天津海域底质重金属污染及其潜在生态风险评价

裴艳东，王国明

（中国地质调查局天津地质调查中心，天津300170）

天津海域底质重金属污染及其潜在生态风险评价

裴艳东，王国明

（中国地质调查局天津地质调查中心，天津300170）

根据2015年采集的天津海域48个底质样品的粒度分析、重金属分析结果，综合研究了天津海域表层沉积物类型分布特征和重金属元素的分布特征，使用Hakanson多元潜在生态风险指数法对天津海域的底质环境进行了评价。结果表明：1）位于永定新河河口的B46站位的潜在生态风险程度达到中度，其他各站位均为低度。Cd元素的污染程度最大，Zn元素的污染程度最小。几种重金属的危害系数顺序为：Cd＞Hg＞As＞Pb＞Cu＞Cr＞Zn。2）南部海区的重金属元素含量水平普遍高于北部海区。重金属元素富集区分别位于独流减河北部至临港产业区的围海造陆地区和永定新河口至东疆港外侧的地区，这两个地区水动力较缓，沉积物粒度较细。对各采样点进行对比得出，重金属污染程度顺序为：河口＞内湾＞外湾。

天津滨海新区；海岸带；重金属；生态风险

重金属是对生态环境造成极大危害的污染物，具有来源广、残毒时间长、易蓄积、污染后不易被发现并且难于恢复等特征，对水生生物和人体健康有较大的负面影响，一般不能被生物降解，往往参与食物链循环并最终在生物体内积累，破坏生物体正常生理代谢活动，危害人体健康[1-4]。

天津海域位于渤海湾西岸，其陆域为经济发达的京津唐地区，该区域内电子工业、石油化工、金属冶炼、汽车工业、生物技术与现代医药产业、制碱工业、食品、纺织、建材等产业发达，是该区域的支柱产业。天津海域的重金属污染主要来源于上述这些产业产生的废水，同时，近海养殖业的发展也加剧了水质污染。

自1980年代以来，渤海湾地区的重金属元素特征受到了众多学者的关注[1-3，5-7]。吴景阳等[1]对渤海湾沉积物中的重金属元素开展了研究，探讨了沉积物中重金属元素的分布模式和背景值，划分了渤海湾的重金属元素背景区。李淑媛等[2，3]结合210Pb测年、重金属元素分析，对渤海湾及毗邻河口地区状柱样品的重金属元素特征进行了研究，确定了几个高速沉积区，提出了各重金属元素的环境背景值（<0.063 mm粒级），并分时段重现了重金属元素污染历史。刘俐等[5]对渤海湾表层沉积物的重金属元素在不同的粒级和不同有机-矿质复合体中的分布进行了探讨。刘宪斌等[6]对天津塘沽潮间带沉积物中的重金属元素进行了调查研究，并采用Hakanson的潜在生态危害指数法对重金属元素的危害性进行了评价。王丽平等[7]对渤海湾近岸海域沉积物中的4种常见重金属的分布进行了研究，并采用多种方法对重金属元素的风险进行了分析。本文此次以天津海域的沉积物为研究对象，综合研究了天津海域表层沉积物类型分布和重金属元素的分布特征，对污染的潜在生态风险进行了评价，探讨了天津海域的现代沉积环境和重金属元素的环境地球化学特征。

1 取样与分析

研究区位于天津近海海域，主要范围为北起天津市汉沽近海，南至天津市大港近海，面积约3 000 km2。2015年8月，在研究区采集表层沉积物48个（图1）。样品用蚌式采样器采集，再用塑料勺取中央的0～2 cm表层样，盛入聚乙烯塑料袋内，取样点使用GPS系统定位。

样品的测试和分析由中国地质调查局天津地质调查中心实验测试室完成。粒度分析使用英国马尔文公司生产的Mastersizer 2000型激光粒度分析仪，获得1/4 Ф间隔的粒度分布数据，仪器测量范围为0.02～2 000 μm。

图1 采样站位分布图Fig.1 Distribution of the sampling points图中编号为采样站位点

沉积物分类与命名参考海洋调查规范[5]，采用Shepard的分类系统，粒级标准采用尤登-温德华（Udden Wentworth）等比制Ф值标准，沉积物粒度参数平均粒径（Mz）、标准偏差/分选系数（σi）、偏态（Ski）、峰态（Kg）的计算采用Folk&Ward方法。

分析沉积物中的重金属元素为Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg和As七种元素，Cu、Pb、Zn、Cd和Cr分析采用HF-H2SO4-HClO4三酸消解，等离子体质谱法测定，测定仪器为美国热电公司X SeriesII型等离子体质谱仪；As和Hg分析采用原子荧光法测定，测定仪器为AFS-820双道原子荧光光度计测定。

2 结果与讨论

2.1 天津海域沉积物类型及分布

沉积物粒度是描述沉积环境的重要参数之一，特定的沉积环境必具有特定的沉积物粒度参数及其组合特征。粒度参数可用来判析沉积物搬运方式和水动力条件，从而提取沉积环境和物质来源信息[9，10]。

根据Shepard的沉积物粒度三角图解法的分类原则，天津海域表层沉积物主要为3种类型[11，12]：粘土质粉砂（YT）、粉砂（T）和砂质粉砂（ST）（图2）。

各类沉积物粒度参数特征如下：

（1）粘土质粉砂（YT）

粘土质粉砂是渤海湾西部主要沉积类型，广泛分布于中部及南部浅海区，平均粒径6.36～7.44 Ф，分选系数0.64～0.78，偏态-0.34～-0.16，全部为负偏态，峰态0.82～1.11，沉积物中粘土含量13.42%～29.84%、粉砂为63.94%～77.41%、砂为1.00%～14.12%。粒度频率曲线显示，具负偏的粘土质粉砂，整体上以7 Ф峰的细粒沉积物为主，但是粗粒一侧出现低尾或低的次峰。

（2）粉砂（T）

图2 天津海域沉积物类型及分布Fig.2 Types and distribution of the sediments in Tianjin sea area

粉砂分布于东北部水深0～5 m区，与砂质粉砂区并列。该类沉积物平均粒径6.53～6.93 Ф，分选系数0.7～0.73，偏态-0.28～-0.26，峰态0.92～0.96，粘土含量为10.62%～15.8%，粉砂为75.03%～78.21%，砂为6.55%～11.17%，其粒度频率曲线一般具3～4 Ф的单峰以及明显细尾特征。

（3）砂质粉砂（ST）

砂质粉砂位于北部水深0～10 m海底表层，平均粒径5.68～6.58 Ф，分选系数0.54～0.68，偏态-0.29～0.02，峰态0.66～0.9，沉积物中粘土含量为7.7%～15.86%、粉砂为55.95%～74.17%、砂为13.22%～36.35%，粒度频率曲线为双峰型，主峰在4～5 Ф，次峰在7 Ф左右。

2.2 沉积物中重金属元素的分布特征

天津海域表层沉积物中的各重金属元素含量见表1和图3。

在各个站位，各重金属元素有以下分布特征：

Cu：各站位含量变化范围较大，最小值为17.0 mg/kg，出现在汉沽海域天津海洋特别保护区的B3站位；最大值为38.3 mg/kg，出现在永定新河河口的B46站位。

Pb：各站位含量变化范围不大，最小值为18.1 mg/kg，出现在汉沽海域天津海洋特别保护区的B3站位；最大值为32.4 mg/kg，出现在南港工业区外海的B27站位。

Zn：各站位含量变化范围较大，最小值为62.5 mg/kg，出现在汉沽海域天津海洋特别保护区的B3站位；最大值为115.0 mg/kg，出现在永定新河河口的B46站位。

Cd：其分布情况和Cu接近，各站位含量变化范围较大，最小值为0.087 mg/kg，出现在汉沽海域天津海洋特别保护区的B2站位；最大值为0.33 mg/kg，出现在永定新河河口的B46站位。其他站位含量变化不大，含量范围介于0.1～0.22 mg/kg之间。

Cr：其分布情况和Cu和Cd接近，各站位含量变化范围不大，最小值为42.9 mg/kg，出现在汉沽海域天津海洋特别保护区的B3站位；最大值为82.6 mg/kg，出现在永定新河河口的B11站位。

Hg：最小值为0.019 mg/kg，出现在汉沽海域天津海洋特别保护区的B2站位；最大值为0.084 mg/kg，出现在永定新河河口的B46站位。其他各站位含量变化不大，介于0.021～0.042 mg/kg之间。

As：各站位含量变化范围不大，最小值为7.7 mg/kg，出现在汉沽海域天津海洋特别保护区的B3站位；最大值为13.9 mg/kg，出现在北疆港池外部的B45站位。

表1 天津海域表层沉积物重金属元素含量（mg/kg）Tab.1 The contents of heavy metals in surficial sediments in Tianjin seas(mg/kg)

图3 天津海域沉积物重金属元素含量等值线图Fig.3 The content contour map of heavy metal elements in the sediments of Tianjin sea area

2.3 底质环境质量评价

纳入水体的重金属大部分在物理沉淀、化学吸附等多重作用下可以迅速由水相转入固相，因此沉积物成为水体重金属的累积库[3,4]，也是水环境重金属污染的指示剂，能够反映水系重金属的污染状况。所以对沉积物进行分析是追踪近岸海洋环境人为污染的一个重要手段。

本文采用瑞典科学家Hakanson提出的多元潜在生态风险指数法[13，1,4]进行重金属生态危害评价。该方法是Hakanson根据重金属元素的性质及环境行为特点，从沉积学角度提出来的对沉积物或土壤中重金属元素污染进行评价的方法。该方法将重金属元素的含量、生态效应、环境效应与毒理学联系在一起，采用具有可比的、等价属性指数分级法进行评价，己被我国学者在研究河流沉积物重金属元素污染方面所采用。

式中：Ci表层为表层沉积物中重金属元素浓度实测值代表沉积物中重金属元素的背景参考值，为某一种金属的毒性响应系数，此值用来反映重金属元素在水相、沉积物固相和生物相之间的相应关系，Hakanson制定的标准化重金属元素毒性响应系数分别为：Zn（1）

表2 重金属元素潜在生态危害指标与分级关系Tab.2 Indices and grades of potential ecological risk of heavy metal

采用李淑媛等[15]、陈静生等[16]研究的渤海沉积物重金属元素背景值上限作为基准，Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg、As分别为 25.86、16.63、75、0.136、60、0.05、13 mg/kg。按照上述沉积物重金属元素潜在生态风险的计算公式及确定生态风险分级的各项指标，计算出天津海域各站位沉积物中重金属元素的潜在生态风险指数（表3）。

表3 天津海域沉积物中重金属潜在生态危害系数和潜在生态风险指数评价结果Tab.3 The potential ecological risk factor and potential ecological risk index evaluation of heavy metal elements in the sediments of Tianjin sea area

评价结果表明，Cu、Pb、Zn、Cr和As五种元素的单因子生态风险程度在所有的站位均为低值；Cd元素的单因子生态风险程度在B5、B9、B16、B18、B22、B23、B27、B28、B41、B46、B48等站位达到中等级别，其他各站位为低值；而Hg元素的单因子生态风险程度仅在B46达到中等级别，其他各站位为低值。整体来看，位于永定新河河口的B46站位的潜在生态风险程度达到中度，其他各站位均为低度。Cd元素的污染程度最大，Zn元素的污染程度最小。几种重金属的危害系数顺序为：Cd＞Hg＞As＞Pb＞Cu＞Cr＞Zn。

2.4 沉积环境与重金属元素分布关系探讨

整体来看，天津海域南部海区的重金属元素含量普遍高于北部海区，这与表层沉积物粘土质粉砂的分布特征相一致。说明重金属元素的分布受到粒度分布的控制，细颗粒沉积物中重金属元素含量较高，而粗颗粒沉积物中重金属元素含量较低。

天津海域有两个重金属元素富集区，一个位于独流减河北部至临港产业区的围海造陆地区，另一个位于永定新河口至东疆港外侧的地区。这两个地区，均是城市生活污水和工业污水的排污口，重金属元素含量相对较高，同时，由于近年来天津港航道的扩建、东疆港池和南港工业区的修建，改变了局部水动力条件，造成这两个地区水动力变缓，使沉积物粒度变细，重金属元素更易富集。

3 结论

（1）生态危害评价结果显示：位于永定新河河口的B46站位的潜在生态风险程度达到中度，其他各站位均为低度。Cd元素的污染程度最大，Zn元素的污染程度最小。几种重金属的危害系数顺序为：Cd＞Hg＞As＞Pb＞Cu＞Cr＞Zn。

（2）整体来看，南部海区的重金属元素含量水平普遍高于北部海区。重金属元素富集区分别位于独流减河北部至临港产业区的围海造陆地区和永定新河口至东疆港外侧的地区，这两个地区水动力较缓，沉积物粒度较细。对各采样点进行对比得出，重金属污染程度顺序为：河口＞内湾＞外湾。致谢:本论文的实验工作由中国地质调查局天津地质调查中心实验测试室的张楠、吴磊、刘义博、吴良英等人完成。在此，向他们表示感谢。

[1]吴景阳，李云飞.渤海湾沉积物中若干重金属的环境地球化学[J].海洋与湖沼，1985，1（2）：92-100．

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[3]李淑媛，苗丰民，刘国贤.渤海重金属污染历史研究[J]．海洋环境科学，1996，15（4）：28-31．

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Heavy metal pollution and its potential ecological risk assessment of the seabed sediment in Tianjin sea area

PEI Yan-dong,WANG Guo-ming
（Tianjin Center,China geological survey,Tianjin 300170,China）

Based on the the grain size and heavy metal analysis of 48 seabed sediment samples collected from Tianjin sea,comprehensively study the distribution characteristics of heavy metals in surface sediment,and by the means of Hakanson multiple potential ecological risk index to evaluate the seabed sediment environment。The results show that:1）the potential ecological risk of the sampling points B46 at the estuary of Yongding New River is middle degree,and the other points are low.Cd is the most polluted and Zn is the least polluted.The coefficient of the several heavy metals is:Cd>Hg>As>Pb>Cu>Cr>Zn;2）the content of heavy metals in the southern sea area is generally higher than that in the northern sea area.The heavy metal elements enrichment areas were located in the area from the north of Duliujian River to the reclamation of harbour industry area,and the area of the estuary of Yongding New River to the outside of Dongjiang Port.The water power of the two areas is relatively slow,the sediment size is fine.By comparing the sampling points,the degree of heavy metals pollution is as follows:estuary>inner bay>outer bay.

Tianjin Binhai NewArea;the coastal zone;heavy metal;ecological risk

Characteristics of molybdenite from the Dongebi Mo deposit,Eastern Tianshan,Xinjiang

ZHANG Yong1,XIN Hou-tian1,YE Long-xiang2,WEI Ou-xiang2,ZHANG Da-yu2，3
(1.Tianjin geological survey,Tianjin 300170,China;2.School of Resources and Environmental Engineering,Hefei University of Technology,Hefei 230009,China;3.Xinjiang Research Center for Mineral Resources,Xinjiang,Institute of Ecology and Geography,ChineseAcademy of Sciences,Urumchi 830011,China)

X55；X826

A

1672－4135（2017）03－0203-07

2017-07-20

国家地质调查项目“天津滨海新区围海造陆区环境地质调查评价（12120114033601）”

裴艳东（1978-），男，硕士，高级工程师，环境工程专业，从事水工环地质和第四纪地质研究，Email:tjpyd1978@163.com。

Abstract:The Donggebi Mo deposit is located in the western part of the Eastern Tianshan-Beishan metallogenic belt,which is the largest Middle Triassic Mo deposit in the belt.The Donggebi Mo deposit occurs in the late Carboniferous Gandun formation,and genetically related with the mineralized granite porphyry beneath it.This study focused on the geology,petrography and the Molybdenite style of the Donggebi Mo deposits.The result shows the molybdenum ore can be subdivided into（1）Mo-Py-Qtz vein and（2）Mo-Cp-Py-Qtz fine vein types.After the SEM and XRD analysis of Molybdenite from these two-type ores,it can be found that all the Molybdenite samples are 2H-type Molybdenite.The wide concentrations of Re in Molybdenite samples was controlled by the factor of the ore-forming fluids,and little affected by the crystals.The Donggebi Mo deposit is the product of the Triassic Magmatic hydrothermal events in the post collisional setting.After comparing petrogenetic characteristics of the mineralized granite porphyry in Donggebi Mo deposit with that in Baishan Mo deposit,it is found that the two mineralized granite porphyry intrusions beneath Donggebi and Baishan Mo deposits are derived from crust and mantle sources respectively,which were irrespective Magma-thermal products.

Key words:Molybdenite;Scanning Electron Microscope;X-ray diffraction;Donggebi Mo deposit;Eastern Tianshan