浅析册亨县土壤中元素含量与成土母岩的关系

刘宇翔，娄经双，但仕生，张 安

(贵州省有色金属和核工业地质勘查局地质矿产勘查院,贵州贵阳 550005)

本次调查主要以贵州省册亨县农用地为主要对象，以生态地球化学理论为指导，开展1∶5万土壤地球化学调查，客观评价总体的、综合的生态地球化学状况和耕地生产质量水平，重点评价重要的、起主导作用的生态地球化学问题，为耕地利用规划、农业经济区划、种植结构调整、发展现代农业及生态环境治理等提供地球化学依据。

1 地质概况

1.1 地层

县域内主要发育石炭系、二叠系、三叠系，其中石炭系地层地表面积约33km2，占县总国土面积的1.3%；二叠系地层地表面积约104km2，占县域面积的4%；其它主要为三叠系地层（图1），各地层岩性见表1。

石炭系发育面积较少，于县城北面赖子山地区的南北走向背斜中心部位，主要为威宁组（CP1w）；二叠系主要在赖子山地区由南向北围绕石炭系呈条带状半圈闭发育，其它呈东西向椭圆状发育于南盘江北面的板其至纳板附近，包括猴子山组（P2h）、吴家坪组（P3w）及合山组（P3h）；其它区域主要发育三叠系，包括罗楼组（T1l）、安顺组（T1a）、新苑组（T2x）。

主要岩性：

黑苗湾组（T3hm）：砂泥岩夹灰岩、砾屑灰岩。

边阳组（T2b）：砂岩、钙质砂岩、粉砂岩，夹粘土岩。

垄头组（T2l）：浅灰色中厚层至块状淀晶石灰岩、凝结藻灰岩。

坡段组（T2p）：灰、深灰色中厚层状至厚层状内碎屑灰岩。

许满组（T2xm）：为粉砂质粘土岩夹砂岩、钙质砂岩及灰黑色灰岩、上部为灰色泥灰岩。

新苑组（T2x）：为粘土岩、砂岩夹泥岩、局部夹泥灰岩。

安顺组（T1a）：灰、浅灰色中—厚层状细至粗粒白云岩。

罗楼组（T1l）：灰、深灰、灰绿、紫红色粘土岩夹泥灰岩。

吴家坪组（P3w）：灰、浅灰色厚层灰岩为主，夹燧石灰岩及鲕粒灰岩。

合川组（P3h）：灰、深灰色厚层状块状灰岩，夹少量燧石灰岩及粘土岩、粉砂岩。

猴子关组（P2h）：以灰、浅灰色厚层块状泥晶灰岩、生物屑灰岩为主。

威宁组（CP1w）：灰、浅灰色中厚层状至块状泥晶灰岩。

许满组（T2xm）、坡段组（T2p）、垄头组（T2l）、边阳组（T2b）及黑苗湾组（T3hm）及第四系（Q）主要发育于沟谷两边及小盆地低洼地段。硅质蚀变带分布于南盘江北面的板其和纳板附近。

1.2 构造

调查区地处右江盆地西北部，毗邻扬子陆块西南边缘[1]，晚古生代以来为陆内断陷盆地沉积，早三叠世主要是被动大陆边缘沉积，中三叠世沦为陆源碎屑复理石盆地。二叠纪有偏碱性基性岩浆活动，印支—燕山期是主要构造变形期并伴有浅层区域变质作用，造山期有偏碱性超基性岩侵位。主要构造线呈北东、北西、近东西及南北向展布，构造变形期属印支—燕山期。

（1）断层：调查区境内断层主要从南西向北东向延伸的逆断层，断层倾角大约60°～70°，此外境内同时发育北西—南东方向的逆断层及性质不明断层。

(2)褶皱：调查区境内主要发育赖子山背斜及板其背斜，背斜核部形成高山，核部最老地层为石炭系—二叠系下统威宁组（CP1w），在背斜核部节理裂隙较为发育。

1.3 矿产资源概况

调查区主要矿产有金、锑、砷、汞、褐铁、水晶石等矿产资源。调查区位于桂西北乐业金矿，高龙—马雄金矿田，滇东南富源、罗平金矿区和贵州省西南部诸金矿田所组成的金三角成矿区，也称滇、黔、桂金三角地区，境内蕴藏着丰富的黄金矿产资源[4]。全县十二个乡（镇）中现已探明有巧马镇、丫他镇、者楼街道、冗渡镇、岩架镇、百口乡等六个乡（镇）蕴藏着黄金矿产[2-3]。

2 土壤元素总体特征

本次调查获得了3543件耕地表层土壤样品的有机质、氮（N）、磷（P）、钾（K）、硼（B）、锰（Mn）、锌（Zn）、铜（Cu）、钼（Mo）、硒（Se）、锗（Ge）、碘（I）、氟（F）、砷（As）、镉（Cd）、铬（Cr）、汞（Hg）、铅（Pb）、钴（Co）、镍（Ni）、钒（V）等共20余项，用于研究土壤养分和环境的地球化学特征与等级。

为了直观地表述测区地球化学信息及特征，对调查区采集的3543 件样品进行以下地球化学参数统计（表1）。

（1）平均值（Xˉ）：分别为调查区某一元素含量的算术平均值Xˉ。

（2）标准离差（S）：分别反映元素原始含量的离散状况，即元素含量值与其平均值的偏离程度。

（3）变异系数（Cv）：分别用公式Cv=S/Xˉ求得，并用百分数表示，反映元素在地质地球化学作用过程中分散与集中的程度及元素含量的分异强弱变化。

（4）背景值：经Xˉ±3S反复剔除异常值后的背景平均值。

评价区土壤中，12个养分元素，P、K、Mn、Mo含量较低，其余养分元素平均值较高，从土壤酸碱度来看，调查区土壤整体呈酸性土壤。

3 不同成土母岩土壤各元素含量或指标值

按照采样点所处的成土母岩进行分类统计，不同成土母岩含量平均值见表2。根据数据分析，各元素在不同成土母岩中分布特征（图2、图3）如下：

表2 成土母岩在土壤中平均含量对比表

（1）大量营养元素中，K 元素砂岩、泥岩中元素平均含量较碳酸盐岩高，其他元素在成土母岩为白云岩时，N 元素、有机质含量平均值最高，在成土母岩为灰岩时，P元素含量最高，N、P总体含量趋势为：碳酸盐岩＞碎屑岩，但各成土母岩中元素平均值含量变化不大。

（2）微量营养元素中，B元素在成土母岩中变化无明显规律。其他微量中金属元素在灰岩、白云岩含量急剧增加。微量营养元素在不同成土母岩总体变化趋势为：碳酸盐岩＞碎屑岩。

（3）有益元素中，Ge元素在成土母岩中元素含量变化不大。在成土母岩为碳酸盐时Se、I、F 中含量远大于碎屑岩中。微量营养元素在不同成土母岩中的含量总体变化趋势为：碳酸盐＞碎屑岩。

（4）环境元素中，Pb元素在成土母岩为白云岩时含量最高，变化趋势为：白云岩＞灰岩＞砂岩＞泥岩。其他环境元素总体变化趋势为：灰岩＞白云岩＞砂岩＞泥岩。其中多数环境元素灰岩与白云岩平均含量差距较小，砂岩与泥岩含量差距小，而成土母岩为灰岩、白云岩时元素的平均含量远大于在砂岩、泥岩中。

4 土壤中元素地球化学特征

4.1 土壤养分元素分布特征

土壤养分元素或指标包括有机质、氮（N）、磷（P）、钾（K）、硼（B）、锰（Mn）、锌（Zn）、铜（Cu）、钼（Mo）、硒（Se）、锗（Ge）、钴（Co）、钒（V）、碘（I）、氟（F）共12项指标。

通过对区域养分元素的地球化学成图表明，除了钾（K）、硼（B）、锗（Ge）外，土壤中养分元素含量呈西北高、东南低的总体趋势，与县域内碳酸盐岩的分布关系密切。碳酸盐岩大面积分布的区域，养分元素含量高；碎屑岩大面积分布的区域，养分元素含量普遍低（图4）。

4.2 土壤环境元素分布特征

土壤环境元素包括镉（Cd）、汞（Hg）、砷（As）、铅（Pb）、铬（Cr）、铜（Cu）镍（Ni）、锌（Zn）共8项指标。

通过对区域环境元素的地球化学成图表明：土壤中环境元素含量呈西北高、东南低的总体趋势，与县域内碳酸盐岩的分布关系密切。碳酸盐岩大面积分布的区域，环境元素含量高；碎屑岩大面积分布的区域，环境元素含量普遍低（图5）。

5 结论

根据元素（或指标）地球化学图及不同成土母岩下的元素含量可得：评价区土壤N、P、K、有机质等含量空间分布表现为平坝显著高于山地，主要受控于耕作习惯及施肥种类；Cd、As、Hg、Pb、Zn 等元素高背景与区域成矿作用有关，Cr、Ni、Co、V、Cu、钼、硼、Mn 等亲铁元素主要与碳酸盐岩地层分布密切相关，区域内的碳酸盐岩为脆性岩石，在构造运动发生后，形成容矿空间（通道），下部的岩浆通过容矿通道向上运移[5]，经过成岩、风化、成土、人为改造等过程，致很多元素在成土母岩为碳酸盐岩中时含量较高；反之，当成土母岩为碎屑岩时，构造运动发生后，不能形成容矿空间（通道），下部的岩浆无法向上运移，成土介质全部源于原砂岩、泥岩等碎屑岩，因此，Cd、As、Hg、Pb、Zn等金属元素及亲铁类元素含量低。