不同比例尺地质填图中水地球化学调查的方法学问题
现在,水地球化学填图的最终目的,是获取制定和实施水源保护、合理利用水质管理措施所必需的有关地下水化学成分及其变化信息。
1:100万水地球化学调查的主要任务,是研究相当大面积内地下水的水地球化学背景,郎查明在未被人类活动所破坏和轻微破坏条件下地下水的状态。在这些条件下,水地球化学状态的破坏,通常是由自然条件的全球变化,或者溯际的大气圈物质搬运作用造成的。后者的表现形式是工业群的烟气排故, 及由核试验或核事故生成放射性云。
研究填地域的水地球化学专属性(特性),确定该地域属于何种水地球化学省,具有特别的重要性。如果水地球化学省的规模与填图幅的面积相当,就需要在几个测量图幅的范围内将水地球化学省勾画反映出来。
与B.H.维尔纳茨基、A.Ⅱ.维诺格拉多夫、B.B科瓦尔斯基等论述生物地球化学省的研究方法及其在生物演化中作用的著作相比,在一些论著中被广泛使用着的水地球化学省的概念已不大相同了。以活动态化学元素的丰或亏来表征的地下淡水中常规元素的水地球化学省的概念,是地质生态调查的科学基础之一。从日益加尉的生态问题来看,水地球化学省的概念需要作进一步的科学论证和发展,而在此基础上对国土进行区划的实践前提,又与有无地下水宏量和微量成分的实际资料密切相关。
饮用水的化学元素和化学组分对人类健康的有害影响,主要是通过下述地球化学指标表现出来的,如与正常值相比偏高的浓度;独特的赋存形式和因之对有机体的特殊影响(NO3-、NO2-、NI-Ig、N墙、S2一、s磺一、 So等等);一些元素浓度百分比的特殊性,如Sr/Ca;某些天然同位素和人工同位素的放射性偏高。
在地质工作实施之中,积累了大量有关水、土壤、岩石、矿石、天然气和石油的实际资料 在地质测量、普查、勘探和常规水文地质工作中,详细程度不等地研究了地下水的化学成分。此外,三十多年来在原苏联各种各样的景观气候带内进行了以普查固体矿产为目标的水地球化学调查,大量测定了水中的化学元素。各个科学单位拥有关于水中微量元素含量和元素赋存形式的广泛资料。测定水的微量组分的分析基地,拥有以不同方法做成组元素预富集的光谱分析、比色分析以及较小程度上还有荧光分析、极谱分析、原子吸收分析、活化分析等分析手段,对许多种元素的分析灵敏度可以查明水中元素克拉克值水平的含量现在,已知有一些地下水中铁、锰、氟、、镀、锶的背景浓度偏高,接近极限允许浓度的水地球化学省。同时,它们的发育面积和轮廓需要精确圈定,这一问题用I:
100万的测量可充分地解决。区域水地球化学的成就使我们可以在已积累的实际资料的基础上进行区划。对数量足够大的元素和组分,根据其偏高浓度,而对亏缺元素和组分,剐根据其偏低浓度,并考虑它们在具体水文地质条件下的赋存形式,以及具有医学一生物学意义的配对元素比值特点.来划分饮用地下水的水地球化学省。
以找矿为目的的水地球化学调查有很高的详细程度,而且已拥有普查地质测量和水文地质工作的成果,这都使我们有可能在水地球化学省的范围内,在各个情况下查明饮用水中常规元素含量偏高(与极限允许浓度相比)的具体地段。倒如,根据在天山和克奇尔库姆沙漠(乌兹别克共和国)远景开发区进行的水地球化学普查结果,查明了一些许多有毒元素(Be、F、Se、 等)含量偏高的地下水和地表水分布地段,它们的存在将给相应地区的饮用水供给造成一定困难,在国土开发的规划研究中应考虑这些情况。
从地质生态的观点来看,查明水地球化学省的分布规律,针对范围宽广的~ 套化学元素作水地球化学省的填图,具有很大实际意义。在人类活动对景观和含水层的影响日益加剧的条件下,在组织地下水荷染监控工作时。以及对地下水质量变化作运景预测时,这种填图工作的意义尤其重大。显然,这些工作最好不是按各个图幅进行,丽是按一个广阔的统一于高级次地质一构造单位的地域来进行,并且要在已有实际资料的全面研究和用野外采样补充资料的基础上进行。
1:20万水地球化学调查的基本任务.是研究足够广阔面积(区域)内在已遭破坏的情况下地下水的化学成分。在图上应该反映出叠加于天然水化学省之上的人为活动的载荷,即面状、线状和足够大的点状污染源。
1:5万水地球化学调查,是要查明主要在局部地段发生的、由点污染源引起的地下水化学成分的变化,其发生条件是水动力和水地球化学动态的急剧破坏和人为成因的影响强度很大— — 工业、牧业和其他企业及采矿区段的密集。地下水的开采,原料、废料、垃圾的积存等等。
由此我们认为,完全有必要对下水的有氧条件,最主要的还是对由人为活动引起的地下水无氧条件进行填图。倒如,由富含有机物的污水向土层中渗透丽造成的无氧条件就是这种情况。介质的无氧性是厌氧微生物生命活动的主要条件,这类微生物促使诸如硫酸盐还原作用、脱氮作用、有机物改造作用等过程的进行,其最终结果是产生气体,包括有毒气体硫化氢、氮氧化物、氨气、甲烷及其同系物、二氧化碳、氢气等。这些、气体在地下水中的出现,会引起明显的地球化学和生态学后果。
在实施以地质生态为目标的各种比倒尺的水地球化学工作时,重要的是要有目的选定一套指标,以便能以表征所研究的那部分地下水圈的状态。由于存在着大量的污染物质(有957种名称),而且其数目在不断增大,需要从中划分出在进行不同比例尺测量时于地下水中优先测定的物质,即必须首先测定的物质。选择可据之表征地下水状态的污染物,可以立足于两种角度。在这些污染物中.可划分出两类指标:
表征物质排敲舸数量特征的指标;表征某些种类污染物毒性的最高程度的指标.即它们的极限允许浓度的绝对下限值。例如,对背景观测网来说。除地表水和地下水的水量变化之外,在被纳入全球环境监测系统的生物圈自然保护区内,最好还要选择下述一套污染物作为指标:铅、汞、镉、砷、苯、有机氯杀虫荆。
地下水化学成分的描述通常也是按照B.A.K【啪 Ioj3等提出的概念进行的。他们把水地球化学特征分成一般特征、组合特征和专用特征。原先.这些特征是针对金属矿普查的水地球化学任务来制定的,后来,为了其他目的改造成对水系统作地球化学研究之用。在部署地下水污染监的总体系统时,在组建城市地区,特别是工业聚集区的监测系统时,为使指标的选择有其依据,也采用了上述思路。在一般性指标中划人了可认为能表征水质的通用型指标。在专用性指标中,归人了那些正被排人自然环境并可表征某种具体经济活动特有后果的物质。这两类指标都被纳人了地下水水质观测的总计翅和专门计划。地下水水质观是在监工作实施中被推荐采用的项目。
从对这两种观测计划所作的分析看出,尽管其调查水平和详细程度不同,在整套优先测定的微量组分方面,两者差别不大。因此我们提出:K= :Crt~x(C — —背景浓度,Crt~x——极限允许浓度;译者注)反映着地下水的污染程度;如若能够根据含水层的可饮用等级(就某种具体组分而言)对它作出结论,K 值便指示着含水层束被污染的储备量,或者它的清洁度潜力。
对于饮用水来说,K的效值通常小于1,对不同的组分而言,总体说来K 值介于1到0.001之间。K值越小,含水层的清洁储量越大。如果按递减顺序将足够多的常规组分的K值排序,就有可能在这些组分中划分出三个组。第一组是实际她危害着饮用水质量的元素,第二组是相对(有条件)地危害水质的元素,第三组是相对(有条件)地不危害水质的元素。这些组别表征着各蛆分因自然和人为因素的作用而对水质变化可能产生影响的程度。我们用这样的分析对乌兹别克斯坦山间河谷的地下水进行了研究。
上述原则可推荐用于查明在1:100万、1:20万和1:5万地质测量中应优先研究的组分,以便将其包括在她质生态工作计翅中。
1:100万比倒尺建议测定属于对水质有实际危害的那一组组分:rig、Fe、Se、Si、BI、Ca、Mg、A1、F、CA、bin、Li、Be、SO,、NH4、Ba、NO3、Na、lgb,因为它们的极限允许浓度值与背景含量接近(K:1? ?0.1)。就是在诸如气体排放、酸雨、全球气候变化等人为和自然因素对饮用水设有重大影响的情况下,K值与 值接近也就造成了饮用水污染的现实危险性。
1:20万比倒尺除了小比倒尺测量中应测定的组分外,建议定相对危害水质组的组分:Ti、Pb、B、As、Ce、NO2、PO,、Cr、Ni、R丑、Sb、Sr。这些组分的极限浓度值比背景吉量高数十倍(K=0.1? ?0.01)。若在测区内分布有排污企业,在其工业排水沟、气体排放物、灰粉、从盐溃化土壤激扬起的大气尘埃中会含有相应的污染物,这类组分就可能对下水造成污染。
1:5万比例尺在实施小、中比例尺测量时所测定的组分之外,建议补充测定相对不危害水质组的组分:v、Co、Mo、Ca、五l、w、U.Bi。它们的极限允许浓度比天然背景浓度高数百倍(K=0.0l? ?0.001)。因此,就这些组分而言,地下水具有很高的稀释潜能。所以,在分布于大型点污染源影响带内的一些典型地段上,应对水中的上述组分进行测定。
在结论中应该指出,在进行优先组分的选择并把它们纳入地下水水质研究计划时,要考虑自然条件、水文地质区域的水地球化学条件,以及对环境的人为污染源所做的地球化学评价。

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