高值带成因

三、长江宜昌段水系沉积物镉（Cd）高值带成因

研究区位于湖北省宜昌市，上起巴东，下至宜昌，包括兴山、秭归等县市。地质构造的总体轮廓是中东部为黄陵背斜，西部为秭归盆地。夏锦霞等（2009）应用贡献因子和富集因子等方法对长江宜昌段水系沉积物Cd的来源进行了研究（表5－3）。

由表5－3可知，各时代地层水系沉积物中Cd的平均含量差异较大。侏罗系水系沉积物的Cd丰度最小，为0.15×10^－6，前震旦系次之，为0.18×10^－6，泥盆系和二叠系水系沉积物中Cd的丰度相比其他地层要高，分别为0.65×10－6、0.66×10^－6，震旦系中水系沉积物的Cd平均质量分数最高，为0.79×10^－6。震旦系、二叠系和泥盆系这3个地层水系沉积物中Cd的平均质量分数均高于区域水系沉积物Cd平均质量分数（0.21×10^－6），可能对长江宜昌段冲积带Cd高值带的形成起了重要作用。震旦系、泥盆系和二叠系异常样品数占全体样品的比例分别为52.5%、69.0%和86.5%。依据镉的平均含量与中位数之间的关系和异常样品占全体样品的比例及高值点的空间分布特征，可判断二叠系整体富镉，震旦系镉分布存在明显的不均一性，黄陵背斜的西北翼矿化地段是高值点密集区，而其他区域则少见镉高值点分布，说明其与矿化作用关系密切。

图5－4　扬子核部神农架黄陵地区中元古代古生代地层Nd同位素模式年龄（a）和ε_Nd（t）值（b）

随时间演化趋势图，图中同时显示了扬子克拉通东南缘（Li et al.，1996）和江南造山带（沈渭洲等，2003）同时代地层演化关系

图例：1.本书；2.Li et al.（1996）；3.沈渭洲等（2003）（白晓等，出版中）

表5－3　研究区各地层水系沉积物Cd含量及贡献因子

注：据夏锦霞等2009年资料；Cd质量分数单位为10^－6，贡献因子单位为10^－6/km²。

由表5－3可判断各地层对长江宜昌段水系沉积物Cd高值带的贡献率存在极大差异，震旦系贡献因子最大，为466.5×10^－6/km²说明震旦系地层对长江中游Cd高值带的贡献率最大，二叠系和泥盆系地层的贡献率次之，分别为239.8×10^－6/km²和83.5×10^－6/km²。而前震旦系、寒武系、奥陶系、三叠系、侏罗系和白垩系地层的贡献因子均为负值，说明它们对长江宜昌段Cd高值带的形成有一定的削弱作用。

为清晰辨别富Cd地层的空间分布规律，笔者应用MapGis空间分析功能研究Cd高值点分布（wB＞0.3×10^－6）与地层的对应关系。可以清晰地看出Cd高值点主要分布在二叠系和震旦系（矿化地段，震旦系镉的平均值高，但中位数不高）上，志留系和泥盆系等其他地层仅有少量分布或无分布。

选择兴山县滩淤河锌矿和清江流域的某一地层剖面（煤矿）来论证锌矿体和煤层赋存层系是主要的富Cd岩系（表5－4）。

由表5－4可知，滩淤河锌矿体中Cd的含量尤为丰富，其数值明显高于区域水系沉积物Cd的平均含量，同时比区域背景含量高出3个数量级；灯影组和陡山沱组中Cd平均含量也高出区域背景含量的10～20倍。滩淤河锌矿的尾砂中Cd的平均质量分数为256.4×10－6，大大高于国家一级土壤安全标准（0.3×10^－6），也高于研究区域水系沉积物的平均质量分数（0.21×10－6）。滩淤河锌矿尾砂中Ag、As、Cu、Hg、Zn等有毒重金属元素也出现了极大值，严重超出了国家一级土壤安全标准。加之区域内部分选矿厂建在河边，选矿过程中产生的矿渣、尾砂和酸性水，被直接排放到水体中，使水系沉积物中的Cd、Ag、As、Cu、Hg、Zn等重金属元素含量明显增加。二叠系煤矿中Cd的含量丰富，比区域水系沉积物中Cd的平均含量、区域水系沉积物背景含量均高出3个数量级；二叠系中Cd的平均含量也高出区域地层背景含量的2.5倍。和滩淤河锌矿一样，在含煤层及其围岩中出现了Ag、As、Cu、Mo、Hg、Pb、Zn等重金属元素的综合异常，同样会污染下游水体、土壤和农作物。此外，宜昌地区磷矿的主要成分以磷灰石为主，其中富含大量Ca，而Cd与Ca的化学性质相似，易发生类质同象交换，使得磷灰石中大量富集Cd元素。人类开采和利用磷矿资源，使磷矿出露地表面积加大，加快了原生磷矿的风化速度，地表风化磷矿较深部原生磷矿Cd含量高1倍。因此，地表风化的磷矿是宜昌段Cd高值带的另一个重要来源。同样煤矿的开采也会造成水系沉积物中Cd等重金属元素含量的增加。

表5－4　滩淤河锌矿和清江煤矿及重要地层基岩中主要金属元素含量　（w_B/10^－6）

注：据夏锦霞等，2009。

结果表明：研究区内地层对宜昌段水系沉积物Cd的贡献由大到小依次为震旦系＞二叠系＞泥盆系＞志留系；前震旦系、寒武系、奥陶系、三叠系、侏罗系和白垩系地层则对长江宜昌段Cd高值带的形成有一定的削弱作用。利用贡献因子、富集因子和MapGis空间分析综合研究表明，震旦系和二叠系含矿富Cd地层的风化产物是长江宜昌段Cd高值带的主要自然来源。区内锌矿、煤矿和磷矿开采过程中的尾砂、废水的堆积和排放是长江宜昌段Cd高值带的重要人为污染源。

致谢 中国地质大学地球科学学院高永娟博士和马倩、张亚男同学为本指导书的编制承担了部分图件绘制和基础地质资料的整理工作，特此致谢。