1. Используя полученные исходные данные по содержанию рудного элемента в пределах участка площадной геохимической съемки рыхлых отложений, подготовить выборку для определения параметров геохимического фона. Для решения этой задачи исключить из рассмотрения пробы или фрагменты площади съемки с явно аномальными содержаниями элемента. Оценить визуально по общей таблице исходных данных или по схеме-разноске данных по точкам опробования однородность нормального геохимического поля. Если нормальное поле представляется достаточно однородным, составить таблицу статистического распределения и построить вариационную кривую (либо гистограмму) распределения частот встречи различных содержаний элемента и график накопленной частоты. Графики строятся в двух вариантах 1) с использованием по горизонтальной оси равномерной шкалы для содержаний элемента и 2) с использованием логарифмической шкалы либо равномерной шкалы для логарифмов содержаний. По указанным графикам оценить, каким законом распределения - нормальным или логарифмически- нормальным – лучше аппроксимировать распределение выборочных данных. Выбрать более подходящую аппроксимацию и использовать ее в дальнейшей работе.
Исходные данные могут быть представлены в виде результатов приближенно-количественного эмиссионного спектрального анализа (ПКЭСА) с дискретной записью чисел в примерно логарифмическом масштабе с заданным количеством цифр на порядок (например 1; 1,5; 2; 3; 4; 5; 6; 8 – шесть цифр в пределах одного десятичного порядка, а все другие числа могут только в 10;
100; 0,1; 0,01 и т.п. раз отличаться от указанных. В таких случаях при составлении таблицы статистического распределения не следует проводить дополнительную разбивку диапазона измеренных содержаний на интервалы – лучше воспользоваться имеющимися дискретными цифрами как серединами интервалов. Верхние границы интервалов определяются как среднее геометрическое значение между серединами данного и следующего (с более высоким значением) интервала. Если при этом выявится допустимость аппроксимации статистического распределения содержаний логарифмически-нормальным законом, то дополнительно оценивать соответствие нормальному закону ненужно ив дальнейшем надо пользоваться аппроксимацией лог- нормальным законом.
На компьютере первый этап работы может быть выполнен с использованием программ Excel и Statistica. При выполнении работы вручную график накопленной частоты желательно строить на вероятностном бланке.
2. Если нормальное геохимическое поле даже на взгляд явно неоднородно либо в исходных данных содержится информация о заведомой неоднородности опробованных отложений (например, где-то опробовались пески, а где-то торф, причем пробы торфа дополнительно озолялись перед анализом, то следует разделить территорию участка на относительно однородные фрагменты, а совокупность данных по содержанию элемента – на соответствующие частные выборки. Необходимость разделения неоднородной выборки на части может также выясниться на этапе анализа таблицы, гистограммы (вариационной кривой) или графика накопленных частот распределения.
Для каждой частной выборки выполнить операции п, дальнейшую работу продолжать с учетом принятого разделения совокупности данных на части.
3. Определить величины, необходимые для оценки параметров геохимического фона C
ME
, либо
C
, ф либо ф (в зависимости от принятого закона статистического распределения содержа- ний). По этим значениям выбрать параметры геохимического фона данного элемента среднефоновое содержание фи стандартное отклонение ф либо стандартный множитель ф (пару значений в случае однородного фона либо несколько пар значений в случае неоднородного При работе на компьютере необходимые величины могут быть вычислены программами Excel или Statistica. При выполнении работы вручную медиана, 25% и 75% квартили распределения снимаются с графика накопленной частоты.
46
4. Рассчитать таблицы минимально аномальных содержаний элемента C
min.an.
(m) и C’
min.an.
(m) либо, если это более целесообразно, пересчитать исходные содержания в нормированные и далее пользоваться значениями u
min.an.
(m) и u’
min.an.
(m).
Пересчет исходных содержаний в нормированные легко осуществляется с помощью программ Excel или Statistica.
5. Пометить подозреваемые на аномальность точки на карте- разноске исходных данных или на схеме геохимического опробования. При необходимости записать возле точек соответствующие значения C(x,y) или u(x,y). Проверить эти точки на аномальность ив итоге оконтурить на схеме положительные и отрицательные геохимические аномалии. (Заметим, что часть помеченных подозрительных на аномальность точек, содержания в которых не удовлетворяют рассчитанным критериям выделения аномалий, таки останется не оконтуренной. Чтобы отрисовать внутреннюю структуру икон- трастность выделенных на карте (схеме) аномалий, следует использовать два или несколько контуров первый (внешний) для самых слабых аномалий, второй (первый вложенный) – для аномалий с контрастностью
≥ 3, третий с контрастностью ≥ 5 и т.д.
На этом этапе работы используются все имеющиеся результаты геохимической съемки, в том числе и те данные, которые были исключены из рассмотрения на этапе оценки параметров геохимического фона. Таким образом, картируются все аномалии и явные, и слабые. Указанные операции можно выполнять вручную на схеме- разноске либо на компьютере с использованием программы Surfer. Лабораторную работу можно выполнять вручную с использованием карманного калькулятора или на компьютере с использованием программ Excel, Statistica, Surfer или других программ, позволяющих работать с электронными таблицами, статистическими функциями и строить геохимические карты. Результаты представляются в виде рукописных материалов и от руки нарисованных карт схем) геохимических аномалий либо в виде компьютерных распечаток с соответствующими комментариями.
Лабораторная работа Численные показатели и графическая характеристика загрязнения почв тяжелыми металлами и другими химическими элементами Цель работы научиться оценивать степень загрязнения почв тяжелыми металлами и другими химическими элементами с помощью принятых в экологической геохимии количественных показателей и наглядных графиков, а также делать обоснованные заключения о характере и экологической опасности выявленного загрязнения. Исходные данные результаты определения содержаний ряда химических элементов в пределах локальной площадки геохимического опробования почв (средние содержания по результатам анализа проб справочные эколого-геохимические материалы. Решаемые задачи определить круг геохимических элементов – загрязнителей почв, уровни их накопления (коэффициенты концентрации) по сравнению с незагрязненными почвами сравнить содержания элементов в изученных почвах с предельно допустимыми концентрациями (ПДК) либо ориентировочно допустимыми концентрациями (ОДК); вычислить коэффициенты концентрации по отношению к ПДК/ОДК ПДК рассчитать суммарные показатели загрязнения почв (Z
C
) экологически опасными химическими элементами различных классов опасности выписать формулу ассоциации элементов, накапливающихся в данной техногенной почвенной аномалии графически изобразить характер загрязнения почвы в виде геохимического спектра на основе перечисленных выше количественных показателей и графика сделать заключение о характере, уровне и экологической опасности загрязнения почв данного локального участка.
Общие сведения. Эколого-геохимическое изучение почв является весьма важными показательным, поскольку именно почвы отражают осредненный за достаточно длительное время, накопленный (кумулятивный) эффект загрязнения окружающей среды. Эко- геохимическое опробование почв, как правило, выполняется путем литогеохимических съемок с отбором проб из верхнего слоя почвы, наиболее подверженного техногенному загрязнению, на глубину до 5 см. При этом в пробу обычно попадает материал обогащенных органическим веществом горизонтов A 0 (грубогумусового слоя) и собственно гумусового. Однако на участках, где осуществляется земледелие, почвы опробуются на глубину пахотного слоя пах (до 20-30 см. Чтобы сгладить микронеоднородности распределения элементов в почвах и, таким образом, повысить надежность данных, на каждой точке целесообразно отбирать сборную пробу, состоящую из нескольких (обычно 3 – 5) частных проб, взятых неподалеку друг от друга. После того, как пробы подготовлены к анализу и затем проанализированы, по содержаниям элементов в m пробах, отобранных в пределах какого-либо локального участка или площадки съемки, целесообразно вычислить среднее содержание и именно его использовать для дальнейших расчетов количественных показателей загрязнения почвы. Нормальный естественный уровень содержания элемента в почвах характеризуется среднефоновым содержанием ф, которое отвечает типичному среднему уровню содержаний элемента в почвах соответствующего типа в изучаемом районе за пределами участков существенного техногенного и (или) природного загрязнения. При отсутствии данных по конкретному району работ в качестве Cфберут среднее содержание элемента в почвах мира (то есть кларк почв к. Чтобы оценить, является содержание элемента в исследуемой почве нормальным (фоновым или околофоновым), избыточным выше среднефонового) или дефицитным (ниже среднефонового), используется коэффициент концентрации - численный показатель, вычисляемый как отношение содержания элемента в данной точке либо среднего содержания в пределах локального участка) к сред- нефоновому содержанию 49 KC = C/CФВ том случае, когда исходными данными для числителя являются средние содержания элементов, вычисленные по этой формуле величины коэффициентов концентрации тоже будут представлять собой средние значения для изучаемой площадки опробования. Если элемент загрязняет почву, накапливаясь в ней, то KC > 1. Однако, чтобы быть уверенным, что превышение нормального фонового уровня содержаний действительно имеет место, нужно рассчитать минимально аномальное значение KC ma. Эта величина определяется погрешностью определения среднего содержания элемента, складывающейся из погрешностей опробования в связи с микронеоднородностями распределения элемента в почве, а также погрешностями подготовки проб к анализу и их анализа. Если в качестве среднего содержания взято среднее геометрическое или медианное значение, а погрешность геохимической съемки охарактеризована стандартным множителем ε погр, который является антилогарифмом среднеквадратической погрешности логарифмов определяемых содержаний, то с доверительной вероятностью более 99% , / 3 mпогрmaCKε = где m – количество проб, по результатам анализа которых определено среднее содержание C для данной площадки опробования. В том случае, если KC≥ KC ma, можно быть уверенным, что факт накопления химического элемента в почве установлен статистически надежно. В том случае, когда KC≤ 1/ KC ma, статистически надежно установлен дефицит элемента по сравнению с нормальным уровнем. Если же 1/K
C ma
≤ K
C
≤ K
C ma
, то можно утверждать, что содержание элемента в пределах данной площадки опробования от фонового отличается несущественно (статистически незначимо). Обычно величина погрешности геохимической съемки рассчитывается поре- зультатам двукратного (первичного и повторного) опробования в ряде точек съемки. В тех же случаях, когда конкретная величина
ε
погр
не определялась, целесообразно принять численное значение
предельной допустимой погрешности геохимической съемки, которое равно 1,80. По содержаниям тех элементов, для которых имеются установленные значения ПДК или ОДК, вычисляются также значения коэффициентов концентрации по ПДК (ОДК): ПДК = C / C ДК , где в качестве допустимой концентрации C
ДК
используется значение ПДК или, при его отсутствии, ОДК. Почвы можно считать незагряз- ненными или в допустимых пределах загрязненными данным элементом, если для него ПДК. Суммарный показатель загрязнения почв Z
C
характеризует надфоновое накопление группы химических элементов и рассчитывается по формуле
Z
C
=
Σ K
C
– (n – 1) , где n – количество элементов, коэффициенты концентрации которых суммируются. При этом в расчет суммы вовлекаются только тех элементов, для которых факт превышения фонового содержания установлен статистически надежно, те. K
C
≥ K
C ma
. Суммарный показатель загрязнения обычно вычисляют по всем тем элементам, определявшимся в почвах, которые отнесены к первому, второму или третьему классам опасности, либо отдельные значения суммарных показателей по группам элементов соответствующих классов опасности. В настоящее время классы опасности в почвах установлены для следующих элементов (табл. 8, 9):
1 класс (чрезвычайно опасные элементы Hg, Pb, Zn, Cd, As,
Se, F;
2 класс (высоко опасные Cu, Ni, Co, Cr, Mo, Sb, B;
3 класс (умеренно опасные Mn, V, W, Sr, Ba. Накопление остальных элементов в почве оценивается как менее опасное загрязнение, и для них классы опасности не установлены. Для характеристики элементного состава геохимических почвенных аномалий используются формулы ассоциаций элемен-тов-загрязнителей. В формулу включаются элементы с KC≥ KC ma; при этом выписываются символы аномально накапливающихся элементов в порядке убывания их коэффициентов концентрации, численные значения которых указываются в виде индексов. Символы элементов, содержания которых превышают ПДК (ОДК), желательно выделять жирным шрифтом или подчеркиванием. Например
Hg
56
– Pb
28
– Zn
13
– Cu
2.9
– Геохимический спектр позволяет отобразить элементный состав выявленной техногенной почвенной аномалии в виде графика, на котором по горизонтальной оси откладываются символы химических элементов, желательно в порядке убывания их коэффициентов концентрации, а по вертикальной оси – соответствующие значения коэффициентов концентрации. При этом геохимический спектр включает K
C
всех элементов, в том числе тех, содержания которых ниже фона, те. K
C
< 1. При большом разбросе значений K
C
разных элементов (например, от 0,1 дои более) график получается более наглядным, если для вертикальной оси использовать логарифмический масштаб. На графике следует также изображать соответствующие уровни 1/K
C ma
и K
C ma
для элементов, что показывает область значений K
C
, за пределами которой деконцентрирование (дефицит) и концентрирование (избыток) каждого элемента в почве статистически значимы. На основе рассмотренных выше показателей и геохимического спектра дается общее заключение о характере, уровне и экологической опасности загрязнения почв изученного локального участка в соответствии с принятыми критериями. Порядок выполнения работы
1. Используя полученные исходные данные по содержаниям элементов в пределах площадки геохимического опробования почвы, по содержанию каждого из химических элементов рассчитать коэффициент концентрации, а также его минимально аномальные значения.
2. По содержаниям тех элементов, для которых имеются установленные значения ПДК или ОДК, вычислить значения коэффициентов концентрации по ПДК (ОДК).
52 3. Вычислить суммарные показатели загрязнения почв (Z
C
) экологически опасными химическими элементами. Рассчитываются четыре значения по элементам го, го иго классов опасности
(Z
C
1, Z
C
2 и Z
C
3, соответственно) и по всем вместе взятым экологически опасным элементам (Z
C
).
4. Выписать формулу ассоциации элементов – загрязнителей почвы на данном локальном участке.
5. Построить геохимический спектр изученной техногенной почвенной аномалии.
6. Дать краткое заключение о характере и интенсивности загрязнения почвы и степени его экологической опасности. Лабораторную работу целесообразно выполнять на компьютере с использованием программы Excel или других программ, позволяющих работать с электронными таблицами и строить графики. Вместе стем, поскольку все вычисления являются простыми, работа может быть выполнена вручную с использованием карманного калькулятора, карандаша и линейки. Результаты представляются в виде распечаток либо рукописных материалов. Справочные таблицы Таблица 8 Критерии оценки загрязнения почв
Химические элементы
K
ПДК/ОДК
Класс опасности Уровень загрязнения
K
C
1 2 3 Минимальный (либо загрязнение отсутствует)
<4 <1 <1 <1 <8 Низкий (слабый) 4-8 1-1,5 1-2,5 1-5 8-16 Средний (умеренный) 8-16 1,5-2,5 2,5-5 5-10 16-32 Высокий (сильный) 16-32 2.5-3 5-10 10-20 32-128 Очень высокий (чрезвычайно сильный)
>32 >3 >10 >20 >128
Таблица 9 Предельно допустимые (ПДК, ориентировочно допустимые (ОДК) концентрации элементов в почвах и кларки почв (C
K
)
ОДК для разных почв глинисто-суглинистых Хим. элемент Класс опасности для почв ПДК, мг/кг песчано- супесчаных, мг/кг кислых, мг/кг нейтральных, мг/кг Кларки почв
С
К
, мг/кг
Zn 1 н.д. 55 110 220 70
As 1 2 2 5
10 5
Cd 1 н.д. 0,5 1
2 0,3
Hg 1 2,1 н.д. н.д. н.д. 0,05
Pb 1 32 32 65 130 17
F 1 н.д. н.д. н.д. н.д. 200
Se 1 н.д. н.д. н.д. н.д. 0,3
Cr 2 90 н.д. н.д. н.д. 80
B 2 н.д. н.д. н.д. н.д. 30
Co 2 н.д. н.д. н.д. н.д. 10
Ni 2 н.д. 20 40 80 20
Cu 2 н.д. 33 66 132 25
Mo 2 н.д. н.д. н.д. н.д. 1,2
Sb 2 4,5 н.д. н.д. н.д. 0,5
V 3 150 н.д. н.д. н.д. 90
Mn 3 1500 н.д. н.д. н.д. 530
W 3 н.д. н.д. н.д. н.д. 1,5
Sr 3 н.д. н.д. н.д. н.д. 240
Ba 3 н.д. н.д. н.д. н.д. 500 Примечание н.д. – нет данных.
Варианты заданий Варианты заданий, типы почв, их гранулометрический состав и кислотность 1 2 3 4 5 подзол подзол подзол подзол сер.лес песчан. глин. суглин. песчан. песчан. Химический элемент кислые кислые нейтр. кислые кислые Zn 1050 67 58 140 85 As 12.5 17.8 4.3 6.5 3 Cd 3.5 8.2 0.6 0.6 0.4 Hg 0.5 23 0.07 0.06 н.д. Pb 840 45 25 32 20 F н.д. 550 н.д. н.д. н.д. Se н.д. 0.7 н.д. 1.5 н.д. Cr 100 230 41 390 330 B н.д. 35 н.д. н.д. н.д. Co 15 15 5.5 85 42 Ni 45 22 2.6 350 55 Cu 930 35 12 180 48 Mo 3.8 1.5 4.8 2 1.6 Sb 2.3 1.5 0.7 н.д. н.д. V 126 100 69 130 170 Mn 420 750 950 840 1060 W 1.5 1.6 7.7 2 1.5 Sr 190 310 640 210 210 Ba 450 560 770 475 480 m5 5 5 5 5 ε погр1.40 1.50 н.д. 1.55 1.60 Варианты заданий (продолжение Варианты заданий, типы почв, их гранулометрический состав и кислотность
6 7 8 9 10 сер.лес сер.лес черноз. черноз. черноз. глин. суглин. супес. суглин. суглин. Химический элемент кислые нейтр. нейтр. нейтр. щелоч.
Zn
75 210 60 55 115
As 4.4 9.5 5.5 28 7.1
Cd 1.8 1.8 0.3 4.9 0.6
Hg 1.1 1.2 н.д. 14.2 н.д.
Pb 11 120 95 13.5 24
F 180 н.д. 210 н.д. н.д.
Se 0.25 н.д. н.д. 1.6 н.д.
Cr
400 140 315 275 300
B 25 н.д. 35 40 45
Co 55 12.5 13 5.2 15
Ni 38 24 70 4.8 110
Cu
15 130 25 68 125
Mo
1 2 4.1 3.3 1.4
Sb 0.55 3.2 0.7 2.1 0.6
V
140 140 320 120 100
Mn
1460 1000 1750 850 900
W 3.6 1.9 2 1.4 1
Sr
290 250 480 255 980
Ba
640 520 760 450 1120
m
3 3 3 3 3
ε
погр
1.50 1.30 н.д. 1.45 н.д. Примечание н.д. - нет данных
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Алексеенко В.А. Экологическая геохимия. - М Логос, 2000. 627 с.
2. Барабанов В.Ф. Геохимия. - Л Недра, 1985. 423 с.
3. Интерпретация геохимических данных. / Е.В. Скляров, Д.П. Гладкочуб,
Т.В. Донская и др М Интермет Инжиниринг, 2001. 288 с.
4. Овчинников Л.Н. Прикладная геохимия. - М Недра, 1990. 348 с.
5. Перельман АИ. Геохимия. - М Высшая школа, 1989. 528 с.
6. Ронов А.Б., Ярошевский А.А., Мигдисов А.А. Химическое строение земной коры и геохимический баланс главных элементов. - М Наука, 1990. 184 с.
7. Справочник по геохимии. / Г.В. Войткевич, А.Г. Кокин, А.Е. Мирош-
ников и др - М Недра, 1990. 480 с.
8. Справочник по геохимическим поискам полезных ископаемых. /
А.П. Соловов, А.Я. Архипов, В.А. Бугров и др – М Недра, 1990. 335 с. Тейлор С.Р., Мак-Леннан СМ Континентальная кора и ее состав и эволюция- М Мир, 1988. 379 с.
10. Фор Г Основы изотопной геологии. Перс англ. - М Мир, 1989.
590 с. СОДЕРЖАНИЕ Введение Лабораторные работы по изучению геохимических свойств элементов и изотопов Изучение геохимических свойств элементов Изучение геохимии изотопов Лабораторные работы по обработке и интерпретации геохимических данных Оценка распространенности химических элементов в главных разновидностях горных пород Определение абсолютного возраста магматических горных породи типа источников магм по изотопным отношениям Выявление и картирование геохимических аномалий по результатам геохимической съемки Численные показатели и графическая характеристика загрязнения почв тяжелыми металлами и другими химическими элементами Библиографический список ……………………………….. 56
57
|
Скачать 0.49 Mb.