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湘江流域的重金属污染问题非常严重,2011年3月,国务院首次批准关于治理重金属污染的《湘江流域重金属污染治理实施方案》。本研究以湘江霞湾段为主要研究对象,在野外对研究区进行地质地球化学调查、测量、采样,采集沉积柱芯ZX2和ZX5共计27件沉积物样品,利用X射线衍射技术(XRD)、等离子质谱(ICP-MS)等分析技术,对沉积柱芯27件样品进行主量元素和微量元素(重金属元素和高场强元素)分析研究,结果表明：通过对重金属元素含量的垂直分布规律分析可知,ZX2柱芯中重金属Sc、Co、Ni、Zn、Ba,和U随深度变化不大,Pb、Cu、 Mn、Th重金属元素含量变化较明显。ZX5柱芯中Sc、Mn、Co、Ni、 Ba、Th、U重金属元素含量深度变化不大,Pb、Zn、Cu等重金属含量变化较明显。沉积物重金属污染地累积指数评价显示,霞湾沉积物沉积柱芯ZX2中：Ba属于无污染,Co、Ni、Th达轻度污染,Mn和U达偏中度污染,Cu达偏重度污染,Sc达重度污染,Zn和Pb达极重度度污染；沉积柱芯ZX5中：Ba属于无污染,Co、Ni、Th、U达轻度污染,Mn达偏中度污染,Cu达中度污染,Sc达偏重度污染,Zn和Pb达重度污染。聚类分析结果显示,重金属Co、U、Cu、Pb和Zn主要赋存于有机质、难溶矿物和铁氧化物,而与粘土矿物、硅酸盐矿物相关度不大；重金属Sc、Th、Ni、Mn和Ba赋存状态不明显。采用归一化法和元素分析法两种方法相结合的方法对霞湾沉积物重金属来源进行分析,利用归一化法得出： Ni为自然源的元素,Pb、Cu、Zn、Th等为人为源的元素,SC、U等既有自然源又有人为源的重金属；元素分析法得出：重金属Sc、Mn、Cu、Zn、Ba、Pb、 Th、U的人为源比例依次分别在：88.2～90.8%、2.45～39.3%、71.5～82.2%、91.4～94.0%、-75.2--62.1%、89.5～91.6%、-37.8～-20.5%、0.11～10.4%之间。重金属污染源中人为源主要来自流域燃煤烟尘、有色金属矿床的开采、汽车尾气排放、农业施肥等工业活动,自然源主要来自湘江流域前震旦系、古生界、中新生、印支期-燕山期花岗岩和第四系沉积物等地层岩石。