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牛樹銀1 ,孫愛群1 ,李紅陽1 ,侯泉林2 ,宋立軍3 ,王寶德1 ,許傳詩1
1. 石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院資源學(xué)院,河北石家莊050031
2. 中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所,北京100029
3. 河北省地質(zhì)調(diào)查院,河北石家莊050081
NIU Shu2yin 1 , SUN Ai2qun 1 , L I Hong2yang 1 , HOU Quan2lin 2 , SON G Li2jun 3 , WAN GBao2de 1 , XU Chuan2shi 1
1.Col lege of Resource , S hi j iaz huang Universit y of Economics , S hi j iaz huang 050031 , China
2.I nstit ute of Geology and Geophysics , Chinese Academy of Sciences , Bei j ing 100029 , China
3. Hebei Geological S urvey I nstitute , S hi j iaz huang 050081 , China
NIU Shuryin , SUN Ai-qun , LI Hong-yang , et al. Evolution of crust-mantle and its eco-environmental effects in Zhangjiakou-Xuanhua region. Earth Science Frontiers ,2005 ,12( 4) :597-606
Abstract :
The living circumstances of human beings are closely related to the geological environment . As ex-emplified by the Zhangjiakou2West Beijing region , this paper describes the intensive mantle-crust uplif t , whichled to anomalous element background values for regional rocks (ores) and soils. As a result , some agriculturalcrops , forests and fruits are of“super-quality and high-yield”or of“poor-quality and low-yield”. The anoma-lous element s can find their way into grains , fruits , vegetables and drinking water ; where they will then be taken in by human beings. This can directly affect human health and lead to the spread of some endemic disea-ses. Studies have shown that the geomorphological features in the Zhangjiakou-West Beijing region are the out-come of geotectonic evolution since the Mesozoic. Mantle-crust movement is the key factor leading to the evo-lution and change of the regional geological environment .
Key words : geological environment ; element background ; ecological effect ; mantle branch ; mantle-crust move-ment ; Zhangjiakou2West Beijing region
摘 要:
人類的生存狀況與地質(zhì)環(huán)境密切相關(guān)。文章以張宣地區(qū)為例,闡述了由于該區(qū)強(qiáng)烈的幔殼隆升,導(dǎo)致區(qū)域性巖(礦) 石、土壤的元素背景值異常,使得某些農(nóng)作物、林果“優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)”或“劣質(zhì)低產(chǎn)”。異常的元素分布還會(huì)通過糧食、水果、蔬菜、水等飲食進(jìn)入人體循環(huán),直接影響人類的身體健康,甚至導(dǎo)致某些地方性疾病蔓延。研究表明,張宣地區(qū)的地貌景觀是中生代以來地質(zhì)構(gòu)造演化的結(jié)果。幔殼運(yùn)動(dòng)是區(qū)域地質(zhì)環(huán)境演變的主導(dǎo)因素。
關(guān)鍵詞:地質(zhì)環(huán)境;元素背景;生態(tài)效應(yīng);幔枝構(gòu)造;幔殼運(yùn)動(dòng);張宣地區(qū)
中圖分類號(hào):P595 ; P541 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1005 2321 (2005) 04 0597 10
人類的生存與幔殼演化息息相關(guān),特別是人們進(jìn)入小康生活以后,不僅關(guān)心飲食問題,而且更加關(guān)心生活質(zhì)量,發(fā)達(dá)國(guó)家,包括一些發(fā)展中國(guó)家已經(jīng)從地層建造、地球化學(xué)、新生代沉積、城市建筑,甚至對(duì)外貿(mào)易政策與資源消耗、資源利用等方面來探討生態(tài)環(huán)境問題[1～4 ] 。因此,對(duì)地質(zhì)環(huán)境及其生態(tài)效應(yīng)的認(rèn)識(shí)理應(yīng)引起高度關(guān)注。很顯然,在眾多生態(tài)環(huán)境影響因素中,地質(zhì)環(huán)境才是導(dǎo)致人類生存環(huán)境優(yōu)劣的主導(dǎo)因素。
1 地質(zhì)環(huán)境與人類生存關(guān)系
地質(zhì)環(huán)境是由地殼、空氣、水等組成的生存空間,人與地質(zhì)環(huán)境最基本和最廣泛聯(lián)系的物質(zhì)就是活躍在自然界中的化學(xué)元素,人和生物就是不斷地從生存環(huán)境中攝取生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖所需要的元素與能量,在體內(nèi)通過吸收、代謝,以維系自身的繁衍與發(fā)展。特別是英國(guó)地球化學(xué)家漢密爾頓通過人體血液化學(xué)元素的含量分析所得結(jié)果表明,除了人體原生質(zhì)中的主要成分碳、氫、氧、氮和地殼中的主要成分硅以外,其他化學(xué)元素在人體血液中的含量與地殼中這些元素的含量分布規(guī)律具有驚人的相似性(圖1) 。這充分說明人類對(duì)地殼(巖石圈) 的依存性、對(duì)地質(zhì)環(huán)境的適應(yīng)性及人與地質(zhì)環(huán)境的密切關(guān)聯(lián)性
具體地說,巖石中的化學(xué)元素經(jīng)過物理、化學(xué)風(fēng)化及生物作用變?yōu)橥寥?再通過食物、水果、蔬菜、水等飲食進(jìn)入人體,人體以新陳代謝的形式與所生存環(huán)境進(jìn)行不停的物質(zhì)交換,從而獲得所需要的各種化學(xué)元素。因此,元素在人體中的組成和豐度,是人類長(zhǎng)期對(duì)環(huán)境適應(yīng)的結(jié)果,并依地質(zhì)環(huán)境的不同而發(fā)生著遺傳、變異和進(jìn)化。迄今為止,在人體中所發(fā)現(xiàn)的60 余種元素中有991954 %是由氫、氧、氮、碳、磷、硫、氯、鉀、鈉、鈣、鎂和鐵等宏量元素組成。其余微量元素如氟、鋅、鈷、溴、銅、釩、硒、錳、碘、鎳、鉬和鉻等不足0105 %[5 ] 。但是,它們是人體所必需的,沒有它們?nèi)司蜔o法生存或不能保持身體健康。很顯然,雖然微量元素在人體所占比例很小,但對(duì)人體健康具有不可替代的作用。然而,由于幔殼運(yùn)動(dòng)往往導(dǎo)致地質(zhì)環(huán)境發(fā)生重大改變,進(jìn)而導(dǎo)致人體中某些元素的含量過高或過低,對(duì)人體健康產(chǎn)生不良影響,甚至產(chǎn)生致命的疾病。
橫跨燕山西段與太行山北段的張宣地區(qū)和北京西北部山區(qū),是華北地臺(tái)北緣重要的金銀鉛鋅多金屬礦床集中分布區(qū),也是拒馬河、桑干河、洋河、永定河、潮白河等高礦化度河流的發(fā)源地以及官廳水庫、十三陵水庫、密云水庫等水體的匯水區(qū)[ 6～9 ] 。該地區(qū)的環(huán)境背景值和空間變化規(guī)律以及元素在巖(礦)石2土壤2水2植物2人體的循環(huán)過程、遷移規(guī)律、賦存狀態(tài),已成為張家口—北京地區(qū)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的重要依據(jù),也是制約該區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境和人體健康的重要原因所在(圖2) 。因此,本文著重環(huán)境背景值的統(tǒng)計(jì)分析,并嘗試從中—新生代張(張家口) 宣(宣化) 幔枝構(gòu)造活動(dòng)對(duì)環(huán)境背景值空間變化制約關(guān)系的角度,探討地質(zhì)背景、地球化學(xué)環(huán)境與張家口—北京地區(qū)生態(tài)環(huán)境的內(nèi)在聯(lián)系,從根本上為該區(qū)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)與生態(tài)環(huán)境的改善與保護(hù)提供依據(jù)。
2 張宣地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境背景
環(huán)境背景值是指未受人為活動(dòng)影響與污染的原始環(huán)境,也稱自然本底值,也是原生(或次生) 環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的主要依據(jù)。巖(礦) 石、土壤、水體是重要的環(huán)境要素,從巖(礦) 石2土壤2水2植物2人體循環(huán)過程角度分析,富含或缺少某些元素的巖(礦) 石在其風(fēng)化所形成的土壤中,以及流經(jīng)這些巖(礦) 石和土壤的水體中通常富含或缺少某些元素,在一定區(qū)域內(nèi)形成具有一定代表性的原生地球化學(xué)(生態(tài)) 環(huán)境背景值。然而,元素的富集與離散、環(huán)境背景值的空間變化又受眾多地質(zhì)因素、環(huán)境因素和水文地質(zhì)條件的制約。因此,次生環(huán)境背景值的研究應(yīng)包括環(huán)境背景值調(diào)查和以地質(zhì)背景為主體的控制因素分析,尤其是人類開墾農(nóng)田、采礦和水利、交通等基本建設(shè),已成為不可忽視的重要地質(zhì)營(yíng)力。因此,次生地質(zhì)(或人類生存地質(zhì)) 環(huán)境的評(píng)價(jià)應(yīng)包括原生地質(zhì)環(huán)境和次生人為改造的地質(zhì)環(huán)境。
2.1 巖( 礦) 石的元素背景值
張宣地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境主要受燕山西段和太行山
北段中生代陸內(nèi)造山作用的影響,特別是燕山西段宣化—赤城—崇禮深源巖漿-變質(zhì)巖區(qū)、太行山北段易縣—淶源深源巖漿-變質(zhì)巖區(qū)的影響。在地貌上,它們不僅是這些地區(qū)的隆起區(qū),是大小河流的發(fā)源地,更重要的是這些地區(qū)發(fā)育深源巖漿-變質(zhì)巖系帶來的大量深源元素,使張宣地區(qū)處于較特殊的生態(tài)環(huán)境中,加之人類對(duì)各種礦山的開采,更加大了這種外生地質(zhì)作用。大量巖(礦) 石微量元素資料統(tǒng)計(jì)分析,得出該區(qū)主要巖類中Pb 、Zn 、Cu 、As、Cd、Mo 、Au 、Ag、Sb 、Ba 、Co 、Ni 、Cr 、Mn 、Bi 、Ga 、Se 、Te 、In 、U20 種元素的背景值(表1) 。必須指出的是,這種元素背景值高低不僅與幔殼演化有關(guān),而且與人類活
動(dòng)亦密切相關(guān)。
(1) 主要巖漿巖的化學(xué)成分背景值。張宣地區(qū)主要巖漿巖類的化學(xué)成分的特點(diǎn)在于K2O、Na2O或K2O + Na2O 含量明顯高于中國(guó)和世界花崗巖類化學(xué)成分的平均值。在區(qū)域空間上,位于崇禮—宣化—赤城“金三角”金礦床集中區(qū)的水泉溝堿性雜巖, K2O、Na2O 含量最高,分別為6.32 %和5.72 % , K2O + Na2O 總量達(dá)12.04 %;而分布于金礦集中區(qū)外圍“銀鑲邊”銀鉛鋅礦床集中區(qū)的花崗巖和火山巖, K2O、Na2O 含量也相對(duì)較高,分別為5.16 %～6.32 %和3.74 %～ 3.23 % , K2O + Na2O 總量達(dá)8.90 %～9.55 %。與此同時(shí), 張宣地區(qū)巖漿巖,特別是火山巖類的Fe2O3 平均含量相對(duì)較高, 為1.53 %～2.12 % ,揭示了張宣地區(qū)以水泉溝堿性雜巖體為中心形成的統(tǒng)一的K2O、Na2O 及Fe2O3 的高背景區(qū),以及從中心向外圍的分異與演化特征。它從另一側(cè)面反映了張宣地區(qū)存在著以水泉溝堿性雜巖體為中心的統(tǒng)一的地球化學(xué)場(chǎng)和從中心向外的地球化學(xué)分異與演化過程。與之有關(guān)的其他深源元素同樣也被帶到了地表環(huán)境。
(2) 不同巖石類型微量元素的分布特征。張宣地區(qū)不同類型巖石中某些微量元素的含量平均值具有較大的差異,表現(xiàn)出明顯的元素分異特征: ①砂頁巖和碳酸鹽巖類, Ag 背景值最高(6.1) , Cd 背景值最低(0.3) ; ②深變質(zhì)巖類, As、Pb 、Bi 、Cd 背景值最高,濃度克拉克值分別為4.3 、3.5 、7.5 、
9.75 ; ③火山巖類Mo 、U 背景值最高,As 相對(duì)較高,濃度克拉克值分別為4.5 、5.2 及3.9 ; ④花崗巖類,Sb 相對(duì)較高, 濃度克拉克值為6.9 ; ⑤堿性雜巖類,Pb 、Zn 、As 背景值最低,濃度克拉克值分別為1.7 、0.6 、0.6 , 但是Cd、Sb 、Ba 、Au 背景值最高,濃度克拉克值分別為25.0 、9.3 、3.4 、1.6 。
在區(qū)域空間分布上,水泉溝堿性雜巖體位于該區(qū)中心地帶[10] , 構(gòu)成Cd、Sb 、Ba 、Au 高背景區(qū)和Pb 、Zn 、As 低背景區(qū);太古宇桑干群及古元古界紅旗營(yíng)子群深變質(zhì)巖類則環(huán)繞堿性雜巖體分布,形成Bi 及Cd 高背景區(qū);中新元古界—古生界砂頁巖、碳酸鹽巖類和中生代火山巖類又主要圍繞深變巖類分布在外圍區(qū)域, 表現(xiàn)為Ag、U 高背景區(qū)(As 相對(duì)較
高區(qū)) ;花崗巖類也主要是環(huán)繞水泉溝堿性雜巖體分布,呈現(xiàn)出Sb 相對(duì)較高的背景區(qū);從而構(gòu)成以水泉溝堿性雜巖體為中心的Cd、Sb 、Ba 、Au →(Cd、Sb)As、Pb 、Bi →(As、Sb) Ag、U 微量元素分異模式,進(jìn)一步證實(shí)了張宣地區(qū)具有以堿性雜巖體為中心的統(tǒng)一的微量元素分異與演化特征。
(3) 不同礦石微量元素的分異特征。張宣地區(qū)是我國(guó)重要的金、銀鉛鋅多金屬礦產(chǎn)資源基地之一,中部崇禮—宣化—赤城三縣交界地區(qū)因盛產(chǎn)金礦而素有“金三角”之稱,外圍地區(qū)因富產(chǎn)銀鉛鋅多金屬礦產(chǎn)而素有“銀鑲邊”之稱[11] 。“金三角”區(qū)金礦石, Au 、Te 、Se 、Co 4 種元素含量平均值相對(duì)較高,分別是地殼克拉克值的2 690 倍、2 500 倍、2 倍和1.1 倍。Te 和Se 的異常具有重要指示意義�！般y鑲邊”區(qū)銀鉛鋅多金屬礦石Ag、Cd、Sb 、As、Bi 、Pb 、In 、Zn 、Mo 、Mn 10 種元素含量平均值相對(duì)較高,分別是地殼克拉克值的5 218 、1 367 、740 、697 、588 、539 、101 、85 、30 、13.6 倍,Cd、Sb 、As、In 、Mo 、Mn 異常較為突出。在區(qū)域空間上,礦石微量元素分異規(guī)律是從中心向外,由Au ( Te-Se-Co ) 到Ag-Pb-Zn-Cd-In ( Sb-As-Bi) 至(Mo) Mn 。三者在空間上構(gòu)成典型的由中心向外、由高溫向低溫、由金礦到銀鉛鋅多金屬硫化物礦床的元素共生組合,很好地揭示了張宣地區(qū)統(tǒng)一的地球化學(xué)元素遷移、富集活動(dòng)中心,以及主要受溫度、壓力和元素地球化學(xué)活動(dòng)性質(zhì)所決定的元素空間分異演化規(guī)律。此外,燕山西段和太行山北段中低溫?zé)嵋航疸y多金屬礦床多發(fā)育螢石化, 而且該區(qū)還分布有多個(gè)螢石和云母小型礦床與礦化點(diǎn),其中云母中含氟量達(dá)10 340 ×10-6 ,而螢石(CaF2 ) 含氟甚至可達(dá)48.8 %。這些巖(礦) 石中的含氟礦物可通過水溶態(tài)、可交換態(tài)、有機(jī)束縛態(tài)和殘余固定態(tài)等形式進(jìn)入水土系統(tǒng)[12 ] (表2) 。
2.2 土壤中某些元素的環(huán)境背景值
經(jīng)過長(zhǎng)期的物理、化學(xué)和生物風(fēng)化作用,巖石(礦石) 中所含化學(xué)元素會(huì)通過不同途徑(介質(zhì)) 進(jìn)入土、水之中,并逐步形成基本反映區(qū)域地殼特征的地球化學(xué)原、次生環(huán)境背景值,并進(jìn)而影響植物、動(dòng)物和人類的生活質(zhì)量。
以研究區(qū)環(huán)境背景值很高的氟( F) 元素為例(圖3A) ,氟在土、水中的存在形式達(dá)22 種,任福弘等在華北地區(qū)中性或偏堿性(pH 值7～8) 淺層地下水中測(cè)試[3] ,氟的組分存在形式大約10 種,分別為F- , BF (OH)2- 、HFaq、CaF +、MgF+、MnF +、AlF2 + 、AlF 2+ 、AlF30、AlF4- , 其中, 以F- 、MgF+ 、CaF+ 3 種形式為主。一般情況下, F- 、MgF+ 、CaF+分別占總氟濃度的79 %～ 96 %、3.1 %～1912 %、0.3 %～3.0 %。就對(duì)植物、動(dòng)物、微生物及人類的有效性而言,水溶態(tài)氟有較高的參與作用,它以離子狀態(tài)或絡(luò)合物式存在于土壤和水體中(包括F- 、HF 2- 、H2 F 3- 、H3 F 4- 、AlF 63- 、FeF63-等) , 并通過飲水、水果、糧食、蔬菜等參與人體循環(huán),雖然氟是人體所必需的元素,但是,人類長(zhǎng)期飲、食高氟水( >1.0 mg/ L) 或食物, 包括其他傳輸途徑(圖4) 。便會(huì)引起慢性氟中毒病[14] 。飲食氟含量越高,發(fā)病率越高,兩者基本呈正相關(guān)。毒砂( FeAsS) 是重要的含硫砷礦物,亦含“五毒(汞、鎘、鉛、鉻、砷) ”元素之一[5 ,10 ,13 ,15 ,16 ] 。張宣地區(qū)金、銀鉛鋅多金屬硫化物礦床中常常伴有毒砂產(chǎn)出。在氧化帶的酸性和氧化環(huán)境下,毒砂的氧化速度比黃鐵礦大很多,可與閃鋅礦的氧化速度相類比。毒砂一旦被氧化,就會(huì)釋放出Fe 、As、S 等元素。在硫化物礦床氧化帶及礦坑、尾砂中,由于大量黃鐵礦的氧化所產(chǎn)生的酸性水將導(dǎo)致毒砂的不穩(wěn)定,促使毒砂中砷進(jìn)入水環(huán)境,引起As 異常(圖3B) ,從而危害人體健康。
 
砷在天水溶液中以比較穩(wěn)定的亞砷酸鹽(As3+ ) 和砷酸鹽(As5+
砷在天水溶液中以比較穩(wěn)定的亞砷酸鹽(As3+ ) 和砷酸鹽(As5+ )為主。其中,在氧化條件下以砷酸鹽為主,存在形式主要為H3AsO4 、H3AsO4- 、H2As O42 - ,均是As5 + ;在還原條件下以亞砷酸鹽為主,存在形式主要為H3AsO3 、H2 AsO3- 、HAsO32 - , 均是As3 + 。三價(jià)砷與硫有很強(qiáng)的親和力,常被金屬硫化物所吸附或與其共同沉淀。砷酸鹽可被氫氧化鐵、粘土礦物和其他的含鐵化合物吸附而沉淀。砷的毒性與其價(jià)態(tài)有關(guān),亞砷酸鹽(As3 + ) 的毒性是砷酸鹽(As5 + )的數(shù)十倍。砷能從空氣、飲用水、食品等多種途徑進(jìn)入人體,形成不同程度的急、慢性砷中毒癥,如皮膚病變和神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、心血管疾病等。世界衛(wèi)生組織規(guī)定的飲用水中砷的最高質(zhì)量濃度為50μg/ L 。長(zhǎng)期飲用砷過量,特別是砷嚴(yán)重超標(biāo)的水,將發(fā)生慢、急性砷中毒癥。
3 不同地質(zhì)環(huán)境的生態(tài)效應(yīng)
在地球化學(xué)環(huán)境中,各種元素的富集程度對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生正、負(fù)兩個(gè)方面的影響或控制作用,稱之為生態(tài)效應(yīng)。它主要是指巖(礦) 石在遭受表生風(fēng)化淋濾過程中及人類活動(dòng)影響下釋放出某些化學(xué)元素,參與巖(礦) 石2土壤2水2植物2人體的系統(tǒng)循環(huán)過程,導(dǎo)致某些農(nóng)作物“優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)”或“劣質(zhì)低產(chǎn)”,某些人群“健康長(zhǎng)壽”或不同地方病的發(fā)生。研究資料表明,Cu 、Zn 、V 、Cr 、Fe 、Mo 、Sr 、Mn 、A1 、Na 、Mg、K、B、P、Co 、Se 等元素即是人體所必需的,亦是對(duì)農(nóng)作物有益的; Ca 、Si 等元素是人體所必需的,但對(duì)農(nóng)作物的作用尚不清楚; F、Al 、Ni 等元素是人體所必需的,但對(duì)農(nóng)作物是有害的;As、Sb 、Hg、Cd、Be 、Pb ,Ba 、U 、Th 等元素則對(duì)人體和農(nóng)作物均是有害的。當(dāng)然,對(duì)人體和農(nóng)作物所必需的或有益的元素,由于其缺乏或過量對(duì)人體和農(nóng)作物及其他生物亦可產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)。
這種生態(tài)效應(yīng)甚至通過食物鏈在多方面、大范圍、長(zhǎng)時(shí)間起作用。過去南極曾被認(rèn)為是全球唯一未受污染的地區(qū),近期王自磐等①研究表明,南極也已受到污染。他們?cè)趩讨瓮鯈u4 種海鳥及海豹的傳統(tǒng)棲息地,從22 個(gè)采樣點(diǎn)采集了200 多個(gè)樣品,經(jīng)過在德國(guó)和我國(guó)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行嚴(yán)格的化學(xué)分析,檢測(cè)出明顯的有機(jī)污染物。他們認(rèn)為有機(jī)氯污染物質(zhì)由海洋植物細(xì)胞吸收,進(jìn)入海洋生物食物鏈,并從低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物轉(zhuǎn)移到高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物,最終在海鳥或海洋哺乳動(dòng)物等生物體內(nèi)富集。同時(shí),還可隨著動(dòng)物代謝作用排出體外,造成對(duì)環(huán)境的二次污染。
3.1 地球化學(xué)環(huán)境對(duì)農(nóng)作物的影響
根據(jù)環(huán)境背景值分析,結(jié)合農(nóng)業(yè)部門現(xiàn)行的土壤微量元素養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),張宣地區(qū)K2 O、Fe2O3 和Mn 、Zn 、Mo 等元素總體是豐富的,特別是K2O含量很高,形成了該區(qū)的特殊農(nóng)業(yè)地質(zhì)背景。
冀西北張家口地區(qū)以葡萄、馬鈴薯,蕃茄、啤酒花等農(nóng)作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)而聞名,特別是宣化“牛奶”葡萄已聞名中外。這些名優(yōu)土特產(chǎn)與該區(qū)獨(dú)特的地球化學(xué)環(huán)境(豐富的K、Fe 、Zn 及Mo 元素) 具有密切的內(nèi)在成因關(guān)系。例如,鉀是植物必需的營(yíng)養(yǎng)元素,它既是植物體許多酶的活化劑,亦能促進(jìn)呼吸作用、光合作用以及提高植物對(duì)病蟲、干旱和霜凍等不良環(huán)境的抵抗力。比如,鉀不僅使啤酒花產(chǎn)量提高,而且還可明顯改善其品質(zhì);鉀亦可使蕃茄產(chǎn)量提高,并可促進(jìn)維生素C 和還原糖含量的明顯增加;鉀還是馬鈴薯優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的重要營(yíng)養(yǎng)元素。而該區(qū)主要為山盆地貌、氣候干燥、風(fēng)大雨少的溫帶荒漠環(huán)境,土壤鉀素主要來源于成土母質(zhì)的含鉀礦物分解。鉀的含量很高,有效態(tài)鉀的供應(yīng)較為充足。因此,從農(nóng)業(yè)地球化學(xué)角度分析,冀西北張家口地區(qū)葡萄、馬鈴薯,蕃茄、啤酒花等農(nóng)作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的根本原因是該區(qū)環(huán)境地球化學(xué)物質(zhì)( K2O、Fe2O3 和Mn 、Zn 、Mo 等元素) 在起主導(dǎo)作用。
3.2 地球化學(xué)環(huán)境對(duì)人體健康的影響
根據(jù)環(huán)境背景值分析,結(jié)合不同元素對(duì)人體健康的影響[17] (表3) ,張宣地區(qū)人體所需的某些元素總體是豐富的。但是,對(duì)人體有害的As、Sb 、Cd、Pb 、Ba 、U 、Th 等多種元素亦明顯富集。這些元素主要來源于該區(qū)的巖(礦) 石,而且明顯地表現(xiàn)出以水泉溝堿性雜巖體為中心的地球化學(xué)物質(zhì)分異與演化,并控制了Pb 、K、As、Ba 、Cd 及Sb 等元素在不同地帶的具體分布。這些有害元素進(jìn)入土壤、地下水、河流、湖泊、溫泉及動(dòng)、植物體內(nèi),進(jìn)而給不同地區(qū)人體健康帶來不同的影響。特別是金礦集中區(qū)外圍眾多鉛鋅礦床的開采,礦山排出的廢水中Pb 、K、As、Ba 、Cd、Sb 元素將在土壤中進(jìn)一步積累,而后通過不同存在形式進(jìn)入農(nóng)作物或飲水源,從而導(dǎo)致該區(qū)生態(tài)環(huán)境的進(jìn)一步惡化。另外,地下水與溫泉中生命所需元素F 含量過高,而生命元素Se 含量相對(duì)較低。因此,原、次生地球化學(xué)環(huán)境對(duì)張宣地區(qū)人體健康的影響至關(guān)重要,是顯而易見的。
冀西北張宣地區(qū)已發(fā)現(xiàn)的地方病主要有地氟病、克山病、大骨節(jié)病、甲狀腺腫及其他有害元素中毒癥等[5 ,18 ,19 ] ,其中地氟病最為普遍并容易發(fā)現(xiàn)。誠(chéng)然,該區(qū)Cd、As、Pb 、K、Hg、Be 等有害元素對(duì)人體健康的影響也應(yīng)引起足夠的重視。
張宣—京西地區(qū)含氟高的巖(礦) 石是地下水淋溶富集氟的基礎(chǔ),是形成高氟地下水的原因之一。
4 幔殼運(yùn)動(dòng)與地質(zhì)生態(tài)
就總體地質(zhì)環(huán)境而言,地殼的組成成分是主導(dǎo)因素,人類通過水、風(fēng)等外動(dòng)力介質(zhì)以及糧食、蔬菜、水果及飲用水等餐飲途徑與地殼成分相聯(lián)系。對(duì)每一個(gè)地區(qū)來說,地質(zhì)環(huán)境則與該區(qū)的幔殼演化特征密切相關(guān)。地幔熱柱多級(jí)演化是殼幔運(yùn)動(dòng)的主導(dǎo)因素[20～25 ] 。
張家口地區(qū)經(jīng)歷了強(qiáng)烈的造山運(yùn)動(dòng),大范圍地改變了該區(qū)的地殼結(jié)構(gòu),地質(zhì)生態(tài)環(huán)境也發(fā)生了明顯改變。由于北京西部山區(qū)位于燕山西段、太行山
① 王自磐. 我國(guó)研究南極環(huán)境獲重要進(jìn)展從海鳥糞土取得有機(jī)污
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北段,加之北京市又地處張家口地區(qū)的下游,因此,張家口地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境改變,必然會(huì)通過多種外動(dòng)力地質(zhì)營(yíng)力作用及地表水、地下水的徑流和溶解作用嚴(yán)重影響著北京地區(qū)的生態(tài)環(huán)境,而且這種影響是緩慢的、長(zhǎng)期的[26] (圖2 、5) 。
4.1 張家口地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造演化
張家口地區(qū)為一巨大的穹狀幔枝構(gòu)造,它北起康保,南到涿鹿,西自尚義,東至赤城,其間發(fā)育了一系列環(huán)繞中心的弧形、半環(huán)形、環(huán)形韌性剪切帶、褶皺帶和斷裂帶,總體構(gòu)成以崇禮為中心的巨大穹隆狀幔枝構(gòu)造。在隆起的中部,沿幔枝構(gòu)造東西向展布的韌性剪切變形變質(zhì)帶(早期為韌性剪切帶,上隆期間被脆韌性剪切作用所疊加,成為幔源巖漿通道)侵位的海西晚期水泉溝堿性角閃二長(zhǎng)雜巖體,具較典型的幔源產(chǎn)物特征。出露面積近4 000 km2 。此外,在隆起構(gòu)造的外緣為太
古宙桑干群、古元古代紅旗營(yíng)子群中深變質(zhì)巖系,向外圍則為中新元古代碎屑巖、碳酸鹽和泥質(zhì)巖石,部分燕山期斷陷盆地中分布有侏羅—白堊紀(jì)火山2沉積巖系。它們分別賦存有金→金、銀→銀鉛鋅多金屬礦床(圖6) 。另外,在漢諾壩一帶還分布有大面積第三紀(jì)大陸拉斑玄武巖,其中含有大量來自地幔的二輝橄欖巖包體,表明隆起構(gòu)造具有強(qiáng)烈而漫長(zhǎng)的演化歷史。太行山北段
易縣—淶源地區(qū)是阜平幔枝構(gòu)造的北段,其地殼演化及巖(礦) 石、元素分布特征與張家口幔枝構(gòu)造相類似。
4.2 張宣幔枝構(gòu)造的形成機(jī)制
當(dāng)華北地幔亞熱柱向外拆離滑脫的地幔物質(zhì)受到烏龍溝—上黃旗韌性剪切帶和尚義—赤城—平泉韌性剪切帶的切割時(shí),地幔物質(zhì)便因減壓釋荷而發(fā)生深熔作用。深熔巖漿沿韌性剪切帶上侵,形成沿韌性剪切帶呈串珠狀展布的堿性雜巖體。特別是在兩組韌性剪切帶交匯部位,巖漿活動(dòng)強(qiáng)度更大。由于烏龍溝—上黃旗韌性剪切帶以中等角度向北西傾斜(圖6) ,因此,交匯點(diǎn)的深延隨深度向北西偏移。當(dāng)切割到地幔巖時(shí),交匯處已偏至崇禮一帶。而深熔巖漿向上侵位時(shí),巖漿的出露點(diǎn)也自然在崇禮一帶。至于水泉溝巖體長(zhǎng)軸展布呈近東西向,則是由于巖體向上侵位過程中,中、上地殼是剛性地塊,上部主要受韌脆性剪切帶控制,且越向上脆性越強(qiáng)。巖漿上侵自然受到近地表斷裂的控制,沿?cái)嗔褦U(kuò)展成長(zhǎng)軸近東西向的長(zhǎng)條狀巖體[27] 。
由于巖體的大規(guī)模侵位及巖體密度較低造成的負(fù)重力異常,導(dǎo)致巖體及其變質(zhì)圍巖一起隆升,直至形成張宣幔枝構(gòu)造,將深部巖漿巖系及中、深變質(zhì)巖系隆起至地表。同時(shí)亦把巖漿、變質(zhì)巖中所含部分深源元素(包括一些金、銀、鉛鋅銅多金屬礦床、礦點(diǎn)) 帶到地表,不僅改變了張宣地區(qū)地形地貌特征,還造就了現(xiàn)今地質(zhì)環(huán)境和獨(dú)特的生態(tài)效應(yīng)。
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