探討地球化學背景與地球化學基準

■王蔭楠 徐姍

（河北省地質調查院河北石家莊050081）

探討地球化學背景與地球化學基準

■王蔭楠 徐姍

（河北省地質調查院河北石家莊050081）

隨著地球化學的發展，地球化學背景的概念和含義都發生了很大的變化，由初期的注重其"量"到目前的關注其"質"，研究的目的不同，背景值的確定途徑也不同。無論是地球化學背景還是地球化學基準，共同之處在于它們獨特的參考功能，正是這種參照性質使地球化學背景和地球化學基準的研究在進行環境質量評價和環境立法時具有重要的理論意義和實用價值.

地球化學背景 地球化學基準 環境地球化學

1 地球化學背景的含義及其發展

“地球化學背景”一詞是勘查地球化學家為了鑒別某一地體中是否出現元素（或化合物）的富集和正異常而提出的概念。按照勘查地球化學的觀點，背景是為了反襯礦致和礦化異常的，是與異常相對的概念。因此，背景的含義是指在非異常區域內元素的自然含量，背景即意味著沒有發生異常。勘查地球化學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準。

隨著地球化學在環境領域內的應用，地球化學背景又有了新的含義。在環境調查中，為了對人類活動引起的污染狀況進行評價，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，環境調查更關注背景的“質”，即背景的組成性質，或是組成背景的物質來源。環境地球化學領域的背景是指“非污染環境中元素的自然含量”，因為一般情況下，由人類活動所造成的污染主要表現為污染元素的高含量值，從“污染”的角度看，這樣的定義在環境領域的污染研究中具有重要意義。

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

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

2 地球化學背景的確定方法

2.1 以勘查找礦為目的時地球化學背景的確定方法

因為研究的目的是為了發現異常，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，微量元素的含量會降低。因此，在以勘查找礦為目的的土壤測量中，在無風成沙干擾的地區，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到最大，不但可以強化異常，還能發現低緩異常。

2.2 環境調查中突出人為污染時背景的確定方法

在環境污染評價中，地球化學背景更關注其“質”，關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對環境的影響程度。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，一是地球化學法;二是元統計法。

2.2.1 地球化學法

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區域的背景值，如全球海相頁巖標準值、上地殼平均值就利用了地球化學方法。地球化學方法不考慮元素的分布形態，以一個固定值（如平均值或中位數）來代表假定的背景值。在環境科學的研究中，也有人傾向于地球化學方法，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:人類活動輸人的污染元素，大部分被表層的有機質和粘土礦物吸附，因此，用深部B層土壤樣品計算背景值。

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

2.2.2 多元統計方法

多元統計方法必須考慮元素的分布形態。在正態分布的情況下，用均值加減2倍的標準離差（M士σ）表示背景值。但在有人類活動影響的情況下，樣本一般偏離正態分布，并且由人類活動產生的污染元素疊加在了自然背景上而導致正異常或正偏；因此，應用統計學方法剔除偏離正態的離群值，根據地球化學背景的定義，消除人類活動影響后樣本的（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）的標準反復剔除離群樣品，直至樣本服從正態分布，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是，在正態總95%的樣品含量在（M士2σ）之內。

②參考元素回歸法:有些元素的性質比較穩定，有很強的抗風化能力，在土壤的歷史演化中表現出很強的惰性，如zr、sC、iT、Nb、Al等常被選作參考元素，對污染元素的含量進行標準化。在參考元素和微量元素間作線性回歸分析，在雙元素散點圖上，落在95%置信區間內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 地球化學基準值的確定方法

由于基準值并不排除人類活動的干擾，因此基準值關注的也是“量”值。通常用多元統計方法確定基準值，用樣品中元素圍繞均值的含量范圍，即均值加減2倍的標準離差來表示基準值。

3 分析討論

3.1 全球平均值與區域背景值

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到不同的數量級，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，在特殊的地質環境中，用全球平均值代替地區背景值往往會產生很大的偏差。所以目前大多數研究人員傾向于使用區域背景值，它們能夠代表特定區域內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，如區域地質特征、成壤作用、人類活動、表層物質組成、粒度、分析方法等。在使用全球平均值時，掩蓋了所有這些區域上的特殊性。有些因素對背景值的確定會產生顯著的影響。因此，背景值的確定應該密切結合研究目的和調查區域內特殊的物理化學條件。

國外也有人建議建立地質參考值，以便于在同類研究中進行比較。

P632[文獻碼]B

1000-405X（2016）-5-210-1