江西省萍鄉(xiāng)—新余地區(qū)土壤地球化學特征與分區(qū)

劉冰權,衷亮云,宋慶偉，江俊杰,張濤亮,魏星星,姜宏裕

(1.江西省地質調查研究院,江西 南昌330030;2.江西環(huán)境工程職業(yè)學院,江西 贛州341000；3.中國地質環(huán)境監(jiān)測院，北京 100081)

0 引 言

土壤是人類賴以生存發(fā)展所必需的生產資源，土壤中各元素和氧化物在表層土壤中分布分配雖然較為復雜，但同時具有一定的規(guī)律性，特別是硒等有益元素的環(huán)境地球化學行為和對健康的影響一直是研究重點[1-3]。全國多目標區(qū)域地球化學調查成果為特色土壤開發(fā)、土壤污染治理與礦產資源潛力評價等工作做出了重要貢獻[4-5]。江西省多目標地球化學調查與土地質量地球化學調查也取得了大量的成果，鄒勇軍等[6]對崇義縣上堡梯田區(qū)土壤養(yǎng)分元素進行了等級評價，提出了在農業(yè)生產中N、P、K等大量元素的施肥建議；米振華等[7]通過研究江西省于都縣盤古山地區(qū)土壤硒的分布特征與影響因素為當地富硒土地資源的開發(fā)利用提供了思路。本文利用江西省萍鄉(xiāng)—新余地區(qū)1∶250 000多目標區(qū)域地球化學調查數據，探討表層土壤與深層土壤元素的地球化學特征，并對研究區(qū)進行地球化學分區(qū)，為土地資源合理利用與礦產資源潛力評價提供了數據支撐。

1 研究區(qū)概況

萍鄉(xiāng)—新余地區(qū)涵蓋萍鄉(xiāng)市的安源區(qū)、湘東區(qū)、上栗縣、蘆溪縣，宜春市的袁州區(qū)，新余市的渝水區(qū)、分宜縣以及吉安市的安福縣，行政區(qū)域面積11 259.55 km2(見圖1)。研究區(qū)縱跨揚子板塊及華夏板塊，分屬欽杭結合帶及華南造山帶，區(qū)內地層發(fā)育齊全，地質構造復雜，巖漿活動強烈。區(qū)內經歷了四個重要地史發(fā)展階段，即晉寧期、加里東期、海西—印支期和燕山—喜山期。以萍鄉(xiāng)—廣豐—江山—紹興斷層為界，北部屬欽杭結合帶，以晚古生代地層為主，且?guī)r相變化明顯，變質基底地層少量零星出露；南部屬華南造山帶，構造變形強烈，巖漿活動頻繁，基底地層主要有新元古代—早古生代寒武紀地層、蓋層為泥盆—三疊紀地層、斷陷盆地為侏羅紀—古近紀地層，分別構成三個構造層[8]。經過多年地質勘查與區(qū)調科研，表明區(qū)域地質構造復雜、巖漿活動頻繁、礦產資源豐富，是著名鐵礦、煤礦、鎢礦集中區(qū)之一。

根據江西省第二次土壤普查資料[9]，研究區(qū)土壤類型主要有紅壤、水稻土兩類，占研究區(qū)總面積的85%以上。另外全區(qū)零星分布有石灰土、黃壤、紫色土、黃棕壤、潮土、山間草甸土、粗骨土等。

2 樣品采集及測試

2.1 土壤樣品采集

1)表層樣點布設

表層土壤表征土壤經自然界、人類活動改造后的地球化學元素重新分布狀況，樣品采樣深度0～20 cm，密度1點/km2。城市及礦山周邊的地區(qū)，適當加密1～2點/km2。樣點選擇在具有代表性、廣泛分布的成熟土壤中，且盡量均勻布置，最大限度控制調查面積。

2)深層樣點布設

表層土壤樣按4 km2大格、深層土壤樣按16 km2大格，網格內樣品等重量組合成1個分析樣品，組合樣品重量大于1.5 kg。表層土壤樣品分析測試2 876件，深層土壤樣品分析測試739件。

2.2 土壤樣品分析測試

樣品分析測試工作由國土資源部南昌礦產資源監(jiān)督檢測中心(江西省地質調查研究院)承擔；分析測試Ag、As、Au、B、Ba、Be、Bi、Br、Cd、Ce、Cl、Co、Cr、Cu、F、Ga、Ge、Hg、I、La、Li、Mn、Mo、N、Nb、Ni、P、Pb、Rb、S、Sb、Sc、Se、Sn、Sr、Th、Ti、Tl、U、V、W、Y、Zn、Zr、SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO、Na2O、K2O、TC、Corg、pH等54項指標。

土壤樣品測試方法主要采用X射線熒光光譜法(X ray fluorescence，XRF)、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(inductively coupled plasma-optical emission spectroscopy，ICP-OES)、原子熒光光譜法(atomic fluorescence spectrometry，AFS)[10]、玻璃電極法(ion selective electrode，ISE)等方法。分析測試嚴格按照《多目標區(qū)域地球化學調查規(guī)范(1∶250 000)》(DZ/T 0258—2014)要求，樣品分析測試質量監(jiān)控與考核由中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所區(qū)域地球化學樣品分析質量監(jiān)控專家組負責。承擔樣品分析的實驗室及樣品分析質量監(jiān)控組嚴格按照中國地質調查局有關規(guī)范、規(guī)定要求完成了各類樣品測試與分析質量考核和評定。

3 土壤地球化學參數基本特征

3.1 表層土壤地球化學參數基本特征

土壤地球化學背景值代表土壤中的元素含量水平[11]。由表1可見，研究區(qū)表層土壤pH背景值為5，變化區(qū)間為4.06～7.95，變異系數(coefficient of variation，CV)99.20%，表明區(qū)內表層土壤整體呈酸性。從各指標CV上看，大部分指標在表生環(huán)境條件下經長期熟化作用后趨于均勻化，呈均勻或較均勻分布。根據L.P.Wilding對CV的分級[12]，研究區(qū)Ag、As、Au、Bi、Br、Cd、F、I、Mo、Pb、Sb、Sn、W、Zn、MgO、Na2O、CaO等指標CV值大于70%，呈不均勻或極不均勻分布。As、Pb、Zn元素異?？臻g上主要分布在工業(yè)開發(fā)區(qū)周邊，說明為人類活動造成的局部污染[13]。Au的異常可能與黏土礦物膠體吸附作用有關[14]。Cd是制約農業(yè)生產重要的元素之一，研究區(qū)深、表層土壤Cd的CV均較高，表層土壤Cd含量高達0.25 mg/kg，遠高于深層土壤0.11 mg/kg的含量，這是因為區(qū)內Cd較高的地質背景與人為活動疊加所導致。W、Mo元素CV分別為340.5%、288.1%，異常區(qū)與燕山期花崗巖關系密切，在表生作用下促進了其在表層土壤富集，是成礦的重要指標之一[15]，表明W、Mo等元素在區(qū)內有局部富集成礦的地球化學現象，可作為找礦的重點監(jiān)控指標。

3.2 深層土壤地球化學參數基本特征

深層土壤pH基準值為5.70，現時變化在3.40～8.59之間，CV為86.57%，總體呈弱酸性(表1)。區(qū)內絕大多數指標CV小于70%，分布均勻，而F、Corg、Sb、Br、Sn、Ag、Cd、S、MgO、W、Au、CaO、Pb、Bi、Mo等CV大于70%，呈不均勻分布，存在局部富集現象，是因深層土壤一般未受人類活動影響，主要是不同地質體中的元素含量分布、分配不均一性的反映。特別W、Mo等CV大于90%，對尋找此類元素礦種較為有利。

表1 研究區(qū)表層及深層土壤主要地球化學特征參數表Table 1 Table of main geochemical characteristic parameters of surface soil and deep soil in the study area

4 地球化學分區(qū)

土壤地球化學分區(qū)以表層土壤元素地球化學數據為依據，反映了表層土壤中元素空間分布的區(qū)域屬性特征，表現為元素區(qū)域地球化學背景的含量及二維空間的變化規(guī)律，為研究區(qū)域地質背景和地理景觀環(huán)境提供地球化學信息依據。

4.1 劃分原則

1)以地球化學異常元素組合為基礎[16]，結合地質背景，地理環(huán)境等因素，劃分地球化學區(qū)。

2)根據元素地球化學背景的面型分布式特征及變化規(guī)律，將具有相同或相近的一組元素地球化學背景劃為同一地球化學區(qū)，并以標志元素或特征組合元素命名。

3)在地球化學區(qū)內，出現標志元素地球化學背景的起伏變化和特殊的元素組合，將地球化學區(qū)劃分若干地球化學亞區(qū)。地球化學亞區(qū)保持地球化學區(qū)地球化學背景的基本特征。

4)地球化學區(qū)(或亞區(qū))劃分是相對的，沒有絕對量的概念，分區(qū)界限是一條元素或元素組合區(qū)域地球化學背景含量變化的擬合線。

4.2 地球化學分區(qū)及特征

根據地球化學分區(qū)原則，將研究區(qū)劃分為3個地球化學區(qū)和9個地球化學亞區(qū)(圖2、表2)。

圖2 研究區(qū)表層土壤地球化學分區(qū)圖Fig.2 Geochemical zoning map of surface soil in the study area

表2 研究區(qū)地球化學分區(qū)簡表Table 2 Geochemical zoning table of the study area

4.2.1 北部地球化學區(qū)(Ⅰ)

北部地球化學區(qū)位于研究區(qū)北部，涵蓋上栗縣和宜春市、分宜縣、新余市絕大部分地區(qū)及萍鄉(xiāng)市北部地域，呈現北東東向展布，面積5 156.65 km2。北部地球區(qū)又劃分為四個地球化學亞區(qū)。該地球化學區(qū)處在欽杭結合帶西段南部地區(qū)，晚古生代地層極其發(fā)育，特別是二疊紀地層，地層分布約占全區(qū)總面積的80%以上，是江西省重要的煤、石灰?guī)r產區(qū)，巖漿活動表現不明顯，斷裂構造十分發(fā)育，以北東東向大型推滑(覆)斷裂發(fā)育為特征，控制著區(qū)內地殼演化、晚古生代沉積盆地及礦產資源的分布。

區(qū)內表層土壤呈現中性-弱酸性，湘東—宜春—分宜—新余地區(qū)土壤pH值>5.5，而上栗—楠木—柏木地區(qū)pH值>7，部分區(qū)域pH值>7.5。標志元素及組合元素地區(qū)化學背景含量變化：Cd>0.428 mg/kg、北部大于0.599 mg/kg，局部出現Cd污染；Sb>1.056 mg/kg、北部帶局部大于1.947 mg/kg，由南往北Sb含量升高明顯；SiO2>70.61%、局部大于74.235%，并呈現向北含量降低趨勢；Se>0.577 mg/kg、多數區(qū)域大于0.779 mg/kg，是研究區(qū)Se重要的高值區(qū)；Sr>57.918 mg/kg、北部以大于77.978 mg/kg為主。同時，有些元素表現為低地球化學背景(地球化學洼地)，如Al2O3<14.549%、而南部亦低于12.031%，呈現北高南低的特點；Ba<366.103 mg/kg、而小于308.873 mg/kg占絕大多數、且在中部區(qū)小于240.213 mg/kg，特別是宜春市北部區(qū)(Ba<220.388 mg/kg)，各含量值背景均呈北東東向帶狀分布，這是北部地球化學區(qū)與中南部地球化學區(qū)劃分重要的標志元素。綜上所述，北部地球化學區(qū)地球化學背景綜合元素較大，含量值變化幅度較小，空間分布較均勻，均呈北東東向帶狀面型展布。

4.2.2 中部地球化學區(qū)(Ⅱ)

中部地球化學區(qū)位于研究區(qū)的中部，涵蓋了萍鄉(xiāng)市湘東區(qū)、蘆溪縣、分宜縣、新余市和安?？h等大部分區(qū)域，呈現北東東向延展。面積5 008.15 km2。中部地球化學區(qū)劃分為3個地球化學亞區(qū)。該地球化學區(qū)位于華夏板塊武功山—會稽山前緣褶沖帶的武功山隆起構造區(qū)。區(qū)內基底為一套巨厚的南華裂隙海盆沉積，主要有青白口系、南華系、震旦系和寒武系的變質地層組成，上覆有晚古生代和中生代的沉積地層。巖漿活動強烈，加里東期的基性-中酸性海底火山噴發(fā)巖、志留紀、三疊紀及侏羅紀的酸性巖漿上侵活動，形成了自西往東有武功山、山莊、羅田等復式花崗巖基組成的復雜花崗巖帶。

區(qū)內表層土壤總體呈酸性，pH值4.5～5.5，花崗巖區(qū)壤土的酸性程度(pH值4.5～5.5)高于其他地區(qū)(pH值5～6.5)。地球化學背景復雜，背景元素的含量變化大，空間分布的穩(wěn)定性程度較低。高地球化學背景元素含量變化：Al2O3>15.68%，在武功山地區(qū)Al2O3含量大于16.768%，局部大于20.719%；Ba>366.103 mg/kg，在山莊新余式鐵礦聚集區(qū)表層土壤Ba含量>541.507 mg/kg；Ge>1.584 mg/kg，武功山地區(qū)大于1.666 mg/kg；Sn<0.873 mg/kg，武功山地區(qū)低于0.705 mg/kg；SiO2<70.61%，花崗巖裸露區(qū)低于63.429%；Sr<57.918 mg/kg，鐵礦分布區(qū)亦低于30.953 mg/kg；Se<0.577 mg/kg，在山莊志留紀花崗巖閃長巖和鐵礦分布區(qū)Se低于0.358 mg/kg。

4.2.3 南部地球化學區(qū)(Ⅲ)

南部地球化學區(qū)位于研究區(qū)南部，涵蓋安?？h楓田、彭坊、洲湖等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，面積1 094.75 km2。南部地球化學細分為2個地球化學亞區(qū)。該地球化學區(qū)位于武功山—會稽山前緣褶沖帶的永蓮坳陷盆地區(qū)的中北部。區(qū)內出露地層主要有寒武系—奧陶系淺變質巖，為褶皺基底，同時晚古生代地層廣泛分布，為海相沉積蓋層。北東東向斷裂發(fā)育，與區(qū)內褶皺軸線，地層走向相一致。巖漿活動弱，僅見少量的中酸性巖脈。

區(qū)內表層土壤呈現酸性(pH值為4.5～6)，但pH值的區(qū)域性變化明顯，東部區(qū)為酸性壤土(pH值<5)，西部區(qū)以弱酸性為主(pH值5～6)。主要標志元素和組合元素的地球化學背景特征：Sb、Al2O3、Ti表現為高地球背景、Sb>1.056 mg/kg，西部區(qū)大于1.32 mg/kg；SiO2>70.61%，南部及東部區(qū)大于74.235%；Ti>4 403.458 mg/kg，東部區(qū)明顯偏低。Al2O3、Cd、Ge、Sr、Na2O呈現地球化學低背景特征：Al2O3<14.549%，東部區(qū)小于11.067%；Cd<0.233 mg/kg，西部區(qū)<0.191 mg/kg；Ge<1.493 mg/kg，東部煤巖分布區(qū)Ge小于1.272 mg/kg；Sr<57.918 mg/kg，中西部基底地層分布區(qū)Sr小于34.762 mg/kg；Na2O<0.12%，西部白堊紀碎屑巖區(qū)Na2O小于0.217%。

4.3 地球化學分區(qū)解析

北部地球化學區(qū)標志組合元素為Se、Cd，均表現為地球化學高背景，該區(qū)巖性主要為頁巖、碳質頁巖、砂巖、粉砂巖，并含有石煤層。已有研究表明，一般含炭質高的細粒巖石或沉積物富含Se元素，如中生代碳質頁巖和煤等沉積巖層是Se的重要物源[17]，此外黑色巖系往往具有Se與Cd共生的特點[18]。因此該地球化學區(qū)代表了研究區(qū)二疊系—白堊系出露地層自然成壤過程中形成的元素指標組合。

中部地球化學區(qū)表現為W、Sn、Al2O3元素組合的高背景，區(qū)內大面積出露志留紀、三疊紀和侏羅紀花崗巖，W、Sn的高地球化學背景分布區(qū)域與花崗巖吻合度高，席斌斌等[15]對南嶺地區(qū)花崗巖地球化學特征研究，認為W、Sn的高含量與花崗巖非常密切，說明研究區(qū)W、Sn元素的高地球化學背景主要是廣泛分布的花崗巖引起。南部地球化學區(qū)表現為Ti、Sb、SiO2元素組合的高背景，該區(qū)地勢較為低洼，巖性主要有硅質巖、千枚巖、灰?guī)r，初步推測與該區(qū)火山巖、硅質巖的分布有關。

總體來說研究區(qū)內元素空間分布的主體格架受地質背景控制﹐人類生產活動對元素的分布產生的影響有限。

5 結 論

1)本文首次查明了江西省萍鄉(xiāng)—新余地區(qū)深、表層土壤元素地球化學背景值，為特色土壤開發(fā)利用與礦產資源評價提供數據支撐。

2)研究區(qū)深、表層土壤元素分布大多較為均勻，W、Mo等分布極為不均勻，深、表層均呈富集現象，對上述元素的礦產資源勘查提供了指導。

3)劃分3個地球化學區(qū)和9個地球化學亞區(qū)，其中北部地球化學區(qū)Se含量大于0.577 mg/kg，為硒土壤開發(fā)富提供了良好條件。同時該區(qū)部分區(qū)域Cd含量大于0.428 mg/kg，富硒土壤開發(fā)過程中應關注Cd的生態(tài)效應。