速向上迁移，在浅部形成高砷地下水的同时，在恢复承压的含水层中也仍有大量砷的保留。因此，在垂向上并未表现出“砷随深度（沉积物年龄）增大而减小”的趋势。

图1 高砷在物源与内外力地质作用下的迁移过程模式图

上述研究成果发表在国际著名第四纪地质学期刊《Quaternary Science Reviews》上：Zhang, H. Y., Zhang, X. J.*, Liu, W. B., et al. (2022). Impacts of active tectonics on geogenic arsenic enrichment in groundwater in the Hetao Plain, Inner Mongolia.Quaternary Science Reviews, 278: 107343. [IF2020=4.112]

全文链接: https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2021.107343