长江水中悬浮物含量与矿物和化学组成及其地质环境意义

在2003～2007年间,在长江干流及主要支流的水文控制站系统采样,对长江悬浮物的矿物和化学组成的时空变化及其地质与环境意义进行了系统研究。所采样品中悬浮物含量平均值为256.5mg/L,在世界各大河中居于中等水平。悬浮物含量呈现大幅度的时空变化,与水流速度、径流量及泥沙供给情况的变化相对应,受河床坡度、降雨量、风化强度、侵蚀情况及人为活动等多种因素的影响。近年来,长江悬浮物含量逐渐下降,与上游的退耕还林和水库建设密切相关。特别是三峡库区的大量泥沙沉积,使河水的悬浮物含量显著降低,导致其下游河段堤岸冲刷加剧和洞庭湖区沉积减少。这种变化带来的环境效应需要慎重评估和应对。长江水中悬浮物主要由粘土矿物、碎屑硅酸盐矿物和碳酸盐矿物组成;含少量氢氧化铁和有机物。对矿物组成的对比研究表明:与黄河流域相比,长江流域的化学风化作用较强,而物理侵蚀作用较弱。由上游到下游,长江悬浮物中粘土和碎屑硅酸盐矿物含量逐渐增高,而碎屑碳酸盐矿物含量逐步降低,与气候条件和化学风化强度的变化相对应。与上地壳岩石相比,长江悬浮物中的SiO2、CaO、K2O、Na2O含量较低,而TFe2O3含量较高,反映硅酸盐矿物化学风化过程中部分硅、钾、钠、钙的流失和铁的富集。与全球河流悬浮物和黄河悬浮物相比,长江悬浮物的SiO2、Na2O含量较低,同样反映长江流域的化学风化作用较强。与长江水系沉积物相比,长江悬浮物的SiO2、Na2O含量较低,而Al2O3、K2O、MgO、TFe2O3较高,与悬浮物富含粒度较小的粘土与铁质成分有关。从上游往下游,长江悬浮物中CaO、MgO含量逐渐降低,SiO2含量逐步升高,与粘土矿物含量增高和碳酸盐含量降低的趋势相对应。长江悬浮物中Co、Ni、Cu、Zn、Pb、Cd含量均高于上地壳岩石的平均含量,可能反映粘土矿物对它们的优先吸附。攀枝花、宜宾、九江、大通、南京等站悬浮物中铜、铅、锌的高含量,可能与当地的采矿活动有关。悬浮物中Cu、Pb、Zn、Cd含量显著高于水系沉积物的平均含量,可能是近年来流域采矿活动加剧的反映。与全球页岩的平均值相比,长江悬浮物的稀土总量稍稍偏高,并略富轻稀土元素,可能受川西地区广泛分布的富含轻稀土的矿床的影响。