基于区域化探数据探讨评价额尔古纳地区土壤环境质量_唐伟.pdf

2023 年 2 月Feb.,2023doi：10.3969/j.issn.1672-9943.2023.01.004基于区域化探数据探讨评价额尔古纳地区土壤环境质量唐伟，张应娥，罗贤冬，王秋璇（安徽省勘查技术院，安徽 合肥 233001）摘要 一般而言，土壤环境质量问题也就是土壤污染问题。本文基于额尔古纳地区 1:25 万区域化探分析测试数据，参照土地质量地球化学评价方法，对研究区的土壤环境质量进行探讨评价，通过研究得出水系沉积物地球化学背景特征参数可用于评价研究区土壤环境质量。研究结果表明，额尔古纳地区的土壤环境状况总体较好，局部存在轻度至重度污染，并大致圈定了土壤污染范围。综合分析认为，造成研究区内污染状况的原因可能与矿业开采、人类活动及地质背景等因素有关。区域化探数据结合土地质量地球化学评价方法，可以应用于评价内蒙古大兴安岭地区或者其它尚未开展过土地质量地球化学评价工作区域的土壤环境质量。关键词 区域化探数据；额尔古纳；土壤环境质量；土地质量地球化学评价中图分类号X825文献标识码A文章编号1672-9943（2023）01-0011-040引言区域化探是基础性、公益性、战略性基础地质调查工作之一。其调查成果主要为区域矿产勘查中成矿远景区和中大型找矿靶区的圈定、资源潜力预测、地质填图与基础地质研究、环境与土地质量评价以及社会其它行业和领域的应用1，提供数十种元素含量空间分布的地球化学资料。土壤环境质量，是指在一个具体的环境内，土壤环境对人群和其他生物的生存和繁衍以及社会经济发展的适宜程度。土壤环境质量问题涉及土壤资源、土壤肥力、土壤生态、土壤污染、土壤酸化等诸多问题。一般而言，土壤环境质量是土壤污染及危害程度的指示，土壤环境质量问题也就是土壤污染问题。陈雷等2对化探资料在生态环境中的应用做过研究，王运等3运用土地质量地球化学评价方法对土壤环境方面做过评价研究，但均未将区域化探成果结合土地质量地球化学评价方法对土壤环境质量进行探讨。本文基于额尔古纳地区 125 万区域化探分析测试数据，参照土地质量地球化学评价方法，对研究区土壤环境质量进行探讨评价，为研究区经济建设和环境保护提供参考。1研究区概况额尔古纳地区位于内蒙古东北部，行政区划隶属内蒙古自治区呼伦贝尔市管辖。研究区位置如图1 所示。图 1研究区位置研究区位于大兴安岭西坡，地形整体呈东高、西低趋势，由北往南呈北高、南低。区内水系分布主要为大兴安岭西坡额尔古纳河水系，主要河流有额尔古纳河及其支流根河、伊图里河等。次级河流的支流密布于研究区内，区内一、二级水系相对较发育，水系沉积物以中粗砂为主，并夹杂很多的腐殖质。沟谷均较开阔，以“U”型谷为主。研究区属寒温带大陆性气候，寒暑变化剧烈，早晚与午间温差悬殊，冬季严寒漫长，夏季凉爽温润。年平均温度低，降雨主要集中在夏季七、八月份，春秋两季短促。东部山高林密，沼泽发育，属中深切割，为典型的森林沼泽景观。往西森林退化，地形呈中低切割，由森林沼泽过渡为退化的森林沼泽低山-丘陵景观区、草原丘陵景观区。基金项目：中国地质调查局基础地质调查项目（1212011087052）N公路铁路省界国界研究区能 源 技 术 与 管 理EnergyTechnologyand Management2023 年第 48 卷第 1 期Vol.48 No.1112023 年 2 月Feb.,2023唐伟，等基于区域化探数据探讨评价额尔古纳地区土壤环境质量2地质背景研究区侏罗系火山沉积地层分布最为广泛，为一套酸性-中性-基性火山岩、火山碎屑岩，主要岩性为安山岩、凝灰岩、玄武岩、流纹岩、流纹质火山碎屑岩、凝灰质砂砾岩等；局部分布石炭系下统、震旦系地层，石炭系下统岩性主要为细砂岩、斑点板岩、硅质岩、大理岩等，震旦系地层岩性主要为长石变粒岩、千枚状板岩、结晶灰岩等，如图 2 所示。研究区侵入岩岩性以侏罗系文象白岗岩为主，主要分布在研究区北西侧。研究区次火山岩岩性以晚侏罗世凝灰岩、英安岩、流纹质英安岩为主，主要分布在研究区南东侧。图 2研究区地质简图3样品采集与分析研究区内水系沉积物测量按照 2 km2 km 的网度，采集水系沉积物样品 3 021 件，土壤样品 105件，平均采样密度 1.37 个点/4 km2。野外采样选择在活动的且沉积物分选性较差的岩屑富集部位，采样物质代表本汇水域内基岩成分的中、细粒岩屑。当在一个采样单元内水系不发育无法采集到符合要求的水系沉积物样时，辅以土壤测量，采集残积、残坡积岩屑物质，在采样点周围 50 m 范围内多点采集组合成样品。水系沉积物样品介质与土壤样品介质性质基本相当。野外采样时采用 1.98 mm 套0.25 mm不锈钢筛截取原始样品，样品就地水筛，不能就地水筛的带回驻地采用无根水筛，有效地排除腐殖质的干扰。样品加工过程中，将原始样品直接进行晾晒，用 1.98 mm 套 0.25 mm 不锈钢筛截取部分为正式样品，样品质量大于 250 g。在项目开展过程中，按均匀分布随机布点原则，对测区各主要地质单元采集区域化探岩石样。样品由采样点周围 30 m 范围内多点采集同一单元、同一岩性无矿化、蚀变的新鲜基岩组合而成，主要地质单元样品数均大于 30 件，共采集了岩石捡块样286 件。区域化探扫面基本分析样和区化岩石样按照区域地球化学勘查规范 要求分析了 39 种元素。样品分析由安徽省地质实验研究所承担，中国地调局区化样品分析质量监督检查组对样品分析质量进行了检查验收，评分结果为“优秀”级。4运用区化数据探讨评价研究区土壤环境质量4.1单元素评价方法及结果4.1.1单元素评价方法根据 土地质量地球化学评价规范 对土壤环境评价的相关元素要求，结合本次区域化探分析的39 种元素4，选取 Cd、Cr、Hg、As、Cu、Pb、Zn、Ni 等 8种与土壤污染有关的元素进行评价研究。由于土壤、水系沉积物均为岩石的次生风化产物，故而本次研究分别计算了全区的水系沉积物样品、土壤样品的算数平均值，如表 1 所示。表 1研究区污染元素特征统计元素水系沉积物土壤平均值农用地风险筛选值（5.5pH6.5）/（mg/kg）污染指数平均值离差变化系数浓集系数As12.1110-67.1410-60.591.5012.0210-6400.30Cd83.0310-928.6710-90.351.1484.2610-93000.28Cr16.7710-67.6710-60.461.2816.9310-61500.11Cu7.2510-63.1910-60.441.087.1410-6500.15Hg8.6310-94.4910-90.521.018.7710-91 8000.00Ni8.3410-64.6410-60.561.208.1510-6700.12Pb27.2810-67.6610-60.281.1226.5910-6900.30Zn56.4910-620.6910-60.371.2356.9810-62000.28第四系文象白岗岩铅矿点铜矿点晚侏罗世酸性次火山岩断层/推测断层下石炭统震旦系中侏罗统上侏罗统锌矿点122023 年 2 月Feb.,2023从表 1 可以看出，研究区水系沉积物及土壤中各元素背景值大致相当，因此将研究区水系沉积物元素含量用于评价研究区土壤环境质量是可行的。此外，研究区自然水的 pH 在 5.56.5，为弱酸性地表环境。由表 1 分析可知，研究区 8 种元素水系沉积物算数平均值均低于 GB15618-2018 土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）中规定的农用地土壤污染风险筛选值，表明总体上研究区的土壤质量状况良好5。采用浓集系数 C1来衡量元素含量水平。根据C1的大小将元素含量特征划分为贫化（C10.8）、基本相当（0.8C11.2）和富集（C11.2）3 种类型。其计算公式为：C1=X/C0式中：X 为水系沉积物算数平均值；C0为大兴安岭地区元素含量背景值。用变化系数 Cv来阐述元素分异特征。根据 Cv的大小将元素分成弱分异（Cv0.4）、较强分异（0.4Cv0.6）、强分异（Cv0.6）3 种类型。其计算公式为：Cv=S/X式中 S 为水系沉积物离差。依据 土地质量地球化学评价规范，采用污染指数 Pi对比分析各元素的污染情况。污染物指标 i的单项污染指数（Pi）计算公式为：Pi=Ci/Si式中：Ci为土壤中 i 指标的实测质量分数；Si为污染物指标 i 在 GB15618-2018 中给出的二级标准值。利用上述公式计算污染指数 Pi，将土壤中 i 指标的实测质量分数 Ci用水系沉积物平均值代替，Si即为农用地风险筛选值（5.5pH6.5），结果如表1 所示。4.1.2单元素评价结果从表 1 可以看出，研究区 8 种污染元素中 As、Cr、Zn 浓集系数高于 1.2，属于富集元素；Cd、Cu、Hg、Ni、Pb 浓集系数为 0.81.2，与区域背景基本相当。As、Cr、Cu、Hg、Ni 变化系数为 0.40.7，属于较强分异元素；Cd、Pb、Zn 变化系数低于 0.4，属于弱分异元素。综合来看，As、Cr 显示为富集、较强分异特征，可能在研究区内局部富集超标造成一定程度的污染。相对于农用地风险筛选值（5.5pH6.5），各元素的污染指数均小于 1，依据 土地质量地球化学评价规范，土壤环境地球化学等级划分如表 2所示。由表 2 分析可知，研究区单指标土壤质量等级均为一等（清洁），表明总体上研究区的土壤质量状况良好。表 2土壤环境地球化学等级划分4.2综合等级评价方法及结果4.2.1综合等级评价方法依据 土地质量地球化学评价规范，在单指标土壤环境地球化学等级划分的基础上，每个评价单元的土壤环境地球化学综合等级等同于单指标划分出的环境等级最差的等级。本次研究将水系沉积物原始数据网格化，每个采样单元选择在该采样单元内单指标环境地球化学综合等级最差的等级作为理论值，按 Pi等级值划分标准编制了研究区的土壤环境质量综合等级图，如图 3 所示；按照土壤环境 Pi等级划分的 5 个标准，分别统计了 5 个等级的特征参数，如表 3 所示。图 3研究区土壤环境质量综合等级表 3研究区土壤环境质量综合等级特征参数4.2.2综合等级评价结果由图 3、表 3 分析可知，研究区内土壤环境质等级一等二等三等四等五等土壤环境Pi11Pi22Pi33Pi5Pi5清洁轻微污染轻度污染中度污染重度污染等级10 780803159584691.006.781.340.490.39面积/km2占比/%一等Pi1二等1Pi2三等2Pi3四等3Pi5五等Pi5锌矿点铅矿点铜矿点清洁区轻微污染区轻渡污染区中度污染区重度污染区色区5321能 源 技 术 与 管 理EnergyTechnologyand Management2023 年第 48 卷第 1 期Vol.48 No.1132023 年 2 月Feb.,2023量综合等级为一等清洁区的占总面积的 91%、二等轻微污染区面积占 6.78%，表明土壤环境质量总体较好。研究区局部存在轻度至重度污染，三、四、五等污染区总面积占研究区面积的 2.22%，实际污染面积约 263 km2，主要分布在得耳布尔镇、万年青林场、上乌尔根、小库力与额尔古纳右旗等地附近。得耳布尔镇、上乌尔根、小库力与额尔古纳右旗均是研究区内人口密度相对较大的地区，人们主要从事农牧生产，推测人类活动造成了部分污染。从图 3 还可以看出，主要污染区与研究区内已知的及本次发现的众多金属矿点分布基本吻合，加上区内水系较发育，通过自然淋溶，污染元素在下游富集也造成了部分污染。4.3岩石环境质量综合等级将研究区采集的 286 件无矿化蚀变的岩石捡块样原始数据同上述水系沉积物的综合等级评价方法进行处理，按 Pi等级值划分标准编制了研究区的岩石环境质量综合等级图，以寻找土壤污染与地质背景之间的关系。环境质量情况如图 4 所示。图 4研究区岩石环境质量综合等级一般认为，基岩-半风化基岩-风化基岩-成土母质-土壤是土壤形成的垂向剖面分布特征，土壤化学成分对成土