藏东热曲水化学特征及物质来源研究

2023-03-06王明国，李敬杰，梁倩

人民长江 2023年2期

王明国，李敬杰，梁倩

(1.中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，河北保定 071051； 2.郑州大学化学学院，河南郑州 450001； 3.河南省有色金属地质勘查总院，河南郑州 450052)

0 引言

高原河流是全球水文地球化学循环的重要组成部分，是高原物质和能量传输的重要通道，对生态系统平衡和气候变化具有重要的指示和调节作用[1-3]。河流水化学特征是水体与岩石、土壤、沉积物、悬浮物、微生物等长期相互作用的结果，常用来研究水化学过程、水文循环及环境演化等[1，4-8]，进而应用于水资源管理、生态保护规划等。热曲是金沙江横断山区右岸的最大支流，河长145 km，流域面积5 450 km2。热曲上游江达县青泥洞乡至贡觉县相皮乡为高原典型畜牧区，同时为中国第二大铜矿玉龙铜矿所在地，下游支流马曲源自于阿旺镇，为畜牧及子羊培育区。近年来研究人员对金沙江流域水化学的研究日益重视，主要集中于金沙江的干流以及下游的部分支流[9-13]，而对金沙江横断山区主要支流的系统研究鲜见报道。通过系统的样品采集与统计分析，分析横断山区金沙江重要支流水化学特征，识别该区水化学演化的控制因素及离子来源，分析矿业开发、畜牧养殖及城镇生活对水质的影响，对于促进流域水资源管理和水质安全保障具有重要意义。

1 研究区概况

热曲位于西藏自治区昌都市东部，源自玛拉山东麓，南流至贡觉县北接纳二级支流马曲，折向东汇入金沙江。流域主要包括贡觉县西部、北部及江达县西南部，涉及贡觉县县城、相皮乡、阿旺乡及江达县青泥洞乡。流域以牧业为主，农业为辅，工业基础薄弱。青泥桐乡和阿旺乡为典型纯牧业乡，牲畜存栏均在4万头(只/匹)以上。牲畜以绵羊为主，牦牛为辅，孕育了藏东最大的农牧品牌阿旺绵羊。

研究区属于大陆性高原季风气候，空气稀薄，年平均气温6.5 ℃，昼夜温差大，年均降雨量480 mm ，雨雪较多。水源补给主要为大气降水和冰川融水，具有明显的季节性，冬春季靠降水(雪)补给，夏秋季靠大气降水和冰川融水综合补给。地层属于羌塘-三江构造地层大区昌都-思茅地层区江达-德欣地层分区，出露第四系、古近系、三叠系、二叠系及石炭系等地层(见图1)。岩石类型主要为砂岩、灰岩、页岩、白云岩、玄武岩、流纹岩、凝灰岩、火山角砾岩及花岗岩等，花岗岩以二长花岗岩岩体群形式出露。三叠系阿堵拉组(T3a)地层局部含石膏，区域矿产以铜矿、金矿、铅锌矿等为主，玉龙铜矿为区域规模最大的金属矿产。

图1 研究区地质及采样点示意Fig.1 Geology of the study area and distribution of sampling points

2 材料与方法

综合考虑流域河流走向、农牧业活动、城镇生产生活及地质矿产等要素，于2020年9月共采集地表水样品23组(见图1)，其中热曲干流11组，支流马曲12组，雨水样品2件。河水样品采集在水面10 cm以下，24 h内用0.45 μm醋酸纤维滤膜过滤，存储于500 mL聚乙烯样品瓶内。雨水样品分别布设于研究区北部热曲干流和南部支流马曲，采集周期为1 a(2019年9月始)。

利用Excel 2019分析主要离子组成，绘制水化学离子比值关系。通过 AquaChem 9绘制 Piper与Schoeller 图解，分析地表水样品的水化学组分和水化学类型。综合流域水化学特征、离子比及图解，分析流域水化学控制因素与物质来源，辨别城镇生活、农牧活动等对水质的影响。

3 结果与讨论

3.1 主要离子及TDS组成

表1 主要组分分析结果统计Tab.1 Statistics of major ions in surface water

3.2 水化学类型及分布

图2 河水Pipper三线图与主组分箱式图Fig.2 River piper trilinear chart and main component box diagram

3.3 水化学组分控制因素分析

3.3.1岩石风化溶解

水体自上而下直至汇入金沙江，一直与周围介质发生物质交换。Gibbs图解常用来识别自然水体的水化学离子组成与演化，判断水化学控制因素及程度[17-19]。

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

以大气降水作为基线，将研究区调查点投到Ca/Na和TDS的对数模型中，可研究大气环流及岩石风化等对水化学组分的控制[20]。在研究区内雨水样品中，Ca2+、Na+和TDS均值分别为20.92，1.10，119.15 mg/L。由模型显示热曲和马曲地表水主要落在岩石风化区域(见图4)，主要受岩石风化溶解控制。同时研究区C(Cl+)/C(Na+)均值为0.18，远低于世界海水平均比值(C(Cl+)/C(Na+)= 1.15)[21]，表明大气环流所带海水组分对流域河水主要离子组分贡献较小。

图4 水体Ca-Na-TDS的关系Fig.4 Relation of the Ca-Na-TDS in water

3.3.2阳离子交换吸附

阳离子交换吸附发生于地表水水循环的全过程，阳离子不断与水和岩石、沉积物、悬浮物等间迁移转化。研究区地形切割大、地质构造复杂，为离子交换吸附提供良好条件。

图5 γ(Na+-Cl-)与2(Ca2++Mg2+)]关系及氯碱指数Fig.5 Mg2+)]concentrations and chlor-alkali index

3.3.3人为活动影响

3.4 主要离子来源分析

用C(Si)/C(Na++K+)比值可以指示硅酸盐岩风化程度[9]，比值高于1.7，风化产物以高岭土为主，比值高于3.5，产物主要为铝矾土。图6(f)所示(Si浓度由偏硅酸转化)，比值大部分低于1.7，表明风化程度较弱，仅形成富阳离子的次生矿物，而非高岭土和铝矾土，也间接表明硅酸盐岩风化对流域阳离子贡献小。