南京-镇江地区多目标地球化学调查初步成果

南京-镇江地区多目标地球化学调查初步成果
廖启林;吴新民;金洋
【摘要】报道了南京-镇江地区开展的多目标地球化学调查工作以来所取得的初步成果,讨论了如何确定土壤中元素的背景值、如何检查评价地球化学异常、如何针对农业地质的需要开展深入研究等问题,并提出了开展调查工作的具体建议.
【期刊名称】《物探与化探》
【年(卷),期】2004(028)003
【总页数】4页(P257-260)
【关键词】南京-镇江地区;农业地质;多目标地球化学调查;土壤中元素背景值;地球化学异常;检查与评价
【作者】廖启林;吴新民;金洋
【作者单位】江苏省地质调查研究院,江苏,南京,210018;江苏省地质调查研究院,江苏,南京,210018;江苏省地质调查研究院,江苏,南京,210018
【正文语种】中文
【中图分类】P632+.1;P595
21世纪勘查地球化学将在解决人类资源与环境的重大问题上发挥巨大作用[1]。

近年来，我国勘查地球化学工作者利用地球化学的方法手段在解决与人类生存、社会发展密切相关的生态环境、农业等领域的问题上进行了一些有益的探索，并陆续见有类似的研究成果问世[2～5]。

以服务于生态环境、农业、矿产资源、基础地学等
多个领域为宗旨的多目标地球化学调查已先后在多个省区开展起来，像成都、江汉平原等地的多目标地球化学调查成果已公开发表[6，7]。

南京地区多目标地球化学调查的有关工作也开展2年多了，现将对其初步成果做一报道。

1 研究区概况
研究区位于长江三角洲顶端，包括南京、镇江二市的全部国土，总面积大于10 000 km2。

本区以冲积平原和黄土垅岗为主，另有少部分低山丘陵。

黄土垅岗标高一般10～50 m，冲积平原标高一般为0～10 m，全区最高峰紫金山标高448 m。

研究区内水系发育，河网纵横，湖泊与水库星落棋布，交通便利。

本区地处扬子准地台下扬子台褶带区，第四系覆盖区约占全区总面积的75%，其最大覆盖厚度达90 m。

这些广覆盖的第四系成因类型多种多样，中更新统为融冻泥流堆积，上更新统以风成为主、残坡-坡洪积次之，全新统则以冲积为主。

浅表的第四系主要由全新统和上更新统构成，这些浅表第四系覆盖区的土壤类型包含了水稻土、黄棕壤、潮土、沼泽土、红壤、紫色土、石灰岩土等，其中水稻土、黄棕壤、潮土为本区最主要的土壤分布类型。

除第四系外，在本区之低山丘陵一带还发育有从震旦纪至中生代共52个组级单位的地层，其岩性主要为碳酸盐岩和碎屑岩。

局部地段发育有中生代的中酸性-中基性侵入岩、中酸性-碱性陆相火山岩及少量第三纪基性火山岩。

2 主要工作方法
主要开展1∶25 万土壤地球化学测量，双层取样，表层土壤采样深度0～20 cm、采样密度1个样/km2，按照每4 km2等量组合成一个分析样，深层土壤采样深度为-150 cm以下连续采集50 cm高的土柱，采样密度1个样/16 km2、单样分析。

分析53项指标(元素)的总含量，重要异常区采集有关农产品做重金属元素的含量分析，全部样品测试由原地质矿产部南京综合岩矿测试中心完成。

3 初步工作成果
对研究区表、深层土壤53项指标分析数据初步整理后，获得以下地球化学信息。

(1)以640件深层土壤(第一环境即自然环境)样品的最新含量资料为依据，求得了
本区52个元素的土壤环境地球化学背景值，同本区深层土壤的平均含量相比，其表层土壤中C、S、Hg、Se、N、Br、Cd平均含量比深层土壤高出0.76～4.90倍，反映了人类活动已对本区土壤环境产生了深刻的影响。

将本区土壤As、Cd、Hg、Pb、Cr、Ni、Co、Cu、Zn、F、Se、V、Mn的背景含量与全国土壤的同类值做
一比较(表1)，可看出本区土壤As、Hg、Se的背景含量(算术平均值)相对偏低，Cd、Cr、Ni、Co、Cu、F、V、Mn的背景含量相对偏高，Pb、Zn背景含量接近全国土壤，反映了本区同全国土壤的平均成分[8]相比总体上属于一个明显贫Se，相对富集亲铁元素及Cd、F的局部地球化学背景场。

另将本区土壤上述13个元
素的算术平均值(AM)、几何平均值(GM)的相对偏差与全国土壤的算术平均值(AM)、几何平均值(GM)之相对偏差做一比较，其AG相对偏差以“(AM- GM)的
绝对值/ AM与GM的平均值×100%”表征，发现本区土壤的AG相对偏差为
1.2%～11.4%，全国土壤的AG相对偏差为8.8%～51.4%、象Hg、Se、Cd的AG相对偏差都在30%以上，说明本次在宁—镇地区开展土壤地球化学测量的样
品分析精度及用于求土壤背景含量之样品的代表性要明显优于前人的有关工作。

表1 宁—镇地区土壤与全国土壤部分元素背景含量对比 mg/kg元素AsCdHgPbCrNiCoCuZnFSeVMn宁镇
AM(浅)9．430．160．0928．8475．832．114．029．974．45130．2489．3635宁镇
GM(深)10．170．100．02823．0280．435．915．028．069．05530．0939 7．3706宁镇
AM(深)10．800．0910．02523．4581．536．915．629．270．25650．083 98．5722宁镇AG相差
6．0%9．4%11．3%1．8%1．4%2．7%3．9%4．2%1．7%2．1%11．4%1．2%2．2%全国
GM9．20．0610．02622．352．824．311．719．864．74640．16076．95 08全国
AM11．50．0840．04424．760．828．613．423．171．15070．24684．3 597全国AG相差
22．2%31．7%51．4%10．2%14．1%16．3%13．5%15．4%9．4%8．8%4 2．4%9．2%16．1%
注:AM—算术平均值；GM—几何平均值；浅—浅层土壤；深—深层土壤；AG相差—AM与GM相对偏差，等于同一元素AM与GM的差值与其均值的百分比；全国土壤平均值资料引自参考文献[8]。

(2)利用As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn的《土壤环境质量标准》
(GB15618-1995)，对本区表层土壤的环境质量进行了初步评估，发现本区存在重金属污染的国土占调查区总面积的44.16%，污染比例之高是惊人的。

那些被重金属污染的土地绝大多数属于轻度污染、其严重污染比例为2.08%，Cd、Hg、Cu、Pb是主要的致污因子。

这些受污染的土地可大致分成2种污染类型，一种是主要由人类活动及工农业生产等后天因素引起的重金属污染、以秦淮河流域重金属污染带为代表，另一种是由包括地质背景在内的多因素造成的多种化学组分的富集、以长江沿岸多元素富集带为代表，对于前者要想办法逐步消除其污染，对于后者要先查清各元素的富集机制及其环境效应。

有近40个元素出现异常的长江沿岸多元素富集带是本次调查发现的最大一处地球化学异常、也是一处战略性环境地球化学异常，以同时富集亲Fe元素、毒害元素、主营养元素、大多数微量营养元素及贫Si、I、Zr、土壤环境明显偏碱性等为特征，扬中县浓缩了该战略性环境地球化学异常
的全部特征，是下一步异常检查与评价的重点。

(3)利用As、Cd、Hg、Cr、Cu、Pb在表层土壤中的含量及《绿色食品产地环境质量标准》(NY/T391-2000)，对本区绿色食品基地的分布情况做了统计，发现本区不适合选做绿色食品基地的国土(以上6元素含量超标)为2 728 km2，占调查区总面积的26.2%。

这些地区主要分布于长江沿岸、秦淮河流域等河湖冲积层土壤发育的地段，Cd、Hg、Cu、Pb仍是最主要的影响因子。

(4)通过对南京附近重金属元素污染较严重地段农田中部分农作物进行初步追踪调查，发现产于上述有关污染土壤(重金属元素含量超标)中的稻谷、芦蒿等农产品的Pb、Cr、Hg、Cd的含量出现了超标现象。

其中部分样品的个别元素(如Pb)超标还相当明显(表2)，同时还发现上述农产品产地中无一处土壤中As含量超标，而相应我们所采集的6件植物样品中也没发现一个样品出现As超标。

为了进一步考察本区土壤中与其农产品中重金属元素的含量之间的关系，收集了他人在我省宜兴市农田保护区完成的一项类似研究成果[9]。

该成果表明受污染土壤中Pb元素的总含量与其所生水稻糙米中Pb含量呈密切正相关，当土壤中总Pb含量<200 mg/kg时其糙米中Pb含量变化不太明显，当土壤中总Pb含量>200 mg/kg时其糙米中Pb含量明显增加。

本项初步抽查的成果资料说明，以1∶25 万土壤地球化学测量为主的多目标地球化学调查能够为保障农产品的安全生产起一个较好的预警作用。

(5)通过对本区表、深层土壤B、Se、Mo、Mn、Fe、Zn、Sr地球化学图的对比研究，新发现了一些发展特色农业的远景区或重要线索，比如一些B元素相对富集区、个别县的富Sr土壤地球化学背景等，这些信息将为地方的农业经济提供有力的科技支撑。

(6)本区表层土壤中出现了Se、Mo与Pb、Cd毒害元素共消长的现象，K、Fe在表层土壤的平均含量还稍低于其深层土壤的平均含量，这类问题有待深入研究与探索。

表2 某些严重污染区土壤中代表性农产品的重金属元素含量 10-6样品号样品类型HgPbCdCuZnCrAs植1稻谷0．0190．550．043．6213．81．020．18植3稻谷0．0210．700．213．2112．66．420．40植4稻谷0．0210．680．034．2714．012．400．14植5稻谷0．0240．740．024．2513．89．360．29植6稻谷0．0140．520．022．8312．37．670．24植8蔬菜(干
重)0．0113．940．5112．505．81．300．10稻谷国家标准含量
(≤)0．0200．400．2010．0050．01．000．70蔬菜国家标准含量
(≤)0．0100．200．0510．0020．00．500．50
注:①植1、植3、植4、植5、植6采自江苏某市附近一片重金属元素严重污染(超标)的水稻种植区，植8采自一片土壤中Cd含量超标的蔬菜种植区；②稻谷国家标准含量与蔬菜国家标准含量据中华人民共和国国家标准GB2762-94、
GB14935-94、GB15201-94、GB15199-94、GB13106-91、GB14961-94、GB4810-94。

4 讨论与结论
作为一项基础性、公益性、战略性的地质工作，多目标地球化学调查可以在类似于长江三角洲这类厚层覆盖区的生态环境质量评价方面发挥巨大作用。

其前期区域化探资料对于评价土壤的环境质量、圈定土壤中各种无机化学组分的分布现状即发现“化学定时炸弹”[10]非常有效，像这次在长江沿岸冲积层中新发现的数十个元素大范围相对富集，对于评价这一地区的生态环境将起重要导向作用。

多目标地球化学调查的一个重要任务是为农业服务、在农业地质环境研究中展示本项调查的独特优势。

当前各级政府都在思考特色农业、生态农业、绿色食品基地、无公害农产品等现实问题，农业的可持续发展[11]需要多目标地球化学调查的基础资料。

为了适应农业生产的具体需要，为各地确定绿色食品生产基地提供更具体合
理的方案，下一步要着重解决土壤中重要元素(毒害元素+主要营养元素)的有效态
含量分析、有机污染物的分析，同时还要相应开展系统的水地球化学调查。

只有如此，传统的勘查地球化学才能在农业这个国民经济建设的大战场上占有一席之地。

关于土壤环境的元素背景含量。

土壤环境中元素背景值是指一定区域内自然状态下未受人为污染影响的土壤中元素的正常含量，是土壤环境质量评价、污染趋势预测、研究元素在土壤中迁移转化规律的科学依据。

就这次在本区新获得的有关信息而言，发现以前提供的土壤环境背景值资料[8]中有些元素是不能用的，Cd、Hg、Se的
土壤环境背景含量必须重新建立。

我们认为在确定一个地区土壤中元素的背景值时应充分考虑到：①在成功的方法试验基础上，确定第一环境土壤的采样深度，包括本区在内的长江中下游一带以-150 cm以下土壤样品求其环境背景值比较合适；
②要采集数量足够充分的代表性样品，要保证样品分析有足够高的精度；③代表性样品分布要尽可能均匀，以剖面采样求土壤环境之各元素背景含量的作法不足取。

关于多目标地球化学调查的异常检查与评价。

既然是区域地球化学调查，必然要涉及到地球化学异常的检查与评价。

侧重于为环境、农业服务的多目标地球化学调查的异常检查评价与区域化探找矿的异常检查评价是有很大不同的，以一个Pb异常检查评价为例，就找矿而言，在前期若发现了一处有价值的Pb异常，并初判其为一矿致异常，据此异常将Pb(Zn)矿(化)找到，应该说传统(找矿)的异常检查评价就算很圆满完成任务了。

但就多目标地球化学调查的异常检查评价而言，若发现了一片Pb异常、再将其异常源找出来是远远不够的，因为环境、农业等最关心的是土壤中存在的Pb异常(污染)的危害性及如何消除这些危害。

目前关于多目标地球化
学调查中的异常检查与评价还没有系统的规范可循，我们初步认为在开展多目标地球化学调查的异常检查与评价时至少应注重以下几个问题。

(1)有害元素的环境效应、即有害元素的污染程度与范围的科学评估。

在1∶25万
区域地球化学调查阶段，按1个样/km2的采样密度、4 km2等量组合成一个分
析样所圈出的异常范围有时是相当大的，但这些重金属元素正异常只能起到示踪作用，如果进行加密取样后其异常的形态与范围可能就变了，只有用适当的采样密度控制的土壤污染区及其中污染元素的强度才算是比较真实可靠。

加密取样控制准确的污染范围是必要的，此时其分析指标可尽量减少(针对污染因子进行)和必须是单样分析。

(2)查清地球化学异常的形成机制。

传统(找矿)的地球化学异常检查评价也要查明异常的形成机制，因多目标地球化学调查所发现的异常更偏重于表(或外)生成因，对于其形成机制的研究与内生异常的研究因此又有所不同。

在研究表生地球化学异常的形成机制时，要更偏重于对异常区土壤中有关元素赋存状态的调查，要设法弄清相关元素在大气—水—土壤—岩石—生物(尤其植物)间的循环与分布分配规律，要查清人类活动是以什么方式或途径影响元素的表生地球化学行为的。

(3)污染环境对生命的影响与危害。

一旦发现土壤中有害元素超标，就要对这片土
壤中所生长的植物，尤其是主要农作物进行比较系统的跟踪调查，查清污染物是否已从土壤转移到植物中，进而通过食物链危及人体及其它动物。

为了资料解释的系统性与全面性，可适当开展污染土壤与未污染土壤中同类农作物或植物的对比研究、同一污染土壤中有关植物的超标元素与未超标元素的对比研究。

(4)环境污染的修复(如何防治土壤的化学物质污染)。

目前国内对污染土壤的修复治理主要采用一些物理、化学、生物及其相互组合的工程修复方法，像控制污染物的排放、添加抑制剂、增施有机肥及矿物原料以改善土壤质地、改变耕种方式、深耕与换土等都是比较常用的方法。

国外已有通过变更种植作物导致土壤中营养元素重新分配、以达到合理利用土地资源的实例，如油料作物对K的吸收远大于一般农
作物，可以通过由种谷物改为种油料作物来使土壤中富集的多余的K尽量被油料
作物吸收，从而降低土壤中K的含量[12]。

就理论上而言，土壤中富集的某些污染元素也可以通过改种能针对性吸收此类元素的植物，从而达到降低与消除有关污染
元素的目的，但找到能大量吸收一些污染元素的植物是关键，需要在实际工作中做大量而艰苦的探索。

就类似于南京—镇江这类地区的多目标地球化学调查而言，
应在改换耕种方式或作物类型、添加粘土矿物以改善土壤质地等方面多做些有益的探索。

参加项目技术工作的还有翁志华、朱伯万、潘永敏、陈宝等同志，江苏省地质调查研究院的主要领导及技术部门的负责人对本项目的工作给予了大力支持与关照，在此一并诚致谢忱！
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