《Journal of Contaminant Hydrology》：Spatial evolution and geochemical controls of U- and Th-series radionuclides in acid mine drainage affected waters of the Odiel Basin, SW Spain
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专业术语翻译论文摘要
酸性矿山排水（Acid Mine Drainage, AMD）显著提升了溶解态铀（U）系和钍（Th）系放射性核素的活度浓度。水化学梯度控制了下游放射性核素的演化过程。铀（VI）由硫酸盐络合态向水解态水相物种转变。混合分析表明放射性核素行为
专业术语翻译论文摘要
酸性矿山排水（Acid Mine Drainage, AMD）显著提升了溶解态铀（U）系和钍（Th）系放射性核素的活度浓度。水化学梯度控制了下游放射性核素的演化过程。铀（VI）由硫酸盐络合态向水解态水相物种转变。混合分析表明放射性核素行为具有采样期依赖性。放射性核素的衰减与pH≈2.9条件下表观铁（Fe）的去除同步发生。
论文解读文章
一、研究背景与科学问题
酸性矿山排水（Acid Mine Drainage, AMD）是硫化物矿石开采及矿山闭坑后持续存在的环境问题。当含硫矿物（尤其是黄铁矿）暴露于氧气和水时，会产生酸性、氧化性、富含硫酸盐的水体，并富集铁（Fe）、铝（Al）及多种微量金属（类金属）。矿山巷道、露天采坑、废石堆和尾矿库在采矿活动停止后仍可数十年持续释放酸性排水。此类水化学条件可强烈影响天然放射性物质（Naturally Occurring Radioactive Materials, NORM）的溶解、迁移和再分配，因此理解AMD条件下放射性核素的归趋对于评估矿区影响河流系统中放射性的持久性和环境扩散至关重要。
铀和钍分别代表两大天然放射性衰变系列，且具有截然不同的地球化学特征。在氧化条件下，铀（VI）以铀酰离子（UO22+）形式存在，可通过水相络合保持相对较高的迁移性；而钍（IV）则倾向于与颗粒物和矿物相缔合。在酸性富硫酸盐水体中，铀酰形成稳定的硫酸盐络合物，增强溶解态迁移，在低pH条件下可表现出近保守行为。钍在pH<3的强酸性富硫酸盐条件下也可形成水相硫酸盐络合物，从而增加其溶解态迁移能力。随着高酸性AMD水体向下游迁移并与高pH水体混合，中和梯度促使次生铁铝矿物沉淀，通过吸附和共沉淀过程有效捕获溶解态组分，从而可能逐步解耦铀和钍的迁移路径。
伊比利亚黄铁矿带（Iberian Pyrite Belt, IPB）位于西班牙西南部和葡萄牙南部，是全球最大的火山成因块状硫化物省之一，数千年来受采矿活动影响，拥有众多受AMD影响的河流系统。奥迭尔（Odiel）河流域构成从强酸性矿区源头、经支流、主河道至河口环境的连续水化学梯度，为系统评估放射性核素活度浓度、同位素比值和溶解相演化提供了理想的研究框架。
尽管已有研究在奥迭尔流域逐步推进了对AMD环境中放射性核素动力学的认识，但仍存在若干关键知识空白：单个AMD影响汇流处识别的放射性核素模式是否代表流域内其他水化学环境尚不明确；保守混合、稀释和地球化学衰减对铀和钍空间演化的相对影响尚未在流域尺度上系统评估；从AMD源水经支流和主河网至河口环境中放射性核素迁移的水文地球化学控制机制仍缺乏约束。
二、研究内容与主要技术方法
本研究旨在调查控制AMD-河流-河口连续体中铀系和钍系放射性核素归趋的水文地球化学因素。具体目标包括：（i）表征溶解态铀系和钍系放射性核素的空间分布及活度比值；（ii）区分源水混合引起的变化与基于硫酸盐保守混合预测的偏差；（iii）评估放射性核素与pH、硫酸盐、铁、铝之间的关系，结合PHREEQC衍生的铀水相 speciation，识别控制放射性核素演化的主要因素。
研究在奥迭尔河流域布设27个采样点，涵盖Oraque和Meca两个子流域及奥迭尔下游-河口段，于两个采样期（2023年12月至2024年4月及2025年5月20—22日）开展监测。主要技术方法包括：现场多参数探头测定物理化学参数（温度、pH、电导率、氧化还原电位）；0.45 μm过滤分离溶解态组分；电感耦合等离子体发射光谱/质谱（ICP-OES/MS）测定主要及微量元素；离子色谱（IC）测定硫酸盐；顺序放射化学分离结合PIPS探测器α能谱法测定铀系和钍系放射性核素；以硫酸盐为准保守示踪剂估算汇流处端元混合比例；PHREEQC版本3配合wateq4f.dat数据库进行水相铀 speciation 模拟和饱和指数计算。
三、研究结果
3.1 物理化学条件的空间变化
Oraque子流域内AMD影响点位（O-A1、O-A2、O-B2、O-B3、O-C、O-D2、O-E2、O-G）呈现酸性和强氧化条件，平均pH为2.8±0.3，平均Eh为682±58 mV，电导率（EC）介于1.9至17 mS cm?1之间。受轻微影响的支流（O-B1、O-D1、O-E1、O-F）平均pH为6.0±1.5，平均Eh为485±39 mV，EC介于0.2至0.6 mS cm?1。Meca子流域呈现类似格局，AMD影响点位（M-A1、M-A2、M-B1、M-B2、M-D1、M-D2、M-D3、M-G、M-I）主要受Tharsis矿区影响。
3.2 放射性核素的空间分布与活度比值
AMD显著提高了溶解态铀系和钍系放射性核素的活度浓度。铀的234U/238U活度比值偏离久期平衡（secular equilibrium），反映α反冲效应和矿物表面234U优先淋滤作用。钍主要与悬浮颗粒物或次生矿物相缔合，但在强酸性富硫酸盐条件下可形成水相硫酸盐络合物，增加溶解态迁移能力。
3.3 汇流处混合分析
在O-B3和M-D3两个汇流处，研究人员利用硫酸盐质量平衡估算了两股来水的相对贡献。混合分析显示，放射性核素行为具有采样期依赖性，铀和钍可表现出与保守混合预测不同的偏离模式。铀（VI）在向下游迁移过程中由硫酸盐络合态向水解态水相物种转变。
3.4 放射性核素衰减与地球化学控制
放射性核素的衰减与pH≈2.9条件下表观铁去除同步发生。次生铁氧氢氧化物及相关物相可有效清除钍，而铀在显著衰减前往往在更宽pH范围内保持迁移性。次生铝相可能在特定下游pH条件下促进铀的去除，导致从高酸性水体中的近保守迁移向显著中和后的反应性行为转变。
四、讨论与结论
研究结果表明，水化学梯度控制了下游放射性核素的演化过程。在Oraque和Meca两个子流域的汇流处，铀和钍表现出与保守混合预测不同的行为，且这种偏离具有采样期依赖性。放射性核素的衰减与铁在pH≈2.9条件下的去除同步发生，表明次生铁相在放射性核素清除中发挥关键作用。铀（VI）的水相物种由硫酸盐络合态向水解态转变，反映了pH梯度对铀迁移性的重要控制。
与以往聚焦于放射性核素赋存、季节性变化或单一混合系统的研究不同，本研究在统一水文地球化学框架内提供了流域尺度评估，将AMD源水、支流、主河网和河口环境联系起来。该研究首次系统揭示了从AMD源水经支流和主河网至河口环境中铀系和钍系放射性核素的迁移控制机制，证实了在单个AMD影响位置识别的过程在更广泛排水系统中的代表性，为矿区放射性核素环境归趋评估提供了重要的科学依据。
