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本研究利用X射线荧光光谱仪（XRF）和电感耦合等离子质谱仪（ICP-MS）等分析技术,对湘江下游河床沉积物主量元素、微量元素（包括重金属）进行地球化学分析。研究结果表明,湘江下游主量元素TiO2、Fe2O3、MnO、CaO、Na2O、P2O5、LOI变异程度大（CV>0.2）,SiO2、Al2O3、MgO相对较为稳定,变化较小。主量元素在株洲河段变异系数最大,湘潭次之,长沙河段最小。化学蚀变指数（CIA）平均值为77.8,为中等化学风化程度。湘江下游河床沉积物中明显富集Cu、Pb、Zn、Mn等重金属其中,Cu、Pb、Zn在株洲河段富集程度最高,湘潭河段次之,长沙最低。地累积指数评价结果表明,沉积物中重金属Pb为重度污染;Zn为中度污染,Cu和Mn达到了中度或偏中度污染,其他重金属如Cr、V、Co、Ni等为轻度污染或清洁。各河段重金属复合污染状况为:株洲河段>湘潭河段>长沙河段。健康风险评价结果显示,V、Mn、Pb对儿童有显著非致癌风险,株洲河段重金属Pb对儿童非致癌风险系数（HQ）高达6.6,同时Cr、Co与Ni对儿童和成人有显著致癌风险(Risk>10-4)。逐步回归分析表明,Ba主要赋存在钛铁矿和钾长石中,Co、Ni主要赋存在粗粒径的石英碎屑矿物中,V、Cr主要赋存在钛铁矿中,Mn主要赋存在含锰矿物内,Cu、Zn、Pb主要赋存在铁氧化物、斜长石及细粒径矿物如粘土矿物中。依据地累积指数评价结果,将不同污染程度沉积物样品分为重度污染（Ⅰ）、中度污染（Ⅱ）和轻度污染（Ⅲ）三类样品,分析三类不同污染程度沉积物的微量元素组成特征。结果表明,沉积物的Ti/Nb、REE、Co/Th、Sc/Th等微量元素比值,对于沉积物重金属污染有一定的指示意义,沉积物Ti/Nb值越高,其重金属污染程度越高。沉积物元素地球化学分析显示重金属Cu、Zn、Pb可能主要与人为活动有关,而Co、V、Ba、Cr等可能主要为源区岩石自然风化的结果。