鄱阳湖滨湖区浅层地下水镉元素分布特征及成因分析

钟秋娟，肖 兴，汪 凡，谢振东

（1. 江西省地质灾害应急中心 ，江西·南昌 330025；2. 江西省地质调查研究院，江西·南昌 330030 ）

鄱阳湖滨湖区浅层地下水镉元素分布特征及成因分析

钟秋娟1，肖 兴2，汪 凡2，谢振东2

（1. 江西省地质灾害应急中心 ，江西·南昌 330025；2. 江西省地质调查研究院，江西·南昌 330030 ）

通过对鄱阳湖滨湖区浅层地下水1104个样品分析，查明浅层地下水中Cd元素的分布特征。结果显示鄱阳湖滨湖区浅层地下水中Cd元素含量在未检出～39.6µg/L之间，均值为0.14µg/L。浅层地下水Cd元素含量存在南高北低的现象，在北部德安—都昌一带存在Cd的低地球化学背景区，而在南部丰城—进贤—乐平一线呈现Cd的高地球化学背景带，此外沿赣江、信江和饶河河谷区以及五河入湖三角洲松散堆积物区出现了浅层地下水的Cd富集。鄱阳湖滨湖区Cd元素的富集与地质背景环境、Cd元素的元素习性以及工业废水的排放均有一定的关系。

水文地球化学；浅层地下水；镉元素；鄱阳湖滨湖区

镉（Cd）系ⅡB族元素，自然界主要以硫化物形式存在，与铅、锌、铜等矿物相伴生。镉的用途非常广，广泛应用在电镀、冶金、化工、军工和农药化肥等领域。镉是对人体有害的化学元素之一，过量摄入会干扰和降低人体所需锌的酶生物活性和生理功能。镉污染易使人患上糖尿病、动脉性胃萎缩、慢性球体肾炎，并诱发食道癌、肝癌、胃癌和大肠癌等[1]。上世纪中期日本富士县神川通流域，由于镉污染导致人体镉中毒，暴发“骨痛病”[2]。浅层地下水是鄱阳湖滨湖区重要的地下水饮用水源，20世纪80年代，曾对鄱阳湖地区的地下水进行过环境背景调查，基本查明Cd、Mn、Cu等元素的环境背景值[3～5]，研究了地下水环境背景条件[6～8]，并对地下水开发利用进行了区划[9]。本次工作通过进一步研究该地区的浅层地下水中Cd元素的分布特征并分析其成因，为Cd元素地下水污染防治工作提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

鄱阳湖滨湖区为江西省赣江、抚河、信江、饶河、修水五大河的七个水文控制站点之下，所有流入鄱阳湖的河流汇水区域总面积约2.35万km2。鄱阳湖滨湖区涉及九江县、湖口县、星子县、南昌县、南昌市、新建县、鄱阳县、乐平市、进贤县、余干县、安义县、丰城市和樟树市等十三个县市。赣江、抚河、信江、饶河、修水五大水系均在调查区汇入鄱阳湖，年平均径流量为1457亿m3。地下水年总资源量47.06亿m3，其中裂隙及岩溶水占69.70%。

1.2 样品采集与测试分析方法

浅层地下水地球化学调查采用网格化均匀采样的技术方法，采样密度根据调查区地形地貌类型确定，平原区为1个点/16km2、丘陵区为1个点/32km2、山区为1个点/64km2。根据区内水文地质特征，地下水样品主要采集松散岩类孔隙水和碎屑岩类孔隙裂隙水，碳酸盐岩类溶洞水和基岩类裂隙水次之。为保证样品的质量，采集地点注意选择受地表降水影响小、对地表降水反应较慢、水质清澈、水温较恒定且居民普遍取水的含水层水井，同时注意距地表水补给源（河道等）的距离应大于100m。采样选择水位稳定时期进行，平行样与原样同时采集。滨湖区共采集浅层地下水1104件，采集时间为2006年，样点分布情况见图1。Cd元素分析方法为无火焰原子吸收法，分析方法检出限为

0.001 µg/L，元素报出率为98.52%。样品测试分析单位为国土资源部南昌矿产品质量检测中心。

图1 鄱阳湖滨湖区浅层地下水样点位分布Fig.1 Shallow groundwater samples district location in the lakeside area of Poyang Lake

2 结果与讨论

2.1 浅层地下水中Cd元素地球化学参数特征

按所处地质单元等特征，将调查区浅层地下水统计单元按地质背景条件划分为：松散堆积物区、碎屑岩区、碳酸岩区、岩浆岩区和变质岩区5个统计单元；各单元地表水和浅层地下水中各元素含量的最大值、最小值，算术平均值、标准离差、变异系数等特征值。

滨湖区浅层地下水中Cd平均含量0.14µg/L、标准离差1.24、变异系数8.66（表1）。最高含量值出现在变质岩区39.6µg/L，最小含量值出现在碎屑岩区，未检出Cd元素。变质岩区的地下水平均浓度为0.18µg/L，变异系数最大值出现在变质岩区，变异系数可达11.5，最小出现在碳酸盐岩区，为1.16。

表1 鄱阳湖滨湖区浅层地下水Cd元素地球化学特征参数Table 1 Groundwater geochemistry parameters of Cd in shallow groundwater of the lakeside area in Poyang Lake

2.2 浅层地下水体中Cd元素空间分布

滨湖区浅层地下水Cd元素含量存在南高北低现象（图2），在北部德安—都昌一带存在浅层地下水Cd的低地球化学背景区，浓度含量一般在0.022～0.079µg/L，在鄱阳、星子和湖口等地局部聚集的高异常点分布。而在南部在丰城—进贤—乐平一线呈现北东东Cd的高地球化学背景带，带宽80～150km，浓度值在0.055～0.333µg/L，局部聚集。

沿赣江、信江和饶河河谷松散堆积物区浅层地下水Cd局部聚集明显，含量大于0.08µg/L；而同时在赣江、信江、饶河和修河的在入湖三角洲冲积平原区也出现了较大范围的Cd富集，Cd一般含量大于0.1µg/L，最高含量为0.76µg/L。此外在南昌市和丰城市出现浅层地下水Cd元素富集，含量一般大于0.143µg/L。

2.3 元素相关性分析

已有的研究表明，镉元素的形成富集与有机质和酸碱度有关，在酸性介质中和氧化条件下，镉多呈稳定的离子状态有利于迁移[8]。根据元素的相关性分析，鄱阳湖滨湖区Cd元素与pH值呈负相关关系，相关系数为-0.140。与其他元素Mn、Ni和Zn呈正相关关系，相关系数为0.347、0.238和0.164（图3）。

2.4 浅层地下水体中Cd元素来源分析

图2 鄱阳湖滨湖区浅层地下水中镉元素地球化学分布Fig.2 Shallow groundwater district of cadmium in the lakeside area of Poyang Lake

图3 鄱阳湖滨湖区地下水中Cd元素与pH及Mn、Ni、Zn元素相关关系Fig.3 The correlation between Cd element and pH, Mn, Ni and Zn in groundwater of the lakeside area in Poyang Lake

滨湖区早古生代地层区浅层地下水中Cd一般含量为0.04～0.08µg/L，在早寒武世碳硅质岩发育区出现Cd的局部聚集，最高含量达3.14µg/L。晚古生代地层区浅层地下水中Cd一般含量为0.05～0.1µg/L，在煤岩分布区最高达0.73µg/L。元古代变质岩地层区浅层地下水中Cd一般含量为0.02～0.08µg/L，在新元古代变质岩发育区出现Cd的局部聚集，最高含量达0.53µg/L。元古代地层岩石中镉含量为0.53mg/kg，早古生代地层岩石镉平均含量2.07mg/kg，晚古生代地层岩石为2.13mg/kg。因此上述地下水地球化学背景的特征反映了基岩含镉水平，两者存在一定的因果关系。

在丰城、樟树等市区浅层地下水中Cd含量大于0.1µg/ L，最高含量达3.63µg/L（丰城），表现出Cd的聚集；地表水中Cd一般含量为0.08～0.1µg/L，聚集现象不明显，为Cd的高地球化学背景。丰城市是以煤为主的矿业城市，镉主要来源于煤矿企业废水。而在南昌市周边地区Cd的高背景则与该地区化工、冶金等工业制造业废水排放相关。

3 结论

（1）鄱阳湖滨湖区浅层地下水中Cd平均含量0.14µg/ L、标准离差1.24、变异系数8.66。最高含量值出现在变质岩区39.6µg/L，最小含量值出现在碎屑岩区，未检出Cd元素。变质岩区的地下水平均浓度为0.18µg/L，变异系数最大值出现在变质岩区，变异系数可达11.5，最小出现在碳酸盐岩区，为1.16。

（2）鄱阳湖滨湖区浅层地下水Cd元素空间分布存在南高北低的现象，在北部德安—都昌一带存在浅层地下水Cd的低地球化学背景区，而在南部丰城—进贤—乐平一线呈现北东东向带宽80～150km的Cd高地球化学背景带。沿赣江、信江和饶河河谷区以及赣江、信江、饶河和修河入湖三角洲松散堆积物区也出现了较大范围的Cd富集，Cd一般含量大于0.1µg/L，最高含量为0.76µg/L。此外在南昌市和丰城市出现浅层地下水Cd元素富集，含量一般大于0.143µg/L。

（3）滨湖区早古生代早寒武世碳硅质岩发育区、晚古生代地层区煤岩分布区、元古代变质岩地层区和新元古代变质岩发育区浅层地下水出现Cd高背景与基岩含镉水平存在关系。鄱阳湖滨湖区Cd元素与pH值呈负相关关系，与其他元素Mn、Ni和Zn呈正相关关系。

（4）在丰城、樟树等市区浅层地下水中Cd元素高背景与该市以煤为主的矿业城市有关，而在南昌市周边地区Cd的高背景则与该地区化工、冶金等工业制造业废水排放存在一定的关系。

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Cadmium distribution characteristics and causes of shallow groundwater in lakeside area of Poyang Lake

ZHONG Qiu-Juan1, XIAO Xing2, WANG Fan2, XIE Zhen-Dong2
(1. Jiangxi Geological Hazard Emergency Center, Jiangxi Nanchang 330025, China; 2. Jiangxi Institute of Geological Survey, Jiangxi Nanchang 330030, China)

Through the Cd element analysis of 1104 samples of shallow groundwater in the lakeside area of Poyang Lake, to identify the distribution of Cd in shallow groundwater, results show that the Cd element content is between undetectable and 39.6 μg/L, with a mean of 0.14 μg/L. The content of Cd in shallow groundwater in the north is lower than in the south; in the northern Dean-Duchang area, a low geochemical background area exists, but in the south, the Fengcheng-Jinxian-Leping line exhibits a high Cd content. Furthermore, the groundwater enrichment of Cd along the Ganjiang River, Xinjiang River, and the Rao River valley area and delta show that loose deposits from the five rivers are deposited into the lake. The geological background, Cd habits, and emissions of industrial waste water have a relationship with the phenomenon of Cd element enrichment in the lakeside area of Poyang Lake.

hydro-geochemistry; shallow groundwater; cadmium; lakeside area of Poyang Lake

P641.3

：A

：2095-1329(2017)02-0046-03

10.3969/j.issn.2095-1329.2017.02.012

2017-02-26

修回日期: 2017-03-21

钟秋娟(1969-),女,学士,高级工程师,主要从事水文环境化学及地质灾害防治研究.

电子邮箱: 1804571503@qq.com

联系电话: 0791-86717338

中国地质调查局地质调查项目“江

西省鄱阳湖及周边经济区农业地质调查”