长江口沉积物重金属元素地球化学特征及其底质环境评价

长江口沉积物重金属元素地球化学特征

及其底质环境评价

孟　翊,刘苍字,程　江

(华东师范大学河口海岸国家重点实验室,上海200062)

摘要:通过对长江口区32个表层沉积样品中Cu、Cr、Zn、Pb等重金属元素及Al等常量元素的含量分布进行定量研究,揭示水动力和沉积作用是研究区元素分布的主要控制因素,进而采用聚类分析将研究区划分为4个沉积地球化学分区。此外,本次研究采用模糊数学方法,以Cu、Cr、Zn、Pb重金属元素作为评价因子对长江口区进行底质环境的多因子评价,结果发现研究区的底质环境都受到了不同程度的污染,从而为探讨研究区沉积地球化学过程和环境保护提供了科学依据。

关键词:沉积地球化学;重金属元素;环境评价;长江口

中图分类号:P736.4 文献标识码:A 文章编号:025621492(2003)0320037207

长江口是一个水丰沙多的中潮河口,它的年径流量和年输沙量分别达9240亿m3和4186亿t。在复杂的水动力因子,如径流、潮流、河口余环流和波浪等的相互作用下,大量流域来沙在河口区沉积,建造了庞大的水下三角洲。由于多种水动力因子的相互消长,加之生物地球化学作用的影响,使得进入该区水体中的重金属元素具有复杂的沉积地球化学特征[1—3]。因此,研究重金属元素在沉积物中的含量和分布,不仅可以揭示重金属元素在河口地区迁移富集的规律[4,5],进而探讨水动力和沉积条件的变化,而且对于水资源保护与开发利用、区域环境评价[6]及经济发展都具有重要意义。

1　研究区域及方法

本次研究样品主要采集于1988—1992年的长江河口锋调查[2],共计32个表层沉积样品。研究范围西起长江口南北分叉处,东至长江水下三角洲前缘,可达123°E附近(图1)。

样品处理方法:用取泥器取出表层沉积物,放入聚乙烯瓶中,取50g沉积物,经风干、烘干后保存于干燥箱中,取一定量样品用HCl2HNO32HClO42HF 消化,经HNO3重溶后制成5%的溶液,采用美国产Jarrell Ash1000ICP光谱仪,测定重金属元素Cu、Cr、Zn、Pb和常量元素Al、Fe等元素的总量,结果表

基金项目:国家自然科学基金资助项目(40206013)

作者简介:孟　翊(1967—),女,助理研究员,主要从事海洋沉积与沉积地球化学研究,E2mail:ymeng@

收稿日期:2003201210;改回日期:2003204223.　文凤英编辑明绝大多数分析元素的相对误差小于5%。与此同时还采用COUL TER L S100Q激光粒度仪做了沉积物的粒度分析。

2　结果与讨论

2.1　重金属元素含量及分布趋势

河口沉积物中的重金属元素不仅蕴含许多有价值的地质和环境信息,而且能较好地显示该地区的污染情况,是开展地球化学研究和进行环境评价的基础资料[7,8]。

表层沉积物中重金属元素的平面分布趋势显示,Cu、Cr、Zn、Pb等的高值区均位于30150°～31150°N、122°～122192°E的范围,即高值区主要分布在南支口外的长江水下三角洲地区(图2)。

表层沉积物中重金属元素的分布,在东西纵向上表现为从口内到口外含量增加,达到一高值后又呈下降趋势,且下降幅度较大(图3a)。南北横向的变化趋势与东西纵向的有些相似,即从南向北重金属元素的含量呈先低后高、再有所降低的变化趋势(图3b)。因此,重金属元素的含量分布总体上在东西纵向上呈两侧低、中间高,而南北横向上则显示南高北低的格局。

2.2　元素的相关性

对几种重金属元素所做的相关分析表明,Cu、Cr、Zn、Pb与Al2O3具有极好的正相关性,相关系数分别为0191、0191、0188、0167(图4)。Al2O3是大

2003年8月 海洋地质与第四纪地质 Vol.23,No.3第23卷第3期 MARIN E GEOLO GY&QUA TERNAR Y GEOLO GY　Aug.,2003

图1　研究区表层样品站位

Fig.1　Location of the

surface samples in the study area

图2　长江口表层沉积物中Cu 、Cr 、Zn 、Pb 含量的平面分布(单位:mg/L )

Fig.2　Distribution of Cu ,Cr ,Zn ,and Pb contents in the surface sediments of the Y angtze River mouth

陆风化产物,在地壳中较稳定,又是粘土矿物的主要成分,说明这些重金属元素与粘土矿物关系密切[3,9],且随粘土的增加而增加。4种重金属元素在不同类型沉积物中的含量也表明,沉积物粒度越细

其含量越高(表2),如Cu 在粘土中的含量是砂和粉砂中含量的216倍和115倍,粘土中Zn 的含量是砂的119倍,Cr 、Pb 在粘土中的含量也是它们在砂中含量的116倍。

83 海洋地质与第四纪地质2003年　

图3　长江口沉积物重金属元素的东西纵向(a )和南北横向(b )变化

Fig.3　East 2west and south 2north changes in the contents of heavy metal elements

of the Y angtze River mouth sediments

图4　长江口沉积物中Cu 、Cr 、Zn 、Pb 与Al 2O 3的关系

Fig.4　Relationships between Cu ,Cr ,Zn ,Pb ,and Al 2O 3in the Y angtze River mouth sediments

9

3　第3期 孟　翊,等:长江口沉积物重金属元素地球化学特征及其底质环境评价

表1　长江口不同类型沉积物中

重金属元素的平均含量

Table 1.Average contents of Cu ,Cr ,Zn ,and Pb in different sediments of the

Y angtze River mouth

mg/L

Cu

Cr Zn Pb 砂13.648.1154.7918.60粉砂23.9971.7778.3625.39粘土

35.79

75.51

102.56

29.56

2.3　沉积地球化学分区

长江口区元素的分布格局是河口区海陆相互作用的结果,与该区水动力过程和沉积过程相关。对32个表层沉积样进行的Q 型聚类分析将研究区域

划分为4个沉积地球化学区(图5)。

其中A 区主要分布在口外,沉积物以泥质粉砂和粉砂质泥为主,平均粒径(Mz )为7.3 左右,Cu 、Cr 、Zn 、Pb 在此处含量最高,分别达7214、3310、3411、10511mg/L 。这里的沉积物粒度较细,一般

沉积物越细,比表面积越大,越易吸附重金属元素[1,5]。该区也是长江口最大浑浊带活动区[4],频繁的盐淡水交汇、较强的絮凝作用,使得水体中高含量的细颗粒物质特别是粘土矿物沉降下来,并吸附某些金属元素;同时,适宜的水化学条件利于多种无

机和有机胶体,如Fe 2Mn 水合物、絮状物的形成[5,10],这些无机和有机胶体悬浮物通过絮凝、络合等作用,吸附了大量的金属元素。

B 区分布于研究区东部,位于陆架残留砂和混

合沉积区。这里的沉积物粒度最粗,为中细砂和混合砂,且含有较多的生物碎屑,重金属元素含量很低,属生物源区。

C 区大致位于长江河口锋与羽状锋[4]之间,其

沉积物平均粒径在410 左右,属现代长江三角洲

向陆架的过渡带,Cu 、Cr 、Zn 、Pb 的含量介于A 区与B 区之间。

D 区位于南北支拦门沙以内,这里长江径流作

用较强,陆源重矿物如闪石类、帘石类和斜长石类等的含量较高,而重金属元素的含量相对较低。长江径流携带的陆源风化产物控制着该区的沉积物组成。

2.4　底质环境评价2.4.1　现状

参照长江口区4种重金属元素的背景值[11],研究区32个底质样品中有25个样品的Pb 含量高于背景值,超标率达7811%,Zn 有16个样品的含量超过背景值,超标率达5010%,Cu 和Cr 超标率分别达3414%和1516%(表2)

。

图5　长江口沉积地球化学分区

Fig.5　Sedimentary geochemical provinces of the Y angtze River mouth area

4 海洋地质与第四纪地质2003年