沈效群 赵举孝
（航空物探遥感中心，北京 100083）
中国环境地球化学图的编制是“八五”国家科技攻关项目《区域地球化学在农业和生命科学上的应用研究》中的专题之一。区域地球化学环境与农业发展和人类健康有着十分密切的关系。通过对地球化学环境的研究，可探索地球化学元素在岩石圈、水圈、大气圈中含量的丰度。环境变化也可通过地球化学背景变化反映出来，因此加强环境地球化学研究，对改善农业环境，提高农产品的产量和品质都将起到重要的作用。此外，某些地球化学元素的丰缺，对人类的健康、生长发育、新陈代谢、遗传等都有着重要影响。编制环境地球化学图，研究地球化学分布特征，正是探索、了解环境变化最直接和最有效的手段。
到目前为止，国内已公开出版的地球化学图，仅有国家环保局主持的，完全以土壤数据为依据编制的《中华人民共和国土壤环境背景值图集》。以水系沉积物数据编制全国性地球化学图是新课题，而用水系沉积物和土壤两种数据混合编制1:1200万的小比例尺图在国内尚属首次。
通过对全国范围内收集原地质矿产部区域化探扫面的地球化学数据进行整理及各种分析处理，在图形工作站上由MAPCAD绘制全国区域地球化学彩色色块图和彩色等值线图。已编绘地球化学图的元素与人体健康和农作物生长关系十分密切，有：K、Na、Ca、Mg、Cu、Zn、Mn、Mo、Fe、Cn、Ni、Co、V、Sn、Li、Ti、Al、As、Cd、Hg、Pb、F、P、B等24种元素。
一、成图数据的收集
成图数据主要来自地矿系统，作图时以1:20万国际标准分幅为单元，每一单元约有1600～2000个分析数据，取其平均值作为该单元的成图数据。
在原地矿部没有开展工作的地区，如黑龙江、内蒙东部等森林、沼泽地区，甘肃兰州以西、青海柴达木盆地及其周边的干旱、半干旱荒漠区，青海、西藏、新疆、川西、甘肃祁连山等高寒山区，藏西、黄土高原等，用国家环保局的土壤环境背景值和中国科学院土壤所的数据填补，这些地区约占全国总面积的50%左右。环保部门的数据在每个单元上的采样点和分析数据一般仅1～5个，土壤所的数据为1～20个不等。
二、用水系沉积物和土壤数据混合编图的可行性研究
在国内外，用水系沉积物或土壤数据编制的全国性或区域性的地球化学图已有不少。但单用水系沉积物数据编全国图，空白区太多；而单用土壤数据编图，因取样密度太稀，成图精度不理想。为了探讨采用两种数据混合编图的可行性，通过随机取数进行大量的统计分析与对比验证。分析表明：
1.无论大到全国，还是小到一个几万平方公里范围，24种元素在水系沉积物和土壤这两种介质中的平均含量曲线的趋势基本一致，见图1、图2。
图1 全国范围内24种元素在水系沉积物和土壤中的含量对比
◆—表示元素在水系沉积物中的含量；口—表示元素在土壤中的含量
图2 北京地区14种元素在水系沉积物和土壤中的含量对比图例同图1
2.在自然景观不同、岩性变化千差万别、采样深度、测试方法不尽相同的条件下，不同元素之间的含量变化曲线仍趋于一致。
3.在同一单元内，同一元素在两种介质中的含量值多数很相近，部分相同，极少数相差较大，即大于
图3 F元素含量散布
图4 土壤与水系沉积物中Fe元素含量比值曲线
4.土壤的测点越多，统计的元素含量平均值与水系沉积物越接近，相关性越好，土壤数据的可信度也越高。
5.不论是水系沉积物还是土壤采样，在原则上尽可能避开人为污染，以保证样品具有自然状态下的化学组分，从而保证采样的质量和二者的可对比性。
综上所述，在剔除极少数的土壤元素含量值后，将土壤数据与水系沉积物数据混合编图是可行的。从已编绘的地球化学图上也可以看出，在两种不同介质之间不存在明显的“台阶”或有规律的色块偏移。
三、数据整理和处理
全国地球化学图的编图研究，是在收集全国40多个单位原有资料的基础上进行的二次开发研究。所以必须对收集来的各式各样的数据按统一的数据格式进行整理。
1.统一元素的质量分数单位。其原则是尊重惯用的单位，即将Hg定为10-9，常量元素定为10-2，其余元素定为10-6。
2.以化合物方式出现的平均含量，均换算为单元素含量值。钠、钾、钙、镁、铁、铝这六种元素的土壤数据均以单元素含量出现；而原地矿部系统的数据，都以Na2O,K2O,CaO,MgO,Fe2O3,Al2O3的平均含量出现；有部分单元中的部分元素，如Mn,P,Ti等也以氧化物形式出现。根据作图需要，将以化合物方式出现的含量值换算为单元素的平均含量值，换算系数见表1。
3.将对数方式标定的平均值换算为真数值。
4.合并跨省单元的数据。全国跨省而又有数据的单元有80个左右，其中多数为跨两个省，极少数跨三个省。这些单元可能同时存在2～3个不同值的数据，必须将这些数据合并成一个，即按单元内各自所占面积的大小加权平均，加权后的平均值作为该单元的成图数据值。
表1 化合物转换为单元素的换算系数
5.同一单元的同一元素含量值，如果由于数据来源不同而各异，则首先考虑选用样品数多的平均值。在没有样品数的情况下，参考周围的值来选取。
6.收集的数据中，个别数据偏离常规值的范围，在图上显示为一些突变点，则舍去不用。
7.新疆塔里木盆地和西藏高寒湖沼荒漠区，未开展任何工作，作图时按空白区对待。
数据处理的主要步骤如图5。
其中坐标转换采用双纬度等积圆锥投影方式，选定中央经线为105。，标准双纬线为25°00′、47°00′，最南端纬线为18°20′。
网格化采用Kriging法进行。
色阶的分级对最后的成图有很大的影响。采用累计频率曲线分级法，即按确定的色阶数，根据平均值加减标准离差的理论值作为分级标准。这种分级方法的优点是：不同元素色区面积大致相近，并能够直观显示数据的平均值与标准离差的关系，便于对异常进行分析研究。
关于色阶分级数的确定：由于地球化学图是为农业和生命科学的应用研究服务，元素的低含量区段同样应该得到重视，因而将色阶分为11级而不是通常的7级，这样有利于在实际工作中从图上找到对应的含量值或近似值。具体的做法是从正态分布表中查出11个色阶的理论频率，分别为0.62、6.06、9.19、14.98、19.15、19.15、14.48、9.19、4.41、1.66、0.62，根据计算的某元素的平均值
为了验证1:20万一个图幅一个数据所编图的可信度，选择华南地区（9个省）部分元素的地球化学图进行比较，这些图使用原始地球化学数据（4km2网格数据）进行编绘。对比分析表明：用上述方法编绘的地球化学图能够宏观地反映环境地球化学场的特征，达到了预期的效果。
图5 数据处理流程
四、应用研究
地球化学环境与人类健康的关系已经成为全球共同关注的话题，70年代以来，国内相继出版了“地方病与环境图集”、“恶性肿瘤地图集”等，在这些书中引用了大量事例来说明某些疾病与地球化学环境的密切关系，同时也提出现在急需与之相适应的地球化学图集。表2列出了某些元素的丰缺可能引发的疾病。
表2 某些元素丰缺可能引发的疾病
据1974～1976年有关疾病的调查资料表明，某地区为肝脏和肾脏病、中枢神经性疾病高发区，而从图中可以看出，该地区是汞和铅含量高的地区，其中土壤中汞元素的含量比全国平均含量高出数百倍。从地质上分析，此地有一大断裂，为变质岩、玄武岩出露地区，也是铜、铅、锌、汞等元素的成矿带。
专家认为甲基汞能使末梢神经的神经细胞发生强烈变性和感觉障碍，同时由于肝脏和肾脏对汞有解毒功能，当人体内汞元素含量超出人体自身调节适应范围时，会对肝脏和肾脏造成损伤。
另外，从硒元素图上看，由云南经四川、陕西、河北到黑龙江为缺硒地带，而这一带也正是我国克山病、大骨节病的高发区。经有关专家病理试验证实，克山病与缺硒有关。大骨节病是否与缺硒有关值得进一步研究。
土壤中某些元素的丰缺也会对农作物产生影响。例如，锌是植物生长不可缺少的元素，缺锌使植物叶片失绿，光合作用减弱，植株矮小，产量降低。施锌肥可使棉花增产7%，水稻增产28%。但是锌元素过量，则会伤害植物根系，甚至使叶子卷曲、茎轴枯死。由此可见，进行农牧业的开发，应充分考虑到地球化学环境的影响。
五、结束语
编制全国性地球化学图是个新课题，通过不断探索、总结，最终编制出具有实用价值的全国环境地球化学图，达到了预期的目的，获得了各方面的好评。
在工作中，收集了全国跨地区、跨部门的数万地球化学数据，把这些宝贵的信息资源汇集起来加以利用，不仅为促进农牧业发展和增进人体健康的综合研究提供丰富的地球化学信息和直观的图像，也可供其它领域参考应用。同时，积累总结了编制全国性小比例尺地球化学图的经验，为开展类似工作奠定了基础。
21世纪，环境与健康将成为最受重视的问题之一，为了更好地服务于社会，为研究人员提供更详尽、更丰富的信息资料，今后应加强大比例尺的、针对性强的专业地球化学图集的编制工作，如全国或地区范围的农业森林、土壤与成壤岩石地球化学图集和区域地球化学图集等，力争在经济建设、环境保护、人类健康等方面发挥更大的作用。
参考文献
1.地质部.区域化探全国扫面工作方法若干规定.北京：地质出版社，1985
2.中国环境监测总站.中华人民共和国土壤环境背景值图集.北京：中国环境科学出版社，1994
3.林年丰编著.医学环境地球化学.长春：吉林科学技术出版社，1991
4.廖自基编著.微量元素的环境化学及生物效应.北京：中国环境科学出版社，1990
THE COMPILATION TECHNIQUE OF THE ENVIRONMENTAL GEOCHEMICAL MAP OF CHINA AND ITS EFFECT
Shen Xiaoqun Zhao Juxiao
（Aerogeophysical Survey and Remote—Sensing Center,Beijing 100083）
Abstract
This paper describes the compilation process of the Environmental Geochemical Map of China. It is for the first time that a reasonable compilation scheme is put forward,in which the analyses of stream sediments serve as the principal data,and the data of soil are used to fill in the blank areas.The feasibility test shows this technique to be fairly satisfactory.