中国土壤54项指标的地球化学背景与基准研究

1999—2021年,中国地质调查局组织实施的土地质量地球化学调查共获得670321件表层组合土壤样品(0~20 cm)和167746件深层组合土壤样品(150~180 cm),覆盖面积约266.5万km^(2),囊括我国人口集中区和大部分耕地。对相关土壤样品均按统一标准分析了54项化学指标(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、SiO_(2)、Al_(2)O_(3)、TFe_(2)O_(3)、MgO、CaO、Na_(2)O、K_(2)O、pH、全碳和有机碳)。本文利用这些数据讨论了中国土壤54项指标的地球化学背景值、基准值及其上下限的划定方法和基本特征,并对我国耕地土壤背景与现行环境、养分等相关标准中各种阈值进行了对比。结果显示:在全国尺度上,各项指标表层与深层Spearman相关系数均高于0.50,表明表层土壤中大部分指标都继承了深层土壤的含量与分布特征。54项指标中仅C_(org)、TC、N、S、Se、Hg、Br、Cd和P等指标背景值相对基准值发生了较大变化。我国耕地土壤中,Cd的农用地污染风险筛选值在背景范围内,Hg、As、Pb和Cr的筛选值则高于背景上限值。由于许多指标的空间分布存在着巨大的差异,在全国范围内划定一个统一的背景值并不利于土壤资源的精细化管理和保护,因此有必要在全国尺度地球化学背景与基准的基础上建立区域尺度地球化学背景与基准,为政府部门合理制定相关土壤环境质量的标准和保护法规提供依据。

中国地质科学院物化探研究所“十五”物探化探方法技术成果综述

简要介绍了中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所"十五"期间,物探、化探方法技术研究、应用及推广等方面的主要科技进展及成果。

河北承德地区土壤硒元素地球化学特征、地质成因及其生态环境评价

【研究目的】查明承德地区土壤硒的分布特征及地质成因,为当地土壤硒的勘查及有效利用提供科学依据。【研究方法】通过地质调查查明该区成土母质类型,利用X-射线荧光光谱法、电感耦合等离子体发射光谱法、凯氏定氮法等获取了553个土壤样品及66件岩矿石样品中硒及多个元素的含量,并利用SPSS软件分析数据,结合地质作用分析地质成因。【研究结果】研究区成土母质大致分为9类,表层土壤中硒含量最小值为0.016mg/kg,最大值为0.743 mg/kg,平均值为0.17 mg/kg,土壤平均硒含量仅为全国土壤平均硒含量的1/2,处于缺乏等级。铁矿石、金矿石、铅锌矿石中硒含量均值分别为0.860 mg/kg、1.233 mg/kg、3.365 mg/kg,明显高于各类矿石的尾矿及围岩。【结论】承德地区土壤硒整体含量很低,主要决定于成土母质,分布特征受控于地质建造。富硒土壤区域集中在隆化县南部(A区)、承德市南部(B区)(双滦区、双桥区)、宽城县东部(C区)。C区属于“岩石风化型”,与含硒量高的原生碳酸盐岩+碳质泥岩地层组合有关;B区属于“成矿伴生型”,与铅锌矿成矿过程中硒与金属硫化物的伴生关系及硒与硫的替代关系有关;A区属于“河道沉积型”,与河道沉积过程中河湖冲动力驱动、有机质的吸附作用有关。承德南部富硒区域具有发展林果经济的天然优势,围场县处于低硒环境,是引发克山病等地方病流行的因素之一。

青海南部陆域冻土区钻孔岩芯地球化学特征及其水合物指示意义

为探讨青海南部陆域冻土区烃源岩地球化学异常成因及气源条件,通过分析青海开心岭冻土区TK-1钻孔岩芯样品中酸解烃、荧光光谱、甲烷碳同位素含量及垂向迁移变化特征,解析其烃类地球化学异常成因,剖析岩芯中烃类异常与裂隙或破碎带、水合物稳定带、烃类运聚成藏过程的响应关系,研究其对天然气水合物及烃类运聚的地球化学指示意义。结果显示:钻孔岩芯中烃类在62~80 m、112~119 m、150~169 m和254~350 m深度段出现明显的地球化学异常富集特征,钻孔岩芯酸解烃中烃类组成、参数比值(C_(1)/ΣC_(1-5)、C_(1)/ΣC_(2-5)、C_(1)/ΣC_(2-3)、iC_(4)/nC_(4)等)、甲烷碳同位素(δ^(13)C_(PDB))显示烃类以热解成因为主,包括油型裂解气、凝析油伴生气、煤成气和少量的无机成因气。二叠系那益雄组煤系烃源岩处于高—过成熟阶段,其热演化过程中的生排烃气可能是形成水合物所需气体的重要来源。冻土带的封盖“挡板效应”,在冻土层下方形成烃类地球化学强异常,可作为天然气水合物及烃类运聚等异常现象的指示。裂隙或破碎带内岩芯酸解烃组分含量相对较高,随着深度变化,烃类组分呈现明显的“色层效应”,显示裂隙或破碎带对烃类的运移、聚集具有一定控制作用。

土地质量地球化学调查土壤采样点智能化布设研究

地质调查工作全流程信息化是地质调查发展的主要方向。在土地质量地球化学调查工作中,土壤采样点位布设工作量大,快速合理地完成采样点位布设,是野外调查工作有序开展的首要前提。这里依据土地质量地球化学调查相关规范,基于MapGIS平台实现了土地质量地球化学调查中不同工作比例尺下土壤采样点位的自动化、智能化布设,主要包括:①实现了1∶250000土地质量地球化学调查中,土壤双层采样点位的初步布设及自动编号;②遵循采样网格加土地利用图斑的布设原则,实现了支持不同平均密度要求下,1∶50000土地质量地球化学调查土壤采样点位自动化布设,布设结果兼顾空间均匀性及合理性;③基于Kmeans算法,实现了地块尺度土地质量地球化学调查中,不同土地利用类型差异化采样密度的点位自动化布设,且单一不规则地块内点位分布均匀。经对比验证,采用提出的自动化布点方式可较好地满足相关规范的点位布设要求,大幅度减轻技术人员样点布设的工作负担。

覆盖区矿产资源地球化学勘查方法技术研究新进展

随着国内覆盖区找矿工作提上议事日程,近十年来,中国地球化学勘查界在覆盖区矿产勘查地球化学基础理论和方法技术研究方面开展了大量的研究,取得了很大的进步,主要体现在两大方面:一是覆盖区元素迁移机理、赋存状态以及异常形成机理研究;二是地电化学、元素活动态、地气、土壤微细粒分离、土壤热磁组分、综合气体测量等方法技术进步及大量试验示范。这些成果实现了覆盖区矿产勘查地球化学基础理论和方法技术研究的持续进步,为实现覆盖区找矿突破提供新的地球化学方法技术。

地球物理方法在牛驼镇地热田基岩热储控热构造研究中的应用

牛驼镇地热田位于冀中坳陷北部的牛驼镇凸起内,其基岩热储被列为河北平原区的重点勘查区。前人研究表明,基岩热储的赋存受断裂构造控制,但不同构造对地热田控制作用方式和作用层次有待进一步研究。本次研究通过充分利用地震、重力、磁法、大地电磁、可控源电磁法等综合地球物理方法的有效探测范围对牛驼镇地热田基岩热储控热断裂进行识别,查明深、浅部不同尺度不同层次断裂构造对牛驼镇地热田的控制作用.

北山造山带马鬃山增生楔时空演化历史:来自野外精细解剖、碎屑锆石年代学和岩石地球化学的约束

北山造山带围限于华北克拉通、西伯利亚克拉通和塔里木克拉通之间,是中亚造山带南缘的重要组成部分,学界对其构造-地层区划和地质演化历史长期存在着不同认识。其中贾不泉口子地区的马鬃山增生楔是研究北山地区构造演化的天然载体,本文针对该增生楔的不同地质体开展了详细的识别和解剖,共识别出蛇绿混杂岩岩片、洋岛-海山岩片、洋内弧岩片、深海-半深海硅质岩岩片、活动陆缘-海沟浊积岩岩片和陆缘增生弧岩片等多种岩片类型。在马鬃山增生楔活动陆缘-海沟浊积岩岩片中的两件凝灰质粉砂岩样品(P3-57、P3-110)和一件含砾岩屑砂岩样品(P3-82)获得最大沉积年龄分别为410Ma、430Ma和286Ma。本研究对北山地区古生代的构造古地理格局演变具有重要的约束作用,具体表现为:(1)贾不泉口子地区的马鬃山增生楔岩石组合、变质变形程度与年代学研究存在一定差异,应该对不同类型岩片予以解构分析,还原不同类型岩片的构造古地理背景;(2)贾不泉口子地区的马鬃山增生楔中的3件基质样品的碎屑锆石年龄谱表现出~2.5Ga、~1.5Ga、~0.9Ga、~450Ma、~430Ma、~410Ma、~350Ma和~288Ma的多峰值频谱特征,分别记录了北山地区的变质结晶基底、哥伦比亚和罗迪尼亚超大陆的聚合-裂解事件、活动大陆边缘多期次构造-岩浆事件、残留洋盆以及同碰撞造山快速携入马鬃山增生楔;(3)北山造山带的碎屑锆石年龄频谱占比分布规律存在明显的南北差异,表明马鬃山增生楔的物源区整体上由前寒武纪时期缝合带北侧提供转向由二叠纪时期缝合带南侧提供。

基于移动GIS的地球化学野外采集系统的设计与实现

在传统地球化学野外调查工作中,尤其在样品数量多、自然环境恶劣的工区,采集工具携带不便、内业数据整理过程繁琐势必会影响地球化学野外调查的质量和精度。地球化学野外调查的信息化和智能化是时代的要求,更是方法技术发展的必然趋势。本文综合移动GIS技术、数据库等技术,映照地球化学野外调查工作的流程,基于ArcGIS和Android平台研发了一套涵盖工作布置、野外采集以及质量检查等功能的地球化学野外调查软件。系统实现了地球化学野外调查全流程的信息化和智能化,改变了地球化学野外数据的采集方式,节省了一线野外工作的时间,提高了内业数据整理的效率以及野外调查信息的质量和精度,推动了地球化学野外调查的数字化进程。

中国深层土壤锰地球化学异常空间分布及找矿远景区预测

锰矿是中国大宗紧缺战略性矿产,在现代工业中具有广泛用途。近年来锰资源的战略地位急剧提升,锰资源勘查也日益受到重视。确定Mn元素在中国的浓度和分布对寻找新的锰矿床和缓解锰资源短缺至关重要。依托中国地球化学基准计划采集3392个汇水域沉积物样品数据,首次提供了中国深层土壤Mn地球化学背景和异常空间分布数据。全国汇水域沉积物深层样品Mn的平均含量为610 mg/kg,背景值为574 mg/kg。依据全国汇水域沉积物深层样品地球化学数据,以85%累积频率为异常下限,共圈定出31个Mn地球化学异常,归为15个地球化学省。根据Mn异常空间分布,结合地质背景和矿床分布,提出8处异常具有进一步寻找锰矿的远景区。

冀西北地区古元古代含石墨变质地层岩石矿物地球化学特征与成矿机制研究

冀西北地区已发现多处大、中型晶质石墨矿,具有良好的区域变质石墨矿成矿地质条件与找矿潜力。古元古代红旗营子岩群太平庄岩组、东井子岩组和集宁岩群下白窑岩组为该地区重要的成矿层位,本文对这些含矿地层岩石进行了详细的岩相学及地球化学等方面的研究,并对石墨矿成因机制进行了探讨。研究结果表明,红旗营子岩群含矿岩石为石墨石榴黑云斜长片麻岩,其原岩是以泥岩、黏土质砂岩、砂岩及碳酸盐岩为主的岩石组合,局部富含有机质,表明这些含碳岩石的成熟度较高,为温暖潮湿-半干燥气候条件下海陆交互-滨浅海相沉积;集宁岩群下白窑岩组含矿岩石为石墨石榴斜长变粒岩,其原岩是以内陆湖-滨浅海相沉积的成熟度较高的泥岩、黏土质砂岩、砂岩、石英砂岩为主的岩石组合,局部富含有机质,形成于半干燥-干燥炎热气候下氧化-弱氧化沉积环境,在沉积过程中伴有热水参与。石墨矿碳质成分均来源于原岩本身的原始沉积的有机碳。矿床受层位、岩相和岩性控制,经区域变质作用,有机碳结晶形成石墨矿,并在断裂的控制下出露于地表或近地表。

中国西南滇黔桂关键资源远景新区锂地球化学时空分布特征及找矿预测

锂因其在新能源领域的应用广泛性和不可替代性而备受关注。以往锂矿勘查主要集中于盐湖型和硬岩型锂矿,针对沉积型锂矿开展工作较少。本文聚焦于中国西南滇黔桂地区,以岩石和水系沉积物中锂的时空分布特征为基础,分析区域内沉积型锂矿成矿潜力。结果显示,中国西南滇黔桂地区水系沉积物锂含量平均值为46.7×10^(-6),显著高于全国背景值32×10^(-6)。以57.0×10^(-6)为异常下限,共圈定9个锂地球化学省,与已知的沉积型锂矿床分布具有良好的对应性。同时,锂异常浓集区与某些特定时代和岩性的地层分布密切相关。区内水系沉积物中锂元素含量受到岩石锂含量制约,以碳酸盐岩为主的构造单元水系沉积物中的锂显著次生富集,以陆源碎屑岩为主的构造单元内水系沉积物中锂富集程度较弱。综合分析认为,西南滇黔桂地区锂异常带的形成受区域岩石类型、次生富集作用和气候条件等多重因素制约。该研究对了解西南滇黔桂地区锂元素次生聚集就位机制和指导沉积型锂资源的找矿勘查具有重要的参考意义。

浙中丘陵盆地区1∶5万土地质量地球化学调查方法研究

以1∶5万土地质量地球化学调查成果服务于土地精准管理为目标,在浙中丘陵盆地选择金华市汤溪镇地块细碎的典型区域,开展了两种采样密度的对比研究:(1)按1∶5万土地质量地球化学调查的采样密度上限采样,平均采样密度16.4件/km2,采用克里金插值法进行图斑赋值(下文简称插值);(2)以土地精准管理为目标,以地块为单元采样,平均采样密度179.5件/km2,用实测值对图斑赋值(下文简称实测)。以图斑为评价单元,对比上述两种方法间元素含量、土壤环境及养分指标分级、土壤质量综合分级的差异。研究表明:(1)与土壤质量评价密切相关的15项指标中,有9项指标插值与实测值元素含量的相对双差合格率达到90%,4项指标接近90%,仅2项指标合格率低于80%;(2)插值与实测值的土壤环境单指标分级与环境指标综合分级结果极为接近,养分指标分级差异略大;(3)实测值与插值土壤质量综合分级一级、二级图斑数所占比例相差11.8%,图斑面积相差7.4%,约40%的图斑土壤质量综合等级发生变化。研究区内环境指标变异性较小,插值与实测值的评价分级结果基本一致;养分指标N、P、K的空间变异较强,是导致插值与实测值土壤质量综合分级差异的主要原因。以上结果表明,浙中丘陵盆地区1∶5万土地质量地球化学调查成果对土地利用规划、科学平衡施肥等具有重要价值,但其成果精度尚难满足土地精准管理的需要。

基于大数据的中国土壤背景值与基准值及其变化特征研究——写在《中国土壤地球化学参数》出版之际

土壤地球化学背景值与基准值研究是地球科学领域重要基础性工作。《中国土壤地球化学参数》是在全国多目标区域地球化学调查基础上,基于高质量高精度大数据研究的重要成果。本文概述地球化学调查工作方法与样品测试质量等若干基本要求,说明大数据的获取方式与精度水准。主要从宏观尺度上论述中国土壤背景值与基准值变化特征,包括:(1)研究中国土壤地球化学背景值与全球地壳丰度比值特征,阐述中国土壤元素(氧化物)背景值相对于全球地壳丰度的总体特征和基本规律;(2)通过辽河流域、黄河流域、长江流域及珠江流域土壤元素(氧化物)背景值与地壳丰度对比,研究由北方至南方各大流域相对于全球丰度的变化特征;(3)通过上述各大流域与全国土壤背景值对比,研究各大流域分别在全国总背景中的变化特征;(4)以中国基本无人类影响的代表自然本底的第一环境土壤背景值为基准,研究代表人类深度影响的第二环境土壤地球化学富集特征;(5)通过对比国内各大流域和地区第一环境与第二环境土壤地球化学背景比值特征,研究全国不同自然环境和地理景观条件下元素指标富集与贫化规律等。《中国土壤地球化学参数》研究建立在地球化学大数据基础上,信息量巨大,内涵极为丰富,是我国地球化学历史上空前规模的具有里程碑意义的学术成就,为包括土壤学、生态学、环境学、生物学在内的地球科学领域提供基础信息,为全球变化、全球环境、全球治理重大科学问题研究提供重要依据,为国家自然资源、生态环保、农业农村及卫生健康等行业部门科学管理与科学决策提供评价标准。本文研究仅仅触及宏观层面的某些方面,就已经涌流出大量生态信息、自然规律与科学问题需要深化研究和应用实践。可以预见,随着中国土壤地球化学参数的深入研究与广泛应用,将促使地球化学更加深度融入国家经济社会发展,在国家发展大格局中发挥积极作用,国家经济社会发展也将会更加关注地球化学问题。本项调查与研究成果凝聚了广大地学工作者的辛劳和智慧,展现出严谨的科学精神和崇高的事业心与责任心,展示中国质量和中国精度,代表中国地学领域高质量发展方向。

东北平原区地块尺度土地质量地球化学评价合理采样密度研究

选择吉林省公主岭市大岭地区作为东北平原区典型代表区域开展土壤元素空间变异性、经典统计学合理取样数及不同采用密度数据空间插值对比研究。结果表明:(1)受地形平坦及成土母质相对单一等因素影响,研究区土壤元素空间变异性总体较小,大部分以轻中度变异为主(变异系数<15%),受人为因素影响较大的Cd、Hg变异系数分别为35.3%、136.6%,属于高度变异。(2)经典统计学确定的研究区合理采样数为80,该样本量可在95%的置信区间及允许误差为30%的条件下反应区内土壤元素含量的均值与方差,但因未考虑样本的空间属性,不足以反应区内土壤元素空间变异特征,具有一定的局限性。(3)通过对均匀抽稀后4种不同采样密度数据与实测数据空间插值对比研究,在定量评估空间插值相对误差、地块预测值相对误差及预测等级与实测等级一致性的基础上,结合土地质量地球化学调查工作精度要求,提出研究区地块尺度地球化学评价工作合理采样密度为8个点/km2,该密度可在确保评价精度的前提下,大幅减少采样数量和工作成本。上述结论为东北平原及类似地区大面积开展地块尺度土地质量地球化学评价工作提供了关键的技术支撑,对进一步完善土地质量地球化学评价方法技术具有重要意义。

云南省盐津县1∶5万土地质量地球化学 评价方法研究

土地资源质量和数量管控、特色土地资源开发利用、耕地保护规划和生态管护是当前生态文明建设中的一项非常重要的工作。以云南省盐津县兴隆乡、落雁乡和牛寨乡耕地连片分布区为研究区,开展1∶5万土地质量地球化学评价,并对耕地(园地)养分、环境和综合质量进行评价,尝试性地将土地质量地球化学评价成果与绿色食品、无公害农产品产地相关标准和《土壤污染防治行动计划》结合,开展特色土地资源开发利用和耕地保护规划研究。结果显示,研究区土壤和耕地(园地)综合质量均以三等以上(中等、良好和优质)为主,分别占研究区总面积、耕地(园地)总面积的72.88%、69.17%。圈定富硒土地资源191.73 km^2,占研究区总面积的75.53%;圈定富硒耕地(园地)66.84 km^2,占耕地(园地)面积的70.92%。发现符合绿色食品产地的耕地(园地)面积11.60 km^2,符合无公害农产品种植业产地环境条件的耕地(园地)面积11.76 km^2。根据《土壤污染防治行动计划》的规定,将研究区耕地(园地)划分成优先保护区、安全利用区和严格管控区,面积分别为65.57 km^2、21.67 km^2和7.00 km^2,占研究区耕地(园地)面积比依次为69.59%、22.98%和7.43%。该成果可为研究区所在地方政府履行土地资源管理、进行农业结构调整、实施土壤环境保护、支撑脱贫攻坚等管理职能提供科学依据,为提升土地质量地球化学评价成果的利用程度及成果转化提供借鉴,对丰富和完善土地质量地球化学评价体系具有重要意义。

中国花岗岩类地球化学图的多元素区域分布模式研究

花岗岩类化学元素丰度研究是花岗岩类地球化学和地壳丰度研究的一项重要内容,一直为国际上所关注,并有很多学者先后发表了不同的花岗岩类化学成分和元素丰度的数据,但迄今为止世界上还没有花岗岩类地球化学图的出版。本文以中国56种元素花岗岩类地球化学图为基础,探讨了中国大陆花岗岩类各元素地球化学图所展示的多元素的区域分布特征、空间分布规律和分布模式。结果显示,花岗岩类各元素的空间分布模式与中国花岗岩类的分布和特征密切相关。花岗岩类地球化学图能够清晰地反映出花岗岩类化学成份的空间变化规律和特征。

青海龙尾沟铜金矿床含矿斑岩脉地质与地球化学特征及研究意义

青海省龙尾沟铜、金矿床是近年来阿尔金山南麓地区找矿工作所取得的重大突破,已探明铜、金矿体与花岗斑岩脉具有直接成因关系。从地质和地球化学特征上讨论了花岗斑岩脉的特征与成矿的关系,借此了解对龙尾沟铜、金矿床成因的认识。

深穿透地球化学勘查技术对胶东冲积土覆盖区隐伏金矿的勘查指示

胶东是当今世界仅有的探明金资源储量超过5000 t的三个金矿省之一,随着地质勘查程度的不断提高,其找矿方向逐渐由浅表矿转向覆盖区深部隐伏矿。土壤微细粒分离技术是一种能反映深部异常信息的深穿透地球化学勘查技术,已在多种景观区取得成功试验案例。本文选择胶东冲积土覆盖区曲家隐伏金矿及其外围开展土壤微细粒分离技术的勘查试验。结果表明:相比于中国土壤、山东省土壤、烟台市土壤背景值,研究区内Au元素高度富集,区域浓集系数高达2.88,金、银等地球化学异常范围与已知隐伏矿体位置具有很好的对应关系,能够互相印证,且与钻孔原生晕地球化学信息有继承关系。异常形成机理是:深部成矿物质以呈类气体性质的纳米颗粒形式沿断层、地层接触面等宏观裂隙和围岩中的微裂隙等通道在多营力接续作用下迁移至地表,并被地表微细粒土壤捕获形成矿化异常。土壤微细粒分离技术对隐伏金矿的勘查指示取得理想效果,可以应用于胶东冲积土覆盖区地球化学找矿勘查。

华南—西秦岭地球化学走廊带水系沉积物钴含量影响因素评价

地球化学填图可为解决钴的资源和环境问题提供重要基础数据。深入理解沉积物中钴含量影响因素是科学利用钴地球化学填图数据的前提。本文基于华南—西秦岭地球化学走廊带钴等元素(指标)空间分布,利用相关性系数R、线性回归方程和地理加权回归方法系统评价不同因素对沉积物钴含量的影响。中—基性岩区和碎屑岩区源岩对沉积物钴含量具有主导作用。在碳酸盐岩区和酸性岩区,源岩-沉积物的局部拟合度和回归系数均降低,说明源岩对沉积物钴含量的相关性和贡献度减弱,富集系数提高和负的回归系数表明次生富集作用的影响占据主导。在碳酸盐岩和酸性岩区,铁锰氧化物和有机质对沉积物钴的次生富集影响显著,尤其在碱性条件下和强氧化条件下,氧化锰和有机质与钴的次生富集相关性达到R_(Mn)=0.54~0.63和R_(org)=0.75。引入地理加权回归方法研究不同地质背景区源岩对沉积物钴含量影响,进一步深化了水系沉积物钴含量影响因素的认识,为资源勘查和环境评价提供理论参考和基础支撑。