孔隙水Cl-含量异常计算海底天然气水合物的饱和度取得了重要的进展,但在陆域天然气水合物勘查中卤族元素的有效性需要探索。选择祁连山冻土区三露天天然气水合物矿藏进行了土壤I和Cl的地球化学勘查试验,研究了土壤I、Cl和I/Cl的水合物异常模式,探讨了影响因素,进一步讨论了土壤Cl元素的地球化学障和I元素异常形成机理。试验表明,1Cl元素负异常是水合物矿层Cl元素的贫化和煤层地球化学障的综合效应;2I元素环状模式是水合物矿藏边界微渗漏和高寒湖沼土壤富集I的能力较差的结果;3I和Cl是冻土区天然气水合物的探途元素。

近几年,在祁连山冻土区天然气水合物(以下简称水合物)科学试验钻探过程中,观察到大量与水合物伴生的碳酸盐矿物,为揭示其与水合物的内在成因联系,运用元素地球化学分析方法,研究了伴生碳酸盐岩中主量元素、微量元素、稀土元素的特征,探讨了伴生碳酸盐矿物可能的物质来源与沉积条件。结果表明,伴生碳酸盐岩赋存状态存在以下4种类型:①白色薄层状碳酸盐岩(Ⅰ型);②烟灰色菱形晶簇状方解石集合体(Ⅱ型);③深灰色薄壳状碳酸盐岩(Ⅲ型);④微细浸染状方解石或碳酸盐岩(Ⅳ型)。各类碳酸盐岩元素含量分布较为平行、各自变化幅度不大,并基本能与其他类型区别开来;特别是第Ⅱ类碳酸盐岩,其元素含量总体偏低,个别元素含量和元素比值与其他类型碳酸盐岩明显不同,且出现Sr、Ba、Eu异常和最低化学蚀变指数(CIA),说明黏土矿物对该类碳酸盐岩形成过程贡献最小。结论认为:第Ⅱ类碳酸盐岩中方解石颗粒粗大,含有一定量的文石和草莓状黄铁矿,应为水合物分解后碳酸盐岩化改造形成;第Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ类碳酸盐岩可能为湖相碳酸盐与碎屑物质的共沉积作用所形成。

选择青藏高原多年冻土区工程迹地的人工恢复植物和紫花针茅草原的优势植物以及对应的土壤样品进行对照,利用原子吸收法分析了它们的矿质元素含量特征。结果表明:多年冻土区工程迹地人工恢复区植物的元素含量:>1 000μg/g的元素有Ca、P和Na,100～1 000μg/g的元素有Mn、K、Fe、Mg和Al;而对照紫花针茅草原优势植物的元素含量:>1 000μg/g的元素有Ca和Na,100～1 000μg/g的元素有P、Mn、K、Fe、Mg和Al。人工恢复区土壤元素含量:>1 000μg/g的元素有Ca、Fe和Mn,100～1000μg/g的元素有Mg、K、Al、P和Na;对照紫花针茅草原土壤元素含量:>1 000μg/g的元素有Ca、Fe,100～1 000μg/g的元素有Mn、Mg、Al、K、P和Na。该区域植物和土壤元素含量都属于Ca>K型。人工恢复植物和对照的紫花针茅草原植物对土壤元素的吸收能力具有较高的相似性。K和Al元素的累积与其他元素没有显著的相关关系,其他元素之间为正相关关系,元素之间的吸收累积属于协同作用,无明显的撷抗作用。

随着寒区经济的发展,冻土地区的矿山开采活动不断加剧,随之产生的重金属污染问题也越来越严重。冻土地区生态环境脆弱,一旦受到破坏就很难恢复。针对此问题,室内模拟了尾矿矿渣在冻土与融土中的填埋及其对填埋场周边土体的影响,通过检测填埋场各处土壤的温度、含水量以及重金属元素的含量,发现温度和水分对重金属元素的迁移影响很大。土壤温度越低,重金属元素的迁移越慢;在温度梯度的作用下,重金属元素均随着水分从土体的暖端向冷端迁徙并聚集于冻结锋面。重金属元素在冻土中的迁移比融土中慢,表明冻土环境不利于重金属元素的迁移。在土壤质地、温度和含水量等相同的情况下,Zn的迁移性较强,Pb和Cu的迁移性相对较弱。

冻土区固体废弃物的处理对未来的寒区经济发展、保护冻土及寒区生态环境意义重大。笔者总结近年来我国冻土区所进行的一系列工程和资源开采活动,表明冻土区固体废弃物处理的研究是必要而迫切的。通过介绍国内外近几十年来对冻土区固体废弃物处理的研究方法、思路和技术,并分析其成果与不足;使人们更好地了解和利用冻土区寒冷的气候条件、冻土的冻融循环、回冻等特性及永久冻土层的隔绝作用来处理冻土区的废弃物;同时给出了冻土区废弃物处理的研究成果及对策,还对未来研发的前景展望。