王翔,吳衡,鄧佳良

(安徽省地質(zhì)調(diào)查院，安徽 合肥　230001)

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技術(shù)方法

安徽省宿松縣北部Cd元素地球化學(xué)分布特征

王翔,吳衡,鄧佳良

(安徽省地質(zhì)調(diào)查院，安徽 合肥230001)

Cd是動植物非必需的有害微量元素,嚴(yán)重的Cd污染將對人體健康構(gòu)成極大危害。該次通過對安徽宿松縣北部地區(qū)水系沉積物和土壤樣品中Cd地球化學(xué)異常分布特征進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，Cd異常的形成分為自然來源和人為來源；區(qū)內(nèi)分布的硅質(zhì)巖為Cd異常自然源的主要源頭；人類的生活活動雖對Cd異常的分布產(chǎn)生了一定的影響，但影響的范圍和程度有限；而采礦活動對土壤和水系沉積物中Cd的含量影響明顯，在采礦區(qū)及附近的樣品中Cd含量遠(yuǎn)高于一般地區(qū)樣品中的含量；從而形成了區(qū)內(nèi)Cd異常的主要分布區(qū)。

Cd元素；水系沉積物；土壤樣品；地球化學(xué)特征；安徽宿松

0　引言

Cd是動植物非必需的有害微量元素,嚴(yán)重的Cd污染將對人體健康構(gòu)成極大危害[1]。由于Cd容易在土壤—動植物—人體間轉(zhuǎn)移富集[2-3]，土壤中Cd污染對植物會產(chǎn)生嚴(yán)重毒害作用[4]，人體如吸收過量的Cd將對心血管，骨骼、肝臟、生殖系統(tǒng)等臟器及兒童智力等產(chǎn)生嚴(yán)重危害[5-7]，所以，Cd在自然界各生態(tài)系統(tǒng)，特別是水系沉積物及土壤中的分布特征越來越受到人們的重視[8-12]。

Cd在地殼中的元素豐度為0.2×10-6，主要以類質(zhì)同象、吸附狀態(tài)和極少量獨立礦物的形式存在[13]。含Cd高的巖石或含Cd礦物經(jīng)風(fēng)化氧化作用可聚集于殘積土壤或經(jīng)水系遷移，并次生富集于水系沉積物或受水系澆灌的土壤中。中國水系沉積物中Cd的豐度中的位數(shù)和算術(shù)平均值為0.12×10-6～0.14×10-6[14],而土壤中鎘的豐度為0.09×10-6[15]。地表土壤和水系沉積物作為化學(xué)污染物質(zhì)的累積庫，其中鎘等化學(xué)物質(zhì)儲存或活化所導(dǎo)致的環(huán)境問題得到世界各國的高度重視[16]。

該次工作調(diào)查區(qū)位于安徽省宿松縣北部破涼鎮(zhèn)至河塌鄉(xiāng)一帶，區(qū)內(nèi)村鎮(zhèn)、道路、礦山、水系分布較密集。通過開展1∶5萬水系沉積物及土壤地球化學(xué)調(diào)查，對調(diào)查區(qū)內(nèi)的Cd元素含量和地球化學(xué)異常分布特征并就異常成因進(jìn)行了初步探討。

1　研究區(qū)背景

調(diào)查區(qū)以桐(城)-太(湖)-破(涼)斷裂(郯-廬斷裂區(qū)內(nèi)出露部分)為界，分為北西和南東2部分；西北部出露為中-新元古代宿松巖群變質(zhì)巖地層，屬南秦嶺-大別山地層區(qū)；東南側(cè)出露為寒武紀(jì)至三疊紀(jì)以海相沉積為主的沉積地層和中新生代陸相沉積地層，屬于揚子地層區(qū)下?lián)P子地層分區(qū)，其中沿山前地帶分布有第四紀(jì)地層。

水系沉積物和土壤母質(zhì)主要為變質(zhì)巖、碳酸鹽巖、碎屑巖風(fēng)化形成的沖洪積物、殘積物、坡積物、殘坡積物。調(diào)查區(qū)位于長江以北約10km,屬長江水系，區(qū)內(nèi)分布多條長江支流；地貌景觀主要為河谷平原、丘陵、低山等。

2　樣品采集及分析測試

該次工作共采集樣品2089件，其中水系沉積物樣品1913件，土壤化探樣品176件。采樣點位見圖1。

圖1　研究區(qū)采樣點位圖

(1)采樣部位選擇在河床底部或河道岸邊與水面接觸處；在間歇性流水河道中，應(yīng)選擇在河床底部采樣；該次采樣工作以水系沉積物采樣為主，在水系不發(fā)育的平原、山地、丘陵崗地地區(qū)采集土壤樣品；土壤樣品應(yīng)選擇在能夠采集到基巖殘積層的部位。水系沉積物及土壤采集樣品組分以細(xì)粉砂等顆粒物質(zhì)為主，注意排除有機(jī)物質(zhì)混入。原始樣品重量應(yīng)保證干燥后過-10及+80目篩后的樣品重量不少于300g。

(2)為了增加樣品的代表性，水系沉積物樣品在徑流水系中沿水系延伸方向采樣點上下游30～50m范圍內(nèi)多點采集組合成一個樣品。土壤樣品在取樣點周圍10m范圍內(nèi)2～3處采集并合成一個樣品。

(3)樣品中的Cd元素采用等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)測定。Cd元素檢出限為0.02×10-6。分析方法的準(zhǔn)確度和精密度用國家一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GSD水系沉積物系列(GSD-2a、GSD-3a、GSD-4a、GSD-5a、GSD-7a、GSD-8a、GSD-10、GSD-14、GSD-15、GSD-16、GSD-19、GSD-20)的方法進(jìn)行檢驗。精密度(多次測定對數(shù)差的標(biāo)準(zhǔn)差)為0.023；樣品的分析測試單位為內(nèi)蒙古礦產(chǎn)實驗研究所。

3　結(jié)果與討論

研究區(qū)Cd元素異常分布見圖2，Cd異常主要集中在選區(qū)的西南部水泥灰?guī)r礦區(qū)、河塌鄉(xiāng)—高速收費站一帶、中西部的宿公磷礦—界嶺金礦一帶，異?？傮w呈NE向展布；為查明Cd元素異常成因及物源，該次工作分別統(tǒng)計了隘口鄉(xiāng)、涼亭鎮(zhèn)、二郎鎮(zhèn)、破涼鎮(zhèn)、河塌鄉(xiāng)、高速收費站等6個城鎮(zhèn)所在地、宿公磷礦—界嶺金礦，水泥灰?guī)r等采礦區(qū)及硅質(zhì)巖等特殊巖性層分布區(qū)的Cd元素分布及含量特征。

圖2　研究區(qū)Cd元素異常圖

3.1水系沉積物與土壤樣品Cd元素含量總體特征

從表1中可見，水系沉積物的平均含量僅略高于土壤樣品含量，兩者背景值一致。變化系數(shù)分析結(jié)果表明，水系沉積物Cd含量的變化區(qū)間較大。參照土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[17]，176件土壤樣品中僅有19件的Cd含量高于0.2×10-6,89.2%的土壤Cd含量在一級土壤類型內(nèi)，土壤質(zhì)量較安全。而1913件水系沉積物有215件Cd含量高于0.2×10-6，88.8%以上的水系沉積物得Cd含量在一級類型之內(nèi)，總體環(huán)境質(zhì)量較好。

3.2城鎮(zhèn)所在地Cd元素含量特征

以區(qū)內(nèi)規(guī)模較大的5處城鎮(zhèn)及高速收費站為中心，選取方圓16km2內(nèi)分布的水系沉積物、土壤樣品作為研究對象。從表2中可以看出，隘口鄉(xiāng)98件樣品中Cd含量介于0.04×10-6～0.66×10-6，平均值0.104×10-6，僅5件樣品的Cd含量高于0.2×10-6；破涼鎮(zhèn)84件樣品中Cd含量介于0.03×10-6～0.68×10-6，平均值0.124×10-6，11件樣品的Cd含量高于0.2×10-6；涼亭鎮(zhèn)95件樣品中Cd含量介于0.04×10-6～0.25×10-6，平均值0.107×10-6，11件樣品的Cd含量高于0.2×10-6；河塌鄉(xiāng)93件樣品中Cd含量介于0.03×10-6～0.75×10-6，平均值0.151×10-6，15件樣品的Cd含量高于0.2×10-6；二郎鎮(zhèn)86件樣品中Cd含量介于0.03×10-6～0.37×10-6，平均值0.102×10-6，3件樣品的Cd含量高于0.2×10-6；高速收費站116件樣品中Cd含量介于0.03×10-6～1.56×10-6，平均值0.169×10-6，其中16件樣品的Cd含量高于0.2×10-6。

可以看出，隘口鄉(xiāng)、涼亭鎮(zhèn)、二郎鎮(zhèn)等3處鄉(xiāng)鎮(zhèn)所在地四周Cd含量總體較低，環(huán)境質(zhì)量較好，表明人類的正常生產(chǎn)生活活動對水系及土壤環(huán)境未造成明顯的污染情況。而破涼鎮(zhèn)、河塌鄉(xiāng)、高速收費站3處鄉(xiāng)鎮(zhèn)所在地Cd含量相對較高，其中Cd含量最高為高速收費站，有3件樣品含量分別達(dá)到1.01×10-6，1.36×10-6，1.56×10-6；河塌鄉(xiāng)也有3件樣品含量分別達(dá)到0.71×10-6，0.74×10-6，0.75×10-6；較高Cd的污染可能主要為人為污染和汽車尾氣排放污染所致。

表1　水系沉積物與土壤樣品地球化學(xué)特征

測試單位：內(nèi)蒙古礦產(chǎn)實驗研究所，2014年。

表2　研究區(qū)主要城鎮(zhèn)所在地樣品地球化學(xué)特征

測試單位：內(nèi)蒙古礦產(chǎn)實驗研究所，2014年。

3.3采礦區(qū)所在地Cd元素含量特征

研究區(qū)內(nèi)主要采礦區(qū)為宿公磷礦-界嶺金礦采礦區(qū)及水泥灰?guī)r采礦區(qū)(圖2)，選取采礦區(qū)及周邊可能受影響的區(qū)域的樣品進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果見表3。

從表3中可以看出，水泥灰?guī)r礦區(qū)94件樣品中Cd含量介于0.11×10-6～3.76×10-6，平均值0.385×10-6，其中60件樣品的Cd含量高于0.2×10-6；宿公-界嶺礦區(qū)34件樣品中Cd含量介于0.03×10-6～40.39×10-6，平均值1.349×10-6，其中5件樣品的Cd含量高于0.2×10-6。采礦區(qū)及周邊Cd含量明顯偏高，其中宿公-界嶺礦區(qū)水系沉積物樣品中Cd含量最高為1.43×10-6及40.39×10-6，經(jīng)實地踏勘檢查，可以肯定為受上游采礦活動影響所引起的Cd元素含量異常；但礦區(qū)內(nèi)僅有5件樣品Cd含量超過0.2×10-6，表明采礦對環(huán)境影響的范圍有限。而在水泥灰?guī)r采礦區(qū)，63.8%的樣品Cd含量大于國家土壤質(zhì)量一級標(biāo)準(zhǔn)要求；39.4%的樣品Cd含量大于國家土壤質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)要求(0.3×10-6)；而碳酸鹽巖的Cd平均含量約為0.035×10-6[18]，礦區(qū)內(nèi)所采樣品的Cd含量明顯偏高，表明采礦活動引起了水系沉積物和土壤中的Cd的較嚴(yán)重污染。

表3　研究區(qū)內(nèi)采礦區(qū)樣品地球化學(xué)特征

測試單位：內(nèi)蒙古礦產(chǎn)實驗研究所，2014年。

3.4硅質(zhì)巖層分布區(qū)Cd元素含量特征

區(qū)內(nèi)西南部河塌鄉(xiāng)至高速收費站一帶存在沿NE向展布的Cd元素異常帶(圖2)，異常范圍大，分布廣，但異常強(qiáng)度較弱；在異常分布的區(qū)域內(nèi)沒有較大的村鎮(zhèn)、采礦區(qū)及工廠分布；通過與區(qū)域地層分布對比發(fā)現(xiàn)，沿異常帶分布的地層主要為中二疊世孤峰組硅質(zhì)巖；從表4中可以看出，74件樣品中Cd含量介于0.04×10-6～1.14×10-6，平均值0.268×10-6，其中36件樣品的Cd含量高于0.2×10-6；因人類活動對環(huán)境的影響相對較小，推測該異常帶的產(chǎn)生與硅質(zhì)巖特殊的地球化學(xué)性質(zhì)相關(guān)。

表4　研究區(qū)硅質(zhì)巖分布區(qū)樣品地球化學(xué)特征

測試單位：內(nèi)蒙古礦產(chǎn)實驗研究所，2014年。

4　結(jié)論

(1)安徽宿松北部水系沉積物樣品中Cd元素含量略高于土壤樣品含量，背景值基本一致。兩者Cd含量總體均較低，除采礦區(qū)和硅質(zhì)巖分布區(qū)外，未見明顯Cd元素異常。土壤及水系環(huán)境相對較安全，未受到嚴(yán)重污染。

(2)安徽宿松北部地區(qū)的6處城鎮(zhèn)所在地附近樣品中Cd含量總體較低，環(huán)境質(zhì)量總體較好；尤其以隘口鄉(xiāng)、涼亭鎮(zhèn)、二郎鎮(zhèn)等地未見Cd元素異常分布，樣品中 Cd含量基本低于國家一級土壤類型標(biāo)準(zhǔn)。破涼鎮(zhèn)、河塌鄉(xiāng)及高速收費站等地Cd含量相對較高，附近分布有Cd元素異常，異常具二級濃度分帶，分布范圍較小，且僅有13%～18%的樣品中Cd元素含量超過國家一級土壤類型標(biāo)準(zhǔn)，表明人類的生活活動雖對環(huán)境產(chǎn)生了一定的影響，但影響的范圍和程度有限。

(3)區(qū)內(nèi)2處采礦區(qū)Cd元素異常分布范圍較廣，強(qiáng)度大，具三級濃度分帶；Cd元素含量明顯高于其他區(qū)域，顯示出采礦活動引起自然環(huán)境中Cd元素的富集，導(dǎo)致了人為因素的污染。但宿公磷礦和界嶺金礦采用坑采的采礦方式，礦區(qū)內(nèi)Cd含量較高的樣品均集中于采礦洞口下游水系中，對周邊環(huán)境影響較小。而水泥灰?guī)r礦區(qū)采用露天開采方式，礦區(qū)內(nèi)粉塵污染嚴(yán)重，影響范圍廣，礦區(qū)及附近樣品中39.4%的樣品Cd含量大于國家土壤質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)要求，顯示礦區(qū)及周邊廣大區(qū)域均遭受了采礦所造成污染，環(huán)境形勢不容樂觀。

(4)在研究區(qū)內(nèi)Cd異常時，應(yīng)當(dāng)同時考慮自然來源與人為污染的雙重影響。自然源是長江流域Cd異常普遍存在的原因，在區(qū)內(nèi)主要表現(xiàn)為沿硅質(zhì)巖分布區(qū)出現(xiàn)的低Cd異常。而人為源則可能是高Cd異常主要沿各采礦區(qū)及城鎮(zhèn)所在地分布的重要影響因素。

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Geochemical Distribution Characteristics of Cd in Northern Susong County in Anhui Province

WANG Xiang, WU Heng, DENG Jialiang

(Anhui Geological Surveying Institute, Anhui Hefei 230001, China)

Cd is a non essential trace element for animals and plants, and the serious pollution of Cd will do great harms to human health. Through study on geochemical anomaly distribution of Cd in stream sediments and soil samples in northern Susong county in Anhui province, it is found that natural and anthropogenic source are two ways for the formation of Cd anomaly. In our work area, the distribution of siliceous rocks is the natural source of Cd anomaly, although human activity has a certain effect on the distribution of Cd anomaly, the scope and the impact intent are limited. However, the content of Cd in soil and stream sediment is significantly affected by mining activities. The content of Cd in mining area and nearby samples is much higher than that in general areas, thus main distribution area of Cd anomaly has been formed.

Cd element；stream sediments；soil samples; geochemical characteristics; Susong county in Anhui province

2015-12-21；

2016-01-06；編輯：陶衛(wèi)衛(wèi)

王翔(1982—)男，安徽安慶人，工程師，主要從事區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查工作；E-mail：22325518@qq.com

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C

王翔,吳衡,鄧佳良.安徽省宿松縣北部Cd元素地球化學(xué)分布特征[J].山東國土資源，2016,32(3)：79-83.WANG Xiang, WU Heng, DENG Jialiang. Geochemical Distribution Characteristics of Cd in Northern Susong County in Anhui Province[J].Shandong Land and Resources, 2016,32(3)：79-83.

項目來源：論文依托中國地調(diào)局武漢地質(zhì)調(diào)查中心《安徽宿松地區(qū)礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查》項目，項目編號：12120114012301