1、第 59 卷第 3 期2023 年 5 月地质与勘探GEOLOGY AND EXPLORATIONVol.59No.3May，2023论土壤硒驱动机制以河南省崤山地区为例付巧玲1，邱顺才2（1.河南省地矿局第五地质勘查院，河南郑州450001；2.河南省地矿局第四地质勘查院，河南郑州450001）摘要 目前天然富硒土壤评价工作多集中在与人类生活居住有密切关系的覆盖区,在硒源驱动研究方面主要有火山岩型、石煤型、燃煤型、湖潮型、大气降尘型、人工污染型等成因认识,土壤富硒的主因聚焦在硒的次生富集作用与人类活动作用影响上,即聚焦于硒表生循环-地球外动力作用研究,忽略了对地球内动力作用的影响研究。本文以
2、河南省寺河山一带富硒土壤调查评价为基础,广泛收集包括寺河山在内的崤山地区以往所有地质资料,从土壤硒驱动的内、外动力作用同时入手,从宏观尺度上对其驱动机制进行探讨。研究认为,崤山地区土壤Se受热液与断裂构造的双重控制,起源于核幔边界的地幔流体,在自身强大驱动力作用下,携带并沿途不断活化萃取Au、Se等成矿元素,当沿深大断裂上涌进入地壳后则会减压降温由超临界态逐渐相变为热液,开始热液作用形成一系列含Se热液矿产;当到达地表,Se等易被富碳等有机质或富硅等粘土质成分吸附捕获形成含硒土壤,继而进入水圈、大气圈、生物圈等开启表生循环,从而构成一个完整的硒循环过程。在覆盖区因隐伏深大断裂构造不易观察识别而
3、往往被忽略,今后工作中应引起注意。关键词硒源驱动地幔流体深大断裂崤山地区河南中图分类号P59文献标识码A文章编号0495-5331（2023）03-0580-11Fu Qiaoling,Qiu Shuncai.On the driving mechanism of soil Se-Taking the Xiaoshan area ofHenan Province as an exampleJ.Geology and Exploration,2023,59(3):0580-0590.0引言硒（Se）是人体健康不可或缺的一种微量元素，具有抗衰老、提高免疫力、防癌治癌、预防糖尿病、重金属的解毒剂等生
4、物学功能，硒摄入过量或不足亦会产生不同的生物效应，从而影响人体健康（张艳玲等，2002；宋明义等，2010；陈长兰等，2016）。自1973年世界卫生组织宣布硒是人体必需的一种微量元素以来，国内外许多学者对元素硒在植物-动物-人体之间的安全转化过程做了大量研究工作（常慧琴等，2022）。一般认为，食用天然富硒农产品是科学补硒的最为安全有效的途径（吴永尧等，1997；陈小利和吕俊芳，2001；宋晓珂等，2018），因此寻找天然富硒土壤日益得到重视。在土壤富硒影响因素研究方面，前人认为主要有火山岩型、油页岩型、石煤型、燃煤型、湖潮型、人工污染型等成因论，普遍认为土壤硒与富碳、富硅、富硫黑色岩系密切
5、正相关（郦逸根等，2005；贾十军，2013；张立等，2020），随海拔增高其含量增加（董旭等，2021），与pH值呈负相关（周殷竹等，2020；米振华等，2021）。目前这些研究工作集中于土壤硒与成土母质、土壤类型、土壤理化指标、土地利用现状及与人类活动、大气降尘、灌溉水、地下水等关系上（廖启林等，2020；周殷竹等，2020；牛雪等，2021），均属于硒元素在表生状态下的活动特征，鲜有涉及硒元素与地球内动力关系的研究，在大地球观上的研究工作还非常薄弱。从表面上看，土壤富硒往往与富碳、富硅岩石或高硒岩石在空间上密切相关，但从地球尺度上看，土壤仅是地壳表层很薄的一部分，而富硒土壤又是整个土壤中
6、很局部的点，含硒的成土母岩（地层）分布范围往往远大于富硒土壤的范围。如全国唯一的独立型鄂西渔塘坝硒矿床，doi:10.12134/j.dzykt.2023.03.009收稿日期2021-01-26；改回日期2022-12-24；责任编辑陈伟军。第一作者付巧玲（1978年-），女，2005年毕业于河南农业大学，硕士研究生，土壤专业，正高级工程师，主要从事农业地质调查研究工作。Email：。通讯作者邱顺才（1966年-），男，1990年毕业于长安大学（原西安地质学院），工程硕士，地质专业，正高级工程师，长期从事于地质找矿工作。Email：376673304QQ.com。付巧玲580付巧玲等：论土壤
7、硒驱动机制以河南省崤山地区为例第 3 期前人研究提出有层控说、热水成因说、火山成因说、火山-热水成因说等（虞人育等，1993；冯彩霞等，2002），其硒矿体亦主要赋存于早二叠世晚期的一套黑色富碳富硅、富铝质建造中，但也只是这套黑色岩系中的局部异常体。总体来看，不管是硒矿体还是富硒土壤，与其赋存母体相比，分布范围相当有限，都是其中的特例。黄钊等（2020）在研究云南哀牢山地区富硒土壤成因时注意到，岩石中硒的初始含量高低并非是大面积分布富硒土壤的主因，但对地质背景的研究仅停留在地层与相关岩石上，将土壤富硒的主因归结为硒的次生富集作用上。综上，以往的研究工作将土壤富硒的主因聚焦在硒的次生富集作用与人
8、类活动作用影响上，也注意到了其控制或影响的岩系与成为硒矿体或富硒土壤之间存在体量上的巨大差异，但均忽略了地球内动力作用的影响研究。本文以在河南省灵宝市寺河山一带富硒土壤调查评价工作基础上，广泛收集包括寺河山在内的崤山地区以往所有地质资料，从土壤硒驱动的内、外动力同时入手，在地球宏观尺度上对其驱动机制作出探讨，以期构建一个完整的硒循环过程。1自然地理与地质背景崤山地区位于河南省灵宝市的东部，黄土高原的东缘地带。地处暖温带大陆性半湿润季风型气候，气候温和，四季分明。年平均气温13.8，年平均降雨量为641.8 mm，多集中在69月份。区内地势中间高、南北低，山势走向近东西，地形切割明显，山顶多被黄
9、土覆盖而平坦，属中小起伏的中山台塬地貌。地层具二元结构，基底为太古宇太华岩群的片麻杂岩，盖层依次有中元古界熊耳群、官道口群、古生界及新生界松散层等。土壤类型主要为褐土和山地棕壤等。出露岩体以零星分布的燕山期中酸性小岩株为主。崤山地区为小秦岭的东延部分，其大地构造背景属于秦岭北缘后陆逆冲断褶带，其北属典型的华北地块，总体构造上与陆块内部较为一致，表现为复杂变质变形的基底与较弱变质变形盖层的双结构模式（图1）。图1河南省崤山地区地质（a）与Au（b）、Se（c）元素地球化学图Fig.1Geological（a）and Au（b），Se（c）element geochemical map of th
10、e Xiaoshan area，Henan Province1-秦岭造山带后陆逆冲断褶带；2-北秦岭厚皮叠瓦逆冲构造带；1-南秦岭北部晚古生代裂陷带；SF1-商丹缝合带；F1-秦岭北界逆冲断裂；F2-马超营逆冲断裂；1-新生界松散沉积物；2-古生界；3-中元古界官道口群；4-中元古界熊耳群；5-太古界太华岩群；6-燕山期中酸性岩株；7-地质界线；8-断裂；9-不整合界线；10-金矿床（点）位置；11-重点研究区1-backland thrust fold belt of Qinling orogenic belt；2-thick skinned imbricated thrust belt i
11、n North Qinling；1-Late Paleozoic rift zone in the northof South Qinling；SF1-Shangdan suture belt；F1-North Qinling thrust fault；F2-Machaoying thrust fault；1-Cenozoic loose sediments；2-Paleozoic；3-Guandaokou Group of Mesoproterozoic；4-Middle Proterozoic Xionger Group；5-Archean Taihua Group；6-Yanshania
12、n intermediate acid rocks；7-geologicalboundary；8-fracture；9-unconformity boundary；10-location of gold deposit（occurrence）；11-key research area581地质与勘探2023 年1 20万区域水系沉积物测量资料显示，Au元素在崤山地区形成沿寺河-申家窑-宫前一线的近东西向带状分布高背景区，高浓度区与崤山地区已知金矿点分布范围基本一致，并在申家窑金矿所在地形成极高值；Se元素形成比Au元素范围更大的高背景区，高浓度区比Au元素略向南偏移，平面上呈现南、北两个高浓度
13、富集中心而呈哑铃状，极高值分别为0.56910-6、0.50610-6，并大致涵盖了已知金矿点。2寺河山一带土壤硒地球化学分布特征为配合地方富硒功能农业的开发，选择具有优势农产品种植区的灵宝市寺河山一带开展1 1万富硒土壤调查评价工作。土壤硒含量呈现南北高、中间低的态势（邱顺才等，2019），与寺河山一带海拔高程表现出一定的相关性。在寺河两岸海拔一般在1000 m以下，表层土壤中Se含量一般在0.15510-6以下形成低硒带，向南北两端随着海拔逐渐增高而土壤中Se含量增高，到海拔在1200 m以上时表层土壤中Se含量在0.29510-6以上，从而形成南北高、中间低的格局（图2），与国内其它地区
14、的研究结果相一致（黄钊等，2020）。2.1不同地层单元元素分布特征不同地层单元元素分布特征寺河山一带主要地层岩石中Se含量均值介于（0.020.04）10-6间，平均含量为0.03210-6，地层岩石间Se含量差异很小；地层岩中Se含量变异系数均在5%以下，因此主要地层岩石中Se含量都非常均一（表1）。表层土壤Se可直接来自于基岩风化，但基岩中Se含量差异不明显，亦无明显分异，已圈出的Se含量异常曲线与地层岩石的空间展布也无明显分布关联，因此，地层岩石中Se的初始含量高低并非土壤富硒的主因（高钊等，2020）。表1不同地层单元Se元素地球化学参数统计Table 1Statistics of
15、Se element geochemical parameters in different stratigraphic units元素名称土壤Se岩石Se马家河组算术平均0.160.04(2)标准差0.0820.0004变异系数0.510.01鸡蛋坪组算术平均0.200.02(3)标准差0.0680.0002变异系数0.340.01许山组算术平均0.260.03(4)标准差0.1220.0006变异系数0.470.02片麻状花岗岩算术平均0.19-标准差0.025变异系数0.13-片麻状二长花岗岩算术平均0.170.04(4)标准差0.0560.002变异系数0.330.05注：测试单位为河
16、南省岩石矿物测试中心（2018）；算术平均值数据单位为mg/kg，变异系数无量纲；“（）”中数字表示样本数。寺河山一带主要地层表层土壤中Se元素含量均值在（0.160.26）10-6，与岩石样相比含量略高，但丰度高低相差仅0.110-6，地层土壤间丰度差异不明显。变异系数在马家河组（Pt2m）表层土壤中最高，为51%，达到了中等分异程度；片麻状花岗岩中变异系数最低，仅有 13%，分异程度很低，属均匀型；其它均在33%47%，分异程度较低，属较均匀型（刘华应等，2020）。总体来看，不同地层表层土壤中Se元素含量差异不明显，分异程度整体偏低，不利于土壤富硒。2.2不同土壤类型中元素分布特征不同土壤类型中元素分布特征本区土壤类型以褐土性土、潮褐土、石灰性褐土、淋溶褐土和棕壤性土为主，另有零星分布的粗骨土（图3）。对5种主要土壤类型统计分析表明（表2），Se元素含量在棕壤性土中最高，为 0.3410-6；在石灰性土中最低，仅为0.1810-6；其它介于二者之间。5 种主要土壤类型中 Se 元素变异系数在34%46%间，差别不大，分异性较差，不利于土壤富硒。棕壤性土分布于寺河山东南部的崤山主脉
