安徽省水系沉积物39种元素地球化学背景值

Background Values of 39 Chemical Elements in Stream Sediments of Anhui Province， China

摘要

自1982年开始，安徽省相关部门开展以水系沉积物测量为主的区域地球化学调查，共完成调查面积8.38 × 10⁴ km²，积累了海量的高质量基础地球化学数据。开发利用这些基础地球化学数据进行不同尺度、不同范围的对比研究是开展元素分散富集、成矿潜力和异常评价的一项重要内容。以安徽省1∶20万区域化探原始数据为依托，以X ± 3S为临界值，一次性剔除离群值后的数据集的中位数作为背景值的估计值，计算出了全省范围及7个大地构造单元、7个成矿带的水系沉积物中39种元素地球化学背景值。结果显示，与全国水系沉积物元素地球化学背景值相比，安徽省水系沉积物显著富集Ti、Zr，强烈富集Ag、Au、B、Hg、Sn、W。受大地构造、地质背景、岩浆活动及成矿作用等影响，不同构造单元、不同成矿带的元素地球化学特征存在显著差异。与全省水系沉积物元素地球化学背景值相比，徐淮地块富集Ni、CaO、MgO，北淮阳构造带、大别构造带均富集Ba、Sr、Na₂O，下扬子地块富集Au、B，江南地块、浙西地块均富集Cd、Hg、Mo、Sn、W、Zn。这些背景值为开展区域成矿规律研究提供了重要的对比参数。

Abstract

Since 1982， relevant departments in Anhui Province have carried out regional geochemical surveys primarily focused on stream sediment measurements. A total area of 83800 square kilometers has been surveyed， accumulating a vast amount of high-quality baseline geochemical data. The utilization and development of these baseline geochemical data for comparative studies at different scales and scopes constitute a crucial aspect of researching element dispersion and enrichment， evaluating metallogenic potential， and assessing anomalies.Based on the 1∶200000 regional geochemical raw data from Anhui Province， using X ± 3S as the threshold， the median of the dataset after a one-time removal of outliers was employed as the estimated background value. The geochemical background values of 39 elements in stream sediments were calculated for the entire province， seven tectonic units， and seven metallogenic belts.The results reveal that， compared to the national geochemical background values for stream sediment elements， the stream sediments in Anhui Province are significantly enriched in Ti and Zr， and strongly enriched in Ag， Au， B， Hg， Sn， and W. Influenced by tectonic setting， geological background， magmatic activity， and mineralization processes， the geochemical characteristics of the elements show significant variations across different tectonic units and metallogenic belts.Compared to the provincial geochemical background values for stream sediment elements： the Xuhuai Block is enriched in Ni， CaO， and MgO； both the North Huaiyang Structural Belt and the Dabie Structural Belt are enriched in Ba， Sr， and Na₂O； the Lower Yangtze Block is enriched in Au and B； and both the Jiangnan Block and the Western Zhejiang Block are enriched in Cd， Hg， Mo， Sn， W， and Zn.These background values provide important comparative parameters for conducting research on regional metallogenic patterns.

Graphical abstract

关键词

水系沉积物 / 区域地球化学调查 / 背景值 / 中位数

Key words

stream sediment / regional geochemical survey / background value / median

0 引言

地球表层各类沉积物中的化学元素含量水平可以作为地球化学勘查研究中水系沉积物、土壤元素分散富集特征的对比依据，是基础地质研究、矿产资源勘查及生态环境评价的重要基础资料^{［1 - 4］}。长期以来，地球化学科研工作者不断探索着地表各类沉积物的元素地球化学背景值和基准值，这些基础数据对研究沉积物中元素的地球化学行为和特征具有重要意义^{［5 - 7］}。

以水系沉积物测量为主的区域地球化学调查（即区域化探全国扫面计划）自1978年开始以来，截止2010年已完成760 × 10⁴ km²的扫面，取得了142万个高质量39种元素的含量数据，涉及1∶20万图幅1299个、1∶50万图幅18个，圈出了近6万个综合异常，对筛选出的万余异常进行初步检查，见矿异常2900余处，经过进一步详细异常检查和钻探、槽探验证，发现贵金属、有色金属矿产地700余处^{［8 - 9］}。作为区域化探全国扫面计划的组成部分，安徽省1∶20万区域化探扫面工作始于1982年，至1988年底完成野外采样工作，于1997年印发最后一份地球化学图说明书评审意见。累计完成调查面积约8.38 × 10⁴ km²，涉及27个图幅，基本实现了全省可扫面积的全覆盖，采集水系沉积物、土壤样品共计13.36万件，获取了20605件2 km × 2 km网格组合样的39种元素（或氧化物）的高质量地球化学数据。这些资料和数据不仅在安徽省矿产勘查中发挥了巨大作用，还为基础地质、生态环境、农业等方面研究提供了重要依据。

基于水系沉积物测量数据，不同学者计算了不同区域的元素地球化学背景值。伦知颍等依据全国区域化探扫面成果，以61863个1∶2.5万图幅的算术平均值作为原始数据，采用中位数和迭代剔除异常值（即元素含量大于X ＋ 3S和小于X - 3S的值，X为算术平均值，S为标准离差）后数据集的算术平均值作为背景值，计算提出了全国及6个不同景观区水系沉积物中39种元素的背景值^［10］。程志中等利用云南、四川等12个省（自治区）区域化探扫面采集的水系沉积物副样，按照每1∶5万图幅一个组合样的密度，获取了5244件样品分析数据，以迭代剔除X±2S离群值后的算术平均值，提出了中国南方地区水系沉积物中76种元素丰度^［11］。刘汉粮等以每1∶2.5万图幅一件样品的密度，采用X ± 3S为临界值一次性剔除离群值后的数据集的中位数作为背景值的估计值，提出了中蒙边界地区汇水域沉积物中69种元素背景值^［12］。杜佩轩等以迭代剔除大于X ＋ 3S和小于X - 2.5S的离群值后的数据集的算术平均值作为背景值，计算了新疆水系沉积物中39种元素地球化学背景值^［13］。李旭东等依据区域化探数据，采用迭代剔除法统计计算了黑龙江省嫩江—黑河地区及7个地质子区的水系沉积物中12种元素地球化学背景值^［14］。程乃福依据区域化探原始数据统计计算了安徽南部及其Ⅴ级成矿区内水系沉积物中22种成矿及伴生元素地球化学背景值^［15］。张万仁等基于1∶5万水系沉积物测量数据，计算提出了甘肃宕昌—崖湾一带12种元素地球化学背景值^［16］。上述背景值为全国及不同区域水系沉积物测量数据对比、地球化学异常特征研究等提供了依据，是开展不同范围、不同尺度地球化学找矿工作可供参考的重要资料。然而，区域化探扫面工作至今，安徽省全域水系沉积物地球化学背景值的系统研究仍未见公开报道。

本文以安徽省区域化探原始数据为基础，按照不同统计单元计算了全省范围、不同构造单元、不同成矿带水系沉积物的39种元素地球化学背景值，以期为区内开展不同范围和尺度的地球化学特征及异常研究等提供可供对比的基础数据，为在地质找矿新形势下安徽省进一步开发利用以往化探工作成果提供参考。

1 数据来源

数据来源于安徽省区域地球化学调查成果，数据分布覆盖安徽省陆域面积约8.38 × 10⁴ km²，涉及宣城幅等27个1∶20万图幅、徐淮地块等7个省内二级构造单元、北淮阳成矿带等7个成矿带，数据具有广泛的代表性。

自1982年开始的安徽省1∶20万区域化探以水系沉积物测量为主，基本采样密度为1个点/km²，已发现水系异常持续性短的地区，适当加密至平均1 ~ 2个点/km²，主要采集淤泥、粉砂、细砂等物质；水系不发育或基本采集不到水系沉积物样品的，用土壤样品代替^［17］。全部样品经预处理后按每2 km × 2 km范围进行等量组合成一件样品，采用以X射线荧光光谱仪（XRF）为主体的多元素多方法配套分析方案分析测试32种微量元素和7种氧化物，并执行统一严格的分析质量控制体系，确保了样品分析质量和数据可靠性^［18］。

2 统计方法

2.1 统计单元划分

本次元素地球化学背景值的计算分3个统计单元进行（图1），包括①全省范围；②7个构造单元：徐淮地块、六安地块、北淮阳构造带、大别构造带、下扬子地块、江南地块、浙西地块；③7个成矿带：华北陆块南缘成矿带、鲁西成矿带、北淮阳成矿带、桐柏—大别—苏鲁成矿带、长江中下游成矿带、江南隆起东段成矿带、钦杭东段北部成矿带。

2.2 背景值确定

在地球化学参数统计中，背景值的计算有很多种方法，例如迭代法、箱图剔除法、含量-面积分形法（C-A法）等，化探工作者通常采用迭代剔除“X ± nS”离群值后的算术平均值作为背景值，其具有经典统计概率学依据^［19］。

为确定本文系列背景值的计算方法，对安徽省区域化探全部原始数据分别采用一次性剔除和迭代剔除X ± 2S、X ± 2.5S、X ± 3S离群值后的数据进行计算试验，通过正态分布检验表明，各种方法剔除后的数据基本都不服从正态分布。而常规的经典统计学中以算术平均值作为背景值的前提是数据服从正态分布，因此，上述剔除后的算术平均值不适宜作为元素的地球化学背景值。安徽省南北跨度较大，区域地质背景、地形地貌及气候差异显著，某一地区的元素自然含量在另一地区可能就是异常值，同时考虑到区域化探工作中采样、分析测试等各种原因造成的偶然误差和系统误差的客观存在，通过剔除离群值并不能从根本上排除对算术平均值的影响，且不具有更强的地球化学意义和实际使用价值^［20］。而中位数属于稳健统计学参数，可以消除一些与均值相差较远的离群数据对统计结果的影响，适宜作为背景值的估计值^［21］。

对比一次性剔除离群值后的算术平均值、几何平均值和中位数（表1）可以发现，大多数元素在剔除离群值前后的中位数变化最小，近乎无变化，而算术平均值变化较为显著，几何平均值次之，显示中位数十分稳定，受离群值影响微弱；而中位数中以按X ± 3S剔除离群值后的中位数变化最小，该结论与史长义等相关研究^［6］一致。因此，本文采用以X ± 3S为临界值一次性剔除离群值后的中位数作为背景值。

3 安徽省水系沉积物元素地球化学背景值

安徽省水系沉积物统计参数见表2。研究元素的区域分散和富集规律是化探工作的一项重要内容，区域浓集系数（RCC）是同种介质中同种元素在不同范围内平均含量的比值，其主要受地质背景和成矿环境制约，可用以估计各地质单元中元素的相对富集与贫化，探讨元素的区域集中和成矿趋势^［22］。安徽省水系沉积物元素地球化学背景值与全国背景值^［6］相比，As、Cu、Li、Mn、Ni、Th、Y、Zn、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃的RCC为1.00 ~ 1.10显示略有富集，Ba、Co、Cr、La、Nb、Pb、V的RCC为1.10 ~ 1.20呈富集，Ti、Zr的RCC为1.20 ～ 1.30呈显著富集，Ag、Au、B、Hg、Sn、W的RCC > 1.30呈强烈富集，其他元素的RCC均小于1显示贫化。其中Co、Cr、Cu、Mn、Ni、V和Au、B、Sn、Ti、Y、Zr等元素的富集特征分别与安徽省江淮流域深层土壤和表层土壤中相应元素的富集特征^［23］一致。

4 不同构造单元水系沉积物元素地球化学背景值

计算各构造单元的水系沉积物元素地球化学背景值，并与全省背景值对比计算RCC值（表3）。总体上以浙西地块多数元素背景值相对高于全省背景值，其次是下扬子地块和江南地块，以六安地块、北淮阳构造带、大别构造带多数元素的背景值相对低于全省背景值，可见皖南地区背景值总体较高、皖西地区背景值总体较低。

徐淮地块Ag、B、Cu、F、Li、Mn、Sn、Al₂O₃、Na₂O的RCC为1.0 ~ 1.1显示略有富集，As、Au、Cr、Sr的RCC为1.1 ~ 1.2呈富集，Ni的RCC为1.2 ~ 1.3呈显著富集，CaO、MgO的RCC > 1.3呈强烈富集。六安地块As、Cr、U、SiO₂的RCC为1.0 ～ 1.1显示略有富集，B、Na₂O的RCC为1.1 ～ 1.2呈富集（图2）。

北淮阳构造带Mn、P、Pb、Al₂O₃、Fe₂O₃的RCC为1.0 ～ 1.1显示略有富集，Zr的RCC为1.1 ～ 1.2呈富集，K₂O的RCC为1.2 ～ 1.3呈显著富集，Ba、Sr、Na₂O的RCC > 1.3呈强烈富集。大别构造带Mn、Zn、Fe₂O₃的RCC为1.0 ～ 1.1显示略有富集，Zr、Al₂O₃、K₂O的RCC为1.1 ～ 1.2呈富集，MgO的RCC为1.2 ～ 1.3呈显著富集，Ba、P、Sr、Na₂O、CaO的RCC > 1.3呈强烈富集（图3）。

下扬子地块As、Cr、Cu、F、La、Li、Ni、Th、Ti、U、V、W、Zr、SiO₂的RCC为1.0 ～ 1.1显示略有富集，Hg、Mo、Sb的RCC为1.1 ～ 1.2呈富集，Au、B的RCC为1.2 ～ 1.3呈显著富集。江南地块Be、Mn、U、K₂O的RCC为1.0 ～ 1.1显示略有富集，Ag、As、Cu、Li、P、Pb、Sb的RCC为1.1 ～ 1.2呈富集，Au、Sn、W、Zn的RCC为1.2 ～ 1.3呈显著富集，Cd、Hg、Mo的RCC > 1.3呈强烈富集。浙西地块Ag、F、Mn、Al₂O₃、Fe₂O₃的RCC为1.0 ～ 1.1显示略有富集，Cu、P、U、Y的RCC为1.1 ～ 1.2呈富集，Be、Hg、Li、K₂O的RCC为1.2 ～ 1.3呈显著富集，As、Bi、Cd、Mo、Pb、Sb、Sn、W、Zn的RCC > 1.3呈强烈富集（图4）。

不同构造单元间对比来看，亲石元素Ba、Sr、Zr、Na₂O在北淮阳构造带和大别构造带含量明显高于其他构造单元；Li、W在江南地块和浙西地块高于其他单元，在北淮阳构造带和大别构造带明显低于其他单元；CaO、MgO在徐淮地块和大别构造带高于其他单元；B在六安地块和下扬子地块、Be在浙西地块、P在大别构造带、K₂O在浙西地块明显高于其他单元。亲铁元素Co、Fe₂O₃在各单元中差异不大；Mo在江南地块、浙西地块明显高于其他单元；Ni在徐淮地块显著高于其他单元。亲铜元素Ag、As、Bi、Cd、Cu、Hg、Pb、Sb、Sn、Zn在江南地块、浙西地块普遍高于其他单元；Au在下扬子地块、江南地块、徐淮地块高于其他单元，在北淮阳构造带、大别构造带明显低于其他单元。

总之，不同的构造单元具有不同的大地构造背景、岩石地层及构造岩浆活动^［24-26］，导致水系沉积物具有显著差异的区域元素分散和富集特征。某些构造单元显著富集特征元素，如江南地块富集Au、W、Pb、Zn等元素，为区内大中型多金属矿床的形成提供了充足的物质来源^［27-28］。

5 不同成矿带水系沉积物元素地球化学背景值

统计计算各成矿带的水系沉积物元素地球化学背景值，并与全省背景值对比计算RCC值（表4）。江南隆起东段成矿带、钦杭东段北部成矿带的多数元素背景值相对高于全省背景值，华北陆块南缘成矿带、北淮阳成矿带多数元素的背景值相对低于全省背景值，显然不同的成矿区带表现出不同的元素富集和贫化特征。

华北陆块南缘成矿带Cr、U、SiO₂的RCC为1.0 ～ 1.1显示略有富集，B、Na₂O的RCC为1.1 ～ 1.2呈富集。鲁西成矿带Ag、B、Cu、F、Li、Mn、Sb、Sn、Al₂O₃、Na₂O的RCC为1.0 ～ 1.1显示略有富集，As、Au、Cr、Sr的RCC为1.1 ～ 1.2呈富集，Ni的RCC为1.2 ～ 1.3呈显著富集，CaO、MgO的RCC > 1.3呈强烈富集（图5）。

北淮阳成矿带Mn、Pb、Al₂O₃、Fe₂O₃的RCC为1.0 ～ 1.1显示略有富集，Zr、K₂O的RCC为1.1 ～ 1.2呈富集，Ba、Sr、Na₂O的RCC > 1.3呈强烈富集。桐柏—大别—苏鲁成矿带F、La、Mn、V的RCC为1.0 ～ 1.1显示略有富集，Zn、Zr、Al₂O₃、Fe₂O₃、K₂O的RCC为1.1 ～ 1.2呈富集，Ba、P、Sr、Na₂O、CaO、MgO的RCC > 1.3呈强烈富集（图6）。

长江中下游成矿带As、Cr、La、Li、Ni、Th、Ti、U、V、W、Zr、SiO₂的RCC为1.0 ～ 1.1显示略有富集，Hg、Mo、Sb的RCC为1.1 ～ 1.2呈富集，Au、B的RCC为1.2 ～ 1.3呈显著富集。江南隆起东段成矿带Ba、F、V、Al₂O₃、Fe₂O₃、K₂O的RCC为1.0 ～ 1.1显示略有富集，Ag、Au、Be、Mn、Pb、U的RCC为1.1 ～ 1.2呈富集，As、Cu、Li、P的RCC为1.2 ～ 1.3呈显著富集，Bi、Cd、Hg、Mo、Sb、W、Zn的RCC > 1.3呈强烈富集。钦杭东段北部成矿带Mn、U、Y、Al₂O₃、Fe₂O₃、MgO的RCC为1.0 ～ 1.1显示略有富集，Ag、Be、F、P、K₂O的RCC为1.1 ～ 1.2呈富集，Au、Cu、Li、Pb的RCC为1.2 ～ 1.3呈显著富集，As、Bi、Cd、Hg、Mo、Sb、Sn、W、Zn的RCC > 1.3呈强烈富集（图7）。

不同成矿带之间对比来看，亲石元素B在华北陆块南缘成矿带和长江中下游成矿带较其他成矿带高，在北淮阳成矿带和桐柏—大别—苏鲁成矿带显著低于其他成矿带；Ba、Sr、Zr、Na₂O在北淮阳成矿带和桐柏—大别—苏鲁成矿带显著高于其他成矿带；Be、Li、W在江南隆起东段成矿带和钦杭东段北部成矿带，Cr在鲁西成矿带，F在钦杭东段北部成矿带，Al₂O₃在桐柏—大别—苏鲁成矿带，CaO、MgO在鲁西成矿带和桐柏—大别—苏鲁成矿带显著高于其他成矿带；La、Nb、Th、Ti、V、SiO₂在不同成矿带差异不大。亲铁元素Co在各成矿带差异不大，Mo在长江中下游成矿带、江南隆起东段成矿带和钦杭东段北部成矿带较其他成矿带高，Ni在鲁西成矿带、Fe₂O₃在桐柏—大别—苏鲁成矿带显著高于其他成矿带。亲铜元素Ag、As、Bi、Cd、Cu、Hg、Pb、Sb、Sn、Zn在江南隆起东段成矿带和钦杭东段北部成矿带普遍高于其他成矿带，Au在鲁西成矿带、长江中下游成矿带、江南隆起东段成矿带和钦杭东段北部成矿带较其他成矿带高，Au、Bi、Hg、Sb在北淮阳成矿带和桐柏—大别—苏鲁成矿带显著低于其他成矿带。

总之，受不同的成矿作用和构造岩浆活动影响，不同成矿带水系沉积物呈现出不同的元素区域分散富集特征。

6 结论

本文基于安徽省1∶20万区域化探全部原始数据，以X±3S为临界值一次性剔除离群值后数据集的中位数作为背景值的估计值，计算并提出了全省、徐淮地块等7个构造单元、华北陆块南缘成矿带等7个成矿带水系沉积物中39种元素地球化学背景值，具有数据量丰富、数据质量可靠、适用性强等特点，可为安徽省及邻区开展不同范围、不同尺度水系沉积物和土壤元素含量富集贫化特征及农业、环境等领域研究提供可供对比的基础数据。

与全国水系沉积物元素地球化学背景值相比，安徽省水系沉积物显著富集Ti、Zr，强烈富集Ag、Au、B、Hg、Sn、W。受区域大地构造、地质背景、岩浆活动及成矿作用等影响，不同构造单元、不同成矿带的水系沉积物元素分散富集特征存在显著差异。与全省水系沉积物元素地球化学背景值相比，徐淮地块显著富集Ni，强烈富集CaO、MgO，北淮阳构造带显著富集K₂O，强烈富集Ba、Sr、Na₂O；大别构造带显著富集MgO，强烈富集Ba、P、Sr、Na₂O、CaO；下扬子地块显著富集Au、B；江南地块显著富集Au、Sn、W、Zn，强烈富集Cd、Hg、Mo；浙西地块显著富集Be、Hg、Li、K₂O，强烈富集As、Bi、Cd、Mo、Pb、Sb、Sn、W、Zn；六安地块无显著或强烈富集元素。

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基金资助

安徽省公益性地质工作项目(2024-g-1-9)