重庆涪陵喀斯特地貌发育区页岩气开采场地土壤-地下水重金属污染分布特征及源解析摘要
喀斯特地区地质结构复杂、水文条件脆弱,易受页岩气开发活动中重金属迁移污染的影响。虽然随着页岩气的规模化开发,其在增强能源供应安全和推动区域经济发展中具有重要意义,但对喀斯特地貌的区域土壤和地下水生态环境成的潜在的污染威胁目前还缺乏系统的研究。本文以重庆市涪陵页岩气开采区为研究对象,于2024年4-6月通过调查分析土壤和地下水中不同重金属的含量与空间分布特征,结合相关性研究,推测研究区重金属的可能来源。进一步地,通过源解析与污染风险评价明确了页岩气开采活动对土壤-地下水中重金属含量变化的贡献及潜在污染风险。研究结果表明,开采区土壤和地下水中大部分重金属未呈现系统性超标,但土壤中Cd、Pb和As存在一定程度的轻度超标以及Ba、Sr在土壤和地下水中的显著富集和高空间变异性,其中Ba在土壤中的平均含量为561mg/kg,是其背景含量的2倍,单因子污染指数显示,Ba、Sr、Cd、Cu污染程度较高,指数分别为3.08、2.07、1.42和1.21,表明页岩气开采活动可能影响Ba、Sr在环境中累积的重要因素。另外,相关性分析表明开采区土壤和地下水中Cu、Sr、Ba的相关系数分别为0.84,0.78,0.76,表明三种重金属可能具有较一致的污染源。通过源解析模型(APCS-MLR、PMF),本研究揭示了农业源、自然源、页岩气开采源和工业源四类贡献因子,贡献率分别为17.1%、28.1%、15.4%和39.4%;其中页岩气开采源是土壤Ba和Sr的主要贡献者,对两元素的贡献率约为50.9%和47.4%。APCS?MLR分析进一步揭示,自然源、生活污水源、农业源和页岩气开采源对地下水重金属浓度的贡献率分别约为38.9%、23.3%、23.2%和14.6%,但页岩气开采源对地下水Ba的贡献率达到30.3%。综上,涪陵焦石坝页岩气开采区土壤–地下水系统总体污染水平较低,但Ba和Sr的局部富集及喀斯特地貌的高渗透性增加了潜在生态风险。本研究为喀斯特地区页岩气开采场地的环境监管和风险防控提供了科学依据。
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