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《湖南师范大学》 2010年
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湘西柑子坪下寒武统黑色页岩土壤的地球化学特征

杨广  
【摘要】: 以湘西柑子坪下寒武统黑色页岩风化剖面及其发育其上的土壤为研究对象,通过对野外对风化剖面和土壤进行系统的地质地球化学调查和测量,采集用于研究的各种岩石、风化产物、土壤等样品。室内利用等离子质谱(ICP-MS)、X射线荧光光谱(XRF)、X射线衍射技术(XRD)等分析技术,对黑色页岩风化产物、土壤、成土母岩(黑色页岩)等进行系统的主量元素、微量元素(其中包括重金属元素、稀土元素等)分析和矿物成分测定。 结果表明:湘西柑子坪下寒武统黑色页风化作用较强,样品CIA(风化指数)达到74以上。较强的风化令风化物和土壤显现明显的贫CaO、Na2O,而富Al2O3、Fe2O3的地球化学特征。黑色页岩的风化产物的矿物组成为:石英、白云母、微斜长石、钠长石、针铁矿、高岭石、斜绿泥石、蒙脱石、钙铁辉石等。剖面随风化强度的加剧,所含粘土矿物的种类增多,质量分数也相应的提高。黑色页岩土壤因继承成土母岩的化学组成特征而富集Ba、Sc、V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Pb、Th、U等十数种重金属元素,其中U、V和Ni的富集最强,富集系数Ks依次分别在6.12-7.36,2.23-3.1,2.49-3.15之间,EI值(土壤综合富集指数)富集系数Ks达到2以上。 土壤重金属潜在污染评价(富集因子法)结果表明,黑色页岩土壤中重金属的积聚程度已达到潜在污染水平,表土样品存在U、Ba、V、Cu、Ni等重金属元素的潜在污染,其中以U的潜在污染程度最高,已经达到显著污染(5F20,3级)以上。而土壤重金属污染的矿物学评价结果表明:生态效应评价值E(矿物学评价结果)与土壤中污染元素的富集水平并不一致:V和Zn的污染尚未达到临界值,危险性较小;Cu、Pb、Ni存在污染,需要采取有效措施改善和预防目前和将来的污染危害。 主量元素(Fe203和A1203)与重金属元素的逐步回归方程和相关性分析都显示,重金属元素在土壤中的赋存主要位于铁氧化物和黏土矿物等矿物相中,其中Sc、Co、Th元素大多赋存于粘土矿物中;Cr、Zn元素则以赋存于铁氧化物矿物为主;而V、Pb、U、Ba、Mn、Ni、Cu则不被铁氧化物矿物和粘土矿物的控制。 微量元素和稀土元素地球化学分析显示,风化产物和黑色页岩土壤的Ta/Nb、Zr/Hf、Nd/Sm等元素比值比较稳定,且与其成土母岩的相应比值相一致。风化物及土壤和母岩拥有类似的稀土配分型式,并且在土壤发育过程中稀土元素没有发生明显的分异。微量元素比值以及稀土元素特征指示土壤样品中的重金属元素继承自母岩,应为自然污染源。 另外,风化指数CIA与重金属活动性(Change%)的相关性分析表明:重金属Ni可对土壤造成长期性污染,V、Pb等的污染水平由于淋失迁出活动性提高而趋向下降。但尚未达到潜在污染程度的Zn、Mn、Th、Ba、Co等重金属元素,则有可能因次生富集等因素在以后土壤发育过程中达到潜在污染水平。
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