本书分上、中、下三篇，主要包括三个方面的内容：原生高砷地下水形成与分布机理、高砷地下水修复技术研发与示范、高砷地下水研究方法。系统总结全球尺度原生高砷地下水分布规律及内在机制，提出高砷地下水成因的新模型；详细阐述原生高砷地下水修复与改良的主要方法与技术，丰富和完善地下水污染修复理论与技术方法体系；开展详细的同位素地球化学与生物地球化学研究，发展水文地球化学方法体系，推动学科的创新发展。
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上篇 原生高砷地下水形成与分布机理
第1章 绪论 3
1.1 高砷地下水的危害 3
1.1.1 环境中的砷 3
1.1.2 含水层中的砷 4
1.1.3 砷暴露与人体健康 5
1.1.4 高砷地下水与地砷病 12
1.1.5 地砷病的地理分布 14
1.2 全球原生高砷地下水的分布 16
1.2.1 亚洲 18
1.2.2 欧洲 21
1.2.3 北美洲 22
1.2.4 南美洲 23
1.2.5 非洲 24
1.2.6 大洋洲 24
1.3 我国原生高砷地下水的分布 25
1.3.1 北方干旱-半干旱内陆盆地 25
1.3.2 南方冲洪积平原及河流三角洲 31
1.3.3 西南地区地热来源的砷 34
参考文献 36
第2章 原生高砷地下水系统的物源与沉积环境 46
2.1 地下水中砷的来源 46
2.1.1 主要含砷矿物 46
2.1.2 岩石、沉积物和土壤中的砷 48
2.1.3 受污染的地表沉积物 51
2.1.4 全新统冲积含水层的高砷地下水 52
2.1.5 山西大同盆地地下水系统中砷的来源 55
2.2 全球高砷含水层的沉积地层学特征 62
2.3 内陆湖相环境 64
2.3.1 内陆湖 64
2.3.2 内陆湖盆环境与高砷富集的联系 64
2.4 三角洲环境 65
2.4.1 三角洲的形成与发育 65
2.4.2 世界范围三角洲高砷地下水分布情况 66
2.5 冲洪积平原环境 67
2.5.1 冲积相与洪积相 67
2.5.2 世界范围冲洪积平原高砷地下水分布情况 68
2.5.3 冲洪积平原与高砷富集的关系 69
2.6 区域环境演化与高砷地下水的形成 69
2.6.1 孟加拉盆地1.8万年来沉积环境演化与高砷地下水形成：以Manikganj地区为例 72
2.6.2 江汉盆地末次冰期以来古环境演化与高砷地下水形成 75
2.6.3 大同盆地更新世沉积环境演化与高砷地下水形成：以东兴寨ZK09孔为例 77
参考文献 79
第3章 砷迁移转化的氧化还原过程 85
3.1 概述 85
3.2 氧化还原反应序列 85
3.3 地下水中砷的特征 92
3.4 地下水系统中砷的氧化还原循环 93
3.5 氧化还原过程对砷迁移的控制 95
3.5.1 盆地尺度地下水氧化还原演化过程 95
3.5.2 生物氧化还原过程对砷形态的影响 105
3.5.3 砷-铁-硫氧化还原耦合作用 112
3.6 砷迁移转化的氧化还原机理 123
参考文献 125
第4章 砷的界面地球化学行为 137
4.1 地下水系统的界面组成和特征 137
4.2 地下水无机-有机胶体特征及富砷意义 139
4.2.1 研究区概况 140
4.2.2 地下水化学特征 141
4.2.3 地下水胶体特征 141
4.2.4 胶体对砷迁移和转化的影响 146
4.3 砷在生物成因铁氧化物矿物上的界面行为 148
4.3.1 厌氧铁氧化菌的耐砷特征 149
4.3.2 厌氧铁氧化菌的亚铁氧化特征 153
4.3.3 厌氧铁氧化菌的吸附砷特征和机理 155
参考文献 167
第5章 有机质对地下水系统砷迁移转化的影响 178
5.1 概述 178
5.2 溶解性有机物特征 179
5.2.1 大同盆地高砷地下水的溶解性有机物特征 180
5.2.2 江汉平原高砷地下水的溶解性有机物特征 182
5.2.3 河套盆地高砷地下水的溶解性有机物特征 186
5.3 沉积物有机物特征 193
5.3.1 高砷地下水的水化学特征 193
5.3.2 沉积物的地球化学特征 195
5.3.3 沉积物的有机质特征 196
5.3.4 沉积物有机质对砷迁移的影响 201
5.4 沉积物有机物和溶解性有机物之间的关系 203
5.4.1 河套盆地 204
5.4.2 江汉平原 212
参考文献 219
第6章 地质微生物对砷迁移转化的影响 229
6.1 高砷地下水系统中砷抗性微生物多样性分析 229
6.1.1 不同高砷地下水系统中生物多样性分析 229
6.1.2 高砷地下水系统中不同埋深沉积物中细菌群落结构特征 232
6.1.3 细菌群落结构多样性与各主要形态砷之间的关系 234
6.1.4 相同高砷地下水系统研究区的不同位置相同埋深沉积物中细菌群落结构特征 235
6.1.5 相同埋深沉积物样B4-4和A3中细菌群落组成比较 236
6.1.6 高砷地下水中细菌群落结构特征 237
6.1.7 高砷地下水系统中细菌群落结构特征 239
6.2 砷的微生物形态转化过程 240
6.2.1 砷的微生物氧化作用 241
6.2.2 砷的微生物还原作用 242
6.2.3 砷的微生物甲基化作用 244
6.3 砷的微生物迁移 245
6.3.1 材料与方法 246
6.3.2 结果与讨论 246
6.4 砷的生物富集过程 251
6.4.1 材料与方法 251
6.4.2 结果与讨论 254
6.5 含水层中生物有效性砷 259
6.5.1 材料与方法 259
6.5.2 结果与讨论 261
6.6 微生物在砷迁移转化过程中的抗性机理 264
6.6.1 材料与方法 265
6.6.2 结果与讨论 267
参考文献 272
第7章 灌溉活动影响下砷的迁移富集 283
7.1 地下水流动系统对高砷地下水水化学特征的影响 283
7.1.1 地下水水化学特征 283
7.1.2 地下水锶含量与锶同位素组成特征 285
7.1.3 地下水流路径的反向地球化学模拟 289
7.1.4 地下水流对砷富集的影响 292
7.2 氢氧同位素及Cl/Br摩尔比值对灌溉活动的指示研究 292
7.2.1 灌溉区高砷地下水水化学特征 294
7.2.2 氢氧同位素组成特征 296
7.2.3 Cl/Br摩尔比值组成特征 300
7.2.4 灌溉作用对地下水系统中砷迁移影响 301
7.2.5 小结 302
7.3 灌溉活动对表层土壤中砷迁移的影响 303
7.3.1 试验区表土砷形态分布 303
7.3.2 灌溉对土壤不同形态砷垂向分布的影响 305
7.3.3 灌溉对土壤不同形态铁垂向分布的影响 307
7.3.4 灌溉对土壤中砷迁移的影响机制 308
7.4 灌溉活动影响下矿物相变对砷迁移富集的影响 308
7.4.1 小型砷污染试验场背景介绍 309
7.4.2 地下水水化学组成 310
7.4.3 灌溉过程中矿物相的反向地球化学模拟 315
7.5 灌溉活动影响下外源物质输入对砷迁移释放的影响 317
7.5.1 大同盆地灌溉活动 318
7.5.2 孟加拉国灌溉活动 328
7.5.3 对比研究及环境效应 333
参考文献 334
第8章 潜流带砷的迁移富集 343
8.1 潜流带结构与组成 343
8.1.1 潜流带结构 343
8.1.2 潜流带物质循环 345
8.1.3 潜流带中的砷 348
8.2 大同盆地潜流带表征及监测 350
8.2.1 潜流带地层物理结构探究 350
8.2.2 潜流带理化性质监测 362
8.3 大同盆地潜流带中砷的迁移转化 364
8.3.1 监测场背景 365
8.3.2 水位动态特征 366
8.3.3 稳定同位素组成特征 367
8.3.4 水化学组分变化特征 370
8.3.5 砷在地下水中的迁移 374
8.4 潜流带砷的迁移转化模拟 377
8.4.1 潜流带砷的水文地球化学模拟 377
8.4.2 潜流带砷的1D反应运移模型 382
8.4.3 小结 389
参考文献 390
第9章 地下水动态变化对砷迁移富集的影响 397
9.1 地下水动态变化的概念及类型 397
9.1.1 地下水动态变化的概念 397
9.1.2 地下水动态变化的类型及主要特征 397
9.2 地下水动态变化的影响因素 399
9.2.1 气象（气候）因素 399
9.2.2 水文因素 401
9.2.3 地质因素 401
9.2.4 人类活动因素 402
9.2.5 其他因素 403
9.3 地下水动态变化与地下水中砷含量的响应关系 403
9.3.1 明显的季节性变化特征 404
9.3.2 逐年上升或逐年降低 409
9.3.3 基本不随时间变化 412
9.4 地下水动态变化对含水层中砷迁移富集的影响 413
9.4.1 改变含水系统的氧化还原环境 413
9.4.2 改变地下水的pH 415
9.4.3 外源物质的输入 415
9.4.4 地下水径流条件改变 418
参考文献 421
第10章 地热流体来源砷在水环境中的迁移转化 427
10.1 国内外地热流体来源砷概况 427
10.2 典型地热系统来源砷的分布、迁移和归宿：云南腾冲热海热田 429
10.2.1 地热区概况 429
10.2.2 地热流体及相关天然水体中砷的分布规律 432
10.2.3 地热流体来源砷在热田环境中的迁移和转化 436
10.3 典型地热系统来源砷的分布、迁移和归宿：西藏羊八井和羊易热田 444
10.3.1 地热区概况 444
10.3.2 地热流体及相关天然水体中砷的分布规律 450
10.3.3 地热流体来源砷在热田环境中的迁移和转化 455
参考文献 461
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