探討地球化學(xué)背景與地球化學(xué)基準(zhǔn)

■王蔭楠 徐姍

（河北省地質(zhì)調(diào)查院河北石家莊050081）

探討地球化學(xué)背景與地球化學(xué)基準(zhǔn)

■王蔭楠 徐姍

（河北省地質(zhì)調(diào)查院河北石家莊050081）

隨著地球化學(xué)的發(fā)展，地球化學(xué)背景的概念和含義都發(fā)生了很大的變化，由初期的注重其"量"到目前的關(guān)注其"質(zhì)"，研究的目的不同，背景值的確定途徑也不同。無論是地球化學(xué)背景還是地球化學(xué)基準(zhǔn)，共同之處在于它們獨(dú)特的參考功能，正是這種參照性質(zhì)使地球化學(xué)背景和地球化學(xué)基準(zhǔn)的研究在進(jìn)行環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)和環(huán)境立法時(shí)具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值.

地球化學(xué)背景 地球化學(xué)基準(zhǔn) 環(huán)境地球化學(xué)

1 地球化學(xué)背景的含義及其發(fā)展

“地球化學(xué)背景”一詞是勘查地球化學(xué)家為了鑒別某一地體中是否出現(xiàn)元素（或化合物）的富集和正異常而提出的概念。按照勘查地球化學(xué)的觀點(diǎn)，背景是為了反襯礦致和礦化異常的，是與異常相對(duì)的概念。因此，背景的含義是指在非異常區(qū)域內(nèi)元素的自然含量，背景即意味著沒有發(fā)生異常?？辈榈厍蚧瘜W(xué)家明確地將是否受礦或礦化影響作為劃分背景和異常的標(biāo)準(zhǔn)。

隨著地球化學(xué)在環(huán)境領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用，地球化學(xué)背景又有了新的含義。在環(huán)境調(diào)查中，為了對(duì)人類活動(dòng)引起的污染狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，需要客觀地確定不受人為干擾的自然含量。所以，與勘查找礦工作不同，環(huán)境調(diào)查更關(guān)注背景的“質(zhì)”，即背景的組成性質(zhì)，或是組成背景的物質(zhì)來源。環(huán)境地球化學(xué)領(lǐng)域的背景是指“非污染環(huán)境中元素的自然含量”，因?yàn)橐话闱闆r下，由人類活動(dòng)所造成的污染主要表現(xiàn)為污染元素的高含量值，從“污染”的角度看，這樣的定義在環(huán)境領(lǐng)域的污染研究中具有重要意義。

但是，由于人類活動(dòng)的痕跡無所不在，表生環(huán)境中的元素濃度是自然作用和人類活動(dòng)綜合作用的結(jié)果，因此出現(xiàn)了地球化學(xué)基準(zhǔn)（geoehermealbaseilne）的概念。該詞1993年出現(xiàn)于聯(lián)合國教科文組織支持下開展的全球地球化學(xué)基準(zhǔn)項(xiàng)目中（IGCP360）。但在概念和應(yīng)用上，地球化學(xué)背景與地球化學(xué)基準(zhǔn)常被混淆，或是互相代替，忽略了二者之間的差異。地球化學(xué)背景是指在未受人類影響的區(qū)域中元素的自然分布，更注重“質(zhì)”的一面;而地球化學(xué)基準(zhǔn)主要是從“量”上進(jìn)行界定，它并不排除人類活動(dòng)的影響，旨在描述目前表生的環(huán)境狀況，是一種用以衡量日后環(huán)境變化的基準(zhǔn)資料，含有“起始標(biāo)準(zhǔn)”的含義，如根據(jù)某元素的土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)值和該元素的環(huán)境衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，可以確定土壤容量。

盡管有此差異，但從本質(zhì)上說，無論是地球化學(xué)背景還是地球化學(xué)基準(zhǔn)，都具有相同的重要性質(zhì)，即它們的“參照”功能，是在時(shí)間和空間尺度上研究元素地球化學(xué)行為的重要參數(shù)。

2 地球化學(xué)背景的確定方法

2.1 以勘查找礦為目的時(shí)地球化學(xué)背景的確定方法

因?yàn)檠芯康哪康氖菫榱税l(fā)現(xiàn)異常，所以背景的確定是為了突出其“量”。一般情況下，粗粒組分中由于長石和石英的稀釋作用，微量元素的含量會(huì)降低。因此，在以勘查找礦為目的的土壤測(cè)量中，在無風(fēng)成沙干擾的地區(qū)，為了突顯異常，通常分析小于0.063mm的樣品，它含有較高的微量元素，可以使異常與背景的襯值達(dá)到最大，不但可以強(qiáng)化異常，還能發(fā)現(xiàn)低緩異常。

2.2 環(huán)境調(diào)查中突出人為污染時(shí)背景的確定方法

在環(huán)境污染評(píng)價(jià)中，地球化學(xué)背景更關(guān)注其“質(zhì)”，關(guān)鍵是確定不受人為干擾的自然含量，要盡可能用未受污染的樣品確定未受人為影響的自然含量，在此前提下才能反襯出人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響程度。因此，背景的確定要突出其“源”。背景值的確定通常有2種方法，一是地球化學(xué)法;二是元統(tǒng)計(jì)法。

2.2.1 地球化學(xué)法

該方法是基于研究的目的，選擇能代表自然水平的樣品或剖面來確定目標(biāo)區(qū)域的背景值，如全球海相頁巖標(biāo)準(zhǔn)值、上地殼平均值就利用了地球化學(xué)方法。地球化學(xué)方法不考慮元素的分布形態(tài)，以一個(gè)固定值（如平均值或中位數(shù)）來代表假定的背景值。在環(huán)境科學(xué)的研究中，也有人傾向于地球化學(xué)方法，其中常見的有下列2種方法。

（1）用剖面深部的含量作為背景值:人類活動(dòng)輸人的污染元素，大部分被表層的有機(jī)質(zhì)和粘土礦物吸附，因此，用深部B層土壤樣品計(jì)算背景值。

（2）用工業(yè)化前的含量作為背景含量:大量的污染出現(xiàn)在工業(yè)化以后，工業(yè)化以前沉積物中的含量可以代表自然含量.

2.2.2 多元統(tǒng)計(jì)方法

多元統(tǒng)計(jì)方法必須考慮元素的分布形態(tài)。在正態(tài)分布的情況下，用均值加減2倍的標(biāo)準(zhǔn)離差（M士σ）表示背景值。但在有人類活動(dòng)影響的情況下，樣本一般偏離正態(tài)分布，并且由人類活動(dòng)產(chǎn)生的污染元素疊加在了自然背景上而導(dǎo)致正異?；蛘?；因此，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法剔除偏離正態(tài)的離群值，根據(jù)地球化學(xué)背景的定義，消除人類活動(dòng)影響后樣本的（M士2σ）可以代表背景值（置信度為95%）。剔除離群樣品通常有以下兒種方法

①2σ法:首先按（M士2σ）的標(biāo)準(zhǔn)反復(fù)剔除離群樣品，直至樣本服從正態(tài)分布，然后用最終剩余樣品的（M士2σ）代表背景值。這一方法的理論基礎(chǔ)是，在正態(tài)總95%的樣品含量在（M士2σ）之內(nèi)。

②參考元素回歸法:有些元素的性質(zhì)比較穩(wěn)定，有很強(qiáng)的抗風(fēng)化能力，在土壤的歷史演化中表現(xiàn)出很強(qiáng)的惰性，如zr、sC、iT、Nb、Al等常被選作參考元素，對(duì)污染元素的含量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。在參考元素和微量元素間作線性回歸分析，在雙元素散點(diǎn)圖上，落在95%置信區(qū)間內(nèi)的樣品代表未受人類污染的樣品，之外的樣品作為離群值予以剔除。

2.3 地球化學(xué)基準(zhǔn)值的確定方法

由于基準(zhǔn)值并不排除人類活動(dòng)的干擾，因此基準(zhǔn)值關(guān)注的也是“量”值。通常用多元統(tǒng)計(jì)方法確定基準(zhǔn)值，用樣品中元素圍繞均值的含量范圍，即均值加減2倍的標(biāo)準(zhǔn)離差來表示基準(zhǔn)值。

3 分析討論

3.1 全球平均值與區(qū)域背景值

目前仍有許多研究人員使用全球平均值作為背景值。但是，由于不同地質(zhì)體中的元素含量明顯不同，微量元素在不同巖石中的含量可以達(dá)到不同的數(shù)量級(jí)，如Cd在火成巖中的含量是砂巖中的4倍，Pb在酸性巖與超基性巖中的含量相差20倍，因此，在特殊的地質(zhì)環(huán)境中，用全球平均值代替地區(qū)背景值往往會(huì)產(chǎn)生很大的偏差。所以目前大多數(shù)研究人員傾向于使用區(qū)域背景值，它們能夠代表特定區(qū)域內(nèi)元素的空間分布特征。

3.2 背景值的影響因素

背景值的確定受許多因素的影響，如區(qū)域地質(zhì)特征、成壤作用、人類活動(dòng)、表層物質(zhì)組成、粒度、分析方法等。在使用全球平均值時(shí)，掩蓋了所有這些區(qū)域上的特殊性。有些因素對(duì)背景值的確定會(huì)產(chǎn)生顯著的影響。因此，背景值的確定應(yīng)該密切結(jié)合研究目的和調(diào)查區(qū)域內(nèi)特殊的物理化學(xué)條件。

國外也有人建議建立地質(zhì)參考值，以便于在同類研究中進(jìn)行比較。

P632[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-5-210-1