关键元素与生命健康:中国耕地缺硒吗?

地球上的生命和非生命都是由自然界已发现的92种化学元素组成的,通过全国土壤地球化学基准值与人体血液元素含量对比研究,发现血液中40~50种化学元素平均值与土壤地球化学基准值的分布高度一致,表明这些关键元素与生命息息相关。近年大家持续关注的硒(Se)元素是人体必需的微量元素,缺乏会产生健康风险,但摄入过量也会导致中毒,因此被称为健康窗口元素。过去研究认为,中国耕地缺硒是造成健康危害的原因之一。本文通过对全国3 382个网格化点位土壤采样,获得Se的地球化学基准值和空间分布数据,发现中国贫硒国土面积,按照世界卫生组织推荐值(0.1 mg/kg)和中国规范(0.125 mg/kg)计算,分别占21.1%和31.6%;适宜区(0.125~0.40 mg/kg)面积大约555万km²,占国土面积约57.1%;富硒区(>0.40 mg/kg)面积达110万km²,占国土面积约11.2%。贫硒国土主要分布在青藏高原和内蒙古局部地区,而中国9大平原的粮食主产区耕地总体上不缺硒,其中珠江三角洲平原、广西平原、成都平原、长江中下游平原是富硒区(>0.40 mg/kg),华北平原、东北平原、三江平原、关中平原是硒边缘区-适量区(0.125~0.40 mg/kg),只有河套平原是缺硒区(<0.125 mg/kg)。根据覆盖全国的网格化土壤采样分析结果,发现低硒带呈不连续的片状分布于内蒙古东部至青藏高原一带,与传统认为“低硒带分布于东北三省至西南云贵高原”不完全一致。硒的空间分布模式主要受地质背景、岩石类型、土壤类型和自然地理景观控制。     

穿透性地球化学勘查技术在隐伏砂岩型铀矿调查中的应用研究

砂岩型铀矿是铀资源的一种重要矿床类型, 该类型铀矿一般形成于中新生代盆地当中, 常以盲矿、隐伏矿产出, 勘查难度较大。我国中新生代盆地面积广大, 因此寻找砂岩型铀矿的潜力巨大。目前, 砂岩型铀矿勘查主要以物探手段为主, 地球化学勘查手段未充分发挥其作用。本文在解释穿透性地球化学勘查技术铀矿勘查原理基础上, 重点列举了近几年在我国北方大型含铀盆地开展的技术试验和示范研究案列, 在此基础上对各种穿透性地球化学勘查方法进行了梳理。认为穿透性地球化学勘查技术在砂岩型铀矿勘查中可用于圈定远景区、靶区甚至定位矿体, 可在利用地物化综合信息找砂岩型矿中发挥其应有的作用。     

海表面盐度的高精度预测模型

为了建立高精度的海洋表面盐度预测模型,采用BP神经网络的方法,针对SMOS卫星level 1C级亮度温度数据和辅助数据建立了一种海表面盐度预测模型,以ARGO浮标观测值作为海表盐度实测值来检验新模型预测结果的准确度,同时利用验证集对模型的精度进行验证。结果表明:通过新模型预测的海表盐度(SSS0)比SMOS卫星的3个粗糙度模型盐度产品(SSS1,SSS2,SSS3)精度高;SSS0,SSS1,SSS2,SSS3与ARGO浮标实测盐度(SSS ARGO)的均方根误差分别为0.8473,2.0417,2.0288和2.0805,平均绝对误差分别为0.7553,1.4226,1.4216和1.4566,SSS0与SSS ARGO的均方根误差和绝对平均误差值都明显小于SSS1,SSS2和SSS3与SSS ARGO的;由此可见,建立的海表盐度预测模型精度较高。新模型为海表盐度的反演算法提供了新思路。     

中国西南地区大面积稀土异常区稀土来源

中国贵州、云南和广西交界处存在大面积以宣威地区为中心的土壤稀土元素地球化学异常,为了探究该地区土壤稀土元素来源,本研究采集了宣威地区土壤(红土)和岩石(玄武岩、白云岩、灰岩、砂岩、粉砂岩、泥岩、凝灰岩和页岩)样品,分析了稀土元素、微量元素、pH值和有机质组成。结果显示:土壤稀土元素含量均在大陆上地壳的2倍左右,玄武岩稀土元素含量与上覆土壤一致,但沉积岩(白云岩、石灰岩和砂岩)稀土元素含量远低于上覆土壤。土壤稀土元素与基性岩中富集的元素Co、Ni、Cu、Zn和Au等具有极好的相关性(相关系数r0.7),但与pH值(r=0.33)和有机质含量(r=0.20)无明显相关关系。玄武岩与其上覆土壤之间的稀土配分模式具有高度的一致性,而沉积岩与其上覆土壤之间的稀土配分模式差异较大,且所有土壤中位值的稀土配分模式与玄武岩的极其相似。宣威地区处于既有玄武岩又有海相沉积岩出露的区域,玄武岩可能是该地区土壤稀土元素的主要来源。     

中国东部大陆尺度地球化学走廊带碳酸盐岩稀土元素分布特征与影响因素

碳酸盐岩是地球表层岩石圈的重要组成部分,其化学组成可提供沉积环境与海洋水体演化等信息,然而,前人对碳酸盐岩中稀土等元素的分布与变化特征关注不足。本文选择穿越中国东部6个一级大地构造单元的3条地球化学走廊带,系统采集了582件碳酸盐岩地层样品,并准确分析了包括稀土元素(REE)在内的81项指标的含量。结果表明,中国东部地球化学走廊带碳酸盐岩稀土元素(REE＋Y)总量为(0.59～183)×10-6,均值为24.0×10-6,纯净碳酸盐岩(CMC含量≥99％)均值为4.80×10-6。PAAS标准化后其显示具有轻稀土相对于中稀土和重稀土略亏损、δEu轻微正异常、δCe中度负异常等特征。白云岩中稀土含量、LREE/HREE值一般低于石灰岩;砂泥质含量相近时,前中生代各时代碳酸盐岩稀土分布模式相差不大,各构造单元稀土分布特征基本相似;与其他时代相比,中生代及中新元古代碳酸盐岩具有相对较平坦的稀土分布模式。研究表明,碳酸盐岩中稀土分布受碎屑物质影响明显,表现为稀土元素含量与碳酸根负相关,与碎屑物质相关元素(Si、Ti、Rb、Cs、Th、Zr等)、黏土相关元素(Al、Fe、K等)等正相关。成岩过程及白云化过程对较纯净碳酸盐岩中稀土分布特征影响不明显。我国古生代纯净碳酸盐岩分布模式受控于海相环境,其分布模式与现今海水相近;中生代纯净石灰岩受到陆相或海陆交互相的影响,具有较平坦的稀土分布模式。氧化还原条件对δCe的影响较δEu更为明显,δCe值受海相环境控制,极端正异常值(δCe＞1.3)受到还原环境或/和热液影响。若假定海水中REE自中元古代至今无太大变化,各时代稀土元素分配系数均值介于103.55～102.39,分配系数差异是造成碳酸盐岩中轻稀土亏损、Ce负异常及Y正异常的主要原因。微生物(席)可富集稀土等金属元素并改变沉积环境,这可能是造成中新元古界碳酸盐岩较平坦的稀土分布模式的主要原因。     

内蒙古自治区大型金矿地球化学标志与预测

利用1:20万区域化探扫面数据和中蒙边界1:100万地球化学填图数据编制了内蒙古自治区1:100万金地球化学图, 发现内蒙古已知大型金矿与地球化学异常具有良好的对应关系。以内蒙古四个典型大型金矿为例, 建立了1:100万尺度大型金矿地球化学预测指标: (1)异常具有3层套合结构, 即局部异常被区域异常所包裹, 区域异常被地球化学省所包裹; (2)异常面积通常大于1 000 km2; (3)地球化学块体的异常衬度大于2.2; (4)常伴生有Ag、As、Sb、Bi等元素的异常; (5)异常区或周边常具有区域性深大断裂及其次级断裂等构造; (6)异常区或周边一般发育有火成岩。根据建立的大型金矿预测指标, 圈定了大型金矿集区14个, 为下一步在内蒙古选择重点地区开展大型金矿勘查提供了远景区。     

中国东部主要入海河流As元素分布、来源及影响因素分析

为查明中国河流中As等重金属元素的分布规律,于2007—2008年分丰水期和枯水期对中国东部30余条入海河流水体、悬浮物统一进行采样分析。结果表明:东部河流中As元素溶解态含量均值为3.1μg/L,同世界河流相比,明显偏高;且频率分布直方图具有多个峰值,反映出明显的人为污染。利用富集系数的研究表明,悬浮物同样受到较明显的人为污染。As在河水中的迁移形式以溶解态为主,pH值和温度对As的迁移形式有明显影响。流域内岩石类型对河流中As含量影响显著,火山岩、火山碎屑岩类广泛分布的流域河水中As含量明显偏高,花岗岩及中、深变质岩广泛分布的流域河流中As含量则偏小。利用生活、工业污水作为As元素人为来源端元,对海河、黄河、长江、珠江等河流人为源进行了估算,分别为46.7%、18.7%、13.5%、8.3%。     

鄱阳湖流域水化学特征及影响因素分析

在地球表生系统中,化学风化作用强烈改变着岩石、水体、土壤和大气成分,是元素地球化学循环的最主要驱动力。河水溶解物质主要来源于流域内岩石化学风化,同时受到降水、人类活动的影响。文中通过对鄱阳湖流域河水样品的采集和化学成分分析,结合流域地质背景,研究了河水化学成分特征及其影响因素。结果显示,与20世纪80年代相比,本区河水Cl-、SO24-所占比例显著增高,有逐渐酸化趋势;与世界上其他主要河流相比较,该区Ca2+/Na+、Mg2+/Na+、HCO3-/Na+等比值偏低,反映了较强的蒸发岩溶解及人类活动影响特征。该区河水离子特征主要由岩石风化所控制,降水对该区河水溶解物质贡献率为10.3%,农业生产活动对鄱阳湖水溶解物质贡献率为4.9%,矿山活动对饶河丰水期、枯水期离子总量贡献率分别为8.9%、14.6%。     

基于机器学习的SMAP卫星海表盐度反演

针对传统海表盐度的物理机制反演模型拟合过程复杂且反演精度不高等问题,借助大范围、全天时、L波段探测的SMAP卫星微波海洋遥感产品,以北太平洋(135°～165°E,15°～45°N)范围为研究海域,利用深层神经网络(Deep Neural Network,DNN)和支持向量机(Support Vector Machin...     

隐伏铜矿区土壤微细粒测量有效性实验——以江西通江岭铜矿为例

土壤微细粒分离测量是一种可应用于隐伏矿勘查的地球化学技术, 亟需开展多景观、多矿种有效性实验。本文以位于湿润低山丘陵区的江西通江岭铜矿为研究区, 开展土壤微细粒分离测量试验, 并讨论其异常形成机理。结果显示, 主成矿元素Cu与Zn、Pb、Ag、Au等有较强的相关性, 该组元素富集系数大、空间变异强, 在研究区内趋于强烈富集。面积性试验结果显示Cu-Pb-Zn-Au多元素组合异常与已知矿体有良好对应关系。剖面试验表明断层和地层接触界面土壤成矿元素含量较高, Cu、Pb、Zn等异常可以指示隐伏矿体。根据元素组合及空间分布特征, 预测研究区东部第四系覆盖区存在隐伏铜金矿体以及19线南段深部有隐伏多金属矿体, 其中19号线南段在2019年详查工作中钻获铜铅锌多金属矿体。以上结果证实了低山丘陵景观区土壤微细粒测量探测隐伏矿床的有效性。断裂带、地层接触带既是容矿空间, 也是深部成矿物质向地表迁移的主要通道, 灰岩地层中的溶蚀缝与构造缝是次要迁移通道。深部成矿物质在多营力作用下迁移至地表, 并被土壤微细粒中的铁锰氧化物、黏土矿物和无定型硅铝氧化物所捕获, 在地表形成地球化学异常。