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物探与化探, 2019, 43(3): 449-460 doi: 10.11720/wtyht.2019.0197

特约稿件

自然资源时期:大数据与地球系统科学——再论全面发展时期的勘查地球化学

奚小环

中国地质调查局,北京 100037

Natural resources period: Big data and systematic science of the earth -More on exploration geochemistry during the overall development period

XI Xiao-Huan

China Geological Survey, Beijing 100037, China

责任编辑: 蒋实

收稿日期: 2019-02-22   网络出版日期: 2019-06-20

Received: 2019-02-22   Online: 2019-06-20

作者简介 About authors

奚小环(1949-),男,教授级高级工程师,主要从事地球化学调查与评价工作。 。

摘要

中国勘查地球化学全面发展的重要标志和本质特征是大数据信息与地球系统科学。勘查地球化学的全面发展坚持资源与环境并重方针,真实生动地反映国家经济社会发展的历史轨迹,在科学技术领域具有典型意义。自然资源时期地质工作关于资源内涵从矿产资源、国土资源到一切自然资源,关于环境内涵从地质环境、国土环境到包括山水林田湖草生命共同体在内的一切自然环境。本文继2008年对此有所评述后,在国家自然资源部成立之际,地质工作面临深刻转型之时,从大数据信息科学与自然资源地球化学调查、建立地球系统科学指导的自然资源地球化学理论体系与自然资源地球化学评价体系,以及针对自然资源领域重大科学问题,深化地球化学应用研究与理论研究,构建完善的科学体系等若干值得注意的方面再次就此议题加以评论。勘查地球化学的长期目标是通过大数据信息与地球系统科学研究揭示自然资源与自然环境状况,实现对地球资源的科学开发、合理利用和整体保护,创造人类与地球和谐共处的生存环境。由此,转型和升级贯穿中国勘查地球化学发展的全过程。地球化学将以形态和内涵的系统性、综合性、整体性作用,以及应用实践的多目标全方位面貌出现在国家行业部门与科技领域,极大地拓展和深入经济社会发展各个方面。勘查地球化学以方法技术优势实行大调查、大数据、大应用战略,建立大环境、大生态、大地球观,向大地质、大资源、大科学转变,为解决自然资源与生态环境问题提供地球化学方案,将全面发展时期的勘查地球化学从大数据信息应用优势和地球系统科学理论高度提升到“大地球化学”境界。

关键词: 自然资源 ; 生态文明 ; 大数据 ; 地球系统科学 ; 科学体系 ; 发展历程 ; 升级和转型 ; 勘查地球化学

Abstract

The important marks and essential characteristics of China's exploration geochemistry are big information and systematic science of the earth. The overall development of exploration geochemistry persists in the policy of laying equal stress on resources and environment, truly and actively reflects the historical locus of the development of national economy and society, and has typical significance in the field of science and technology. During the natural resources period, the connotations of geological work related to resources are from mineral resources, land resources to all natural resources, whereas the connotations of geological work related to environment are from geological environment, land environment to all natural environments which include life community of mountains, water, forests, cultivated land, lakes and grass. At the time when the Ministry of Natural Resources is established and geological work is faced with deep transformation, the author, following writing a comment on this problem in 2008, here makes another discussion on this topic in some aspects which are worthy of attention, such as big data information science and geochemical survey of natural resources, establishment of geochemical theoretical system and geochemical evaluation system for natural resources guided by systematic science of the earth, important scientific problems aimed at the field of natural resources, deepening geochemical application research and theoretical research, and establishment of perfect scientific system. The long-term aim of exploration geochemistry lies in revealing the situation of natural resources and natural environment, realizing scientific development, and rational utilization and integrated protection of the earth's resources by means of big data information and systematic science of the earth, thus creating an environment that mankind can harmoniously coexist with the earth. Therefore, the whole process of the development of China's exploration geochemistry will be permeated with transformation and upgrade. Geochemistry will emerge in national professional department and science and technology field with the multi-purpose and all-round appearance characterized by the role of systematic nature, comprehensive nature and integration as well as application practice, thus extremely expanding and deepening its role in economic and social development. With its technological advantages, exploration geochemistry will implement big survey, big data and big application strategy, establish big environment, big ecology and big earth outlook, and transform itself into big geology, big resources and big science, so as to provide a geochemical scheme for solving problems of natural resources and ecological environment and promote exploration geochemistry in the period of overall development from the advantages of big data information application and the height of systematic scientific theory to the realm of 'big geochemistry'.

Keywords: natural resources ; ecological civilization ; big data ; systematic science of the earth ; scientific system ; development course ; upgrade and transform ; exploration geochemistry

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奚小环. 自然资源时期:大数据与地球系统科学——再论全面发展时期的勘查地球化学. 物探与化探[J], 2019, 43(3): 449-460 doi:10.11720/wtyht.2019.0197

XI Xiao-Huan. Natural resources period: Big data and systematic science of the earth -More on exploration geochemistry during the overall development period. Geophysical and Geochemical Exploration[J], 2019, 43(3): 449-460 doi:10.11720/wtyht.2019.0197

0 引言

中国勘查地球化学全面发展的两个重要标志和本质特征,即大数据信息与地球系统科学。勘查地球化学全面发展时期以大数据信息运用和科学技术优势取得世人瞩目的巨大成就,真实生动地反映国家经济社会发展的历史轨迹,在科技界具有典型意义。本文继2008年对此有所评述 [1]后,在国家自然资源部成立之际,地质工作面临深刻转型之时,再次就此议题略作评论,以供参考。

1 勘查地球化学发展历程

中国勘查地球化学从初创发展至今将近70年期间,紧随国家经济社会发展赋予地质工作的职能和职责,历经矿产资源时期(1949~1998年)与国土资源时期(1998~2018年),正在进入自然资源时期(2018年)。与此相适应,勘查地球化学在各重要时期,特别是在国家发展重点转移的关键时刻作出正确的抉择,引导学科领域从战术发展阶段(1949~1978年)、战略发展阶段(1979~1998年)进入全面发展阶段(1999年至今)[1],开创学科新局面,开拓学科新边界,形成一波又一波的发展浪潮。

在矿产资源时期,勘查地球化学在地质找矿为中心方针指导下,以矿区化探和全国区域化探为标志,从战术发展阶段提升到战略发展阶段,实现第一次发展浪潮到第二次发展浪潮的飞跃。在国土资源时期,勘查地球化学审时度势,不失时机地开启资源与环境并重工作新局面,以全国多目标区域地球化学调查为标志实行重大结构性调整,由战略发展阶段向全面发展阶段转型升级,兴起第三次发展浪潮。进入自然资源时期,国家经济社会发展方式发生根本改变,以资源环境为代价的消耗型粗放式的发展方式难以为继,实现人与自然生命共同体和谐发展,为生态整体保护、系统修复和综合治理提供体制保障,开创自然资源开发利用和保护工作新局面,给予地质工作新的更加宽广的发展空间和服务领域,勘查地球化学将在调查评价、应用实践方面发挥更多作用,在学科理论、技术方法研究方面取得更大突破,带动勘查地球化学进入新一轮的全面发展浪潮。

勘查地球化学历经三大发展时期,掀起三次发展浪潮,既是一个完整的具有连续性的发展过程,体现在应用领域的逐步扩大与科学技术的不断进步,又分别形成反映时代特征的具体定位与中心命题。从第一次到第二次发展浪潮是以地质找矿为中心的矿产资源异常评价,主要体现在对区域化探发现的大量局部异常进行分类、筛选与检查,对具有找矿前景的异常进行工程验证,实现地质找矿突破,相当于战术性的定性评价,带有明显的计划经济性质和工业文明时代特征。第三次发展浪潮是以资源与环境并重为核心的国土资源地球化学评价,包括矿产资源潜力地球化学评价与土地质量地球化学评价,具有明确的服务全社会全体公民的国家公益性质和推动生态文明建设导向。其中矿产资源潜力地球化学评价主要任务是圈定找矿地球化学远景区带,进行矿产资源定量预测和资源量估算[2,3,4,5]。土地质量地球化学评价从土地资源与土地环境两个方面进行全面评价,划分土地资源环境质量等级,对优质土地保护开发,对污染土地修复治理,服务国土资源数量、质量与生态三位一体管护[6,7]。自然资源时期将在生态文明建设思想主导下进一步形成山水林田湖草生命共同体为系统的自然资源地球化学调查与评价体系,为全面发展时期的勘查地球化学提供更加广阔的空间,推进勘查地球化学在未来发展的广度与深度上达到更高水平和更高境界。

全面发展阶段的勘查地球化学,在国土资源时期已经初步构建以地球化学调查为基础,地球化学理论为指导,融合资源与环境为一体的现代勘查地球化学发展的总体框架和科学体系[8],在总体发展方针上实现由地质意义上的局部系统、区域系统向地球系统的重大转变。在矿产资源领域以全国区域化探为基础,成矿地球化学理论为指导,建立调查体系、理论体系、评价体系与方法体系,在全球、区域、普查与详查各级尺度上进行资源潜力评价。生态环境领域以全国多目标区域地球化学调查为基础,生态地球化学理论为指导,建立调查体系、理论体系、评价体系、监测预警体系、治理修复体系及方法技术体系,在全球、区域、局部各级层面开展生态地球化学评价[9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28]。资源环境领域的地球化学调查与评价从地球系统高度涵盖自然资源主体,实质上就是自然资源地球化学调查与评价,包括自然资源系统地球化学分布状态、影响效应及变化趋势等,在理论、概念、内涵以及调查评价程序、工作方法技术与指标标准要求等方面为全面发展阶段的勘查地球化学从国土资源时期跨入自然资源时期创立科学理论基础和应用技术条件,特别在生态环境领域发布《多目标区域地球化学调查规范》、《区域生态地球化学评价规范》、《局部生态地球化学评价规范》、《土地质量地球化学评价规范》、《生态地球化学评价样品分析技术要求》、《生态地球化学评价样品分析外部检查质量控制暂行规定》、《多目标区域地球化学数据库建设技术要求》及正在制定的《生态地球化学监测与预警技术要求》等一整套国家与行业标准。勘查地球化学长期建立起来的以地球系统科学为指导的成矿地球化学、生态地球化学理念和资源环境多目标全面发展方向契合经济社会历史发展规律与生态文明建设国策,顺应世界地学领域发展潮流,成为未来自然资源时期地质工作可供借鉴的典型范例。

但是,自然资源时期无论在广度与深度、宏观与微观各方面都将极大地超越过去的时代,形成向资源环境科学领域和应用实践纵深发展态势,在调查评价、方法理论及技术指标标准等方面提出新的问题和新的要求。勘查地球化学的发展仍然面临诸多认识方面问题和应用实践问题,需要认真研究和应对。

2 若干值得关注的问题

2.1 大数据信息科学与自然资源地球化学调查体系

未来地球科学领域必然是大数据信息科学的天下。地球化学大数据信息科学研究地球系统本质的共性的物质属性,从矿产资源、国土资源扩展到一切自然资源,从地质环境、国土环境扩展到包括山水林田湖草生命共同体在内的一切自然环境,在很大程度上改变以往仅仅采用随机性“小数据”推演普遍性大科学问题的思维方式与研究路线,进入大数据信息主导的自然资源时代。

全面发展时期的勘查地球化学在资源与环境两个方向上实现自然资源大数据信息应用,形成自然资源地球化学调查体系。在矿产资源方面建立概查化探、区域化探、普查化探与详查化探体系[8],在生态环境方面建立多目标区域地球化学调查(生态地球化学区域调查)、生态地球化学普查、生态地球化学详查与生态地球化学精查体系[8],从全局的、整体的高度逐步深入地聚焦和认识资源环境重大科学问题,以大数据信息集群优势在土地评价、矿产勘查、生态环保、农业经济、卫生健康乃至国土规划、城乡建设、精准扶贫等行业部门起到举足轻重作用,在地质学、生态学、环境学、土壤学、生物学、农学及至全球变化、全球环境、全球治理等科学领域进行开创性研究,在某些重要方面站在引领地位,成为地质领域认识和解决资源环境问题的基本方法理论范式。正是全国多目标区域地球化学调查的广泛持续开展,首次通过大数据信息揭示我国土壤污染时空分布、组成、强度及其危害程度,早在本世纪初对全国土壤污染态势作出正确判断[29,30],即由西部、中部至东部地区呈现重金属元素面积增大、种类增多及含量强度增高趋势,证明与我国工业化发展程度相一致。随后证实由工矿业和农业引起的环境污染区域化、流域化问题严重,如长江流域、珠江流域镉等重金属大面积污染问题。即刻引起国家高度重视,部署实施由原环保部、国土资源部负责的《全国土壤现状调查及污染防治》重点项目。这项调查工作于2005年至2013年基本完成,调查成果受到国家各级政府与社会各界极大关注,全国人大环资委于2014年4月25日听取全国多目标区域地球化学调查关于土壤污染情况汇报,原环保部、国土资源部及中国地质调查局先后发布“全国土壤污染状况调查公报(2014年)”、“中国耕地地球化学调查报告(2015年)”等,提高和激发全民环保理念与生态自觉,为国家决策提供重要依据,直接促成国务院《土壤污染防治行动计划》于2016年5月28日发布实施,《中华人民共和国土壤污染防治法》于2018年8月31日获十三届全国人大常委会第五次会议全票通过并颁布施行,明确生态环境、自然资源及农业农村等部门责任与义务,充分体现地质调查工作的重要推动作用。“十九大”中央提出经济社会领域三大攻坚战,地球化学调查评价工作全面参与其中精准脱贫、污染防治两项重大任务,承担全国土壤污染防治重点项目,担负实施土壤污染详查全过程,为生态文明建设作出重大贡献;通过优质绿色土地资源规划利用及富硒富锌富锗富硼农业特色产业开发在乡村振兴、扶贫攻坚及确保粮食安全等方面发挥独特作用,每年创造经济社会效益数以千亿计,取得一系列重大成果,形成资源环境多目标全面应用发展的生动局面。

全国区域化探与多目标区域地球化学调查在国家资源环境领域发挥重要作用,推动地球化学调查评价工作在全国范围普遍开展,极大促进经济和社会发展。可以说,当前地球化学调查覆盖到哪里,土地、矿产、环保、农业等各行业部门和科学领域的评价研究工作就延伸到哪里,国家、地方各级政府和行业部门公益类项目,企业、社会等开发类资金大量投入,在目前地质工作极度萎缩的艰难局面下,引导地质行业广大地质队伍实行战略转移,为地质行业拓展工作领域和发展空间,大踏步地走出传统地质工作范围,深入国家土地资源、生态环境、农业农村等各行业部门和科学领域。自然资源时期将更加有力地推进全国区域性和基础性地球化学调查工作,更加丰富大数据种类,提高大数据精度,确保大数据质量,使不断更新换代的大数据全面覆盖国土疆域,建立国家自然资源大数据信息系统,为地质事业开创新的更加广阔的发展道路。

全国区域化探与多目标区域地球化学调查是整个地质工作的基石和自然资源大数据信息的基本来源,具有国家公益性地质工作主体地位。大数据源于大调查,没有大调查就没有大数据。这里所说的大调查就是建立地球化学调查体系,首先全面实施全国区域化探和多目标区域地球化学调查。自然资源时期从国家对自然资源开发利用和保护高度,要求承担国家资源环境整体保护、系统修复与综合治理等重要职责,将更加突出大数据信息科学的关键作用和应用前景。迄今为止,我国区域化探从1979至2015年将近40年期间,共计完成670万km2,尚约300万km2面积亟待完成,包括西藏、新疆、青海、甘肃、内蒙等西部地区,以及东部某些早期工作存在方法技术、分析误差等质量问题需要更新换代的地区。全国多目标区域地球化学调查方面,从1999至2019年将近20年期间,约计完成260万km2,未完成面积约400万km2,主要分布在我国中部与西部广大地区。全国多目标区域地球化学调查主要反映现实生态环境信息,存在时效性问题,应确保其在并不很长的时期内完成全国范围的调查工作,更需全面规划和稳步实施。中国区域地球化学调查在世界地学界享有较高地位,受到高度评价,成为各国引用和参照的范例。在全国范围实现区域化探与多目标区域地球化学调查的全面覆盖,成为国家基础地质调查和地球科学领域的整装性成果,是这一代地学工作者的历史责任,也为国家与世界地学界所期待。

2.2 确立地球系统科学指导的自然资源地球化学理论体系

地球化学调查数以亿万计的大数据资料隐含地球系统的丰富信息,揭示自然资源与自然环境领域一系列重要科学问题。确立以地球系统科学为指导的成矿地球化学和生态地球化学理论体系,对于从科学高度与深度上提高驾驭大数据信息能力,深化研究矿产资源与生态环境领域重大科学问题,具有重要意义。

地球系统是地球上最大的成矿系统。矿产资源方面建立成矿地球化学理论体系,主要研究地球系统在成壳、成岩、成矿、成晕过程成矿物质与成矿作用问题[5,31-47],包括成矿地球化学全球分带理论、区域分带理论、次级分带理论与原生分带理论问题。①成矿地球化学全球分带理论主要研究全球成矿系统的成矿物质与成矿作用问题。地球壳幔系统成矿物质原始分异与板块级构造运动产生全球性成矿地质作用,形成全球规模的地球化学分带。成矿地球化学全球分带理论具体研究全球范围成矿洲及成矿洲之间关系的成矿地球化学问题,即成矿洲系列的成矿地球化学问题;研究成矿洲范围成矿域及成矿域之间关系的成矿地球化学问题,即成矿域系列的成矿地球化学问题;研究成矿域范围成矿省及成矿省之间关系的成矿地球化学问题,即成矿省系列的成矿地球化学问题;研究成矿省范围成矿区带及成矿区带之间关系的成矿地球化学问题,即成矿区带系列的成矿地球化学问题。②成矿地球化学区域分带理论主要研究地球区域成矿系统的成矿物质与成矿作用问题。全球构造运动推动区域地质系统多旋回多期次地质作用与成矿物质的持续分异富集,形成具有矿田级次的区域成矿地球化学分带。成矿地球化学区域分带理论具体研究成矿区带范围矿田及矿田之间关系的成矿地球化学问题,即矿田系列的成矿地球化学问题。③成矿地球化学次级分带理论主要研究矿田成矿系统的成矿物质与成矿作用问题。区域地质作用过程构造—岩浆活动促使矿田系统成矿物质进一步分异富集,形成具有矿床级次的成矿地球化学分带。成矿地球化学次级分带理论具体研究矿田范围矿床及矿床之间关系的成矿地球化学问题,即矿床系列的成矿地球化学问题。④成矿地球化学原生分带理论主要研究矿床成矿系统的成矿物质与成矿作用问题。构造—岩浆活动通过矿床系统复杂物理化学条件岩浆—热液作用促使成矿物质的高度分异富集,形成具有矿体级次的成矿地球化学分带。成矿地球化学原生分带理论具体研究矿床范围矿体及矿体之间关系的成矿地球化学问题,即矿体系列的成矿地球化学问题。

由上所及,成矿地球化学理论研究以成矿物质为主体。地球壳幔形成初始时期成矿物质分异分带与分布组合已成格局,在大洋动力与大陆动力作用推动下,整个成矿地球化学过程是地球系统成矿物质在各级次地质运动中逐步富集与形成密集分带的过程。成矿地球化学理论体系是从地球系统维度研究成矿过程中这种既相互联系、贯通又呈现不同地史年代的显著的时期性和阶段性特征,研究元素地球化学分布、分配、组合、丰度、性质与亲和能力,及其在各种地质作用和物理化学条件中的行为方式、分异演化、迁移富集过程,研究不同成矿级次、成矿时期和成矿阶段的成矿系统与成矿系列问题。

地球系统是地球上最大的生态系统。生态环境方面建立生态地球化学理论体系,主要研究土壤圈元素化合物地球化学分布特征、赋存状态及其在岩石圈、水圈、大气圈、生物圈等整个地球系统循环演化过程与生态环境之间关系问题,包括全球、区域与局部生态地球化学理论问题。①全球生态地球化学理论主要研究碳、氮、汞、硫等全球分布、全球循环及影响全球环境和产生全球变化的地球化学问题,重点研究不同地理气候景观条件土壤碳储量与碳密度分布分配、时空变化、循环演变、汇源转化与影响因素及其对全球变暖响应等。土壤圈有机碳分布及在地球系统循环是全球碳循环及引发全球变化的主要因素[48,49,50],可能与汞、硫等协同作用产生全球规模的生态地球化学效应,引发全球生态地球化学危机,成为当今世界超越国界疆域的关系人类生存发展的重大科学问题。②区域生态地球化学理论主要研究镉、汞、铅、砷等重金属区域分布、循环及影响区域环境和产生区域变化的地球化学问题,具体研究特定自然景观条件下各类重金属区域分布组合、含量强度、形态特征、循环过程、交互作用及其生态影响模式等。土壤圈镉元素分布及在生态系统循环是影响区域生态环境的主要问题,各类重金属、有机污染物叠加组合可能产生交互作用和增强区域生态环境效应[51],是必须重点关注的影响国家经济社会发展的重要科学问题。③局部生态地球化学理论主要研究有益或有害元素指标分布、循环及影响局部环境和产生局部变化的地球化学问题,侧重于研究具体的特定的地理景观环境中元素指标的特殊地球化学行为与生态效应,包括有益或有害元素指标含量特征、形态价态、循环途径及外部环境与生态效应等,有益组分缺失、超量或有害组分增强都可能形成不利生态影响,有益与有害元素组分共生又可能产生某种复杂地球化学效应等。

经济社会发展全球化必然伴随生态环境问题的全球化。可以认为,全球生态地球化学理论着重于研究整个地球系统生态环境状态问题。全球生态地球化学状态在总体上影响和控制区域与局部生态地球化学状态,而局部的、区域的生态环境问题也可能扩展蔓延成为全球性问题,必须站在全球高度和运用地球系统观加以研究认识,针对生态环境问题在不同层级上揭示和阐述生态地球化学变化过程和演化规律。

2.3 建立以地球化学调查为基础,地球化学理论为指导,方法技术为支撑的自然资源地球化学 评价体系

通过地球化学调查与理论研究揭示和认识自然资源与生态环境领域重要科学问题,还必须以方法技术为支撑进行自然资源地球化学评价,针对自然资源科学问题与目标任务确立评价技术路线、工作内容、技术方法、指标标准、质量管控、预期成果及经济社会效益等,解决自然资源与生态环境领域的实际应用问题。

在矿产资源领域,形成以全国区域化探为基础,成矿地球化学理论为指导,地球化学勘查方法技术为支撑的区域矿产资源评价体系,在概查化探、区域化探、普查化探与详查化探[5,52-54]等各勘查阶段结合地质背景条件建立找矿地球化学分带模式,进行找矿地球化学评价。其中概查化探评价主要任务是研究全球规模的成矿地球化学异常元素组成与分布,在全球尺度上划分成矿地球化学洲、域、省及成矿地球化学区带,建立成矿洲、成矿域、成矿省及成矿区带地球化学异常分带模式,进行全球矿产资源远景评价。区域化探评价主要任务是研究区域规模的地球化学异常元素组成与分布,在区域尺度上划分找矿远景区,建立矿田、矿床地球化学分带模式,进行区域矿产资源潜力评价及踏勘性查证。普查化探评价主要任务是研究矿田规模的地球化学异常元素组成与分布,在矿田尺度上划分异常浓集地带,建立矿床、矿体地球化学异常分带模式,进行成矿类型判断和矿产资源规模预测及浅部工程验证。详查化探主要任务是研究矿床规模的地球化学异常元素组成与分布,在矿床尺度上划分异常浓集部位,建立矿体地球化学分带模式,定量预测和估算资源储量及进行深部工程验证。

在生态环境领域,建立以全国多目标区域地球化学调查为基础,生态地球化学理论为指导,地球化学方法技术为支撑的生态地球化学评价体系,在全球、区域、局部等各层面上进行生态地球化学评价[55,56,57,58,59,60]。其中全球生态地球化学评价主要任务是研究土壤有机碳分布与变化特征及其对全球变化影响,重点研究不同土地利用方式与覆被类型的土壤碳密度和碳储量特征,研究不同自然景观、土壤类型及土地利用方式等因素对土壤碳密度影响路径,研究土壤碳源碳汇转换速率与演化模式及土壤固碳储碳能力与技术方法措施等,通过优化与改进土地利用方式提高土壤固碳储碳能力。区域生态地球化学评价主体是全国大流域、大地域等大型地理景观及其分布的各类生态系统,包括河流生态系统、农田生态系统、城市生态系统、湖泊湿地生态系统、海洋生态系统、草原生态系统、矿山生态系统及森林生态系统等[55]。局部生态地球化学评价主要针对重要科学问题,包括矿区、污染场地、地方病或优质富硒产地、绿色食品产地等[56],均已形成较为成熟的规范。通过生态地球化学评价建立生态环境监测监控网络,开展生态地球化学监测预警、治理修复及风险评估与风险管控。为此,有必要研究建立生态地球化学背景与生态地球化学异常参数,作为评价标准衡量和研究地球系统及各层级生态系统各类元素指标循环状态、环境容量与承载能力及可能产生的生态效应,避免生态系统难以承受之重。

自然资源时期,全国以多目标区域地球化学调查为基础,将在大流域和大地域为主体的两个层面上开展区域生态地球化学评价,应格外予以重视。全国大流域评价工作方面,大江大河流域作为山水林田湖草自然生命共同体的时空载体,通常具有类似的地理景观类型、连续的可追溯的物质来源和循环过程、共性的生态环境问题及共同的成因机理,使既分散分布又相互贯通和有机联系的山岭、水系、湖泊、森林、平原、盆地及草原等各类生态系统置于统一的流域范围之中,从江河流域总体上关注自然资源与生态环境问题,从整体高度进行自然资源与生态环境综合评价,实行生态整体保护、系统修复和综合治理。

大流域范围区域生态地球化学评价作为独立的基本评价单元,包括整体评价与生态系统分类评价两个部分。其中整体评价在国家层面以长江、黄河、淮河、珠江、辽河、松花江及海河等一级大江大河流域为主体,省区、市县层面以洞庭湖、鄱阳湖、太湖、青海湖、滇池等湖泊,汾河、闽江、汉江、浔江、嘉陵江、乌江、雅鲁藏布江、塔里木河、渭河、黑河等二级或三级江河流域为主体。整体评价要点:①按照大地构造单元—成矿系统(成矿域、省、区带等)从宏观上论述元素分布、组成及异常特征,着重阐述元素地球化学分布组成的地质背景、物质来源及控制因素等。主要论述与地质背景的关系,即原生地球化学问题。②结合自然地理景观、生态系统特点等论述元素地球化学分布与组成、背景与异常、富集与贫化等表生特征、影响因素、演化趋势及其环境质量和生态影响。主要论述表生地球化学问题。③按照国家与行业有关指标标准,从养分、环境、健康等元素指标方面对整个流域资源环境地球化学状况进行等级划分和全面评价,提出影响生态环境的主要地球化学问题,以及自然资源开发利用前景。④阐述土壤背景值与基准值系列参数及其变化特征,包括以地壳丰度值为尺度的变化特征,以及以第一环境土壤背景值为基准(即土壤基准值)研究第二环境土壤背景值变化特征与变化规律,揭示土壤污染与土壤环境问题,制定流域范围土壤环境质量标准,评价土壤环境质量与生态风险。⑤阐述土壤碳密度、碳储量及其变化趋势,研究土壤碳源—汇影响因素、变化速率及演化模式,提出有利于土壤固碳、储碳政策建议。全流域整体评价是宏观的和主导性的,在此基础上,进一步按照河流、农田、城市、湖泊湿地、草原、森林、矿山或近海海域等生态系统进行分类评价,其要点:①生态系统主要类型、分布状态及其地理景观、地质背景与地球化学特征等,存在的主要资源环境地球化学问题。②针对生态系统硒、锗、锌各项有益元素指标,镉、汞、铅、砷各类重金属元素指标等生态地球化学问题进行重点评价,包括成因来源、迁移转化、生态效应及变化趋势与生态环境风险等。③依据评价研究成果及有关指标标准对各类生态系统地球化学状况进行质量与生态等级划分,提出自然资源整体保护、系统修复和综合治理措施,以及规划利用建议,经济社会效益等。

全国大地域评价工作方面,多目标区域地球化学调查逐步地覆盖全国广大地区,生态环境问题基本清楚,具备在大的地域范围开展区域生态地球化学评价的条件,如按照华北平原、东北平原、江汉平原、河套平原、呼伦贝尔草原、伊犁草原等广阔地区,四川盆地、北部湾、河西走廊、哈密—吐鲁番盆地、拉萨河谷等地理景观,江苏、山东、福建、海南岛等区域调查全覆盖省区或市县行政区划,东北、华北、中南、华东、西南、西北六大区,长江三角洲、珠江三角洲、环渤海等国家级经济区,乌蒙山、大别山、秦岭等各大山岭,未来按照黄土高原、青藏高原、云贵高原等巨型板块乃至全国范围等。这就需要在大地域范围及其所分布的江河流域、生态系统三个层面上开展区域生态地球化学评价,确保大地域区域生态地球化学评价的全面性和完整性。如东北平原区域生态地球化学评价包括东北平原及其所分布的松花江、嫩江、辽河等流域,河流、农田、城市、草原、森林、矿山及湖泊湿地等生态系统三个层面。东北平原作为大地域范围首先从整体上开展区域生态地球化学评价,在此基础上,对松花江、嫩江、辽河等流域分别进行整体评价,对生态系统进行分类评价。大地域与江河流域的整体评价及生态系统分类评价要点均如上所述。以此类推,如四川盆地及其分布的长江及嘉陵江、岷江、乌江等流域与各类生态系统,珠江三角洲及其分布的西江、北江、东江等流域与各类生态系统,乌蒙山系及其分布的长江、珠江及赤水河、乌江、清水江等流域与各类生态系统,福建省及其分布的闽江、晋江、九龙江等流域与各类生态系统,广西北部湾及其分布的右江、郁江、南流江等流域与各类生态系统等等。展望未来,当多目标区域地球化学调查覆盖全国疆域,将在全国范围及长江、黄河、淮河等大江大河流域两个层面上开展整体评价,以及对全国河流、农田、湖泊、草原、森林等生态系统进行分类评价。

应该注意,大的地域性整体评价主要侧重于宏观地质背景、自然景观条件及其普遍性的生态地球化学问题,以及与不同流域、不同生态系统之间的对比研究,从大地域的总体高度论述这种既相联系又有差别的普遍性与特殊性关系,通过研究对比从大地域的整体性和共同性方面把握各流域、各生态系统间的不同性。在大地域总体评价基础上,进一步开展各大流域及其分布的生态系统为主体的评价工作,更侧重于流域的整体性及其与不同生态系统之间的对比研究,从流域高度论述这种整体的联系性及与各类生态系统之间的差异性方面。

土地质量地球化学评价[6]与土地生态地球化学评价[7]是以地球化学调查为基础,生态地球化学理论为指导的,按照土地资源特点和指标标准,服务于土地质量和土地生态管理开展的评价工作,是生态地球化学方法理论的实际应用,实质上就是生态地球化学调查与评价。首先按照区域、普查及详查等不同级次依次进行土地质量地球化学调查评价,主要通过养分指标与环境指标分析进行土地质量等级划分和质量评定,服务于土地质量管护。针对土地质量地球化学评价提出的重要元素指标问题进行更高层次的土地生态地球化学评价,深入研究土地质量的生态地球化学问题,包括土地各项质量指标组成与关联、交互作用、综合效应、生态影响及变化趋势等,服务于土地生态管护。同样,依据生态地球化学方法理论,按照生态环境部门特点和指标标准,建立生态环境影响评价与土壤污染影响地球化学评价系统;按照农业部门特点和指标标准,建立农业资源环境地球化学评价系统;按照全球治理领域要求,建立全球治理地球化学评价系统等,积极主动地适应各行业部门与科学领域需求和特点,服务于国家经济社会发展各方面。

2.4 针对自然资源领域重大科学问题,深化地球化学应用研究与理论研究,构建完善的科学体系

基于生态文明理念的地质工作与以往根本不同之处,在于科学技术软实力将起决定性作用。通过实际调查凝练自然资源领域关系经济社会发展的重大科学问题,进行科学评价与实际应用,通过高科技促进学科领域高质量与高水平发展,为此地球化学必须深化应用研究与理论研究。所谓“深化”就是不可能一步到位,那么需要经过什么研究过程、到达什么研究程度算是“深化”?以下姑且按照一般情况从应用研究、理论研究与科学体系三个维度上予以阐明。简而言之,就是在地球化学应用研究方面实现从信息化、模式化到智能化,理论研究方面从特征化、规律化到机理化,科学体系建立方面从平台化、系统化到体系化的深化过程。

在应用研究方面,首先完成基本的信息化系统建设。现代勘查地球化学本身就是大数据科学。信息化以地球化学大数据为基础,包括数据调查获取、参数统计、综合集成和实际运用等。高精度大数据必然要求高精确的科学研究。在信息化基础上进行资源与环境模式化研究,即在资源领域建立地球系统及各级成矿系统成矿地球化学模式,运用成矿地球化学模式进行矿产资源潜力评价和定量估算;在环境领域建立地球系统及各类生态系统生态地球化学模式,运用生态地球化学模式进行生态环境风险评估和趋势判断,从而实现资源环境智能化开发与应用。实现地球化学智能化的前提是模式化,而模式化的前提是信息化,即建立大数据科学。正如机械化延伸和替代人类体力劳动一样,智能化通过大数据与模式化研究延伸和替代人类脑力劳动,即按照人类思维方式进行的模拟、深化和创造。在理论研究方面,特征是指事物的外在形态、形式或现象等,规律指特征、现象或形态的内在联系及其运动过程,机理指形成规律的诸多控制因素及其性质和原理。理论研究在统计分析资源环境大量参数特征基础上,归纳和总结具有普遍指导意义的规律性的联系与过程,以及产生规律性事物的成因机理等。在科学体系方面,所谓平台化就是建立大数据信息平台,系统化就是建立方法理论系统,体系化就是建立科学技术体系。只有创建起现代科学体系才具有稳固的发展定力,才有可能应对来自资源环境各方面的挑战,解决重大科学问题。勘查地球化学科学体系是以调查为基础,理论为指导,科学问题为导向,按照科学性、系统性、层次性原则构建的既相互独立又相互联系的体现研究过程的具有逻辑关系的整体[8]。构建科学技术体系可以从不同的角度,采取不同的方式,但总要基于当前经济社会和科技发展的现实状况、实际需要及具有可实现可操作原则。总之,应用研究侧重于技术创新及解决经济社会发展现实的地球化学问题,理论研究更侧重于科学发现和科学原理的论证,科学体系是将应用研究与理论研究等相关方面紧密结合形成的统一的有机联系的科学共同体,在学科领域发展和实际应用过程构成合力作用。

从横向关系看,应用研究、理论研究与建立科学体系三大方面分别体现研究程度的三个层次。第一层次为信息化、特征化及平台化,其中信息化是主要的,没有信息化也就难以研究特征,更无法建立信息平台。第二层次为模式化、规律化及系统化,模式化是主要的,没有模式化难以深化规律性研究,形成方法理论系统。第三层次为智能化、机理化及体系化,智能化是主要的,没有智能化,机理研究可能失之深度,体系化失之广度。长期以来,第一层次方面,通过地球化学调查在信息化、特征化及平台化方面不断发展和完善,在取得地球化学高精度大数据及其特征参数研究和数据库信息系统建设方面已经形成比较成熟、先进及可操作性的成果,是重要的基础性工作,在资源环境领域取得巨大成功,总体处于国内外前沿水平。在第一层次推动下,第二层次模式化、规律化及系统化研究经过努力探索在资源环境某些领域已经或正在取得若干重要成果,尚需系统总结、提升及完善。第三层次,在智能化、机理化及体系化方面,在某些优势方面取得积极进展,显现极大研究潜力,总体处于起步阶段。以成矿地球化学为例,成矿地球化学分带现象谓之特征,分带模式谓之规律,分带成因谓之机理。又如微量元素赋存状态谓之特征,赋存的类质同相模式谓之规律,控制元素赋存关系的晶体场论谓之机理。当然这是有条件的、简化的和相对的,但或可作为一种衡量的尺度,看出我们在特征的研究方面是比较充分的,模式研究方面缺少系统性,而成因机理研究方面缺乏深度,在生态环境领域更是相距甚远。总之,应用实践是第一位的、主要的,在基本实现第一层次研究后,第二、第三层次问题渐次转化为主要的问题,而且会提出新的问题,产生更深层次的循环往复,永无止境。由此表明,一方面勘查地球化学在资源环境领域发展的广度上成效明显,但在研究的系统性和深度上尚显不足。另方面说明科学探索本来是不断深化的,存在发展的无限可能,预示地球化学未来发展的巨大空间与广阔前景。应该说,在勘查地球化学战术与战略发展阶段更多地关注应用技术方法问题,在全面发展阶段必须同时注重科学理论问题。

勘查地球化学关于生态环境领域科学体系中,在前述调查体系、理论体系及评价体系之后,尚有监测预警体系、治理修复体系与风险评估体系。通过实际调查发现问题,通过理论研究认识问题,通过系统评价解决问题,还必须通过监测加以预警,通过治理进行修复,通过风险评估实施风险管控,全部过程是相互联系的不可或缺的整体。对此以往多有论述,但实践中关于监测预警、治理修复及风险评估管控并没有形成真正可行的方法方案,经济社会发展往往突破生态环境容量的承载能力,破坏生态系统的稳定机制,成为目前全国土壤污染详查结束后面临的重大现实问题。但看似是方法方案问题,实际症结却还是应用研究与理论研究问题。中国之大,各地区地质条件复杂,自然景观多样,我们对一般的普遍意义上的生态环境问题是有深刻认识的,但对复杂条件下的特殊的生态环境问题缺乏深入系统的有针对性的研究,包括影响模式、形成规律及成因机理等,当然就难以提出科学有效的方法方案。正如医生治病必须对症下药一样,应用地球化学方法监测预警与治理修复也必须依据调查评价结论,针对特定的地质背景和自然地理景观,特定元素指标分布组成和循环演化规律、机理及其生态效应采取特定的监测预警与治理修复方法方案,提出特定的风险控制措施。这就更加凸显应用理论研究的重要作用。

当前,土壤监测预警方面比较注重建立各级次监测网及监测重金属含量与组成变化,土壤治理修复方面多限于简单的置换、电分离等方法,应重点研究各地区特定物理化学环境下元素指标形态演化、交互作用及生态循环等规律性机理性问题,使监测预警更加准确,治理修复能够因地制宜采取经济、有效及有利于生态恢复方法。我们多次提议针对全国活动断裂建立基于地震灾害的土壤汞(气)监测网络,进行不间断监控以预测地震发生,也需要加强研究土壤汞(气)形成规律、异常机制及其与地震前兆、发生及强烈程度和影响范围等关系,依据土壤汞(气)变化规律和模式实现地震中长期以至短期预报。

3 结语

勘查地球化学的长期目标是通过大数据信息与地球系统科学研究揭示自然资源与自然环境、自然生态状况,实现对地球资源的科学开发、合理利用和整体保护,创造人类与地球和谐相处的生存环境。

回顾勘查地球化学全面发展历程,依据国家地质工作定位及服务经济社会发展方向,主要做了两件事:转型与升级。由单目标矿产勘查到资源环境多目标调查评价谓之转型,从地质系统到地球系统与生态系统科学谓之升级。现在也可以概括为供给侧改革。如果升华到人与自然关系层面上看问题,矿产勘查以资源开发为宗旨,是人类向大自然扩张和索取,注重人类对自身利益的追逐。地球系统与生态系统科学观以生态文明为宗旨,视人类与自然界为生命共同体,相互依存、互相联系及相互作用,注重人与自然共性的整体利益方面。这就是资源与环境问题的核心。历史上充满智慧和活力的千年都江堰因兼顾生物与生态利益而光照后世,如今一些看似气吞山河的工程却因其片面利益而为世人诟病即是例证。这点认识是人们到了自然生态系统危及人类生存安全时才有所感悟。国家经济社会发展方式结构性转变,是工业文明走向生态文明时代的深刻变革,也是勘查地球化学向多目标全面发展阶段转型升级的本质所在。

贯彻与实现生态文明建设是自然资源时期的总方针。自然资源时期总体任务可以归纳为“调查评价、整体保护、规划利用、治理修复、风险评估、监测预警”24字方针。勘查地球化学的总体思路是以国土空间为载体全面开展自然资源地球化学调查,运用地球系统科学思想构建地球化学理论体系,按照地球化学工作程序与层级对自然资源地质地球化学状态进行系统评价,依据地球化学调查评价大数据信息对自然资源和生态环境实行整体保护与规划利用,采用地球化学方法理论进行治理修复,按照国家或行业指标标准进行监测、监控、监管及风险预警。为此,有必要建立地质地球化学调查评价、整体保护、规划利用、治理修复、风险评估及监测预警全程工作机制,建立自然资源调查评价的地球化学系统,完善适应自然资源管理的地球化学方法技术体系、指标标准体系与质量监控体系,从调查实际和科学研究角度支撑与行使国家自然资源所有者职能。

21世纪是勘查地球化学全面发展的时代。勘查地球化学以方法技术优势实行大调查、大数据、大应用战略,一批科技成果迅速转化为生产要素,不断创造巨大经济社会效益。地球化学将应用实际与全球科技发展态势紧密联系,建立大环境、大生态、大地球观,为现代地球科学提供新思想、新技术和新的可能。地球化学研究的科学领域和服务的行业部门在不断拓展和深化,地球化学调查评价程式和基本方法理论正逐步被各有关行业部门与科学领域所接受和遵循,向大地质、大资源、大科学转变,确立地球化学在解决重大科学问题中的重要地位。地球化学将以形态和内涵的系统性、综合性与整体性作用,以及应用实践的多目标全方位面貌出现在行业部门与科技领域,为解决自然资源与生态环境问题提供地球化学方案。全面发展时期的勘查地球化学将从大数据信息应用优势和地球系统科学理论高度提升到“大地球化学”的境界。

The authors have declared that no competing interests exist.
作者已声明无竞争性利益关系。

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"十一五"期间(2006-2010年),国土资源部中国地质调查局 继续推进区域化探与多目标区域地球化学调查计划.在区域化探方面,完成调查面积82.93万km2(累计完成756.62万km2),发现异常4 708处,经验证发现各类矿产411处,其中有色金属矿产273处,占66.4%,取得重大找矿突破.开展矿产资源地球化学评价,通过建立典型矿床地球化 学异常模式,来圈定找矿靶区和进行资源潜力定量预测.在多目标区域地球化学调查方面,完成调查面积26.56万km2(累积完成165.66万km2), 建立生态地球化学评价体系,主要针对重金属元素成因来源、迁移转化、生态效应与变化趋势进行较为全面和深入的研究.土地质量地球化学评价表明,中国土地达 到优质级占53%,优良级占33%,较差等级主要分布在中东部经济社会发达地区.土壤有机碳研究表明,全国表层土壤(0~0.2 m)平均碳密度仅为3 186 t/km2,且各地区碳密度变化幅度较大,说明中国土壤有机碳处于低水平和不稳定状态."十一五"期间勘查地球化学针对重大资源与环境问题,深化和延拓地 质工作内涵,逐步形成矿产资源评价、生态地质科学研究、土地质量与生态评价、全球变化科学研究及基础地学研究等现代地质工作若干重要发展领域.

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“十二五”期间(2011~2015年)勘查地球化学以全国区域化探与多目标区域地球化学调查为主导,实行高密度的大数据、大信息综合集成运作,在资源与环境各方面继续取得显著成果,产生广泛影响力和重要经济社会效益,成为地质工作最具活力的领域.已经逐步建立以调查为基础,以理论为指导,融合资源与环境为一体的现代勘查地球化学发展总体框架与科学体系.矿产资源领域以全国区域化探为基础,成矿地球化学理论为指导,建立调查体系、理论体系、评价体系与方法体系.生态环境领域以全国多目标区域地球化学调查为基础,生态地球化学理论为指导,建立调查体系、理论体系、评价体系、预警体系、修复体系及方法体系.这是学科发展成熟的标志.本文简要论述勘查地球化学框架体系的构成、内涵及相互关联等.与此相关,提出若干新思想与新概念,以供讨论.

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61Annual fluxes of heavy metals to topsoil in the Yangtze River delta are assessed.61Irrigation water and atmospheric deposition were the important sources.61The leaching amount of heavy metals is larger than the uptake of them by crops.61The average input rates of heavy metals are calculated.61Cadmium had the shortest time from average values to the environmental limits.

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61Soil heavy metal input/output fluxes from various pathways were obtained.61Atmospheric deposition is the dominant source of the soil heavy metals.61Soil seepage water is the dominant soil heavy metal output pathway.61Given the present fluxes, the soil may remain uncontaminated in the following decades.61The observed fluxes will not cause accumulation or heavy metal hazards.

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<p>运用层次分析法和隶属度函数建立了土地质量地球化学评估模型,以土地利用现状图斑为评价单元,对盘锦地区耕地土地质量进行了地球化学评估。对肥力指标和环境指标综合评价结果显示,盘锦地区耕地环境综合质量状况良好,三级质量以上耕地面积达到了88.04%,是优质的水稻产区,为科学管理土地和发展特色农业提供了可靠的地球化学数据。</p>

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基于对浙东沿海某典型固废拆解区重金属元素大气干湿沉降特征的研究,探讨了重金属元素干湿沉降输入对土壤环境的影响。结果表明,研究区露天焚烧等不规范的固废拆解行为造成大气质量恶化,对土地质量造成严重的负面影响。区内干、湿沉降中Cd、Cu、Pb、Zn、Ni等重金属元素的含量均远高于浙江省干、湿沉降平均值和其它相关标准值,并且其年沉降通量在省内居高,尤其是Cu、Zn两种元素每年每平方百米沉降通量分别达7108g、11420g。研究显示,大气沉降能大大增加研究区土壤重金属元素的含量水平,Cu、Zn、Cd、Pb平均年增加量分别达3426ng/g、5819ng/g、6.50ng/g、582ng/g,并且年增加率较大,Pb、Cu、Zn等重金属元素的年增加率达0.5%以上。

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Cd属于积蓄性有毒元素,引起慢性中毒的潜伏期可达10~30年之久.中国正在进行的多目标地球化学调查成果显示,长江流域存在全流域的Cd异常.对长江上、中、下游冲洪积物中Cd质量分数的初步研究,发现长江流域Cd异常以自然风化作用为主.针对长江流域Cd异常的特点,在统一技术规范的基础上,采用枯、丰水期悬浮物测量技术、河漫滩/泛滥平原沉积物沉积柱分层采样技术,同位素测年技术来建立长江各支流Cd输入通量的时空变化模型和定量评估方法,估算长江各支流的Cd输入通量,使分散于沿江各省的区域地球化学评价置于同一平台,从而为全面研究长江流域Cd异常的形成机理创造条件.

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<p><span id="ChDivSummary" name="ChDivSummary">正在进行的多目标地球化学调查成果显示,长江流域存在全流域的Cd异常。长江流域Cd异常示踪与追源研究的长期目标是查明长江流域沿江各主要支流(汇水面积大于5000km<sup>2</sup>)Cd等重金属元素的物质来源、迁移形式和输入/输出通量、分辨自然源与人为源各自所占份额,建立沿江各支流Cd时空演化模型,监测它的未来发展趋势,对潜在生态效应进行预警预测;短期目标是针对Cd异常的重点地区,如长江源头、三峡库区、湘江流域、江淮流域、长江三角洲及流域内的4大淡水湖泊,查明Cd异常的来源,重建Cd异常形成的地球化学记录,评估可预见的将来(如10~50年)Cd异常的生态效应。</span></p>

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[J]. 现代地质, 2008,22(6):897-908.

DOI:10.3969/j.issn.1000-8527.2008.06.001      URL     Magsci     [本文引用: 1]

<p>土壤地球化学调查显示,长江沿岸,尤其湖南洞庭湖流域存在以镉为主的重金属高值带。为进一步确定As和Cd等重金属元素在河流中的存在形式、迁移方式和通量等地球化学特征,本研究在洞庭湖水系主要干支流的关键位置布置采样点,分夏季丰水期和冬季枯水期两次,采集了原水、0.45 &mu;m过滤水和0.20 &mu;m过滤水等水样品,以及悬浮物固体样品,分析了水和悬浮物样品中As和Cd、Pb等重金属元素含量。结果发现,As元素在湘江、资水、湘江上游支流西河和耒水中含量最高,耒水、西河及湘江的Pb、Zn含量相对偏高,Cd在湘江、耒水及汨罗江的含量也明显高于其他河流;研究区河水中As、Ni、Cd和Zn等元素在水中离子态比例较大,其溶解态含量受河水pH和温度的控制,湘江、西河、耒水和汨罗江中悬浮物As、Zn、Cu、Cd、Pb和Cu等元素含量远高于其他水系悬浮物,这与这些流域内存在多金属矿区密切相关;不同元素在河水中迁移途径有很大差别,As以溶解态和胶体态为主要迁移形式,Pb、Zn、Cu、Cd和Ni等重金属元素以悬浮物形式迁移的比例最大;主要入湖河流中,湘江输入洞庭湖的As、Zn、Cu和Cd总量最大,年通量分别为961.43 t、478.90 t、101.67 t、59.58 t。</p>

Yang Z F, Xia X Q, Yu T , et al.

Distribution and fluxes of As and trace metals in the Dongting lake water system,Hunan Province,China

[J]. Geoscience, 2008,22(6):897-908.

Magsci     [本文引用: 1]

杨琼, 侯青叶, 顾秋蓓 , .

广西武鸣县典型土壤剖面Se的地球化学特征及其影响因素研究

[J]. 现代地质, 2016,30(2):455-462.

URL     Magsci     [本文引用: 1]

<p>以广西武鸣县典型的碳酸盐岩成土剖面和陆源碎屑岩成土剖面为研究对象,研究了不同成土母质在成土过程中Se元素与其形态在垂向上的迁移变化规律及其影响因素。结果表明:碳酸盐岩和陆源碎屑岩在成土过程中,土壤Se含量均继承了成土母质的特点,且前者在表层明显富集,而后者相对较稳定,算术平均值分别为0.55 mg/kg和1.43 mg/kg。前者的水溶性总硒含量高于后者,平均含量分别为3.48 &mu;g/kg和1.81 &mu;g/kg,但均以硒酸态硒为主,其次是亚硒酸态硒和腐殖酸结合态硒。成土剖面上,土壤Se含量及其形态影响因素研究表明,碳酸盐岩成土剖面上,Se的含量与形态主要受土壤TOC含量和pH值影响;陆源碎屑岩成土剖面上,影响Se的含量及其形态的因素较多,土壤pH值、TOC、Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>和Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>含量以及土壤质地等均对其有不同程度的影响。</p>

Yang Q, Hou Q Y Gu Q B. et al.

Study of geochemical characteristics and influencing factors of soil selenium in the typical soil profiles in Wuming County of Guangxi

[J]. Geoscience, 2016,30(2):455-462.

Magsci     [本文引用: 1]

窦磊, 杜海燕, 游远航 , .

珠江三角洲经济区生态地球化学评价

[J]. 现代地质, 2014,28(5):915-927.

DOI:10.3969/j.issn.1000-8527.2014.05.005      URL     Magsci     [本文引用: 1]

<p>土壤重金属污染是珠江三角洲地区主要的生态环境问题之一,直接影响到区域生态系统的稳定和食品安全。通过开展多目标区域地球化学调查、区域生态地球化学评价、局部生态地球化学评价和总体综合评价,系统完成了珠江三角洲经济区47954 km<sup>2</sup>(包括10 m水深以浅的近岸海域)的生态地球化学调查与评价。按照双层网格化方法系统采集了陆域土壤、近岸海域和珠江水系的主要河流沉积物表层和深层样品,测试了71项元素和指标,建立了珠江三角洲经济区土壤、沉积物地球化学背景值和基准值,首次对珠江三角洲地区区域地球化学特征进行了系统全面的调查,全面查明了珠江三角洲经济区土壤环境质量状况,区内一级和二级土壤分别占总面积的19.9%和57.3%,三级和三级以上土壤占22.8%。定量计算了镉、铅、汞等主要异常元素经河流、成土过程等自然来源和大气干湿沉降、施肥、灌溉、使用农药等人为来源贡献量,阐明了其迁移转化途径及生态安全性。结合研究区特点,系统开展了三角洲形成演化过程的地球化学研究,并在国内首次制定了符合地区特点的珠江三角洲经济区土壤环境质量地方标准。</p>

Dou L, Du H Y, You Y H , et al.

Eco-geochemical survey and assessment in Pearl River Delta economic zone, Guangdong Province, China

[J]. Geoscience, 2014,28(5):915-927.

Magsci     [本文引用: 1]

戴慧敏, 宫传东, 董北 , .

东北平原土壤硒分布特征及影响因素

[J]. 土壤学报, 2015,52(6):1356-1364.

URL     [本文引用: 1]

我国粮食主产区的东北平原一直被认为是严重缺硒或缺硒地方病经常发生的地区,地质大调查以来采用现代分析测试手段进行高精度土壤硒的富集、分布研究,对特色土地资源开发利用具有重要意义。以每4 km2 1个点的表层(0~20 cm)、每16 km21个点的深层(150~180 cm)土壤数据对东北平原土壤硒分布特征及影响因素进行统计分析。结果表明,东北平原表层土壤以足硒为主,足硒面积达51.54%,硒潜在不足面积占25.05%,Se反应不足面积仅为22.63%,富硒土壤面积不足1%;深层土壤则以缺硒为主,硒反应不足面积占80.68%。表层土壤Se含量相对于深层土壤表现出明显的富集特征,仅在西部盐碱化、沙化区及东部土壤发育程度低的基岩区为基本自然状态―弱富集特征,土壤硒继承成土母岩程度较弱,而铁锰氧化物、有机质、土壤类型、质地等理化性质对硒具有明显的富集作用,后期人类活动也是影响硒富集的主要因素,但表生富集作用、人类活动影响不足以使表层土壤达到富硒程度。

Dai H M, Gong C D, Dong B , et al.

Distribution of soil selenium in the northeast china plain and its influencing factors

[J]. Acta Pedologica Sinica, 2015,52(6):1356-1364.

[本文引用: 1]

戴慧敏, 刘驰, 宫传东 , .

东北平原土壤碳库构成及其与土壤性质的关系

[J]. 第四纪研究, 2013,23(5):986-994.

DOI:10.3969/j.issn.1001-7410.2013.05.16      URL     [本文引用: 1]

The content and the dynamic balance of soil organic carbon directly effect on the soil fertility and crop yield,the Northeast Plain is the largest plain in China,and is located in the Northeast China.With its wide flat terrain and fertile deep tracts became the famous national granary,studying on the soil carbon pool in Northeast Plain of China has great significance.Based on the accurate and high-density soil carbon data collected in the multi-purpose geochemical survey in Liaoning,Jilin and Heilongjiang provinces,the soil carbon pool components and soil properties influence factors on the soil carbon pool components were analyzed.The results showed that the distribution of the organic and inorganic carbon pool has typical characteristics.The soil organic carbon density(SOCD)has a trend of increasing from the west desertificated,saline-alkali plain to the east area of low mountains,and increasing from the south to the north in Northeast Plain of China.However,the soil inorganic carbon has an opposite trend of increasing from the east area of low mountains to the west desertificated,saline-alkali plain.The carbon pool in the Northeast Plain of China is still dominated by the total organic carbon(TOC)with the variation of 56.14% ~94.03% under different soil types.There is an obvious linear relationship between the soil organic carbon and the total nitrogen,the soil inorganic carbon density(SICD)was controlled significantly by the calcium oxide,the SICD and SOCD all have negative correlations with the silicon dioxide.These results showed that the soil composition and soil type are the strongest control factors to the soil carbon pool in the Northeast Plain of China.The soil texture,pH value and other soil properties also have great effect on the soil carbon pool.The scatter plot between the soil total inorganic carbon(TIC)and pH value exhibit the saddle pattern,the scatter plot between the soil TOC and the pH value also exhibit the saddle pattern,but there is difference in shape.The effect of alkaline conditions on soil inorganic carbon content is more obvious.

Dai H M, Liu C, Gong C D , et al.

Soil carbon pool in northeast plain of china and its relations between the soil properties

[J]. Quaternary Sciences, 2013,23(5):986-994.

[本文引用: 1]

代杰瑞, 郝兴中, 庞绪贵 , .

典型土壤环境中重金属元素的形态分布和转化——以山东烟台为例

[J]. 矿物岩石地球化学通报, 2013,32(6):713-719,728.

DOI:10.3969/j.issn.1007-2802.2013.06.005      URL     Magsci     [本文引用: 1]

土壤中不同形态重金属及其转化的影响因素研究对于了解重金属的地球化学行为具有重要意义。本文以山东烟台金矿区及城镇周边土壤为例,探讨了土壤中不同形态重金属与土壤有机质、粘粒、磁化率和pH值的关系及其生态危害性。结果表明:(1)土壤中Pb、Hg等重金属主要以残渣态和铁锰氧化态为主,其他形态所占比例较小,而Cd以离子交换态为主,且随总量的增加,离子交换态含量迅速增加,因此总量可作为表征土壤Cd污染的指标;(2)土壤酸化可使Ni、Zn、Cd、Hg的活动态含量增加;土壤pH对Pb和As活动态的影响符合二次曲线特征,对于Pb污染严重的土壤,使土壤pH维持在中碱性环境,可以降低Pb危害;防止土壤盐碱化,提高有机质含量是消除土壤As污染的有效措施;(3)土壤有机质含量增加可明显降低Pb、Hg、Ni等活动态含量;土壤磁化率与重金属稳定态显著正相关,磁化率升高对生物的危害性不大,但对了解土壤酸化的状况和土壤污染程度有较好的指示作用。

Dai J R, Hao X Z, Pang X G , et al.

Distribution and transformation of heavy metals in typical soil environments:A case study in Yantai

[J]. Bulletin of Mineralogy Petrology and Geochemistry, 2013,32(6):713-719,728.

Magsci     [本文引用: 1]

陈国光, 梁晓红, 周国华 , .

土壤元素污染等级划分方法及其应用

[J]. 中国地质, 2011,31(6):1631-1639.

DOI:10.3969/j.issn.1000-3657.2011.06.024      URL     [本文引用: 1]

Abstract rade division method for soil geochemical contamination has been established on the basis of the concentration and accumulation grade caused by human exploitation of toxic elements. A preliminary study in the Yangtze River delta and the coastal region of Fijian Province shows that the sediments or parent materials of deep and top soils are of homo-genesis and their element concentrations have good correlation. Geochemical baseline based on deep soil geochemical data can undoubtedly be selected as the reference value to assess soil contamination because deep soil has not been affected by human activity and pollution. Soil geochemical contamination grade standard of the Yangtze River delta was thus set up, and soil contamination of the region was divided according to the standard. The origin and eco-geochemical effect of each contamination grade are discussed in this paper. However, the eco-geochemical effects of soils of different contamination grades need further investigation.

Chen G G, Liang X H, Zhou G H , et al.

Grade division method for soil geochemical contamination and its application

[J]. Chinese Geology, 2011,31(6):1631-1639.

[本文引用: 1]

夏学齐, 杨忠芳, 余涛 , .

中国东北地区20世纪末土地利用变化的土壤碳源汇效应

[J].地学前缘, 2011(6):56-63.

URL     [本文引用: 1]

土地利用变化是土壤有机碳库变化的重要原因之一。文中选择中国东北地区,利用多目标区域地球化学调查数据,结合20世纪80年代和2000年土地利用数据,分析了不同土地利用方式下土壤有机碳密度分布特征,以及由于土地利用方式变化形成的土壤碳源汇效应。结果发现:(1)不同土地利用下土壤表层有机碳密度(SOCD)差异较大,沼泽地、有林地等是SOCD相对较高的土地利用类型,而沙地、盐碱地、低覆盖草地等土地利用方式下SOCD较低;(2)按照土地利用方式的构成推算,研究区表层(0~20cm)土壤有机碳储量为482.1×1010 kg,其主要储库为有林地和旱地,分别占土壤总有机碳储量的43.8%和21.4%;(3)东北地区由于土地利用方式变化造成的土壤总碳源值为5.73×1010 kg,总碳汇值为3.56×1010 kg,因此研究区总体上表现为2.17×1010 kg(21.7Tg)的碳源;(4)研究区起到土壤碳汇作用的典型土地利用转化方式有旱地到水田的转化、其他林地和疏林地到有林地的转化等;起到土壤碳源作用的典型土地利用转化方式为有林地到旱地的转化、高覆盖草地到旱地的转化、沼泽到水田和旱地等耕地的转化等。

Xia X Q, Yang Z F, Yu T , et al.

Soil carbon source/sink caused by landuse change in the last decades of the last century in Northeast China

[J].Earth Science Frontiers, 2011(6):56-63.

[本文引用: 1]

余忠珍, 马逸麟, 衷存堤 , .

鄱阳湖及周边经济区农业地球化学环境评价

[J]. 资源调查与环境, 2010,31(2):127-135.

DOI:10.3969/j.issn.1671-4814.2010.02.007      URL     [本文引用: 1]

文章以《江西省鄱阳湖及周边经济区1:25万多目标地球化学调查》资料为基础,详细论述了植 物所需的C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S、Cu、Zn、Fe、Mn、B、Mo、Cl共16种营养元素的分布特征。利用8843件表层土壤样品中 Cd、Hg、As、Pb、Cr等重金属元素含量及其土壤pH值,采用内梅罗指数法对区内元公害水稻产地土壤环境质量、无公害蔬菜产地土壤环境质量以及绿色 食品产地土壤环境质量进行综合评价。在此基础上,对鄱阳湖及周边经济区表层土壤生态地球化学环境质量进行了综合评价。

Yu Z Z, Ma Y L, Zhong C D , et al.

Agricultural geochemical environmental evaluation for Poyang Lake and its surrounding Economic districts

[J]. Resources Survey & Environment, 2010,31(2):127-135.

[本文引用: 1]

侯青叶, 杨忠芳, 余涛 , .

乌裕尔河流域颗粒有机碳的来源:碳同位素证据

[J].地学前缘, 2011(6):150-160.

DOI:10.77.95.253:8080/handle/344008/16556      URL     [本文引用: 1]

以2008、2009年所采集的乌裕尔河9个点位水体中的悬浮物为研究对象,对丰、枯水期颗 粒有机碳(POC)含量、碳同位素组成(^13C、^14C)及表观年龄进行了系统测试与分析,以期探讨河流中颗粒有机碳来源与流域土壤侵蚀的关系。研究 结果表明,该河流中颗粒有机碳(POC)主要来源于未受玉米残体及根系输入影响的深层土壤,且土壤中的有机质主要为原始荒草植被残体;扎龙湿地颗粒有机碳 则以自生的现代碳为主。支、干流丰水期颗粒有机碳的^14C表观年龄远远老于枯水期的表现年龄,丰水期颗粒有机质的迁移距离较短,枯水期则刚好相反。与其 他河流颗粒有机碳^14C表观年龄对比结果表明,研究区土壤侵蚀非常严重,且存在显著的季节性差异。综合考虑颗粒有机碳迁移距离及其来源的差异,根据端员 混合模型计算了丰水期各支流对不同干流采样点颗粒有机碳的贡献率。

Hou Q Y, Yang Z F, Yu T , et al.

Origin of particulate organic carbon in the Wuyuer River: Carbon isotopic evidences

[J].Earth Science Frontiers, 2011(6):150-160.

[本文引用: 1]

高宇, 李晓慧, 张玲燕 , .

银川盆地富硒土地资源研究

[J].农业科学研究, 2011(4):88-89.

DOI:10.3969/j.issn.1673-0747.2011.04.024      URL     [本文引用: 1]

在银川盆地首次发现大面积富硒区.该富硒区具有富硒土层厚、硒含量适中、宜于开发利用等特点.富硒土地分布区不仅硒含量高,而且污染有害元素的含量特别低,呈"原生态"的自然状态.初步分析认为银川盆地土地富硒主要与成土母质(母岩)有关.

Gao Y, Li X H, Zhang L Y , et al.

Preliminary exploration of selenium rich area in Yinchuan basin

[J].Journal of Agricultural Sciences, 2011(4):88-89.

[本文引用: 1]

余涛, 杨忠芳, 侯青叶 , .

我国主要农耕区水稻土有机碳含量分布及影响因素研究

[J].地学前缘, 2011(6):11-19.

URL     [本文引用: 1]

水稻土是我国主要的耕作土壤之一,水稻土有机碳变化与全球气候变化息息相关,因此研究我国主要农耕区水稻土有机碳含量分布特征及影响因素具有重要的现实意义。本文基于全国多目标地球化学调查1:250000土壤数据库,以行政区划分析了水稻土有机碳分布规律,从土壤pH值、年均气温、年均降雨量、耕作方式等角度探讨了其对水稻土有机碳含量的影响,并且采用主成分分析和逐步多元回归模型进行了量化。结果表明:黑龙江松嫩平原水稻土有机碳平均含量最高,为15.1g·kg^-1,海南岛和广东珠三角地区水稻土有机碳含量较低。水稻土pH值对有机碳含量的影响较小,但在弱碱性(7.5〈pH≤8.5)时,pH值与有机碳含量呈显著负相关。黑龙江、吉林等高经纬度区域,受气温变化影响明显,根据线性回归模型推算,若年平均气温每升高0.1℃,水稻土有机碳含量将降低2.51g·kg^-1。耕作方式和农田管理措施变化对土壤有机碳含量有一定影响。年均降雨量、年均气温和土壤pH值是土壤有机碳含量分异的主要驱动因子,其中年均气温的影响最显著。

Yu T, Yang Z F, Hou Q Y , et al.

Distribution and influencing factors of paddy soil organic carbon content in China's major farming areas

[J].Earth Science Frontiers, 2011(6):11-19.

[本文引用: 1]

成杭新, 庄广民, 赵传冬 , .

北京市土壤Hg污染的区域生态地球化学评价

[J]. 地学前缘, 2008,15(5):126-145.

DOI:10.3321/j.issn:1005-2321.2008.05.014      URL     [本文引用: 1]

城市土壤Hg异常/污染是中国 普遍存在的重大生态环境问题。文章对北京市近1000km2范围内的地表土壤、壤中气、大气干湿沉降、大气颗粒物、大气中的Hg含量水平和空间分布模式进 行了系统研究,查明北京地表土壤Hg平均含量为0.41mg/kg,大气干湿沉降物中的Hg平均含量为0.194mg/kg,壤中气Hg的平均含量为 559.65ng/m3,大气颗粒物PM10和PM2.5中的Hg含量分别为0.59和0.67ng/m3,大气中的Hg平均含量为3.13ng/m3。 北京市自2000年起实现了由燃煤转变为燃气的减排措施,导致干湿沉降物中的Hg沉降通量显著减少,2006年大气干湿沉降物中Hg的沉降通量 1.837mg·m-2·a-1,北京市城区(近1000km2)Hg全年沉降为1837kg,空气中总Hg浓度由1998年的 8.3~24.7ng/m3下降到2006年的3.13ng/m3,大气颗粒物中Hg含量由2003年的1.18ng/m3下降到2006年的 0.59ng/m3(PM10)和0.67ng/m3(PM2.5),表明北京市煤改气减排措施的实施显著改善了大气环境质量。通过对土壤中Hg的存在形 式研究,发现土壤中有硫化物(辰砂)及各种Hg盐(HgCl2)的含Hg矿物,Hg也可以各种吸附方式或壤中气方式存在。研究证实北京壤中气Hg与大气 Hg存在显著的相关性(n=131,R=0.267,p0.01),表明壤中气Hg是大气Hg的重要来源之一。利用2005年地表土壤总Hg与Hg释放速 率的线性方程估算,土壤Hg平均释放速率为102.42ng·m-2·h-1,2005年土壤释放进大气的Hg通量为936.70kg。在查明土壤中存在 大量辰砂矿物的同时,还分布有大量具有高温熔融特征的金属微球粒和玻璃质微球粒,证明燃煤和冶金烟尘是地表土壤Hg的主要来源。土壤中Hg、S、pH和辰 砂颗粒浓度在空间上的高度耦合性表明,碱性条件下,土壤中高含量的S和Hg是辰砂形成的重要原因。按国家土壤环境质量标准,北京市I级土壤Hg环境质量的 面积为176km2,Ⅱ级为808km2,Ⅲ级为24km2,超Ⅲ为36km2。Ⅲ级、超Ⅲ级主要分布在二环路以内的中心城区。城南(长安街为界)大气 Hg环境质量明显优于城北,在北四、北五环之间的部分地区,大气颗粒Hg的环境质量为Ⅲ级或超Ⅲ级。在地表土壤Hg含量较高的中心城区,居民每天因呼吸摄 入的Hg高达364ng,对人体健康构成潜在风险。根据我国"十一五"规划中每年实现10%节能减排的目标,对北京市未来50年土壤Hg含量的时空演变趋 势预测,预测2050年北京因干湿沉降带来的Hg输入量为16.03kg,地表土壤释放Hg的输出量为37.36kg,明显大于Hg的输入通量,土壤Hg 的环境质量将得到根本改善。预测到2040年Ⅲ级土壤Hg环境质量的区域将完全消失,到2060年以Ⅰ级土壤为主。

Cheng H X, Zhuang G M, Zhao C D , et al.

Regional eco-geochemical assessment of mercury in soils in Beijing

[J]. Earth Science Frontiers, 2008,15(5):126-145.

[本文引用: 1]

奚小环 .

我国土壤地球化学状况不容忽视——广州、武汉、成都地区多目标区域地球化学调查成果与对策建议[R]

国务院专报信息, 2003.

[本文引用: 1]

Xi X H .

The geochemical status of soil in China cannot be ignored--the results of multi-target regional geochemical survey in Guangzhou, Wuhan and Chengdu and countermeasures[R]

State Council special report information, 2003.

[本文引用: 1]

奚小环 .

1999~2001·勘查地球化学·资源与环境

[J]. 物探与化探, 2003,27(1):1-6.

DOI:10.3969/j.issn.1000-8918.2003.01.001      URL     Magsci     [本文引用: 1]

<p>1999~2001年,勘查地球化学取得一系列重要进展和成果,在中国西部以资源调查和评价为主推进区域化探,在中国东部以环境调查和评价为主启动多目标区域地球化学填图,逐步形成新世纪勘查地球化学资源与环境并重的发展格局.与此相适应,提出了资源潜力地球化学评价与生态环境地球化学评价为主导的基本思路和方法.</p>

Xi X H .

Exploration geochemistry, resources and environment in 1999~2001

[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2003,27(1):1-6.

Magsci     [本文引用: 1]

Hawkes H E, Webb J S .

Geoehemistry in mineral exploration

[M]. NewYork:Harper & Row, 1962.

[本文引用: 1]

Levinson A A. Introduction to exploration geoehemistry[M]. Calgary: Applied Publishing Ltd, 1974: 55-58.

Beus A A, Grigorian S V. Geochemieal exploration methods for mineral deposits[M]. Wilmette: Applied Publishing Ltd, 1977.

谢学锦, 刘大文, 向运川 .

地球化学块体——概念和方法论的发展

[J]. 中国地质, 2002,29(8):225-233.

DOI:10.3969/j.issn.1000-3657.2002.03.001      URL    

Abstract: Geochemical distribution data (several tens of millions) of 39 elements were obtained in China's national geochemical mapping program carried out for 24 years over more than 6 million km2 of China's territory. By examining the flood of data, the authors have found much broader geochemical patterns other than dispersion halos and dispersion trains which have been the main subjects of study during the 60 years' development of exploration geochemistry. Such broader geochemical patterns are geochemical anomalies, geochemical provinces, geochemical megaprovinces and geochemical domains. They are surface expressions of the internal structural features of large blocks of rock with higher metal contents. Those large "geochemical blocks" are the net results of the Earth's original heterogeneity and the distribution and redistribution of metals from the initiation and evolution of the Earth up to the present days. The authors got a new idea that the large can provide large metal endowments necessary for the formation of large to superlarge geochemical blocks ore deposits. To explore the internal structure of the geochemical block of a certain element may reveal the trajectory of gradual concentration and formation of ore deposits of that element in the geochemical block. The new geochemical block concept is changing the mineral exploration strategy and methodology in China, providing a powerful tool for global mineral potential assessment and inspiring new ideas for exploration geochemistry, ore-genesis and metallogeny.

Xie X J, Liu D W, Xiang Y C , et al.

Geochemical blocks:Development of concept and methodology

[J]. Chinese Geology, 2002,29(8):225-233.

张本仁 .

区域地球化学研究的理论—方法构想与实践

C].中国地质大学, 2005.

Zhang B R .

Theory-method conception and practice of regional geochemistry research

C].China University of Geosciences, 2005.

Rampone E, Hofmann A W .

A global overview of isotopic heterogeneities in the oceanic mantle

[J].Lithos, 2012(148):247-261.

DOI:10.1016/j.lithos.2012.06.018      URL    

Studies on modern oceanic lithosphere and ophiolites have revealed high degrees of chemical and isotopic heterogeneity in the mantle, as well as isotopic contrasts between mantle and crust. These features cannot be explained just by simple extraction of partial melt, but require considerably more complex petrogenetic processes. Here we present an overview of the present knowledge on isotopic heterogeneities of Sr, Nd, Hf and Os in oceanic peridotites (by reviewing data on modern abyssal peridotites and the Alpine–Apennine ophiolites), and discuss their significance in terms of i) length scale and extent of isotopic heterogeneities in the upper mantle and ii) isotopic mantle–crust relations at oceanic settings. Overall results show that mantle peridotites record significant isotopic heterogeneity, detectable on a wide range of length scales, much larger than observed in associated MORB. In addition, abyssal peridotites are on average more depleted than MORB. The high degree of isotopic heterogeneity is clear evidence for the inefficiency of mantle convection in homogenizing mantle rocks. It may be caused by i) variably old depletion events (unrelated to recent MORB production), ii) pyroxenite components in the mantle source, iii) recent pre- and/or post-melting metasomatism. Some abyssal peridotites have extremely depleted isotopic compositions, not seen in MORBs, and these have been interpreted as the evidence for old (1 to 2Ga) refractory domains in the asthenospheric mantle or, alternatively, as evidence for recent incorporation of (also old) subcontinental lithospheric mantle, potentially through delamination during continental breakup. The first hypothesis has been corroborated by finding, in a few ridge segments (e.g. Gakkel Ridge) of correlations between chemical fertility indexes and isotopic (Os, Hf) ratios, indicative of recycling of old residual oceanic lithospheric mantle into the MORB source. However, no general consensus exists yet on the two proposed models. The difference in average isotopic depletion between peridotites and basalts has been also ascribed to the presence of pyroxenites, which have “enriched” isotopic signature relative to the peridotite component. The origin and composition of such small-scale lithological heterogeneities remain however still controversial and poorly constrained, due to the difficulty to link petrologic and geochemical studies with direct field observations, and to the scarcity of chemical and isotopic data on pyroxenites in ophiolitic and abyssal peridotites, i.e. the closest available “proxies” of the MORB mantle. Larger isotopic homogeneity observed in MORB relative to peridotites in single ridge segments clearly reflect their origin as aggregated melts which inevitably “smooth” and average mantle source heterogeneities. Overall, the questions about the origin and spatial distribution of chemical and isotopic heterogeneities are not resolved, and this calls for detailed field-based studies in spatially-controlled settings to shed light on the issue of small-scale mantle heterogeneities and the role of enriched (e.g. pyroxenites) and highly depleted domains in MORB melting.

Hart S R .

A large-scale isotope anomaly in the southern hemisphere mantle

[J].Nature, 1984(309):753-757.

Hofmann A W .

Chemical differentiation of the Earth: The relationship between mantle, continental crust, and oceanic crust

[J].Earth and Planetary Science Letters, 1988(90):297-314.

DOI:10.1016/0012-821X(88)90132-X      URL    

The average chemical compositions of the continental crust and the oceanic crust (represented by MORB), normalized to primitive mantle values and plotted as functions of the apparent bulk partition coefficient of each element, form surprisingly simple, complementary concentration patterns. In the continental crust, the maximum concentrations are on the order of 50 to 100 times the primitive-mantle values, and these are attained by the most highly incompatible elements Cs, Rb, Ba, and Th. In the average oceanic crust, the maximum concentrations are only about 10 times the primitive mantle values, and they are attained by the moderately incompatible elements Na, Ti, Zr, Hf, Y and the intermediate to heavy REE. This relationship is explained by a simple, two-stage model of extracting first continental and then oceanic crust from the initially primitive mantle. This model reproduces the characteristic concentration maximum in MORB. It yields quantitative constraints about the effective aggregate melt fractions extracted during both stages. These amount to about 1.5% for the continental crust and about 8 10% for the oceanic crust. The comparatively low degrees of melting inferred for average MORB are consistent with the correlation of Na 2O concentration with depth of extrusion [1], and with the normalized concentrations of Ca, Sc, and Al ( 3) in MORB, which are much lower than those of Zr, Hf, and the HREE ( 10). Ca, Al and Sc are compatible with clinopyroxene and are preferentially retained in the residual mantle by this mineral. This is possible only if the aggregate melt fraction is low enough for the clinopyroxene not to be consumed. A sequence of increasing compatibility of lithophile elements may be defined in two independent ways: (1) the order of decreasing normalized concentrations in the continental crust; or (2) by concentration correlations in oceanic basalts. The results are surprisingly similar except for Nb, Ta, and Pb, which yield inconsistent bulk partition coefficients as well as anomalous concentrations and standard deviations. The anomalies can be explained if Nb and Ta have relatively large partition coefficients during continental crust production and smaller coefficients during oceanic crust production. In contrast, Pb has a very small coefficient during continental crust production and a larger coefficient during oceanic crust production. This is the reason why these elements are useful in geochemical discrimination diagrams for distinguishing MORB and OIB on the one hand from island arc and most intracontinental volcanics on the other. The results are consistent with the crust-mantle differentiation model proposed previously [2]. Nb and Ta are preferentially retained and enriched in the residual mantle during formation of continental crust. After separation of the bulk of the continental crust, the residual portion of the mantle was rehomogenized, and the present-day internal heterogeneities between MORB and OIB sources were generated subsequently by processes involving only oceanic crust and mantle. During this second stage, Nb and Ta are highly incompatible, and their abundances are anomalously high in both OIB and MORB. The anomalous behavior of Pb causes the so-called ead paradox , namely the elevated U/Pb and Th/Pb ratios (inferred from Pb isotopes) in the present-day, depleted mantle, even though U and Th are more incompatible than Pb in oceanic basalts. This is explained if Pb is in fact more incompatible than U and Th during formation of the continental crust, and less incompatible than U and Th during formation of oceanic crust.

Rudnick R L, Barth M, Horn I , et al.

Rutile-bearing refractory eclogites: Missing link between continents and depleted mantle

[J].Science, 2000(287):278-281.

DOI:10.1126/science.287.5451.278      URL     PMID:10634776     

A mass imbalance exists in Earth for Nb, Ta, and possibly Ti: continental crust and depleted mantle both have subchondritic Nb/Ta, Nb/La, and Ti/Zr, which requires the existence of an additional reservoir with superchondritic ratios, such as refractory eclogite produced by slab melting. Trace element compositions of minerals in xenolithic eclogites derived from cratonic lithospheric mantle show that rutile dominates the budget of Nb and Ta in the eclogites and imparts a superchondritic Nb/Ta, Nb/La, and Ti/Zr to the whole rocks. About 1 to 6 percent by weight of eclogite is required to solve the mass imbalance in the silicate Earth, and this reservoir must have an Nb concentration ≥ 2 parts per million, Nb/La ≥ 1.2, and Nb/Ta between 19 and 37-values that overlap those of the xenolithic eclogites. As the mass of eclogite in the continental lithosphere is significantly lower than this, much of this material may reside in the lower mantle, perhaps as deep as the core-mantle boundary.

翟裕生, 姚书振, 蔡克勤 . 矿床学(第三版)[M]. 北京: 地质出版社, 2011.

Zhai Y S, Yao S Z, Cai K Q. Mineral deposits (third edition)[M]. Beijing: Geological publishing house, 2011.

陈毓川 .

矿床的成矿系列

[J]. 地学前缘, 1994,1(3):90-94.

URL    

本文论述了矿床成矿系列的主要学术思想及研究趋势。文中强调指出,矿床成矿系列概念视成矿是地质历史发展过程中所形成的地质环境中的组成部分,其本身是四维空间中的成矿整体,它们在地史演化过程中从空间的分布、成矿物质的组成都经历着演化,并有一定规律。笔者着重阐明了成矿系列研究领域的重要内容、研究基础、命名及分类系统,以及不同地质作用对成矿系列所占的份额及其相互关系。

Chen Y C .

Metallogenic series of ore deposits

[J]. Earth Science Frontiers, 1994,1(3):90-94.

陈毓川, 培荣富, 宋天锐 . 中国矿床成矿系列初论[M]. 北京: 地质出版社, 1998.

Chen Y C, Pei R F, Song T R. Preliminary Discussion on Mineralization Series of China Deposits[M]. Beijing: Geological publishing house, 1998.

翟裕生, 邓军, 彭润民 , . 成矿系统论[M]. 北京: 地质出版社, 2010.

Zhai Y S, Deng J, Peng R M , et al. Metallogenic system theory[M]. Beijing: Geological publishing house, 2010.

翟裕生, 邓军, 李晓波 . 区域成矿学[M]. 北京: 地质出版社, 1999.

Zhai Y S, Deng J, Li X B. Regional mineralization[M]. Beijing: Geological publishing house, 1999.

陈毓川 . 中国成矿体系与区域成矿评价[M]. 北京: 地质出版社, 2006.

Chen Y C. China's metallogenic system and regional mineralization evaluation[M]. Beijing: Geological publishing house, 2006.

翟裕生 .

地球系统科学与成矿学研究

[J]. 地学前缘, 2004,11(1):1-10.

DOI:10.3321/j.issn:1005-2321.2004.01.001      URL    

在简述地球系统科学的基础上 ,文中提出了由地球系统科学引发的成矿学研究 3个观点 :(1 )成矿系统是一个特色的地质系统 ;(2 )成矿系统与其它系统的关联 ;(3)地质突发事件具有灾害和资源的两重性。针对地球系统科学要求和矿床学学科发展进程 ,提出了 5个亟待加强的研究领域或课题 :(1 )深部过程、浅表环境与成矿系统 ;(2 )重大事件与成矿 ;(3)生命活动与成矿 ;(4 )物理成矿作用和(5 )海洋成矿作用。在结语中 ,作者强调要从地球系统的大背景来研究成矿环境、成矿过程和成矿动力学 ,也即将传统的矿床成因研究提高到地球系统科学的层次 ,为矿床学的发展提供新的广阔的理论基础。

Zhai Y S .

Earth system sciences and the study on metallogenesis

[J]. Earth Science Frontiers, 2004,11(1):1-10.

奚小环李敏 .

中国区域化探若干基本问题研究:1999-2009

[J]. 中国地质, 2012,39(2):267-282.

DOI:10.3969/j.issn.1000-3657.2012.02.001      URL     [本文引用: 1]

Abstract egional geochemical exploration in China changed greatly from 1999 to 2009. Regional geochemical exploration methods and techniques as well as mineral resources potential assessment have been deliberately studied and remarkable progress has been achieved under the guidance of geochemical theory. The principle of regional geochemical exploration methods and techniques developed aims at demonstrating the primary state of geochemical distribution in the highest degree. Selection of sampling media suitable for landscape and surficial geochemical condition is the key problem for regional geochemical survey. Samples collected should reflect the information of geology and mineralization, and hence weathered material of rocks is usually selected as sampling media. Efforts have also been made to collect the same material over the whole country. The established methods for mineral resources potential assessment and quantitative mineralization prognosis based on the theory of geochemical zoning have promoted the exploration geochemistry from pure methods to a theoretical level for steering mineral prospecting. The main achievements are as follows: systematic methods and techniques of national regional geochemical exploration have been established; analytical process and its quality are strictly controlled; Several geochemical atlases have been published based on accurate geochemical data, which can exactly reveal geological setting and anomalous characteristics; regional geochemical data and its information have been studied profoundly and applied widely; the methodology system and working procedure from regional, reconnaissance to detailed exploration have been established for resource survey, assessment and prognosis. Regional geochemical exploration has been supporting mineral survey in China for a long period, acting as a forerunner of all geological work. It is certain that regional geochemical data will play an important role in new discovery, new understanding and new viewpoints of basic geology, mineralization regularity, and great geological events with the compilation of new geochemical maps covering various regions and the whole country. All this will have great influence on exploration geochemistry and geological work in China.

Xi X H, Li M .

Regional geochemical exploration in China:from 1999 to 2009

[J]. Chinese Geology, 2012,39(2):267-282.

[本文引用: 1]

陈泮勤 . 地球系统碳循环[M]. 北京: 科学出版社, 2004.

[本文引用: 1]

Chen P Q. Earth system carbon cycle[M]. Beijing: Science Press, 2004.

[本文引用: 1]

方精云, 唐艳红, 林俊达 , . 全球生态学:气候变化与生态响应[M]. 北京: 高等教育出版社, 2000.

[本文引用: 1]

Fang J Y, Tang Y H, Lin J D , et al. Global ecology: Climate change and ecological response[M]. Beijing: Higher education press, 2000.

[本文引用: 1]

奚小环, 李敏, 张秀芝 , .

中国中东部平原及周边地区土壤有机碳分布与变化趋势研究

[J]. 地学前缘, 2013,20(1):154-165.

URL     [本文引用: 1]

依据多目标区域地球化学调查数 据对比研究中国中东部地区土壤有机碳分布与变化特征。中东部平原及周边地区河北、河南、湖北、湖南、广东与海南等6省经黄河、长江纵贯南北,由较高纬度带 到较低纬度带,跨越温带、亚热带和热带地区的截然不同的自然景观,调查面积约33.4万km2,表层土壤(0~0.2m)碳储量为906.84Mt,平均 碳密度为2 716.93t/km2。连接更高纬度带的东北平原土壤碳密度,中东部地区由高纬度带至低纬度带碳密度呈现高低高低的规律性变化,即3 327.8t/km2(东北平原)2 207.39、2 421.02t/km2(河北、河南)3 442.15、3 942.92t/km2(湖北、湖南)2 255.90、2 936.72t/km2(广东、海南)。不同生态系统碳密度均值比研究发现,由高纬度带至低纬度带农田与城市系统均值比呈反向变化,农田趋高,城市趋低。 与第二次土壤普查相比,中东部地区20年期间土壤有机碳总计增加115.18Mt,占14.5%,年均增加5.76Mt。但有机碳增加比例极不平衡,由高 纬度带至低纬度带增加比例及变化速率呈显著降低趋势乃至负增长。其中农田、城市系统变化比例呈现增长,呈下降趋势的由大至小为潮间带、河流、湖泊、草原、 森林及沼泽等。

Xi X H, Li M, Zhang X Z , et al.

Research on soil organic carbon distribution and change trend in middle-east plain and its vicinity in China

[J]. Earth Science Frontiers, 2013,20(1):154-165.

[本文引用: 1]

陈怀满 . 土壤中化学物质的行为与环境质量[M]. 北京: 科学出版社, 2002.

[本文引用: 1]

Chen H M. Behavior and environmental quality of chemical substances in soil[M]. Beijing: Science Press, 2002.

[本文引用: 1]

DZ/T0011-2015 地球化学普查规范(1:50000)[S].

[本文引用: 1]

DZ/T0011-2015-2015 Geochemical census specification(1:50000)[S].

[本文引用: 1]

陈国光, 马振东, 张华 , . 地球化学详查规范(送审稿)[S].

Chen G G, Ma Z D, Zhang H , et al. Geochemistry detailed inspection specification (draft for review)[S].

DZ/T 0248-2014 岩石地球化学测量技术规程[S].

[本文引用: 1]

DZ/T 0248-2014 Rock geochemical measurement technical specification[S].

[本文引用: 1]

杨忠芳, 成杭新, 周国华 , DZ/T 0289-2015 区域生态地球化学评价规范[S].

[本文引用: 2]

Yang Z F, Cheng H X, Zhou G H , et al. DZ/T 0289-2015 Regional eco-geochemical evaluation specification[S].

[本文引用: 2]

DD2008-05 局部生态地球化学评价技术要求[S].

[本文引用: 2]

DD2008-05 Technical requirements for local ecological geochemical evaluation[S].

[本文引用: 2]

DZ/T 0258-2014 多目标区域地球化学调查规范(1:250000)[S].

[本文引用: 1]

DZ/T 0258-2014 Multi-target regional geochemical survey specification(1:250000)[S].

[本文引用: 1]

叶家瑜, 江保林 . 区域地球化学勘查样品分析方法[M]. 北京: 地质出版社, 2004.

[本文引用: 1]

Ye J Y, Jiang B L. Regional geochemical exploration sample analysis method[M]. Beijing: Geological publishing house, 2004.

[本文引用: 1]

叶家瑜, 姚岚 .

区域地球化学调查样品分析质量控制方法探讨

[J]. 岩矿测试, 2004,23(2):137-142,147.

DOI:10.3969/j.issn.0254-5357.2004.02.012      URL     [本文引用: 1]

分析了区域地球化学调查样品分 析中原有的质量控制方法的不足,提出了采用实验室内部自我质量控制和实验室外部质量控制相结合的方法。对实验室外部质量控制方法进行了试验,并将测试数据 绘制的元素虚拟地球化学图进行相似性比较,以求改进和完善区域地球化学调查样品分析质量控制方法,促进分析测试质量进一步提高。

Ye J Y, Yao L .

Discussion of quality control method for the analysis of samples in regional geochemical survey

[J]. Rock and Mineral Analysis, 2004,23(2):137-142,147.

[本文引用: 1]

DD2005-03 生态地球化学评价样品分析技术要求[S].

[本文引用: 1]

DD2005-03 Technical requirements for analysis of ecological geochemical evaluation samples[S].

[本文引用: 1]

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