鄱陽湖濱湖區淺層地下水鎘元素分布特征及成因分析

鐘秋娟，肖 興，汪 凡，謝振東

（1. 江西省地質災害應急中心 ，江西·南昌 330025；2. 江西省地質調查研究院，江西·南昌 330030 ）

鄱陽湖濱湖區淺層地下水鎘元素分布特征及成因分析

鐘秋娟1，肖 興2，汪 凡2，謝振東2

（1. 江西省地質災害應急中心 ，江西·南昌 330025；2. 江西省地質調查研究院，江西·南昌 330030 ）

通過對鄱陽湖濱湖區淺層地下水1104個樣品分析，查明淺層地下水中Cd元素的分布特征。結果顯示鄱陽湖濱湖區淺層地下水中Cd元素含量在未檢出～39.6μg/L之間，均值為0.14μg/L。淺層地下水Cd元素含量存在南高北低的現象，在北部德安—都昌一帶存在Cd的低地球化學背景區，而在南部豐城—進賢—樂平一線呈現Cd的高地球化學背景帶，此外沿贛江、信江和饒河河谷區以及五河入湖三角洲松散堆積物區出現了淺層地下水的Cd富集。鄱陽湖濱湖區Cd元素的富集與地質背景環境、Cd元素的元素習性以及工業廢水的排放均有一定的關系。

水文地球化學；淺層地下水；鎘元素；鄱陽湖濱湖區

鎘（Cd）系ⅡB族元素，自然界主要以硫化物形式存在，與鉛、鋅、銅等礦物相伴生。鎘的用途非常廣，廣泛應用在電鍍、冶金、化工、軍工和農藥化肥等領域。鎘是對人體有害的化學元素之一，過量攝入會干擾和降低人體所需鋅的酶生物活性和生理功能。鎘污染易使人患上糖尿病、動脈性胃萎縮、慢性球體腎炎，并誘發食道癌、肝癌、胃癌和大腸癌等[1]。上世紀中期日本富士縣神川通流域，由于鎘污染導致人體鎘中毒，暴發“骨痛病”[2]。淺層地下水是鄱陽湖濱湖區重要的地下水飲用水源，20世紀80年代，曾對鄱陽湖地區的地下水進行過環境背景調查，基本查明Cd、Mn、Cu等元素的環境背景值[3～5]，研究了地下水環境背景條件[6～8]，并對地下水開發利用進行了區劃[9]。本次工作通過進一步研究該地區的淺層地下水中Cd元素的分布特征并分析其成因，為Cd元素地下水污染防治工作提供依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

鄱陽湖濱湖區為江西省贛江、撫河、信江、饒河、修水五大河的七個水文控制站點之下，所有流入鄱陽湖的河流匯水區域總面積約2.35萬km2。鄱陽湖濱湖區涉及九江縣、湖口縣、星子縣、南昌縣、南昌市、新建縣、鄱陽縣、樂平市、進賢縣、余干縣、安義縣、豐城市和樟樹市等十三個縣市。贛江、撫河、信江、饒河、修水五大水系均在調查區匯入鄱陽湖，年平均徑流量為1457億m3。地下水年總資源量47.06億m3，其中裂隙及巖溶水占69.70%。

1.2 樣品采集與測試分析方法

淺層地下水地球化學調查采用網格化均勻采樣的技術方法，采樣密度根據調查區地形地貌類型確定，平原區為1個點/16km2、丘陵區為1個點/32km2、山區為1個點/64km2。根據區內水文地質特征，地下水樣品主要采集松散巖類孔隙水和碎屑巖類孔隙裂隙水，碳酸鹽巖類溶洞水和基巖類裂隙水次之。為保證樣品的質量，采集地點注意選擇受地表降水影響小、對地表降水反應較慢、水質清澈、水溫較恒定且居民普遍取水的含水層水井，同時注意距地表水補給源（河道等）的距離應大于100m。采樣選擇水位穩定時期進行，平行樣與原樣同時采集。濱湖區共采集淺層地下水1104件，采集時間為2006年，樣點分布情況見圖1。Cd元素分析方法為無火焰原子吸收法，分析方法檢出限為

0.001 μg/L，元素報出率為98.52%。樣品測試分析單位為國土資源部南昌礦產品質量檢測中心。

圖1 鄱陽湖濱湖區淺層地下水樣點位分布Fig.1 Shallow groundwater samples district location in the lakeside area of Poyang Lake

2 結果與討論

2.1 淺層地下水中Cd元素地球化學參數特征

按所處地質單元等特征，將調查區淺層地下水統計單元按地質背景條件劃分為：松散堆積物區、碎屑巖區、碳酸巖區、巖漿巖區和變質巖區5個統計單元；各單元地表水和淺層地下水中各元素含量的最大值、最小值，算術平均值、標準離差、變異系數等特征值。

濱湖區淺層地下水中Cd平均含量0.14μg/L、標準離差1.24、變異系數8.66（表1）。最高含量值出現在變質巖區39.6μg/L，最小含量值出現在碎屑巖區，未檢出Cd元素。變質巖區的地下水平均濃度為0.18μg/L，變異系數最大值出現在變質巖區，變異系數可達11.5，最小出現在碳酸鹽巖區，為1.16。

表1 鄱陽湖濱湖區淺層地下水Cd元素地球化學特征參數Table 1 Groundwater geochemistry parameters of Cd in shallow groundwater of the lakeside area in Poyang Lake

2.2 淺層地下水體中Cd元素空間分布

濱湖區淺層地下水Cd元素含量存在南高北低現象（圖2），在北部德安—都昌一帶存在淺層地下水Cd的低地球化學背景區，濃度含量一般在0.022～0.079μg/L，在鄱陽、星子和湖口等地局部聚集的高異常點分布。而在南部在豐城—進賢—樂平一線呈現北東東Cd的高地球化學背景帶，帶寬80～150km，濃度值在0.055～0.333μg/L，局部聚集。

沿贛江、信江和饒河河谷松散堆積物區淺層地下水Cd局部聚集明顯，含量大于0.08μg/L；而同時在贛江、信江、饒河和修河的在入湖三角洲沖積平原區也出現了較大范圍的Cd富集，Cd一般含量大于0.1μg/L，最高含量為0.76μg/L。此外在南昌市和豐城市出現淺層地下水Cd元素富集，含量一般大于0.143μg/L。

2.3 元素相關性分析

已有的研究表明，鎘元素的形成富集與有機質和酸堿度有關，在酸性介質中和氧化條件下，鎘多呈穩定的離子狀態有利于遷移[8]。根據元素的相關性分析，鄱陽湖濱湖區Cd元素與pH值呈負相關關系，相關系數為-0.140。與其他元素Mn、Ni和Zn呈正相關關系，相關系數為0.347、0.238和0.164（圖3）。

2.4 淺層地下水體中Cd元素來源分析

圖2 鄱陽湖濱湖區淺層地下水中鎘元素地球化學分布Fig.2 Shallow groundwater district of cadmium in the lakeside area of Poyang Lake

圖3 鄱陽湖濱湖區地下水中Cd元素與pH及Mn、Ni、Zn元素相關關系Fig.3 The correlation between Cd element and pH, Mn, Ni and Zn in groundwater of the lakeside area in Poyang Lake

濱湖區早古生代地層區淺層地下水中Cd一般含量為0.04～0.08μg/L，在早寒武世碳硅質巖發育區出現Cd的局部聚集，最高含量達3.14μg/L。晚古生代地層區淺層地下水中Cd一般含量為0.05～0.1μg/L，在煤巖分布區最高達0.73μg/L。元古代變質巖地層區淺層地下水中Cd一般含量為0.02～0.08μg/L，在新元古代變質巖發育區出現Cd的局部聚集，最高含量達0.53μg/L。元古代地層巖石中鎘含量為0.53mg/kg，早古生代地層巖石鎘平均含量2.07mg/kg，晚古生代地層巖石為2.13mg/kg。因此上述地下水地球化學背景的特征反映了基巖含鎘水平，兩者存在一定的因果關系。

在豐城、樟樹等市區淺層地下水中Cd含量大于0.1μg/ L，最高含量達3.63μg/L（豐城），表現出Cd的聚集；地表水中Cd一般含量為0.08～0.1μg/L，聚集現象不明顯，為Cd的高地球化學背景。豐城市是以煤為主的礦業城市，鎘主要來源于煤礦企業廢水。而在南昌市周邊地區Cd的高背景則與該地區化工、冶金等工業制造業廢水排放相關。

3 結論

（1）鄱陽湖濱湖區淺層地下水中Cd平均含量0.14μg/ L、標準離差1.24、變異系數8.66。最高含量值出現在變質巖區39.6μg/L，最小含量值出現在碎屑巖區，未檢出Cd元素。變質巖區的地下水平均濃度為0.18μg/L，變異系數最大值出現在變質巖區，變異系數可達11.5，最小出現在碳酸鹽巖區，為1.16。

（2）鄱陽湖濱湖區淺層地下水Cd元素空間分布存在南高北低的現象，在北部德安—都昌一帶存在淺層地下水Cd的低地球化學背景區，而在南部豐城—進賢—樂平一線呈現北東東向帶寬80～150km的Cd高地球化學背景帶。沿贛江、信江和饒河河谷區以及贛江、信江、饒河和修河入湖三角洲松散堆積物區也出現了較大范圍的Cd富集，Cd一般含量大于0.1μg/L，最高含量為0.76μg/L。此外在南昌市和豐城市出現淺層地下水Cd元素富集，含量一般大于0.143μg/L。

（3）濱湖區早古生代早寒武世碳硅質巖發育區、晚古生代地層區煤巖分布區、元古代變質巖地層區和新元古代變質巖發育區淺層地下水出現Cd高背景與基巖含鎘水平存在關系。鄱陽湖濱湖區Cd元素與pH值呈負相關關系，與其他元素Mn、Ni和Zn呈正相關關系。

（4）在豐城、樟樹等市區淺層地下水中Cd元素高背景與該市以煤為主的礦業城市有關，而在南昌市周邊地區Cd的高背景則與該地區化工、冶金等工業制造業廢水排放存在一定的關系。

References)

[1] 耿福明,薛聯青,陸桂華,等. 飲用水源水質健康危害的風險度評價[J]. 水利學報,2006,37(10):1242-1245. Geng F M, Xue L Q, Lu G H, et al. Water quality health-hazard risk assessment on drinking water supply sources[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2006,37(10):1242-1245.

[2] 黃寶圣. 鎘的生物毒性及其防治策略[J]. 生物學通報,2005,40 (11):26-28. Huang B S. The biochemical toxicity of cadmium and the tactics of prevention and cure[J]. Bulletin of Biology, 2005,40(11):26-28.

[3] 曾昭華. 長江中下游地區地下水中化學元素的背景特征及形成[J]. 地質學報,1996,70(3):262-269. Zeng Z H. The background features and formation of chemical elements of groundwater in the area of the middle and lower beaches of the Yangtze River[J]. Acta Geologica Sinica, 1996,70(3):262-269.

[4] 曾昭華. 長江中下游地區地下水中Mn元素的背景特征及其形成[J]. 上海地質,2004,25(1):9-12. Zeng Z H. The background characteristics and formation of Mn element of groundwater in the area of the middle and lower beaches of the Yangtze River[J]. Shanghai Geology, 2004,25(1):9-12.

[5] 曾昭華. 長江中下游地區地下水親銅元素的形成及其分布規律[J]. 水文地質工程地質,1994,21(6):43-47. Zeng Z H. The formation and distribution of intimate Cu elements of the groundwater in the lower-middle reaches area of Yangtze River[J]. Hydrogeology & Engineering Geology, 1994,21(6):43-47.

[6] 劉細元. 江西省九江市規劃區地下水特征及其環境評價[J]. 上海地質,2007,28(4):28-32. Liu X Y. Jiangxi province Jiujiang city plan area ground water characteristic and its environment appraisal[J]. Shanghai Geology, 2007,28(4):28-32.

[7] 劉細元,吳亮,衷存堤,等. 江西省新余市地下水系統防污性能評價[J]. 上海地質,2006,27(3):10-14. Liu X Y, Wu L, Zhong C D, et al. Countermeasure contamination function assessment of groundwater systems in Xinyu city, Jiangxi province[J]. Shanghai Geology, 2006,27(3):10-14.

[8] 曾昭華,丁漢文. 江西省鄱陽湖地區地下水環境背景的形成[J].水文地質工程地質,1990,17(4):36-39,45. Zeng Z H, Ding H W. The formation of groundwater environment in the area of Poyang lake Jiangxi province[J]. Hydrogeology & Engineering Geology, 1990,17(4):36-39,45.

[9] 曾昭華. 江西省鄱陽湖地區地下水資源的開發利用分區[J]. 江西地質科技, 1997,24(4):188-191. Zeng Z H. Regionalization of Poyang lake area Jiangxi for a rational exploitation and utilization of groundwater resources[J]. Geological Science and Technology of Jiangxi, 1997,24(4):188-191.

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

鐘秋娟(1969-),女,學士,高級工程師,主要從事水文環境化學及地質災害防治研究.

電子郵箱: 1804571503@qq.com

聯系電話: 0791-86717338

中國地質調查局地質調查項目“江

西省鄱陽湖及周邊經濟區農業地質調查”