成都市土壤元素地球化学背景.docx

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成都市土壤元素地球化学背景

四川省地质矿产勘查局区调队朱礼学刘志祥陈斌邮编610213

国土资源部成都岩矿测试中心李小英邮编610081

摘要：

本文扼要介绍了成都市辖区环境背景及土壤环境地球化学背景的调查方法，重点介绍了成都市土壤第一环境、第二环境地球化学元素的背景值及元素分布特征，地球化学分区，首次揭示本区土壤的地球化学背景。

关键词：

成都市，土壤，地球化学背景。

成都市位处四川省中部，四川盆地西部，成都平原腹地，地跨东经102055＇—105053＇北纬3006＇—31026＇，东西长192km，南北宽148km，幅原12900多平方公里，境内有平原、台地、丘陵、山地等多种地貌，海拔387—5364m，气候属于亚热带湿润季风气候区，是四川省工农业、政治、经济文化中心，随着社会的进步与发展，资源与环境日渐成为人们关注的热点，土壤与水、大气、阳光一样是万物生长之源，其环境背景及现状倍受人们关注。

由中国地调局部署，四川地勘局实施的国土资源大调查项目“成都平原多目标地球化学调查”首次揭示了成都市土壤环境地球化学背景值及元素分布特征。

一、成都市土壤环境背景

成都市辖区北西部为龙门山区，南东为龙泉山区，腹地为平原，平原与山地间分布有浅丘台地，龙门山区为浅覆盖深切割区或基岩裸露区.

龙泉山区为浅切割、浅覆盖地区，平原区为深覆盖地区，全区覆盖及切割特征见图1。

除龙门山基岩裸露区外，全市土壤是以第四系、第三系、侏罗系、白垩系母岩为基础发育而成的。

主要有水稻土、紫色土、黄土、棕壤等主要土壤类型（图2）。

全市土地农业综合分区可划分为五大区：

Ⅰ．近郊平原、浅丘粮、油副食品区；Ⅱ．中部平原农、牧、渔区；Ⅲ．中部丘陵粮、果（经作林、枚区）；Ⅳ．远郊中低山林、土特产区，Ⅴ．远郊高山水源涵养区（图3）。

二、土壤环境元素地球化学背景调查方法

不同地球化学景观区，土壤成土母质、成土作用、覆盖厚度、农业土壤利用存在着较大差异。

地球化学背景的影响因素亦较为复杂，用以确定本地区地球化学背景的样品的采集深度、层位、采集密度、样品分析介质的粒度等应力求一个科学的、经济可行的、易于实施的模式。

经国土资源部物化探研究所（河北廊坊）周国华等人研究评估（2000年）认为:

本地区土壤第二环境浅层采集深度0—0.2m，第一环境（深层）深度在0.8m以下，分析样土壤粒度平原区过干筛-20目，低山丘陵区紫色土-40目，土壤样品中地球化学元素的分布能较好地反映采样区的土壤环境地球化学背景。

（一）采样方法技术

平原区采样深度1.50—1.80m，丘区紫色土地区采样深度0.40—0.80m，龙门山区0.80m以

图1成都市地层剥蚀与第四系沉积等量线关系图

图2成都市土壤类型分布图

图3成都市农业综合分区图

下、蒲江地区部分古河床、古河道地区由于土壤下1.20m左右存在大面积砾石层，故采样深度

在1.20m左右。

采样密度：

第一环境样以4×4km为一采样大格采集一件样品，第二环境样以1×1km为一采样大格采集一件样品，采样点布置遵从全域均匀的原则，同时兼顾采样位置尽可能控制采样格中的主要有代表性的土壤类型，采样工作由四川省地勘院完成。

（二）样品分析测试

样品分析测试由国土资源部成都岩矿测试中心完成，第一环境样品以4×4km为一分析单元，第二环境样品以2×2km为一样品分析单元，将4件单点样等量组合为一个分析样，第一环境分析点样832件，第二环境分析组合样品2472件，样品分析方法见表1

样品分析采取了严密的质检措施，设置了重复样、密码样及国家一级标准物质，对样品分析的准确度和精确度进行考评，考评结果分析质量优良。

所提供分析数据基本上客观，准确地反映了元素的分布。

三、土壤环境元素地球化学背景及元素分布特征

为排除特殊异常点及采样、分析等因素所导致的干扰背景值统计过程中采用了特殊值（Xi2X+3S）剔除处理，表2、3为成都市土壤第一环境、第二环境元素统计特征参考数，其中X2为土壤环境地球化学背景平均值。

表1样品分析方法一览表

元素

方法代号

元素

方法代号

元素

方法代号

元素

方法代号

CaO

AAS2

AFS

MgO

AAS1

TFe2O3

COM

Al2O3

XRF

POL

K2O

XRF

Na2O

XRF

LFS

SiO2

XRF

*****

AAS1

COM

ICP

POL

XX文库-让每个人平等地提升自我As

AFS

XRF

ICP

XRF

***

XRF

AFS

POL

XRF

ICP

AFS

ICP

AAS1

XRF

注：

Au单位为10-9，氧化物和碳单位为×10-2，其余元素单位为×10-2；JY-等离子体光量计法；XRF-X荧光法；AAS1-无焰原子吸收法；AFS-原子荧光法；ICP-发射光谱法；AAS2-火焰原子吸收法；COM-燃烧法；IS-离子选择电极法；POL-极谱法；*****-蒸馏法；***去CO2水浸法

（一）土壤环境元素地球化学背景

为定量描述成都平原土壤地球化学元素的背景，本文应用以下地球化学特征参数：

X1-元素含量的算术平均值（其中Au为10-9、氧化物为10-2其余元素为10-6不同）

S1-为标准差

X2-为元素分析资经特殊值剔除处理后（剔除≥X+3S）算术平均值

S2-为特殊值剔除处理后统计所得标准镉差

Cvi-为变异系数，计算公式为：

Cvi=——

D-叠加强度，计算公式为：

D=X1·S1/X2·S2

Ki-为浓集克拉克值（Clarkeofcontration）［1］

1．土壤第一环境中Fe、Cd、B、Au、Ni、F、Sn、Be、Li、V、Hg、Tl、Cr、Co、Y、Mn、N、Nb、Zn、Pb等20种元素的背景分布高于全国土壤背景平均值，其中Fe、Cd、B、Au显著富集，Fe、Cd两元素K1值均达到1.63。

［1］地质辞典

（二）地质出版社1981P250

表2成都市土壤第一环境地球化学背景统计特征参数表

Cv1

Cv2

SiO2

65.492

7.486

0.114

66.185

5.784

0.087

1.01

0.99

1.28

Al2O3

13.353

2.62

0.196

13.373

2.484

0.186

1.06

1.02

1.05

Fe2O3

5.639

1.543

0.274

5.544

1.354

0.244

1.63

1.04

1.16

CaO

2.341

3.886

1.66

1.372

1.271

0.927

0.43

0.77

4.8

Na2O

0.877

0.594

0.677

0.845

0.538

0.637

0.53

0.93

1.15

K2O

2.231

0.638

0.286

2.216

0.607

0.274

0.89

1.05

1.06

MgO

1.772

1.223

0.69

1.599

0.645

0.403

0.89

2.1

0.082

0.135

1.642

0.073

0.014

0.198

0.91

0.92

10.83

9.66

5.984

0.619

9.152

4.757

0.52

0.92

1.02

1.33

2.753

5.83

2.117

2.114

0.548

0.259

1.51

0.85

13.85

62.905

27.474

0.437

60.942

22.125

0.363

1.52

0.91

1.28

445.005

124.91

0.281

445.374

121.485

0.273

0.89

0.97

1.03

2.232

0.599

0.269

2.227

0.581

0.261

1.24

1.04

1.03

0.299

0.12

0.4

0.293

0.101

0.343

0.98

0.86

1.21

0.857

1.108

1.294

0.613

0.51

0.832

3.04

0.165

0.108

0.656

0.147

0.052

0.352

1.63

0.71

2.33

67.563

18.36

0.272

67.216

16.353

0.243

0.93

0.94

1.13

16.14

6.483

0.402

15.433

4.511

0.292

1.19

1.04

1.5

83.323

30.282

0.363

77.719

17.34

0.223

1.2

1.02

1.87

31.504

47.963

1.522

26.255

8.565

0.326

1.09

0.88

6.72

630.883

225.953

0.358

611.207

170.18

0.278

1.27

1.04

1.37

17.946

5.884

0.328

17.627

5.319

0.302

1.04

0.88

1.13

1.39

0.229

0.165

1.399

0.199

0.142

1.08

1.14

0.056

0.071

1.257

0.049

0.027

0.56

1.22

0.45

34.831

7.85

0.225

34.752

6.94

0.2

0.91

0.95

1.13

37.839

12.623

0.334

36.97

9.958

0.269

1.23

0.93

1.3

737.019

398.159

0.54

708.188

303.114

0.428

1.18

1.2

1.34

0.814

0.587

0.721

0.752

0.33

0.439

0.94

0.95

1.93

651.552

498.005

0.764

533.469

280.838

0.526

1.14

0.4

2.17

18.257

4.207

0.23

18.236

3.913

0.215

1.14

1.03

1.08

36.022

15.749

0.437

34.123

9.894

0.29

1.31

1.01

1.68

480.253

246.805

0.514

453.019

197.932

0.437

0.87

0.63

1.32

27.283

13.634

0.5

25.513

8.29

0.325

1.11

0.78

1.76

105.268

31.337

0.298

104.396

29.989

0.287

1.04

1.08

1.03

190.028

359.569

1.892

118.844

70.91

0.597

0.79

0.33

8.1

0.676

0.365

0.541

0.646

0.311

0.482

0.81

0.75

1.23

11.652

3.407

0.292

11.486

2.943

0.256

1.04

1.01

1.17

0.151

0.218

1.441

0.119

0.065

0.549

0.6

0.45

4.26

3.189

0.795

0.249

3.141

0.701

0.223

1.26

0.92

1.15

118.195

67.096

0.568

109.956

49.9

0.454

0.65

0.92

1.45

13.688

8.962

0.655

13.216

4.597

0.348

1.06

0.88

2.02

4703.188

1311.382

0.279

4589.878

989.073

0.215

1.07

1.01

1.36

0.732

0.151

0.206

0.73

0.146

0.2

1.22

1.25

1.04

2.716

1.072

0.395

2.603

0.814

0.313

0.99

0.97

1.37

103.633

31.325

0.302

100.721

24.745

0.246

1.23

0.99

1.3

1.783

0.629

0.353

1.761

0.598

0.34

0.98

0.97

1.08

27.437

4.831

0.176

27.335

4.258

0.156

1.19

1.02

1.14

81.155

31.173

0.384

77.848

17.386

0.223

1.14

0.91

1.87

254.272

65.385

0.257

252.067

53.259

0.211

1.01

1.24

Ｘ１　Ｓ１　ＣＶ１为原始数据统计值。

Ｘ２　Ｓ２　ＣＶ２为特异值经处理后的统计值。

Ｘ－数术平均值Ｓ－离差ＣＶ－变异系数CV=S/XＫ１－Ｘ２与全国土壤平均值（鄢明才·１９９7）之比Ｋ２－Ｘ２与浅层样背景平均值之比　

表三

Ca、Na、Se、Sr、S、Sb、P、Ba、Mg、K等元素背景低于全国平均水平，其中Ca、Na显著贫乏，Ca元素K1值仅0.43，其分布水平低于全国土壤背景一倍多。

Cu、Ge、Ti、Al、Th、Ga、Rb、Sc、Si、Zr、U、Bi、W、Mo、Ce、As、Ag、La等元素背景分布水平与全国土壤相当，其K1值近于1.0。

全域为Fe高背景区，从区域分布看，高Fe分布区主要集中于龙门山彭灌杂岩分布区及岷江、湔江两冲积扇区，其余地区次之。

全域Cd分布变化差异波动大，高镉区主要分布于龙门山区；江安河及府河下游地区有零星镉富集区存在，盆周高镉区明显受龙门山构造带中中低温热液成矿元素Pb、Zn、Cu的局部矿化富集影响，而平坝地区高Cd成因不明，可能一定程度上受人为因素的影响。

岷江冲积扇及龙泉山紫色土地区相对富集硼元素。

受特殊成土作用影响，全域淋溶土纲及铁铝土纲土壤分布区Ca、Na普遍贫乏，主要贫乏区有蒲江流域，龙泉山北西向缓丘平坝区。

全域贫硒地区集中分布于龙泉山及其北西缘缓丘平坝地区，其中成都市及其东南为极端贫硒地区，Se最低仅0.013×10－6（全国土壤0.2×10－6，鄢明才，1997）。

2．土壤第一环境与第二环境相比明显相对富集Tl、Mn，第一环境Tl是第二环境的1.25倍（K2值），Mn1.2倍（K2值）；第一环境中S、N、Se、Hg、P、Cd、Sb、Ca、Pb、Au、Bi、Th、Ga、Cu等元素明显低于土壤第二环境，其中S仅为第二环境背景平均值的三分之一，（K2=0.33），N为2.5分之一（K2=0.4），Hg、Se不足一半（K2=0.45）。

Rb、K、Fe、Be、Co、F、Nb、Al、As、Cr、Y、Ni等32种元素在土壤第一环境和第二环境中的分配差异极小，背景平均值相近，K2值在1.0左右（表2）。

3．土壤第一环境中元素分布大致可划分为三种概型：

强分异型（Cv1＞0.5）

中分异型（0.2＜Cv≤0.5）

弱分异型（Cv≤0.2）

（1）强分异型的元素有：

Au、S、Ca、Ag、Cu、Se、C、Hg等近20种元素，其直方图分两种概型：

单峰右偏型：

如Ag、Au、S等元素，该类元素空间分布有如下特点：

全域元素近背景分布的观测点频率极高，局部有少量极高值点分布，高值点表现为单点极高异常场，梯度变化极大与背景场极不协调。

平缓单峰—多峰型：

元素分布服从单一正态或多重正态分布，典型单峰元素有：

As、C、Hg、N、Mo、Mg、Cd等，地球化学场表现为梯度变化明显，正负异常场与背景场梯度变化呈逐变的梯度变化，异常清淅。

少量元素如Ca、P、Na等元素表现为多重正态双峰结构。

地球化学场表现为不同级次的区域地球化学场分区明显，梯度变化大而清晰，元素空间分布与分配受控于不同的母体。

（2）中分异型元素有：

B、Ba、Be、Bi、Ce、Cr、F、Ga、Ni、Nb、Pb、La、Li、Rb、Sn、Ti、U、V、Fe、K等25种元素，直方图为紧凑型单峰，元素含量集中在背景值附近波动变化，变幅较小。

地球化学场空间波动变化平稳，梯度小。

（3）弱分异型元素有：

Al、Y、Ge、Si等，直方图为极高右倾孤峰，地球化学场空间波动变化极小，平缓而无梯度变化。

4．全域元素叠加强度D在1.03—13.85之间变化。

强叠加元素（D≥2）有：

Au、Ag、S、Cu、Ca、Se、C、Hg、Cd、N、Mg、Th等。

以上元素在第一环境中的分布与分配，受成土过程中不同地质起因及人为因素的影响，局部强烈富集，形成极高异常场。

受多次地质地球化学叠加作用影响Au、Ag、S、Cu等元素，局部异常场高出背景场几十倍。

Rb、Be、Ba、Ti、Al等其余37种元素为弱叠加元素，后期地质地球化学叠加作用较弱，异常场偏离正常背景场偏幅极小，一般异常场仅偏离正常场几倍。

（二）土壤环境元素地球化学分布特征

成都市土壤环境中地球化学元素的分布严格受不同地域成土母质和成土作用的影响，这在土壤第一环境中表现十分明显，母质分化搬运位移小，因此不论土壤第一环境还是土壤第二环境元素的分布特征完全与下伏基岩元素特征相似，如在彭灌杂岩地区系统的亲铜、亲铁元素背景较高，这受主要与这一地区广泛分布的铜矿化有关，在龙门山构造带中不同地段均分别有Pb、Zn、Cd等元素的高背景和异常物，这主要与这一构造带忠告背景碳酸盐岩和局部中低温热液铅锌矿化有密切关系。

在龙门山东南麓广大的平原、平坝、丘陵低山地区元素区域性分布特征十分明显，这主要表现在不同时代、不同沉积单元、不同成土母质、不同土壤类型之间元素特征的不同。

全新统冲洪积堆积（Q4）的岷江扇与山大邑等地的广汉粘土（Q32）元素分布特征不同，岷江扇与湔江扇元素分布特征不同。

龙泉山西麓的成土粘土发育的水稻土与岷江扇的潮土发育水稻土元素分布不同。

在分析测试的51种元素重大部分造岩碱性元素和第一过渡簇元素分区信差异明显，这种差异在土壤第一环境更为突出。

稀土、贵金属簇、亲硫重金属簇元素的分布性差异不甚明显，龙泉山西麓成都市粘土和蒲阳河以北广汉粘土土壤第一环境中由于这一地区土壤变为潴育水稻土，土壤地下水位较高，土壤中偏碱性，盐基淋失作用较强，因此这一地区Na、K、Ca、Mg、Sr、Ba、Mn、N、P、C、B、Se等元素在土壤第一环境中严重贫化，均表现为区域低背景，而全城土壤第二环境除少数造岩碱性元素存在在区域性分布差异外，绝大多数元素分布区域性变化特征部明显，且Hg、Cd、Pb等亲硫重金属和Fe、Mn、Cr等第一过渡簇元素受人为因素的影响在大中城市及化工业区出现高背景或异常场，纵观全城土壤第二环境元素地球化学分布特征可以看出，除自然因素外，人为因素对土壤第二环境的影响是非常巨大的，局部区域Hg、Pb、Cd等土壤第二环境中的含量偏离自然背景几倍甚至几十倍。

（三）地球化学分区

成都市土壤第一环境地球化学场可分为A、B、C、D四个地球化学背景区，图4，各背景区特征见表4。

图4成都市土壤第一环境地化分区图

表4地化分析区背景特征一览表

区名

龙门山A区

湔江—岷江冲积扇区B区

盆地南缘浅丘平坝区C区

龙泉山区D区

景观

特征

浅覆盖深切割区

深覆盖平原区

中深覆盖区

浅切割浅覆盖地区

地质

背景

出露地层为元古—中生代沉积变质岩其中A1区主要为澄江—晋宁期彭灌杂岩。

主要发育有紫色土、黄壤、黄棕壤、棕色针叶林土。

新生代沉积物，主要为水稻土和潮土

中生代—新生代沉积区，主要发育有潮土、水稻土、黄壤、紫色土

中生代—新生代沉积区，主要发育有紫色土和黄褐土、水稻土、潮土

地化特征

富集元素

Au、Hg、Pb、Zn、Cd、Mo、Sn、Li、W、C、P、S、Se

Sr、Ba、Na、Be、Ca、Mg、K、Fe、V、Cu、Mn、Ag、B

无明显富集元素

贫乏元素

Si、Na、Zr、Y、Th、Sr、Sb、Ba

Tl、U、Zr、W、Sb、Nb

Ca、Sr、Ba、Mg、Na、K

无明贫乏集元素

分区特征

A1区局部相对富集Au、Mo、La、Nb、Ba、Na、Sr、Ca、Na、F而贫B、Sb、Be、Bi、La、Li、Nb、Rb

A2区相对富集Bi、Co、Cu、Mn、Ni

B1区局部富集有Cr、Sc等而B2区局部富集有

F、Ga、La、Rb、Sn、Th、Y等元素

原生矿物分解彻底，盐基淋溶作用强烈，土壤酸性。

C2C3区C、Mn、N、P、S相对贫乏，Zr、Nb、Sb相对富集

D1区相对富集Na、K、Ca、Mg、Sr、S、N、P、C、B、F而贫Zr、Y、Sb、As

D2区中相对富集Zr、Y、Sb、As而贫Na、Mg、K、Ca、Sr、W、Mn、S、P、N、F、B、C

结语

成都盆地多目标地球化学调查，是首次对成都市辖区土壤地球化学环境的大揭密，其成果已形成了一套系统完整的地球化学图和数据库。

这必将为各行业学者研究探讨成都市的资源与环境提供详实的科学依据，笔者这里只是抛砖引玉，意在让全社会更多的人了解关注成都土壤地球化学环境。

表3成都市土壤第二环境地球化学特征参数统计表

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