雷州半島土壤地球化學背景值研究

朱 鑫，汪 實，李婷婷

（廣東省地質調查院，廣州510080）

多目標區域地球化學調查是一項基礎性、公益性、戰略性的地質調查與研究工作。通過對雷州半島開展實施1∶25萬多目標區域地球化學調查，取得了一批具有社會經濟效益的成果[1－3]。這些成果不僅可助力國土空間規劃、土壤污染防治、土地資源保護、整治和開發利用，促進農業經濟區劃和種植結構調整，而且對加快礦產資源勘查、提高人民健康水平、保障社會經濟的可持續發展具有深遠的戰略意義[4-6]。利用雷州半島多目標區域地球化學調查數據，開展土壤地球化學背景值研究，無疑是最為基礎性的一項工作，既能直接應用服務于當前區域經濟社會發展，又具有長遠的多學科基礎研究意義[7-10]。

1 研究區概況

雷州半島位于中國大陸最南端、廣東省西南部，三面環海，地理坐標為北緯20°12′～21°55′，東經109°39′～110°57′，其地域范圍與湛江市一致（圖1）。境內流域面積100 km2以上的干支流共40條，較大的江河有鑒江、九洲江、南渡河等。研究區陸地大部分由半島和島嶼組成，在大地構造上屬華南褶皺系，橫跨云開大山隆起及粵中凹陷兩個構造單元。區內地層發育較齊全，地層由老至新有元古界、志留系、泥盆系、石炭系、侏羅系、第四系，其中以第四系分布最廣。區內巖漿巖分布較為廣泛，花崗巖、玄武巖覆蓋大片地區，花崗巖以二長花崗巖為主，分布在半島北部一帶，玄武巖主要為喜山期玄武巖，分布在雷州半島中南部大片區域。據廣東省第二次全國土地調查數據顯示，研究區土地利用以耕地、林地和水域為主。

2 研究方法

2.1 樣品采集方法

圖1 雷州半島（湛江市）交通位置圖Fig.1 Traffic location map of Leizhou Peninsula（Zhanjiang City）

根據《多目標區域地球化學調查規范1∶250000》（DZ／T 0258-2014）[11]和《土地質量地球化學評價規范》（DZ／T 0295－2016）[12]，按照雙層網格化法系統采集了雷州半島12490 km2范圍內的表層土壤樣品，采樣密度為1個點／km2，按照每4 km2組合成1件分析樣。

2.2 樣品處理與測試

土壤樣品自然風干，剔除樣品中的植物根系、有機殘渣以及可見侵入體，用木棍碾碎并用瑪瑙研缽研磨，過20目尼龍篩后提取500 g分析樣。按《多目標區域地球化學調查規范1∶250000》（DZ／T 0258－2014）[11]測試方法測定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、TFe2O3、MgO、CaO、Na2O、K2O、TC（總碳）、Corg（有機碳）、pH共54項指標。分析方法為電感藕合等離子體質譜法（ICP－MS）、X射線熒光光譜法（XRF）、等離子體發射光譜法（ICP－OES）、發射光譜法（ES）、原子熒光光譜法 （AFS）、離子選擇性電極法（ISE）、比色法（COL）、容量法（VOL）、重量法等，樣品分析測試由廣東省地質實驗測試中心承擔完成。

2.3 數據處理與綜合研究

2.3.1 土壤地球化學背景值確定方法

依據《數據的統計處理和解釋正態性檢驗》（GB／T4882－2001）[13]，首先對表層土壤測試數據頻率分布形態進行正態檢驗。在判斷數據頻率分布形態時，采用偏度峰度聯合檢驗法，顯著性水平取α＝0.01，即置信度P＝0.99。當統計數據服從正態分布時，用算術平均值（X）代表地球化學背景值，算術平均值加減2倍算術標準偏差（X±2S）代表地球化學背景值變化范圍。統計數據服從對數正態分布時，用幾何平均值（Xg）代表地球化學背景值，幾何平均值乘除幾何標準偏差的平方（XgSg±2）代表地球化學背景值變化范圍。當統計數據不服從正態分布或對數正態分布時，按照算術平均值加減3倍標準偏差進行剔除，經反復剔除后服從正態分布或對數正態分布時，用算術平均值或幾何平均值代表土壤地球化學背景值，算術平均值加減2倍算術標準偏差或幾何平均值乘除幾何標準偏差的平方代表地球化學背景值變化范圍。統計數據經反復剔除后仍不服從正態分布或對數正態分布，當呈現偏態分布時，以剔除后的中位數代表土壤地球化學背景值，幾何平均值乘除幾何標準偏差的平方代表地球化學背景值變化范圍。

在進行pH值參數統計時，先將土壤pH值換算成[H＋]濃度進行統計計算，然后再換算成pH值進行計算。

2.3.2 土壤元素富集與貧化界定標準

在判斷區域土壤富集特點時，分別以中國土壤A層背景值[14]、廣東土壤A層背景值和區域土壤地球化學基準值[15]為評價標準，分析區域土壤相對全國、廣東省土壤和深層土壤的富集與貧化特點。

3 雷州半島土壤地球化學背景值

3.1 背景值的概念與意義

土壤地球化學背景值[16－25]是指自然營力和人類活動共同作用影響下（第Ⅱ環境）區域表層土壤的含量值，實際上是成土母質、成土過程中元素遷移轉化、人為擾動污染等各種因素長期綜合作用的結果，以表層土壤地球化學調查元素含量表征。它與土壤基準值有著密切繼承關系，總體受土壤基準值的控制，但由于經長期風化、淋溶作用和人類生產生活等活動的改造，表層土壤地球化學特征已發生一定的演變，導致兩者之間存在一定的差異。土壤元素地球化學背景值是土壤環境質量評價、土壤肥力和營養水平分級、土壤改良和平衡施肥、土地管護和集約利用、特色農業種植規劃、土壤生態環境保護決策的科學依據。

3.2 土壤地球化學背景值

全區土壤背景值統計結果見表1。全區表層組合分析樣3335件（不含重復樣），分析測試54項元素指標，由于中國A層土壤背景值和廣東A層土壤背景值中僅有45項指標具有對應的數據，故在對比中國A層土壤背景值和對比廣東A層土壤背景值時僅針對45項指標進行分析討論。

與中國A層土壤背景值相比（表2，圖2），雷州半島土壤富集Hg、Se、Sn、Br、B、Zr，貧乏Cr、V、TFe2O3、Ce、Sc、Th、U、Mo、W、Pb、Ga、Ge、MgO、CaO、K2O、Na2O、Ni、Co、Mn、La、Li、Be、Rb、Cu、Zn、Sb、As、Ag、Tl、Ba、Sr、F、Cl。富集最為明顯的元素為Hg、Se，其富集系數均達1.6。貧乏元素較多，主要是易于流失的造巖礦物、鐵族元素及親銅元素。

與廣東A層土壤背景值相比（45項指標），調查區 土壤 富集B、CaO、Ti、Cd、Se、V、Zr，貧乏Bi、Ge、Be、La、F、Pb、Ba、W、Ag、As、Th、Corg、I、U、Mn、K2O、Co、Tl、Rb、Mo。富集最為明顯元素為B、CaO，其富集系數分別為4.5、2.5。貧乏元素較多，富集系數小于0.5的有Th、Corg、U、I、Mn、K2O、Co、Tl、Rb、Mo，其中Rb、Mo表現尤為貧乏，其富集系數僅為0.22和0.13。

表1 表層土壤背景值統計表Table 1 Statistics of surface soil background value

表2 表層土壤元素富集與貧乏組合（與中國A層土壤背景值相比）Table 2 The combination of enrichment and poverty of surface soil elements（Compared with the background value of layer A soil in China）

與全區土壤基準值相比（表3），富集P、Corg、N、TC、S、Br、Cd、Hg、CaO、Cl，貧 乏Ge、Sr、MgO、Al2O3、Mo、I、Ga、Cu、Sc、V、TFe2O3、Be、Ni、Cr、K2O、Rb、Co，其余元素背景值和基準值相當。富集明顯的為親生物元素和環境元素，富集系數大于3的元素有P、Corg、N、TC。貧乏明顯的為鐵族元素和造巖元素，最為貧乏的為Co，其富集系數為0.4。表、深層元素富集的差異性，一般是由地質、地球化學和成土等作用產生的，表層土壤富集P、N、Corg、TC等元素，主要是生物富集和人類活動影響造成的；表層土壤相對深層土壤貧乏TFe2O3、Al2O3、K2O等，主要是淋溶作用造成的。

圖2 全區地球化學土壤元素（指標）富集系數折線圖Fig.2 Line chart of enrichment factors of geochemical soil elements（indexes）in the whole region

表3 表層土壤元素富集與貧乏組合（與全區土壤基準值相比）Table 3 Combination of enrichment and depletion of elements in surface soil（Compared with the reference value of soil in the whole region）

全區表層土壤pH值范圍為3.41～9.17之間，多數分布于4.5～6.0之間，在所占比重上，極強酸性土壤（pH＜4.5）占比約13%，強酸性土壤（pH 4.5～5.5）占約60%，酸性土壤（pH 5.5～6.5）占比約17%、中性土壤（pH 6.5～7.5）和堿性土壤（pH 7.5～8.5）各占比約4%，強堿性以上土壤（pH＞8.5）僅占比約2%。統計數據顯示調查區表層土壤呈酸性背景。

3.3 不同成土母質土壤地球化學背景值

由于地表環境受人為、自然等多種因素影響，不同母質的表層土壤元素含量分布特征既有一定規律，又復雜多變。總體上不同巖石類型風化物發育的土壤，其地球化學組份保留了部分原成土母質特有的元素含量特征。區內成土母質主要有第四紀松散沉積物、沉積巖類風化物、花崗巖類風化物、玄武巖類風化物、變質巖類風化物等五大類成土母質。不同成土母質土壤背景值差異明顯，統計結果見表4。將不同成土母質土壤背景值與全區土壤背景值比較，其富集與貧乏組合見表5和圖3。

第四系松散沉積物有河流沖洪積物和海陸交互相沉積物，物質來源廣泛、成份復雜。與全區土壤背景值相比，第四系松散沉積物富集B，貧乏V、Cd、Tl、Pb、Cr、Ni、Corg、Sc、Mo、TC、N、F、Be、Al2O3、Cu、Ga、TFe2O3、Ba、Zn。

表4 不同成土母質表層土壤背景值和富集系數統計表Table 4 Statistic of background value and enrichment factor of topsoil with different parent materials

續表4

表5 不同成土母質土壤元素富集與貧乏組合Table 5 Enrichment and depletion of elements in soil with different parent materials

圖3 不同成土母質土壤元素（指標）富集系數折線圖Fig.3 Line chart of enrichment factors of elements（indexes）in soil with different parent materials

以沉積巖為成土母質的土壤富集K2O、Rb、Sb、Tl、Ba、Bi、W、MgO、Cd、B、Na2O、Hg、Co、Pb、Sr、Ag，貧乏Cr、I、Br、Mo、Ni。K2O、Rb富集最為明顯，其富集系數分別達2.8和2.3，Ni表現最為貧乏，其富集系數為0.5。

以變質巖風化物為成土母質的土壤，富集K2O、Rb、Ba、Th、Tl、Bi、B、W、U、Se、Pb、Au、Mn、MgO、Ag、Co、TFe2O3，貧乏Ni。K2O、Rb富集最為明顯，其富集系數分別為2.5和2.0，Ni表現最為貧乏，其富集系數為0.6。區內變質巖主要分布在調查區的北東部。

以玄武巖風化物為成土母質的土壤，富集Co、Ni、Mn、Cr、Cu、I、TFe2O3、Sc、Ti、V、Zn、Se、Mo、Ga、Nb、Al2O3、Br、P、Cd、F、TC、S、Corg、Be、N，貧乏SiO2、B。富集元素主要為鐵族元素，富集系數大于3的元素有Co、Mn、Ni、I、Cr、Cu、TFe2O3、Sc、Ti、V、Zn，其中Co、Mn、Ni富集系數分別高達28.1、15.2、15.7。B表現最為貧乏，其富集系數為0.5。區內玄武巖分布在工區南部的大片區域及中部小片區域。

以花崗巖風化物為成土母質的土壤，富集鎢鉬族元素、放射性元素、稀有稀土元素等，貧乏鐵族元素。富集的元素有Rb、K2O、Th、Tl、La、Ce、U、Pb、Bi、Sr、Cd、Ba、Sn、Ga、Mn、Al2O3、Hg、Be、W、F、Se、N，貧乏的元素有P、Sb、Br、Ti、As、V、Cu、Ni、Cr、B。Rb、K2O、Th表現最為富集，其富集系數分別為2.8、2.8、2.2。Ni、Cr、B表現最為貧乏，其富集系數分別為0.32、0.27、0.21。調查區花崗巖主要有晚侏羅世二長花崗巖、早侏羅世花崗巖及早奧陶世二長花崗巖。

4 雷州半島土壤元素地球化學分布特征

土壤元素區域地球化學的空間分布除了受區域地質條件制約外，還受制于人為經濟活動，表現為與土壤母質、基巖、地貌類型以及工農業生產布局密切相關。雷州半島不同區域土壤元素分布差異性較大，不同時期及不同地質作用元素的賦存分布各不相同。第四紀以來強烈的火山噴發活動、海侵海退與河流沖洪積交互作用，是控制雷州半島土壤元素遷移賦存的最主要因素。

4.1 花崗巖區域

區內花崗巖主要形成于侏羅—白堊紀，其次為早奧陶世，巖性多為二長花崗巖，主要分布于廉江和寮鎮－塘蓬鎮－石頸鎮－青平鎮一帶，在廉江的良垌鎮、湛江的官渡及吳川塘綴鎮一帶有小面積出露。花崗巖區域土壤以富集鎢鉬族元素、放射性元素、稀有稀土元素、堿金屬元素，貧乏鐵族元素為特征。土壤中元素含量特征與富集組合特征，是花崗巖巖石特征的繼承，其異常一般是由花崗巖原生暈高背景或成礦作用所致，結合構造、蝕變等其它找礦標志，具有一定的找礦指示意義。

4.2 玄武巖區域

雷州半島分布大片喜山期玄武巖，在地貌上多以崗地為特征，巖性主要為玄武巖、玄武質火山角礫巖、玄武質凝灰巖等。分布在徐聞縣、雷州市南部、遂溪縣嶺北鎮及湛江市湖光鎮等地。玄武巖區土壤表現為多元素的高背景區，以高強度鐵族元素富集為特征，有益營養元素亦富集明顯。玄武巖區土壤多元素富集組合特征主要受制于玄武巖地質高背景。

4.3 沿海灘涂

雷州半島有較長的海岸線，灘涂分布面積較大。灘涂土壤呈堿性，富集鹵族元素和造巖礦物元素，貧乏鐵族元素、親銅元素、稀有稀土元素和有益營養元素等。

4.4 沿河流域

區內較大河流主要包括九州江、南渡河及鑒江。九州江流域兩岸巖性主要為泥盆系和石炭系碎屑巖，上游為花崗巖。沿九州江流域富集的元素有W、Bi、Cd、Ag、Pb、Rb、Tl、U、Y等，呈北東向帶狀分布，在入海口處富集更為強烈，富集強度以河流為中心，向兩岸逐漸減弱。這些元素一般與上游花崗巖高背景或采礦活動關系密切。

鑒江流域兩岸地勢平坦，巖性為桂州組淤泥、粉砂、細砂等，上游巖性以云開巖群變質巖為主。沿鑒江流域富集的元素有Rb、Tl、U、Y、As、Be、F、Ge、Pb、Sb、Sn等。整體呈北東向帶狀展布。富集元素一般有一到兩處濃集中心，濃集中心一般遠離河流中心位置。富集元素組合特征與花崗巖相似，說明富集元素物質主要來源于巖體。

南渡河兩岸為第四系沖積層，在中游可見少量玄武巖沿河流呈帶狀分布。大量元素在南渡河下游集中富集，主要有W、Sn、Bi、F、Ce、Y、La、Th、U、Li、Rb、Be、Sr、Ti、Pb、As、Sb等，沿南渡河呈帶狀分布。富集強度以河流為中心，向兩岸逐漸減弱。富集中心分布在雷州市南部南渡河一帶，套合較好。

沿河兩岸土壤在河流沖積、水體沉積作用下，富集的元素種類既有相似性（如Pb、U、Y等元素），又受制于上游地質背景引起的不同物質來源，而反映出不同的元素分布特征。

5 結論

本文通過對雷州半島土壤地球化學背景值統計分析研究，確定了雷州半島54項指標土壤地球化學背景值，分析了區域元素地球化學分布特征。研究發現：雷州半島各成土母質單元土壤地球化學背景值特征明顯，不同區域元素分布差異性較大，不同時期及不同地質作用下元素的賦存分布各不相同。第四紀以來強烈的火山噴發活動、海侵海退與河流沖洪積交互作用，是控制雷州半島元素遷移賦存的最主要因素。