裴艷東，王國(guó)明

（中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津300170）

天津海域底質(zhì)重金屬污染及其潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

裴艷東，王國(guó)明

（中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津300170）

根據(jù)2015年采集的天津海域48個(gè)底質(zhì)樣品的粒度分析、重金屬分析結(jié)果，綜合研究了天津海域表層沉積物類型分布特征和重金屬元素的分布特征，使用Hakanson多元潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法對(duì)天津海域的底質(zhì)環(huán)境進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：1）位于永定新河河口的B46站位的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度達(dá)到中度，其他各站位均為低度。Cd元素的污染程度最大，Zn元素的污染程度最小。幾種重金屬的危害系數(shù)順序?yàn)椋篊d＞Hg＞As＞Pb＞Cu＞Cr＞Zn。2）南部海區(qū)的重金屬元素含量水平普遍高于北部海區(qū)。重金屬元素富集區(qū)分別位于獨(dú)流減河北部至臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)的圍海造陸地區(qū)和永定新河口至東疆港外側(cè)的地區(qū)，這兩個(gè)地區(qū)水動(dòng)力較緩，沉積物粒度較細(xì)。對(duì)各采樣點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比得出，重金屬污染程度順序?yàn)椋汉涌冢緝?nèi)灣＞外灣。

天津?yàn)I海新區(qū)；海岸帶；重金屬；生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

重金屬是對(duì)生態(tài)環(huán)境造成極大危害的污染物，具有來(lái)源廣、殘毒時(shí)間長(zhǎng)、易蓄積、污染后不易被發(fā)現(xiàn)并且難于恢復(fù)等特征，對(duì)水生生物和人體健康有較大的負(fù)面影響，一般不能被生物降解，往往參與食物鏈循環(huán)并最終在生物體內(nèi)積累，破壞生物體正常生理代謝活動(dòng)，危害人體健康[1-4]。

天津海域位于渤海灣西岸，其陸域?yàn)榻?jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的京津唐地區(qū)，該區(qū)域內(nèi)電子工業(yè)、石油化工、金屬冶煉、汽車工業(yè)、生物技術(shù)與現(xiàn)代醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)、制堿工業(yè)、食品、紡織、建材等產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)，是該區(qū)域的支柱產(chǎn)業(yè)。天津海域的重金屬污染主要來(lái)源于上述這些產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生的廢水，同時(shí)，近海養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展也加劇了水質(zhì)污染。

自1980年代以來(lái)，渤海灣地區(qū)的重金屬元素特征受到了眾多學(xué)者的關(guān)注[1-3，5-7]。吳景陽(yáng)等[1]對(duì)渤海灣沉積物中的重金屬元素開展了研究，探討了沉積物中重金屬元素的分布模式和背景值，劃分了渤海灣的重金屬元素背景區(qū)。李淑媛等[2，3]結(jié)合210Pb測(cè)年、重金屬元素分析，對(duì)渤海灣及毗鄰河口地區(qū)狀柱樣品的重金屬元素特征進(jìn)行了研究，確定了幾個(gè)高速沉積區(qū)，提出了各重金屬元素的環(huán)境背景值（<0.063 mm粒級(jí)），并分時(shí)段重現(xiàn)了重金屬元素污染歷史。劉俐等[5]對(duì)渤海灣表層沉積物的重金屬元素在不同的粒級(jí)和不同有機(jī)-礦質(zhì)復(fù)合體中的分布進(jìn)行了探討。劉憲斌等[6]對(duì)天津塘沽潮間帶沉積物中的重金屬元素進(jìn)行了調(diào)查研究，并采用Hakanson的潛在生態(tài)危害指數(shù)法對(duì)重金屬元素的危害性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。王麗平等[7]對(duì)渤海灣近岸海域沉積物中的4種常見重金屬的分布進(jìn)行了研究，并采用多種方法對(duì)重金屬元素的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析。本文此次以天津海域的沉積物為研究對(duì)象，綜合研究了天津海域表層沉積物類型分布和重金屬元素的分布特征，對(duì)污染的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，探討了天津海域的現(xiàn)代沉積環(huán)境和重金屬元素的環(huán)境地球化學(xué)特征。

1 取樣與分析

研究區(qū)位于天津近海海域，主要范圍為北起天津市漢沽近海，南至天津市大港近海，面積約3 000 km2。2015年8月，在研究區(qū)采集表層沉積物48個(gè)（圖1）。樣品用蚌式采樣器采集，再用塑料勺取中央的0～2 cm表層樣，盛入聚乙烯塑料袋內(nèi)，取樣點(diǎn)使用GPS系統(tǒng)定位。

樣品的測(cè)試和分析由中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)驗(yàn)測(cè)試室完成。粒度分析使用英國(guó)馬爾文公司生產(chǎn)的Mastersizer 2000型激光粒度分析儀，獲得1/4 Ф間隔的粒度分布數(shù)據(jù)，儀器測(cè)量范圍為0.02～2 000 μm。

圖1 采樣站位分布圖Fig.1 Distribution of the sampling points圖中編號(hào)為采樣站位點(diǎn)

沉積物分類與命名參考海洋調(diào)查規(guī)范[5]，采用Shepard的分類系統(tǒng)，粒級(jí)標(biāo)準(zhǔn)采用尤登-溫德華（Udden Wentworth）等比制Ф值標(biāo)準(zhǔn)，沉積物粒度參數(shù)平均粒徑（Mz）、標(biāo)準(zhǔn)偏差/分選系數(shù)（σi）、偏態(tài)（Ski）、峰態(tài)（Kg）的計(jì)算采用Folk&Ward方法。

分析沉積物中的重金屬元素為Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg和As七種元素，Cu、Pb、Zn、Cd和Cr分析采用HF-H2SO4-HClO4三酸消解，等離子體質(zhì)譜法測(cè)定，測(cè)定儀器為美國(guó)熱電公司X SeriesII型等離子體質(zhì)譜儀；As和Hg分析采用原子熒光法測(cè)定，測(cè)定儀器為AFS-820雙道原子熒光光度計(jì)測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 天津海域沉積物類型及分布

沉積物粒度是描述沉積環(huán)境的重要參數(shù)之一，特定的沉積環(huán)境必具有特定的沉積物粒度參數(shù)及其組合特征。粒度參數(shù)可用來(lái)判析沉積物搬運(yùn)方式和水動(dòng)力條件，從而提取沉積環(huán)境和物質(zhì)來(lái)源信息[9，10]。

根據(jù)Shepard的沉積物粒度三角圖解法的分類原則，天津海域表層沉積物主要為3種類型[11，12]：粘土質(zhì)粉砂（YT）、粉砂（T）和砂質(zhì)粉砂（ST）（圖2）。

各類沉積物粒度參數(shù)特征如下：

（1）粘土質(zhì)粉砂（YT）

粘土質(zhì)粉砂是渤海灣西部主要沉積類型，廣泛分布于中部及南部淺海區(qū)，平均粒徑6.36～7.44 Ф，分選系數(shù)0.64～0.78，偏態(tài)-0.34～-0.16，全部為負(fù)偏態(tài)，峰態(tài)0.82～1.11，沉積物中粘土含量13.42%～29.84%、粉砂為63.94%～77.41%、砂為1.00%～14.12%。粒度頻率曲線顯示，具負(fù)偏的粘土質(zhì)粉砂，整體上以7 Ф峰的細(xì)粒沉積物為主，但是粗粒一側(cè)出現(xiàn)低尾或低的次峰。

（2）粉砂（T）

圖2 天津海域沉積物類型及分布Fig.2 Types and distribution of the sediments in Tianjin sea area

粉砂分布于東北部水深0～5 m區(qū)，與砂質(zhì)粉砂區(qū)并列。該類沉積物平均粒徑6.53～6.93 Ф，分選系數(shù)0.7～0.73，偏態(tài)-0.28～-0.26，峰態(tài)0.92～0.96，粘土含量為10.62%～15.8%，粉砂為75.03%～78.21%，砂為6.55%～11.17%，其粒度頻率曲線一般具3～4 Ф的單峰以及明顯細(xì)尾特征。

（3）砂質(zhì)粉砂（ST）

砂質(zhì)粉砂位于北部水深0～10 m海底表層，平均粒徑5.68～6.58 Ф，分選系數(shù)0.54～0.68，偏態(tài)-0.29～0.02，峰態(tài)0.66～0.9，沉積物中粘土含量為7.7%～15.86%、粉砂為55.95%～74.17%、砂為13.22%～36.35%，粒度頻率曲線為雙峰型，主峰在4～5 Ф，次峰在7 Ф左右。

2.2 沉積物中重金屬元素的分布特征

天津海域表層沉積物中的各重金屬元素含量見表1和圖3。

在各個(gè)站位，各重金屬元素有以下分布特征：

Cu：各站位含量變化范圍較大，最小值為17.0 mg/kg，出現(xiàn)在漢沽海域天津海洋特別保護(hù)區(qū)的B3站位；最大值為38.3 mg/kg，出現(xiàn)在永定新河河口的B46站位。

Pb：各站位含量變化范圍不大，最小值為18.1 mg/kg，出現(xiàn)在漢沽海域天津海洋特別保護(hù)區(qū)的B3站位；最大值為32.4 mg/kg，出現(xiàn)在南港工業(yè)區(qū)外海的B27站位。

Zn：各站位含量變化范圍較大，最小值為62.5 mg/kg，出現(xiàn)在漢沽海域天津海洋特別保護(hù)區(qū)的B3站位；最大值為115.0 mg/kg，出現(xiàn)在永定新河河口的B46站位。

Cd：其分布情況和Cu接近，各站位含量變化范圍較大，最小值為0.087 mg/kg，出現(xiàn)在漢沽海域天津海洋特別保護(hù)區(qū)的B2站位；最大值為0.33 mg/kg，出現(xiàn)在永定新河河口的B46站位。其他站位含量變化不大，含量范圍介于0.1～0.22 mg/kg之間。

Cr：其分布情況和Cu和Cd接近，各站位含量變化范圍不大，最小值為42.9 mg/kg，出現(xiàn)在漢沽海域天津海洋特別保護(hù)區(qū)的B3站位；最大值為82.6 mg/kg，出現(xiàn)在永定新河河口的B11站位。

Hg：最小值為0.019 mg/kg，出現(xiàn)在漢沽海域天津海洋特別保護(hù)區(qū)的B2站位；最大值為0.084 mg/kg，出現(xiàn)在永定新河河口的B46站位。其他各站位含量變化不大，介于0.021～0.042 mg/kg之間。

As：各站位含量變化范圍不大，最小值為7.7 mg/kg，出現(xiàn)在漢沽海域天津海洋特別保護(hù)區(qū)的B3站位；最大值為13.9 mg/kg，出現(xiàn)在北疆港池外部的B45站位。

表1 天津海域表層沉積物重金屬元素含量（mg/kg）Tab.1 The contents of heavy metals in surficial sediments in Tianjin seas(mg/kg)

圖3 天津海域沉積物重金屬元素含量等值線圖Fig.3 The content contour map of heavy metal elements in the sediments of Tianjin sea area

2.3 底質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

納入水體的重金屬大部分在物理沉淀、化學(xué)吸附等多重作用下可以迅速由水相轉(zhuǎn)入固相，因此沉積物成為水體重金屬的累積庫(kù)[3,4]，也是水環(huán)境重金屬污染的指示劑，能夠反映水系重金屬的污染狀況。所以對(duì)沉積物進(jìn)行分析是追蹤近岸海洋環(huán)境人為污染的一個(gè)重要手段。

本文采用瑞典科學(xué)家Hakanson提出的多元潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法[13，1,4]進(jìn)行重金屬生態(tài)危害評(píng)價(jià)。該方法是Hakanson根據(jù)重金屬元素的性質(zhì)及環(huán)境行為特點(diǎn)，從沉積學(xué)角度提出來(lái)的對(duì)沉積物或土壤中重金屬元素污染進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法。該方法將重金屬元素的含量、生態(tài)效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)與毒理學(xué)聯(lián)系在一起，采用具有可比的、等價(jià)屬性指數(shù)分級(jí)法進(jìn)行評(píng)價(jià)，己被我國(guó)學(xué)者在研究河流沉積物重金屬元素污染方面所采用。

式中：Ci表層為表層沉積物中重金屬元素濃度實(shí)測(cè)值代表沉積物中重金屬元素的背景參考值，為某一種金屬的毒性響應(yīng)系數(shù)，此值用來(lái)反映重金屬元素在水相、沉積物固相和生物相之間的相應(yīng)關(guān)系，Hakanson制定的標(biāo)準(zhǔn)化重金屬元素毒性響應(yīng)系數(shù)分別為：Zn（1）

表2 重金屬元素潛在生態(tài)危害指標(biāo)與分級(jí)關(guān)系Tab.2 Indices and grades of potential ecological risk of heavy metal

采用李淑媛等[15]、陳靜生等[16]研究的渤海沉積物重金屬元素背景值上限作為基準(zhǔn)，Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg、As分別為 25.86、16.63、75、0.136、60、0.05、13 mg/kg。按照上述沉積物重金屬元素潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算公式及確定生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)的各項(xiàng)指標(biāo)，計(jì)算出天津海域各站位沉積物中重金屬元素的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（表3）。

表3 天津海域沉積物中重金屬潛在生態(tài)危害系數(shù)和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.3 The potential ecological risk factor and potential ecological risk index evaluation of heavy metal elements in the sediments of Tianjin sea area

評(píng)價(jià)結(jié)果表明，Cu、Pb、Zn、Cr和As五種元素的單因子生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度在所有的站位均為低值；Cd元素的單因子生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度在B5、B9、B16、B18、B22、B23、B27、B28、B41、B46、B48等站位達(dá)到中等級(jí)別，其他各站位為低值；而Hg元素的單因子生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度僅在B46達(dá)到中等級(jí)別，其他各站位為低值。整體來(lái)看，位于永定新河河口的B46站位的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度達(dá)到中度，其他各站位均為低度。Cd元素的污染程度最大，Zn元素的污染程度最小。幾種重金屬的危害系數(shù)順序?yàn)椋篊d＞Hg＞As＞Pb＞Cu＞Cr＞Zn。

2.4 沉積環(huán)境與重金屬元素分布關(guān)系探討

整體來(lái)看，天津海域南部海區(qū)的重金屬元素含量普遍高于北部海區(qū)，這與表層沉積物粘土質(zhì)粉砂的分布特征相一致。說(shuō)明重金屬元素的分布受到粒度分布的控制，細(xì)顆粒沉積物中重金屬元素含量較高，而粗顆粒沉積物中重金屬元素含量較低。

天津海域有兩個(gè)重金屬元素富集區(qū)，一個(gè)位于獨(dú)流減河北部至臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)的圍海造陸地區(qū)，另一個(gè)位于永定新河口至東疆港外側(cè)的地區(qū)。這兩個(gè)地區(qū)，均是城市生活污水和工業(yè)污水的排污口，重金屬元素含量相對(duì)較高，同時(shí)，由于近年來(lái)天津港航道的擴(kuò)建、東疆港池和南港工業(yè)區(qū)的修建，改變了局部水動(dòng)力條件，造成這兩個(gè)地區(qū)水動(dòng)力變緩，使沉積物粒度變細(xì)，重金屬元素更易富集。

3 結(jié)論

（1）生態(tài)危害評(píng)價(jià)結(jié)果顯示：位于永定新河河口的B46站位的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度達(dá)到中度，其他各站位均為低度。Cd元素的污染程度最大，Zn元素的污染程度最小。幾種重金屬的危害系數(shù)順序?yàn)椋篊d＞Hg＞As＞Pb＞Cu＞Cr＞Zn。

（2）整體來(lái)看，南部海區(qū)的重金屬元素含量水平普遍高于北部海區(qū)。重金屬元素富集區(qū)分別位于獨(dú)流減河北部至臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)的圍海造陸地區(qū)和永定新河口至東疆港外側(cè)的地區(qū)，這兩個(gè)地區(qū)水動(dòng)力較緩，沉積物粒度較細(xì)。對(duì)各采樣點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比得出，重金屬污染程度順序?yàn)椋汉涌冢緝?nèi)灣＞外灣。致謝:本論文的實(shí)驗(yàn)工作由中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)驗(yàn)測(cè)試室的張楠、吳磊、劉義博、吳良英等人完成。在此，向他們表示感謝。

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Heavy metal pollution and its potential ecological risk assessment of the seabed sediment in Tianjin sea area

PEI Yan-dong,WANG Guo-ming
（Tianjin Center,China geological survey,Tianjin 300170,China）

Based on the the grain size and heavy metal analysis of 48 seabed sediment samples collected from Tianjin sea,comprehensively study the distribution characteristics of heavy metals in surface sediment,and by the means of Hakanson multiple potential ecological risk index to evaluate the seabed sediment environment。The results show that:1）the potential ecological risk of the sampling points B46 at the estuary of Yongding New River is middle degree,and the other points are low.Cd is the most polluted and Zn is the least polluted.The coefficient of the several heavy metals is:Cd>Hg>As>Pb>Cu>Cr>Zn;2）the content of heavy metals in the southern sea area is generally higher than that in the northern sea area.The heavy metal elements enrichment areas were located in the area from the north of Duliujian River to the reclamation of harbour industry area,and the area of the estuary of Yongding New River to the outside of Dongjiang Port.The water power of the two areas is relatively slow,the sediment size is fine.By comparing the sampling points,the degree of heavy metals pollution is as follows:estuary>inner bay>outer bay.

Tianjin Binhai NewArea;the coastal zone;heavy metal;ecological risk

Characteristics of molybdenite from the Dongebi Mo deposit,Eastern Tianshan,Xinjiang

ZHANG Yong1,XIN Hou-tian1,YE Long-xiang2,WEI Ou-xiang2,ZHANG Da-yu2，3
(1.Tianjin geological survey,Tianjin 300170,China;2.School of Resources and Environmental Engineering,Hefei University of Technology,Hefei 230009,China;3.Xinjiang Research Center for Mineral Resources,Xinjiang,Institute of Ecology and Geography,ChineseAcademy of Sciences,Urumchi 830011,China)

X55；X826

A

1672－4135（2017）03－0203-07

2017-07-20

國(guó)家地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目“天津?yàn)I海新區(qū)圍海造陸區(qū)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查評(píng)價(jià)（12120114033601）”

裴艷東（1978-），男，碩士，高級(jí)工程師，環(huán)境工程專業(yè)，從事水工環(huán)地質(zhì)和第四紀(jì)地質(zhì)研究，Email:tjpyd1978@163.com。

Abstract:The Donggebi Mo deposit is located in the western part of the Eastern Tianshan-Beishan metallogenic belt,which is the largest Middle Triassic Mo deposit in the belt.The Donggebi Mo deposit occurs in the late Carboniferous Gandun formation,and genetically related with the mineralized granite porphyry beneath it.This study focused on the geology,petrography and the Molybdenite style of the Donggebi Mo deposits.The result shows the molybdenum ore can be subdivided into（1）Mo-Py-Qtz vein and（2）Mo-Cp-Py-Qtz fine vein types.After the SEM and XRD analysis of Molybdenite from these two-type ores,it can be found that all the Molybdenite samples are 2H-type Molybdenite.The wide concentrations of Re in Molybdenite samples was controlled by the factor of the ore-forming fluids,and little affected by the crystals.The Donggebi Mo deposit is the product of the Triassic Magmatic hydrothermal events in the post collisional setting.After comparing petrogenetic characteristics of the mineralized granite porphyry in Donggebi Mo deposit with that in Baishan Mo deposit,it is found that the two mineralized granite porphyry intrusions beneath Donggebi and Baishan Mo deposits are derived from crust and mantle sources respectively,which were irrespective Magma-thermal products.

Key words:Molybdenite;Scanning Electron Microscope;X-ray diffraction;Donggebi Mo deposit;Eastern Tianshan