雷州半岛土壤地球化学背景值研究

朱 鑫，汪 实，李婷婷

（广东省地质调查院，广州510080）

多目标区域地球化学调查是一项基础性、公益性、战略性的地质调查与研究工作。通过对雷州半岛开展实施1∶25万多目标区域地球化学调查，取得了一批具有社会经济效益的成果[1－3]。这些成果不仅可助力国土空间规划、土壤污染防治、土地资源保护、整治和开发利用，促进农业经济区划和种植结构调整，而且对加快矿产资源勘查、提高人民健康水平、保障社会经济的可持续发展具有深远的战略意义[4-6]。利用雷州半岛多目标区域地球化学调查数据，开展土壤地球化学背景值研究，无疑是最为基础性的一项工作，既能直接应用服务于当前区域经济社会发展，又具有长远的多学科基础研究意义[7-10]。

1 研究区概况

雷州半岛位于中国大陆最南端、广东省西南部，三面环海，地理坐标为北纬20°12′～21°55′，东经109°39′～110°57′，其地域范围与湛江市一致（图1）。境内流域面积100 km2以上的干支流共40条，较大的江河有鉴江、九洲江、南渡河等。研究区陆地大部分由半岛和岛屿组成，在大地构造上属华南褶皱系，横跨云开大山隆起及粤中凹陷两个构造单元。区内地层发育较齐全，地层由老至新有元古界、志留系、泥盆系、石炭系、侏罗系、第四系，其中以第四系分布最广。区内岩浆岩分布较为广泛，花岗岩、玄武岩覆盖大片地区，花岗岩以二长花岗岩为主，分布在半岛北部一带，玄武岩主要为喜山期玄武岩，分布在雷州半岛中南部大片区域。据广东省第二次全国土地调查数据显示，研究区土地利用以耕地、林地和水域为主。

2 研究方法

2.1 样品采集方法

图1 雷州半岛（湛江市）交通位置图Fig.1 Traffic location map of Leizhou Peninsula（Zhanjiang City）

根据《多目标区域地球化学调查规范1∶250000》（DZ／T 0258-2014）[11]和《土地质量地球化学评价规范》（DZ／T 0295－2016）[12]，按照双层网格化法系统采集了雷州半岛12490 km2范围内的表层土壤样品，采样密度为1个点／km2，按照每4 km2组合成1件分析样。

2.2 样品处理与测试

土壤样品自然风干，剔除样品中的植物根系、有机残渣以及可见侵入体，用木棍碾碎并用玛瑙研钵研磨，过20目尼龙筛后提取500 g分析样。按《多目标区域地球化学调查规范1∶250000》（DZ／T 0258－2014）[11]测试方法测定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（总碳）、Corg（有机碳）、pH共54项指标。分析方法为电感藕合等离子体质谱法（ICP－MS）、X射线荧光光谱法（XRF）、等离子体发射光谱法（ICP－OES）、发射光谱法（ES）、原子荧光光谱法 （AFS）、离子选择性电极法（ISE）、比色法（COL）、容量法（VOL）、重量法等，样品分析测试由广东省地质实验测试中心承担完成。

2.3 数据处理与综合研究

2.3.1 土壤地球化学背景值确定方法

依据《数据的统计处理和解释正态性检验》（GB／T4882－2001）[13]，首先对表层土壤测试数据频率分布形态进行正态检验。在判断数据频率分布形态时，采用偏度峰度联合检验法，显著性水平取α＝0.01，即置信度P＝0.99。当统计数据服从正态分布时，用算术平均值（X）代表地球化学背景值，算术平均值加减2倍算术标准偏差（X±2S）代表地球化学背景值变化范围。统计数据服从对数正态分布时，用几何平均值（Xg）代表地球化学背景值，几何平均值乘除几何标准偏差的平方（XgSg±2）代表地球化学背景值变化范围。当统计数据不服从正态分布或对数正态分布时，按照算术平均值加减3倍标准偏差进行剔除，经反复剔除后服从正态分布或对数正态分布时，用算术平均值或几何平均值代表土壤地球化学背景值，算术平均值加减2倍算术标准偏差或几何平均值乘除几何标准偏差的平方代表地球化学背景值变化范围。统计数据经反复剔除后仍不服从正态分布或对数正态分布，当呈现偏态分布时，以剔除后的中位数代表土壤地球化学背景值，几何平均值乘除几何标准偏差的平方代表地球化学背景值变化范围。

在进行pH值参数统计时，先将土壤pH值换算成[H＋]浓度进行统计计算，然后再换算成pH值进行计算。

2.3.2 土壤元素富集与贫化界定标准

在判断区域土壤富集特点时，分别以中国土壤A层背景值[14]、广东土壤A层背景值和区域土壤地球化学基准值[15]为评价标准，分析区域土壤相对全国、广东省土壤和深层土壤的富集与贫化特点。

3 雷州半岛土壤地球化学背景值

3.1 背景值的概念与意义

土壤地球化学背景值[16－25]是指自然营力和人类活动共同作用影响下（第Ⅱ环境）区域表层土壤的含量值，实际上是成土母质、成土过程中元素迁移转化、人为扰动污染等各种因素长期综合作用的结果，以表层土壤地球化学调查元素含量表征。它与土壤基准值有着密切继承关系，总体受土壤基准值的控制，但由于经长期风化、淋溶作用和人类生产生活等活动的改造，表层土壤地球化学特征已发生一定的演变，导致两者之间存在一定的差异。土壤元素地球化学背景值是土壤环境质量评价、土壤肥力和营养水平分级、土壤改良和平衡施肥、土地管护和集约利用、特色农业种植规划、土壤生态环境保护决策的科学依据。

3.2 土壤地球化学背景值

全区土壤背景值统计结果见表1。全区表层组合分析样3335件（不含重复样），分析测试54项元素指标，由于中国A层土壤背景值和广东A层土壤背景值中仅有45项指标具有对应的数据，故在对比中国A层土壤背景值和对比广东A层土壤背景值时仅针对45项指标进行分析讨论。

与中国A层土壤背景值相比（表2，图2），雷州半岛土壤富集Hg、Se、Sn、Br、B、Zr，贫乏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。富集最为明显的元素为Hg、Se，其富集系数均达1.6。贫乏元素较多，主要是易于流失的造岩矿物、铁族元素及亲铜元素。

与广东A层土壤背景值相比（45项指标），调查区 土壤 富集B、CaO、Ti、Cd、Se、V、Zr，贫乏Bi、Ge、Be、La、F、Pb、Ba、W、Ag、As、Th、Corg、I、U、Mn、K2O、Co、Tl、Rb、Mo。富集最为明显元素为B、CaO，其富集系数分别为4.5、2.5。贫乏元素较多，富集系数小于0.5的有Th、Corg、U、I、Mn、K2O、Co、Tl、Rb、Mo，其中Rb、Mo表现尤为贫乏，其富集系数仅为0.22和0.13。

表1 表层土壤背景值统计表Table 1 Statistics of surface soil background value

表2 表层土壤元素富集与贫乏组合（与中国A层土壤背景值相比）Table 2 The combination of enrichment and poverty of surface soil elements（Compared with the background value of layer A soil in China）

与全区土壤基准值相比（表3），富集P、Corg、N、TC、S、Br、Cd、Hg、CaO、Cl，贫 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准值相当。富集明显的为亲生物元素和环境元素，富集系数大于3的元素有P、Corg、N、TC。贫乏明显的为铁族元素和造岩元素，最为贫乏的为Co，其富集系数为0.4。表、深层元素富集的差异性，一般是由地质、地球化学和成土等作用产生的，表层土壤富集P、N、Corg、TC等元素，主要是生物富集和人类活动影响造成的；表层土壤相对深层土壤贫乏TFe2O3、Al2O3、K2O等，主要是淋溶作用造成的。

图2 全区地球化学土壤元素（指标）富集系数折线图Fig.2 Line chart of enrichment factors of geochemical soil elements（indexes）in the whole region

表3 表层土壤元素富集与贫乏组合（与全区土壤基准值相比）Table 3 Combination of enrichment and depletion of elements in surface soil（Compared with the reference value of soil in the whole region）

全区表层土壤pH值范围为3.41～9.17之间，多数分布于4.5～6.0之间，在所占比重上，极强酸性土壤（pH＜4.5）占比约13%，强酸性土壤（pH 4.5～5.5）占约60%，酸性土壤（pH 5.5～6.5）占比约17%、中性土壤（pH 6.5～7.5）和碱性土壤（pH 7.5～8.5）各占比约4%，强碱性以上土壤（pH＞8.5）仅占比约2%。统计数据显示调查区表层土壤呈酸性背景。

3.3 不同成土母质土壤地球化学背景值

由于地表环境受人为、自然等多种因素影响，不同母质的表层土壤元素含量分布特征既有一定规律，又复杂多变。总体上不同岩石类型风化物发育的土壤，其地球化学组份保留了部分原成土母质特有的元素含量特征。区内成土母质主要有第四纪松散沉积物、沉积岩类风化物、花岗岩类风化物、玄武岩类风化物、变质岩类风化物等五大类成土母质。不同成土母质土壤背景值差异明显，统计结果见表4。将不同成土母质土壤背景值与全区土壤背景值比较，其富集与贫乏组合见表5和图3。

第四系松散沉积物有河流冲洪积物和海陆交互相沉积物，物质来源广泛、成份复杂。与全区土壤背景值相比，第四系松散沉积物富集B，贫乏V、Cd、Tl、Pb、Cr、Ni、Corg、Sc、Mo、TC、N、F、Be、Al2O3、Cu、Ga、TFe2O3、Ba、Zn。

表4 不同成土母质表层土壤背景值和富集系数统计表Table 4 Statistic of background value and enrichment factor of topsoil with different parent materials

续表4

表5 不同成土母质土壤元素富集与贫乏组合Table 5 Enrichment and depletion of elements in soil with different parent materials

图3 不同成土母质土壤元素（指标）富集系数折线图Fig.3 Line chart of enrichment factors of elements（indexes）in soil with different parent materials

以沉积岩为成土母质的土壤富集K2O、Rb、Sb、Tl、Ba、Bi、W、MgO、Cd、B、Na2O、Hg、Co、Pb、Sr、Ag，贫乏Cr、I、Br、Mo、Ni。K2O、Rb富集最为明显，其富集系数分别达2.8和2.3，Ni表现最为贫乏，其富集系数为0.5。

以变质岩风化物为成土母质的土壤，富集K2O、Rb、Ba、Th、Tl、Bi、B、W、U、Se、Pb、Au、Mn、MgO、Ag、Co、TFe2O3，贫乏Ni。K2O、Rb富集最为明显，其富集系数分别为2.5和2.0，Ni表现最为贫乏，其富集系数为0.6。区内变质岩主要分布在调查区的北东部。

以玄武岩风化物为成土母质的土壤，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，贫乏SiO2、B。富集元素主要为铁族元素，富集系数大于3的元素有Co、Mn、Ni、I、Cr、Cu、TFe2O3、Sc、Ti、V、Zn，其中Co、Mn、Ni富集系数分别高达28.1、15.2、15.7。B表现最为贫乏，其富集系数为0.5。区内玄武岩分布在工区南部的大片区域及中部小片区域。

以花岗岩风化物为成土母质的土壤，富集钨钼族元素、放射性元素、稀有稀土元素等，贫乏铁族元素。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，贫乏的元素有P、Sb、Br、Ti、As、V、Cu、Ni、Cr、B。Rb、K2O、Th表现最为富集，其富集系数分别为2.8、2.8、2.2。Ni、Cr、B表现最为贫乏，其富集系数分别为0.32、0.27、0.21。调查区花岗岩主要有晚侏罗世二长花岗岩、早侏罗世花岗岩及早奥陶世二长花岗岩。

4 雷州半岛土壤元素地球化学分布特征

土壤元素区域地球化学的空间分布除了受区域地质条件制约外，还受制于人为经济活动，表现为与土壤母质、基岩、地貌类型以及工农业生产布局密切相关。雷州半岛不同区域土壤元素分布差异性较大，不同时期及不同地质作用元素的赋存分布各不相同。第四纪以来强烈的火山喷发活动、海侵海退与河流冲洪积交互作用，是控制雷州半岛土壤元素迁移赋存的最主要因素。

4.1 花岗岩区域

区内花岗岩主要形成于侏罗—白垩纪，其次为早奥陶世，岩性多为二长花岗岩，主要分布于廉江和寮镇－塘蓬镇－石颈镇－青平镇一带，在廉江的良垌镇、湛江的官渡及吴川塘缀镇一带有小面积出露。花岗岩区域土壤以富集钨钼族元素、放射性元素、稀有稀土元素、碱金属元素，贫乏铁族元素为特征。土壤中元素含量特征与富集组合特征，是花岗岩岩石特征的继承，其异常一般是由花岗岩原生晕高背景或成矿作用所致，结合构造、蚀变等其它找矿标志，具有一定的找矿指示意义。

4.2 玄武岩区域

雷州半岛分布大片喜山期玄武岩，在地貌上多以岗地为特征，岩性主要为玄武岩、玄武质火山角砾岩、玄武质凝灰岩等。分布在徐闻县、雷州市南部、遂溪县岭北镇及湛江市湖光镇等地。玄武岩区土壤表现为多元素的高背景区，以高强度铁族元素富集为特征，有益营养元素亦富集明显。玄武岩区土壤多元素富集组合特征主要受制于玄武岩地质高背景。

4.3 沿海滩涂

雷州半岛有较长的海岸线，滩涂分布面积较大。滩涂土壤呈碱性，富集卤族元素和造岩矿物元素，贫乏铁族元素、亲铜元素、稀有稀土元素和有益营养元素等。

4.4 沿河流域

区内较大河流主要包括九州江、南渡河及鉴江。九州江流域两岸岩性主要为泥盆系和石炭系碎屑岩，上游为花岗岩。沿九州江流域富集的元素有W、Bi、Cd、Ag、Pb、Rb、Tl、U、Y等，呈北东向带状分布，在入海口处富集更为强烈，富集强度以河流为中心，向两岸逐渐减弱。这些元素一般与上游花岗岩高背景或采矿活动关系密切。

鉴江流域两岸地势平坦，岩性为桂州组淤泥、粉砂、细砂等，上游岩性以云开岩群变质岩为主。沿鉴江流域富集的元素有Rb、Tl、U、Y、As、Be、F、Ge、Pb、Sb、Sn等。整体呈北东向带状展布。富集元素一般有一到两处浓集中心，浓集中心一般远离河流中心位置。富集元素组合特征与花岗岩相似，说明富集元素物质主要来源于岩体。

南渡河两岸为第四系冲积层，在中游可见少量玄武岩沿河流呈带状分布。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，沿南渡河呈带状分布。富集强度以河流为中心，向两岸逐渐减弱。富集中心分布在雷州市南部南渡河一带，套合较好。

沿河两岸土壤在河流冲积、水体沉积作用下，富集的元素种类既有相似性（如Pb、U、Y等元素），又受制于上游地质背景引起的不同物质来源，而反映出不同的元素分布特征。

5 结论

本文通过对雷州半岛土壤地球化学背景值统计分析研究，确定了雷州半岛54项指标土壤地球化学背景值，分析了区域元素地球化学分布特征。研究发现：雷州半岛各成土母质单元土壤地球化学背景值特征明显，不同区域元素分布差异性较大，不同时期及不同地质作用下元素的赋存分布各不相同。第四纪以来强烈的火山喷发活动、海侵海退与河流冲洪积交互作用，是控制雷州半岛元素迁移赋存的最主要因素。