地球化学在城市环境地质评价中的应用

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• 茶虫小豆豆

  1.地球化学环境与人类生存密切相关

  人们的生活环境与地球上地球化学场的分布有着密切的联系。地球表面元素分布的不均匀，一般通过食物、水、空气影响人体。当其含量变化（过高或过低）超出人体生理调节适应的范围时，人体健康即受影响，出现一些与地球化学场有关的疾病。

  在人体内的生物化学过程中，微量元素起着关键性的作用，目前已知的起关键性作用的元素有：Fe、Mn、F、Zn、Cu、Mo等14种人体必需的元素和Hg、Pb、Cd等有害元素。不同的微量元素在人体内有其各自的生物学作用及有害性。例如，氟是一种能增进骨骼和牙齿强度的元素，若缺乏氟，则龋齿发病率，若氟过量，又会引起斑釉齿；钼对生命的存在有关键性的作用，在土壤缺钼时，则食管癌流行，在高钼区，则痛风症多发。各微量元素间又能相互拮抗和协同人体的生物学作用。

  2.元素含量指标和病种指标的确定

  所谓元素含量指标是指人体为维持机体正常生理功能，对必需元素的需要范围和对有害元素的承受范围。在环境中，这些元素的含量不足或过量，都会有碍于健康，引起疾病。为此，需对这些元素确定其最低允许浓度和最高允许浓度，即元素含量指标。表6-1-1给出了某地区水系沉积物中一些元素的含量指标。它的确定是以某地区的地表土壤中元素丰度为健康基准含量，考虑到人体内的平衡作用以及水系沉积物与土壤的差异，将必需元素的基准含量的4倍和1/4倍分别作为过量和缺乏的含量限，对于有害元素，根据其毒性程度分别以基准含量的2倍、4倍、8倍作为对健康有影响的含量限。

  表6-1-1 水系沉积物中元素含量指标

  王成，1987。区域地球化学在人体健康问题上的应用，浙江地质科技情报，第3期。

  表6-1-2是用浙江土壤区域化探普查结果确定的地球化学病种指标。从表中可看出，不同的微量元素及其组合在人体内的生物作用不同，在环境中，其过量或缺乏都会引起地球化学病。这些引起地球化学病的元素及其组合称为地球化学病种指标

  王成，1987。区域地球化学在人体健康问题上的应用，浙江地质科技情报，第3期。。

  表6-1-2 地球化学病种指标

  （据王成，1987）

  注：＊本病发生在40～60岁绝经期妇女。

  3.实例

  （1）渡口市及其周围环境质量评价

  渡口市是一座新兴的中型城市，市区及其外围基岩广为出露。基岩区域地球化学测量为环境质量综合评价了基础。

  根据区内不同类型岩石中元素分布的统计（图6-1-1），对渡口地区进行了初步的地球化学区划。依基岩中元素的共生组合和含量差别，该区可大致划分为五个环境地球化学区（图6-1-2）。

  图6-1-1 渡口地区不同类型岩石中主要微量元素的丰度

  （据刘英俊等，1987）

  图6-1-2 渡口地区地球化学分区略图

  （据刘英俊等，1987）

  第Ⅰ区位于测区东、南及西北部，是大片闪长岩类分布的地区。该区的地球化学特点是，元素组合比较简单，元素含量变化幅度不大，且多数低于地壳同类岩石的平均丰度。含量较高的元素主要是Cd、G a、Ba，其次是Co、Cr、Pb，其他元素含量均较低。

  第Ⅱ区位于测区东南部，区内有面积不大的前震旦纪变质岩呈带状分布。地球化学特点是，元素种类少，含量低，除Cd、Ba、Co外，其他元素含量均接近或低于地壳同类岩石的平均丰度。

  第Ⅲ区位于测区西北部，出露地层为以石灰岩为主的早古生代地层。经光谱半定量分析，微量元素均未能检出。通过定量分析，发现Co、Cd、Pb、As的含量稍高，其他微量元素含量大大地低于地壳同类岩石的平均丰度。

  第Ⅳ区位于测区中部，有各类火成岩出露，富集了各种铁族元素和稀有、放射性元素。根据不同岩石类型中元素组合的不同，可将本区分为四个亚区，依次是玄武岩亚区（1）、正长岩亚区（2）、辉长岩亚区（3）和花岗岩亚区（4）。

  第Ⅴ区位于测区西南和东部，出露地层为中生代煤系地层。许多元素含量虽未形成异常，但多数含量偏高。

  通过对渡口地区不同岩石类型及其所含化学元素的分析对比可知，在测区东南部，岩性及其化学元素组合相对比较简单，沉积岩和前震且纪变质岩分布面积较大，地形高差比测区西北部小，岩石遭受的侵蚀作用也相对较小，三叠纪含煤层虽已开采，但现有表明，对环境影响不大，其他矿产尚未大规模开采，人为地造成各种化学元素迁移的因素少，环境质量相对较好。

  在测区西北部、中部和东北部，岩石类型及其化学元素组合比较复杂，各种火成岩广泛出露，影响人体的元素较多，较大的地形高差使岩石受到较甚的剥蚀作用，攀枝花共生矿正在进行大规模开采，选矿、冶炼过程正在大量排放“三废”，自然的和人为的因素使各种化学元素发生迁移，不断地转入生态环境，使环境质量降低。目前急需制订一合理方案，进行综合治理^[1]。

  （2）北京地区高氟区与地质环境的关系

  地矿部物化探科技情报网，1987。物化探技术在城市工程中应用经验交流会论文集。

  北京地区的高氟区分布在13个区县80个乡的360多个村，氟斑牙和氟骨症达20万人。患氟斑牙，不仅影响牙齿的美观，而且影响咀嚼功能，不利于对食物的消化、吸收。患氟骨症，轻则腰腿、关节痛，重则四肢变形，不能像正常人一样自由伸曲，严重者使劳动力丧失，甚至生活上不能自理。

  图6-1-3 北京山区水系沉积物中全氟含量异常示意图

  （据地矿部物化探科技情报网，1987）

  氟中毒与含氟矿物、岩石的关系在北京地区，发现的含氟矿物主要有萤石、磷灰岩、黑云母、金云母和角闪石等。萤石中氟含量为48.7%，磷灰石中氟含量为3.4%，云母、角闪石中氟含量为n×10²×10^-6～n×10⁴×10^-6。北京山区水系沉积物全氟异常图表明，全氟异常（异常下限为800×10^-6）与中性岩、基性岩、片麻岩、性岩和萤石矿有着密切的关系，异常是由这些岩矿石中含氟矿物相对富集所引起的（图6-1-3）。经试验，昌平上庄一带富含磷灰石的闪长岩、辉长岩附近，全氟异常高达27400×10^-6。过80目筛的辉长岩、闪长岩样品，用蒸馏水浸泡三天，其水溶液中氟含量为0.3mg/L，比正常饮用水中氟含量（0.5mg/L）还低。因此可认为，由中、基性岩和片麻岩中的磷灰石引起的全氟异常与氟中毒无关。性岩与氟中毒有密切关系。性岩中全氟含量较高，可高达n×10³×10^-6，这是因为性岩中，磷灰石常与金云母等含氟矿物伴生并含有萤石矿物，往往有萤石脉分布，性岩经风化后，所含的氟很容易被水溶出而进入地下水。在地下水与地表水滞流的特定的水文地质环境中，水与含氟矿物接触时间长、接触面积大，地下水中的氟含量超标，这种环境中的裂隙水、孔隙水的含氟量可达1.1mg/L以上，最高达8.0mg/L。萤石矿与氟中毒关系更为密切。萤石全氟含量高达48.7%，萤石风化物的全氟含量也较高，可达5.7%。在萤石矿附近，由于萤石及其风化物碎屑沿水系运移，在一定范围内引起全氟异常，萤石及其风化物中的氟可被水溶出，造成饮用水中氟含量的增多。

  高氟区与平原低洼区碱性环境的关系 硅盐矿物是土壤的主要组分。硅盐矿物在物理化学风化作用下，形成碎屑及次生硅盐矿物——粘土矿物，在各种自然力的作用下，不断地向沉降地带运移，形成平原区的巨厚松散堆积物。F^－和O^－及OH^－的同晶取代作用使硅盐矿物中普遍含氟，另外，土壤胶体和粘土矿物对氟有吸附作用，使土壤中的氟含量，以致各地土壤的全氟含量相近，约200×10^-6。当处在碱性环境时，土壤里难溶的氟化物在羟基的作用下，使其中的氟以离子状态活跃在土壤中，土壤胶体和粘土矿物所吸附的氟，在碱性环境中容易被释放，使土壤中氟的活动性增加。此时，土壤里的氟离子随地下水流动而迁移到低洼地带，经强烈的蒸发，不断地在地表富集，形成高氟环境。因此，在碱性环境区，浅层地下水氟含量往往较深层地下水的高，长期饮用浅层高氟水，就会引起严重的氟中毒。另外，在碱性环境的土壤里，活性氟易被植物吸收，例如，大兴小皮营和前甫的黄豆、玉米、小麦等农作物的氟含量超过标准2～3倍。若长期食用高氟食物，会使人体内骨氟含量增加，造成严重的氟骨症。

  图6-1-4 北京地区饮水中氟含量异常示意图

  （据地矿部物化探科技情报网，1987）

  高氟区与地下热矿化水分布的关系　氟与地下热矿化水关系密切。当地下热矿化水在深部循环时，溶滤俘获了一定数量的源于岩浆中的，使其富含氟、氡、镭、偏硼、硫化物及可溶性二氧化硅等。北京地区地下热矿化水的氟含量在4.5～16.0mg/L之间。温泉和热水井中流出的热矿化水的扩散，各种用途的深水井不断增多，部分水井未严格封孔，使不同层的地下水连通混染，可造成饮水中的氟含量超标。北京的已知地热区，如延庆胡家营（1号异常）、海淀温泉一带（8号异常）、昌平小汤山一带（9号异常）、昌平太平庄一带（13号异常）、朝阳区北太平庄一带（14号异常）、房山良乡一带（16号异常）和廷庆康庄一带（2号异常）饮水中氟含量均超标准（图6-1-4）。

  总之，通过对北京地区高氟区与地质环境关系的研究，初步认为北京地区氟中毒区有以下四种类型：①萤石矿中氟溶出引起的氟中毒区；②性岩含氟矿物溶出引起的氟中毒区；③平原低洼地区碱性环境下活性氟积聚引起的氟中毒区；④地下热矿化水浸染漫延引起的氟中毒区。

  浏览 172赞 88时间 2022-02-21