The Heavy Metal Distribution and Mineralogical Characteristics of Surface Sediments in Chengdu City
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摘要: 城市地表沉积物已成为城市环境污染的重要组成部分，是城市环境中各种污染物的"源"和"汇"，通过研究城市地表沉积物的物化及矿物学特征对城市环境质量的监测具有良好的指示作用。本文在成都市中心城区不同区域采集40件地表沉积物样品，利用激光粒度分析仪、扫描电镜能谱和X射线衍射等技术分析研究了地表沉积物的粒径分布特征、重金属分布特征、矿物组成特征及微区形貌特征。结果表明：地表沉积物粒径的质量和体积分布特征具有较高一致性，均以中细颗粒物为主，其中小于0.3mm的地表沉积物占总质量或体积的70%以上，小于0.125mm的地表沉积物占总质量或体积的40%左右；Cu、Pb、Zn、As、Hg、Cr、Cd、Ni等重金属随着沉积物粒径的减小而呈明显增加的趋势，主要存在于小于0.125mm粒径的沉积物中，同时在成都市中心城区各方位区域和各环路区域的分布上存在一定的差异；Si、Ca、K、Na等造岩元素在不同粒径级别沉积物中都大量存在；地表沉积物矿物组成主要是石英、长石类、方解石等，且各类矿物在不同粒径级别沉积物中所占含量大致相当，但细粒径矿物表现出胶体行为，极易吸附各种微量重金属。研究认为，城市地表沉积物的粒径分布特征和矿物组成特征是影响重金属在沉积物中分布的内在因素，而人类活动是决定地表沉积物重金属污染程度的关键因素。要点
(1) 查明了成都市中心城区地表沉积物粒径分布特征、重金属分布特征、矿物组成特征和微区形貌特征。
(2) 采用多种技术手段和学科思路相互验证、综合分析研究了城市地表沉积物的物化及矿物学特征。
(3) 城市地表沉积物重金属分布特征既受自身粒径分布和矿物组成特征的影响，更与城市中人类活动息息相关。
HIGHLIGHTS(1) The particle size distribution, heavy metal distribution, mineral composition and micromorphology characteristics of surface sediments in Chengdu City were investigated.
(2) Physicochemical and mineralogical characteristics of urban surface sediments were studied by the comprehensive analysis and mutual verification of various technical means and disciplines.
(3) The distribution characteristics of heavy metals in urban surface sediments were affected by their particle size distribution and mineral composition characteristics, and they were also closely related to human activities.
Abstract:BACKGROUNDUrban surface sediments, the source and aggregation of various pollutants in the urban environment, have become an important part of urban environmental pollution. It is of significance in urban environment monitoring to study the physicochemical and mineralogical characteristics of urban surface sediments.OBJECTIVESTo investigate the particle size distribution, heavy metals distribution mineral compositions and topographic characteristics of surface sediments in Chengdu City.METHODS40 surface sediment samples were collected from different areas in Chengdu City. Physicochemical and mineralogical characteristics of urban surface sediments were studied by the comprehensive analysis and mutual verification of various technical means and disciplines, such as laser particle size analyzer, inductively coupled plasma-mass spectrometry, inductively coupled plasma-optical emission spectrometry, scanning electron microscopy with EDS and X-ray diffraction.RESULTSThere was a high consistency between the mass distribution and volume distribution of surface sediment particles, which were dominated by the medium-fine particles. Particle size less than 0.3mm accounted for more than 70% of the total weight and total volume of surface sediment particles, whereas particle size less than 0.125mm accounted for about 40%. The contents of heavy metals such as Cu, Pb, Zn, As, Hg, Cr, Cd and Ni in surface sediments increased with the decreasing particle size of sediments, which were mainly distributed in particle with size less than 0.125mm. The distribution of heavy metals varied with direction and ring roads. The rock-forming elements such as Si, Ca, K, Na were abundant in different particle size sediments. Surface sediments mainly contained minerals such as quartz, feldspar and calcite, and they had similar content in different particle size sediments. The fine-grained minerals exhibited colloidal behavior and easily adsorbed various heavy metals.CONCLUSIONSParticle size distribution and mineral composition characteristics of urban surface sediments are the internal factors affecting the distribution of heavy metals content in sediments, and human activities are the key factors controlling the degree of heavy metal pollution in surface sediments.
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城市地表沉积物是一种物质组成和来源复杂的环境介质，主要来自大气沉降、城市交通、建筑和工业等各种非点源所产生的颗粒物质，在风力、水力及重力作用下，沉积在城市不透水表面而形成[1-2]。地表沉积物已经成为城市环境污染的重要组成部分，是承载各类污染物的重要媒介[3-5]。首先它是城市大气颗粒物的主要来源[6-7]，尤其是极细颗粒物极易在风力及人类活动的扰动下进入大气，携带各类污染物(重金属、多环芳烃等)通过皮肤干沉降、呼吸系统进入人体，严重威胁城市居民的身体健康[8-10]。其次它是城市水体环境污染的重要因素[11-12]，通过降雨、城市道路洒水等外力作用下进入城市水体环境系统，将沉积物所携带的各类污染物带入水体、土壤、动植物体内，产生潜在的生态污染效应。因此，研究城市地表沉积物中各类污染物的分布情况及影响因素对制定控制污染措施具有重要意义。
近年来国内外众多学者从不同角度对城市地表沉积物展开了大量研究，主要涉及各类污染物的来源解析、含量特征、富集水平、空间分布特征以及健康风险评价等[13-20]。Klees等[21]研究了德国威斯特伐利亚街道灰尘中多氯联苯等有机污染物，认为多氯联苯等有机污染物浓度随样品粒径的减小而增大，主要来自工业污染。Škrbić等[22]在夏冬两季对塞尔维亚诺维萨德市街道灰尘中多环芳烃进行了研究，汽车尾气的放排是街道灰尘中多环芳烃的主要来源，对儿童的致癌风险更高。对于城市灰尘污染的相关研究，我国起步较晚，直到20世纪90年代初，在“成都市街道地表物中的重金属”一文中首次出现了关于地表灰尘的研究[23]。近年，随着人们对城市环境污染认识的提高，逐渐意识到地表灰尘的危害。Li等[24]研究了城市不同功能区的重金属污染程度，认为街道灰尘中重金属浓度高于当地土壤背景值，对当地居民健康有较大的危害。杨忠平等[25]对长春市城区近地表灰尘重金属健康风险进行了评价，结果表明重金属含量显著高于研究区表层土壤，已经受到一定程度的重金属污染，并对儿童造成了潜在健康风险。叶友斌等[26]对北京城市道路积尘多环芳烃的粒度分布特征进行了研究，得出高比例的细颗粒及细颗粒中的多环芳烃使得道路积尘再悬浮进入大气以及随湿沉降进入地表径流的环境风险加大。田晖等[27]对西安市地表灰尘中Cd、Cr、Pb赋存形态的研究表明，Cr主要结合在残渣态中，其次以有机物结合态和铁锰氧化物结合态存在；Pb主要以残渣态和铁锰氧化物结合态存在，少部分以有机物结合态存在；Cd依次主要以有机物结合态、残渣态和铁锰氧化物结合态存在。目前多数研究是对各类污染物分布特征进行单一描述并采用美国环境保护部推荐的健康风险评价模型进行评价，而对影响各类污染物分布特征综合因素的研究较少。
本文以成都市中心城区为研究区域，采集地表沉积物样品，采用激光粒度分析仪、电感耦合等离子体质谱[28-29]、电感耦合等离子体发射光谱[30]、原子荧光光谱、X射线衍射、扫描电镜能谱等技术手段分析研究了地表沉积物中粒径分布特征、重金属元素分布特征、矿物组成特征及微区形貌特征。通过对成都市中心城区地表沉积物的物化及矿物学特征研究，了解了成都市中心城区地表沉积物重金属在不同区域的分布特征及污染程度，查明了影响重金属分布特征和污染程度的主要因素，为研究制定城市地表沉积物环境质量标准奠定基础。
1. 实验部分
1.1 样品采集
在实际调研的基础上，在成都市中心成区共设置了40个地表沉积物采样点，其中东南西北四个方位的一环路内、一环路和二环路之间、二环路和三环路之间、三环路外共设置16个道路沉积物采样点和16个生活小区沉积物采样点，道路和生活小区采样点尽量靠近，计32个样品；同时设置两个特殊采样区域，工业园区和餐饮区，每个特殊区域采集4个样品，计8个样品。总计采集地表沉积物样品40个。在天气晴好的条件下，至少连续一周，采用飞利浦真空吸尘器进行采集3~5处地表沉积物样品，组成一个混合样品，每个样品质量约100g。
1.2 分析方法
地表沉积物的实验测试主要包括粒度分析、重金属含量分析、矿物组成特征和形貌特征等，均由国土资源部西南矿产资源监督检测中心承担。
1.2.1 沉积物样品预处理
沉积物样品自然风干，除去杂草、小石块、烟头等杂物后，放入聚乙烯塑料袋中密封保存。
1.2.2 粒度分析
不同粒径级别沉积物样品质量分布采用振动筛分仪(型号AS200，德国莱驰公司)进行分筛，尺寸分别为：1~0.45mm、0.45~0.3mm、0.3~0.125mm、0.125~0.075mm、≤0.075mm，相应质量使用精度为0.1mg的分析天平进行称重。
不同粒径级别沉积物样品体积分布采用激光粒度分析仪(型号：S3500，美国麦克奇公司)进行分析。
1.2.3 重金属含量分析
As和Hg采用50%的王水水浴提取，原子荧光光谱仪(型号AFS-230E，北京海光仪器公司)测定；Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、K、Na等元素采用四酸(盐酸、硝酸、氢氟酸、高氯酸)分解，电感耦合等离子体质谱仪(型号iCAP Q，美国ThermoFisher公司)和电感耦合等离子体发射光谱仪(型号iCAP6300，美国ThermoFisher公司)测定。
1.2.4 矿物组成分析
选取部分不同粒径级别的沉积物制成粒径为75mm样品，采用X射线衍射分析仪(型号X’pert pro MPD，荷兰帕纳科公司)对不同粒径级别的沉积物进行矿物成分分析。
1.2.5 微区形貌特征分析
选取预处理后的沉积物样品，采用扫描电镜能谱仪(型号S-4800，日本日立公司)对沉积物进行能谱和形貌特征分析。
2. 结果与讨论
2.1 地表沉积物粒径分布特征
粒径分布是指某一粒子群中不同粒子所占的比例，地表沉积物的粒径大小在一定程度上决定了沉积物的可移动性和潜在的污染效应[31]。表 1为40个样点不同粒径级别沉积物样品质量分布。从中可以看出，不同粒径级别沉积物的质量比存在一定的差异，0.3~0.125mm、0.125~0.075mm和≤0.075mm三个范围粒径的沉积物质量大致相当，占总质量的70%以上，小于0.125mm粒径的沉积物质量占总质量的40%左右，小于0.075mm粒径的沉积物质量占总质量的20%左右，说明地表沉积物主要以中细颗粒物为主。图 1为1个不同粒径级别沉积物样品体积分布图。从图中可以看出，沉积物粒径体积分布曲线呈非正态多峰分布，这是由城市地表沉积物来源的复杂性及其高度变化时空分布特征所决定的。小于50.38μm粒径的沉积物体积占总体积的25%，小于145.1μm粒径的沉积物体积占总体积的50%，小于357.4μm粒径的沉积物体积占总体积的75%，与不同粒径级别沉积物样品质量分布一致，都是以中细颗粒物为主。
表 1 不同粒径级别沉积物样品质量分布Table 1. Weight distribution of surface sediments with different particle sizes采样方位 采样区域 不同粒径级别沉积物样品质量比(%) 1~0.45mm 0.45~0.3mm 0.3~0.125mm 0.125~0.075mm ≤0.075mm 东向 一环路内道路 10.86 21.28 28.65 21.56 14.69 一环路内小区 6.97 17.87 23.62 21.77 27.06 一环~二环内道路 14.04 23.53 26.84 18.28 14.95 一环~二环内小区 19.57 24.47 22.54 16.26 13.03 二环~三环内道路 7.75 14.48 22.66 27.35 25.62 二环~三环内小区 2.17 7.05 17.42 28.25 44.55 三环外道路 19.73 24.82 19.06 13.77 16.37 三环外小区 7.08 15.99 25.50 23.72 25.59 平均值 11.02 18.69 23.29 21.37 22.73 南向 一环路内道路 11.32 21.71 26.32 19.90 15.83 一环路内小区 4.33 7.19 13.64 22.03 49.79 一环~二环内道路 12.24 25.56 23.39 20.72 13.64 一环~二环内小区 7.06 13.16 22.12 27.17 26.20 二环~三环内道路 23.75 26.90 18.38 12.78 12.33 二环~三环内小区 16.69 15.70 14.24 18.81 20.32 三环外道路 11.28 21.87 25.19 20.02 18.34 三环外小区 12.65 23.33 23.45 20.75 15.21 平均值 11.68 19.04 22.13 20.85 22.13 西向 一环路内道路 16.39 23.39 24.62 19.60 10.15 一环路内小区 12.37 27.51 26.05 17.63 12.90 一环~二环内道路 14.27 23.94 26.06 21.45 11.24 一环~二环内小区 27.67 25.78 15.73 12.65 10.97 二环~三环内道路 13.65 26.13 22.15 19.37 14.87 二环~三环内小区 9.35 14.35 19.22 21.14 27.10 三环外道路 5.07 19.36 25.94 23.19 21.24 三环外小区 11.12 27.90 23.39 17.93 18.83 平均值 12.31 20.42 22.37 20.32 20.22 北向 一环路内道路 17.64 29.08 24.83 14.23 9.85 一环路内小区 7.47 23.58 20.52 17.32 26.87 一环~二环内道路 14.32 26.59 26.83 19.45 11.21 一环~二环内小区 3.03 18.40 20.62 20.72 34.75 二环~三环内道路 13.15 25.30 24.12 20.86 14.72 二环~三环内小区 8.70 11.11 17.79 28.50 25.02 三环外道路 6.18 17.20 21.17 22.47 22.27 三环外小区 16.69 22.11 23.50 17.19 15.42 平均值 11.99 20.71 22.38 20.27 20.17 工业区 道路 5.87 21.76 23.89 25.11 15.96 道路 21.86 29.07 22.26 15.01 8.29 道路 16.50 20.17 20.48 19.47 14.87 道路 16.42 20.33 21.96 21.30 11.35 平均值 12.30 20.92 22.36 20.26 19.42 餐饮区 道路 17.25 25.76 20.61 16.82 16.25 道路 14.18 19.61 17.90 18.54 26.70 道路 9.91 13.55 15.53 18.66 39.63 道路 13.82 22.07 20.83 19.94 19.13 平均值 12.44 20.86 22.03 20.11 19.95 ![]()
图 1 不同粒径级别地表沉积物样品体积分布图Figure 1. Volume distribution of surface sediments with different particle sizes本文对地表沉积物粒径的质量和体积分布特征，所得结论与前人研究结果[32-33]一致。
2.2 地表沉积物中重金属元素分布特征
2.2.1 重金属元素在不同沉积物粒径级别中的分布特征
将Cu、Pb、Zn、As、Hg、Cr、Cd、Ni等8种重金属元素和Ca、K、Na等3种造岩元素在不同沉积物粒径级别中的含量绘制成箱线图，如图 2和图 3所示。从图中可以看出Cu、Pb、Zn、As、Hg、Cr、Cd、Ni等重金属含量随着沉积物粒径的减小而呈现明显增加的趋势，主要存在于粒径小于0.125mm的沉积物中。而Ca、K、Na等造岩元素含量随着沉积物粒径的减小而无明显变化。因此重金属在地表沉积物中的分布特征体现了粒级效应，即粒径越细，重金属含量越高，与前人研究结论[32-33]相似。而Ca、K、Na等造岩元素在不同粒径级别沉积物中含量基本一致，其组成岩石矿物的结构可能对重金属的吸附有一定的影响。
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图 2 重金属在不同粒径级别地表沉积物中含量比例分布箱式图Figure 2. Box plots illustrating the results of heavy metals in surface sediment with different particle sizes![]()
图 3 造岩元素在不同粒径级别地表沉积物中含量比例分布箱式图Figure 3. Box plots illustrating the results of rock forming elements in surface sediments with different particle sizes2.2.2 重金属元素在研究区的区域分布特征
表 2显示了地表沉积物中重金属和造岩元素在不同方位区域内的含量。Ca、K、Na等造岩元素在各个区域内含量差异不大。Cu、Pb、Zn、As、Hg、Cr、Cd、Ni平均含量在成都市各方位区域上分布顺序为Cu：西向>南向>工业区>北向>东向>餐饮区；Pb：南向>北向>西向>工业区>东向>餐饮区；Zn：南向>工业区>西向>北向>东向>餐饮区；As：北向>南向>工业区>东向>西向>餐饮区；Hg：南向>餐饮区>北向>西向>东向>工业区；Cr：工业区>西向>南向>北向>东向>餐饮区；Cd：南向>工业区>西向>东向>北向>餐饮区；Ni：工业区>西向>南向>北向>东向>餐饮区。
表 2 地表沉积物中重金属空间分布Table 2. Spatial distribution of heavy metals in surface sediments采样方位 采样位置 Ca
(%)K
(%)Na
(%)Cu
(μg/g)Pb
(μg/g)Zn
(μg/g)As
(μg/g)Hg
(μg/g)Cr(μg/g) Cd
(μg/g)Ni
(μg/g)东向 一环内 5.20 1.40 1.54 90.21 59.95 399.28 5.67 0.42 207.57 1.26 38.17 一环~二环 3.84 1.41 1.30 84.98 75.69 337.00 6.86 0.11 97.95 1.21 28.28 二环~三环 4.47 1.50 1.73 41.43 43.07 182.03 4.87 0.03 82.75 0.49 19.92 三环外 4.61 1.58 1.86 26.32 24.36 167.25 4.80 0.04 77.79 0.27 19.69 南向 一环内 4.62 1.44 1.60 133.13 73.65 351.29 6.11 0.88 129.16 1.01 28.49 一环~二环 4.27 1.38 1.29 144.88 56.27 327.02 4.71 0.59 101.70 0.93 30.68 二环~三环 5.01 1.41 1.61 126.17 380.22 380.32 7.64 0.28 184.22 1.89 27.78 三环外 6.01 1.45 1.71 128.94 122.94 396.58 4.97 0.21 162.49 1.22 31.29 西向 一环内 5.20 1.40 1.54 90.21 59.95 399.28 5.67 0.42 207.57 1.26 38.17 一环~二环 4.54 1.41 1.74 164.33 51.03 292.61 4.36 0.07 140.19 0.58 23.05 二环~三环 4.83 1.45 1.75 203.66 73.54 293.87 5.15 0.07 212.43 0.54 51.78 三环外 4.70 1.46 2.25 76.23 54.72 250.41 5.14 0.09 101.47 0.64 33.68 北向 一环内 4.62 1.44 1.60 133.13 73.65 351.29 6.11 0.89 129.16 1.01 28.49 一环~二环 5.17 1.57 2.26 76.39 224.40 266.41 4.76 0.06 127.63 0.42 24.18 二环~三环 4.56 1.66 2.05 59.11 53.24 298.20 9.89 0.10 101.92 0.47 25.38 三环外 5.19 1.52 1.94 57.82 49.08 215.92 5.47 0.06 148.87 0.55 31.62 工业区 4.73 1.60 1.84 86.53 57.37 386.14 5.22 0.06 173.65 1.14 39.16 餐饮区 5.42 1.48 1.69 55.27 39.66 197.45 4.30 0.39 92.52 0.62 24.16 综合以上比较，在成都市各方位区域中，Cu、Zn、Pb、Cr含量差异较大，而As、Hg、Cd、Ni含量差异不大。Cu、Zn、Pb、Cr在成都市西向、南向和工业区相对较高，工业区集中了大量的电子科技类产业，而西向和南向是成都市繁华的商业区和居民区，各类商店聚集，人员流动大，车流缓慢，这些重金属主要来源于人类活动，与成都市的经济发展区域结构特征相吻合。
Cu、Pb、Zn、As、Hg、Cr、Cd、Ni等重金属平均含量在成都市各环路区域上分布具有一定的差异，西向和南向各重金属在不同环路区域内的平均含量差异不大，而东向和北向各重金属在不同环路区域内的平均含量差异较大，由一环内向外逐渐降低。说明成都市西向和南向地表沉积物中重金属整体污染程度较高，而东向和北向地表沉积物中重金属污染主要集中在二环路之内。
通过以上分析表明，城市地表沉积物重金属污染程度与人类活动情况息息相关，高速发展的经济促进了人类社会和城市的发展，但同时也带来了城市生态环境的污染。
2.3 地表沉积物矿物组成的分布特征
地表沉积物矿物组成影响着沉积物粒径和重金属元素分布特征，采用X射线衍射分析仪对不同粒径级别的沉积物进行矿物成分分析。从表 3分析结果可以看出：石英、长石类、方解石等矿物在不同粒径级别沉积物中所占含量大致相当，与2.2.1节所述Ca、K、Na等造岩元素含量随着沉积物粒径的减小而无明显变化结论一致。这些矿物机械性较强，一般很难破损至很细粒径，但在各粒径级别沉积物中的含量大致相当，说明在搬运过程中这些矿物有的已经达到很细粒径，二次挤压、磨圆的作用不大。而细粒径矿物常具有许多原生矿物所没有的特性，如长石类矿物主要是铝硅酸盐，具有层状结构，细粒径矿物表现出胶体行为，大部分重金属都极易与其发生作用。因此大部分人类活动产生的重金属多存在于细颗粒沉积物中，与2.2.1节结论相吻合。
表 3 不同粒径级别地表沉积物的矿物组成Table 3. Mineral composition of surface sediment with different particle sizes样品编号 粒径
(mm)石英
(%)钠长石
(%)微斜长石
(%)方解石
(%)白云母
(%)十字沸石
(%)镁铝蛇纹石(%) 1 1~0.45 36.9 33.0 11.5 16.3 1.1 - - 0.45~0.3 47.1 29.8 13.5 3.0 1.2 3.8 - 0.3~0.125 52.6 24.3 15.4 2.5 4.3 - - 0.125~0.075 43.3 32.5 14.2 3.8 2.4 - - ≤0.075 51.8 26.8 9.1 7.3 3.9 - 1.0 2 1~0.45 44.4 29.7 9.7 8.9 4.7 - - 0.45~0.3 42.0 25.4 13.1 7.0 4.3 8.1 - 0.3~0.125 48.7 30.0 12.6 6.8 - - - 0.125~0.075 53.8 25.0 9.2 7.8 4.1 - - ≤0.075 42.2 26.1 13.0 13.1 4.0 - - 注：表中“-”表示未检出该矿物。 2.4 地表沉积物的微区形貌特征
地表沉积物微区形貌特征研究可以更加直观、无损地了解沉积物粒径分布特征，辅以能谱分析可以从微区原位角度了解沉积物的重金属元素分布特征。图 4为不同放大倍数的背散射电子成像图，通过图上比例尺可以直观地发现，大部分沉积物颗粒很小，介于50~500μm，其中大粒径沉积物棱角分明，中细粒径沉积物多成光滑圆形、椭圆形或方形。
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图 4 地表沉积物扫描电镜背散射电子图像a和b—沉积物样品在不同位置放大30倍的背散射电子图像；c和d—沉积物样品在不同位置放大80倍的背散射电子图像。Figure 4. Backscattered electron images of surface sediments measured by scanning electron microscopy图 5为不同粒径级别的沉积物颗粒能谱图，发现Si、Ca、K、Na等造岩元素在不同粒径级别沉积物中都大量存在, 大部分微量重金属主要存在于中细粒径沉积物中。
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图 5 地表沉积物扫描电镜-能谱图Figure 5. Scanning electron microscopy-energy spectra of surface sediments3. 结论
利用多种技术手段分析研究了成都市中心城区地表沉积物的物化及矿物学特征，并探讨了影响重金属分布特征的主要因素。研究表明成都市中心城区地表沉积物粒径质量分布、体积分布和形貌观察分布具有高度一致性，主要以中细颗粒为主；不同粒径级别地表沉积物重金属化学成分分析和微区原位能谱分析结果类似，重金属主要分布在中细粒径级别的沉积物中，体现了重金属元素分布的粒级效应；不同粒径级别地表沉积物矿物组成均含有石英、长石类、方解石等矿物，这些矿物所具有的结构特征在细粒径沉积物中表现出胶体行为，极易吸附微量重金属元素，是重金属元素分布体现粒级效应的内在决定因素；在成都市中心城区不同方位区域和环路区域，重金属元素分布具有一定的差异，Cu、Zn、Pb、Cr在成都市西向、南向和工业区相对较高，Cu、Pb、Zn、As、Hg、Cr、Cd、Ni在二环路之内相对较高，体现重金属元素空间分布的区域效应，主要受城市人类活动的影响。
本研究成果可为城市生态环境的综合治理提供理论支撑，同时可为研究制定城市地表沉积物环境质量标准奠定基础。当前，城市地表沉积物的污染程度缺乏评价标准，多数学者采用与城市土壤基体进行比较评价，与城市土壤成分相对稳定的性质不同，城市地表沉积物组成和来源复杂，迁移性强，因此急需研究制定城市地表沉积物环境质量标准，也是此领域研究的重要方向。
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图 1 不同粒径级别地表沉积物样品体积分布图
Figure 1. Volume distribution of surface sediments with different particle sizes
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图 2 重金属在不同粒径级别地表沉积物中含量比例分布箱式图
Figure 2. Box plots illustrating the results of heavy metals in surface sediment with different particle sizes
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图 3 造岩元素在不同粒径级别地表沉积物中含量比例分布箱式图
Figure 3. Box plots illustrating the results of rock forming elements in surface sediments with different particle sizes
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图 4 地表沉积物扫描电镜背散射电子图像
a和b—沉积物样品在不同位置放大30倍的背散射电子图像；c和d—沉积物样品在不同位置放大80倍的背散射电子图像。
Figure 4. Backscattered electron images of surface sediments measured by scanning electron microscopy
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图 5 地表沉积物扫描电镜-能谱图
Figure 5. Scanning electron microscopy-energy spectra of surface sediments
表 1 不同粒径级别沉积物样品质量分布
Table 1 Weight distribution of surface sediments with different particle sizes
采样方位 采样区域 不同粒径级别沉积物样品质量比(%) 1~0.45mm 0.45~0.3mm 0.3~0.125mm 0.125~0.075mm ≤0.075mm 东向 一环路内道路 10.86 21.28 28.65 21.56 14.69 一环路内小区 6.97 17.87 23.62 21.77 27.06 一环~二环内道路 14.04 23.53 26.84 18.28 14.95 一环~二环内小区 19.57 24.47 22.54 16.26 13.03 二环~三环内道路 7.75 14.48 22.66 27.35 25.62 二环~三环内小区 2.17 7.05 17.42 28.25 44.55 三环外道路 19.73 24.82 19.06 13.77 16.37 三环外小区 7.08 15.99 25.50 23.72 25.59 平均值 11.02 18.69 23.29 21.37 22.73 南向 一环路内道路 11.32 21.71 26.32 19.90 15.83 一环路内小区 4.33 7.19 13.64 22.03 49.79 一环~二环内道路 12.24 25.56 23.39 20.72 13.64 一环~二环内小区 7.06 13.16 22.12 27.17 26.20 二环~三环内道路 23.75 26.90 18.38 12.78 12.33 二环~三环内小区 16.69 15.70 14.24 18.81 20.32 三环外道路 11.28 21.87 25.19 20.02 18.34 三环外小区 12.65 23.33 23.45 20.75 15.21 平均值 11.68 19.04 22.13 20.85 22.13 西向 一环路内道路 16.39 23.39 24.62 19.60 10.15 一环路内小区 12.37 27.51 26.05 17.63 12.90 一环~二环内道路 14.27 23.94 26.06 21.45 11.24 一环~二环内小区 27.67 25.78 15.73 12.65 10.97 二环~三环内道路 13.65 26.13 22.15 19.37 14.87 二环~三环内小区 9.35 14.35 19.22 21.14 27.10 三环外道路 5.07 19.36 25.94 23.19 21.24 三环外小区 11.12 27.90 23.39 17.93 18.83 平均值 12.31 20.42 22.37 20.32 20.22 北向 一环路内道路 17.64 29.08 24.83 14.23 9.85 一环路内小区 7.47 23.58 20.52 17.32 26.87 一环~二环内道路 14.32 26.59 26.83 19.45 11.21 一环~二环内小区 3.03 18.40 20.62 20.72 34.75 二环~三环内道路 13.15 25.30 24.12 20.86 14.72 二环~三环内小区 8.70 11.11 17.79 28.50 25.02 三环外道路 6.18 17.20 21.17 22.47 22.27 三环外小区 16.69 22.11 23.50 17.19 15.42 平均值 11.99 20.71 22.38 20.27 20.17 工业区 道路 5.87 21.76 23.89 25.11 15.96 道路 21.86 29.07 22.26 15.01 8.29 道路 16.50 20.17 20.48 19.47 14.87 道路 16.42 20.33 21.96 21.30 11.35 平均值 12.30 20.92 22.36 20.26 19.42 餐饮区 道路 17.25 25.76 20.61 16.82 16.25 道路 14.18 19.61 17.90 18.54 26.70 道路 9.91 13.55 15.53 18.66 39.63 道路 13.82 22.07 20.83 19.94 19.13 平均值 12.44 20.86 22.03 20.11 19.95 
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表 2 地表沉积物中重金属空间分布
Table 2 Spatial distribution of heavy metals in surface sediments
采样方位 采样位置 Ca
(%)K
(%)Na
(%)Cu
(μg/g)Pb
(μg/g)Zn
(μg/g)As
(μg/g)Hg
(μg/g)Cr(μg/g) Cd
(μg/g)Ni
(μg/g)东向 一环内 5.20 1.40 1.54 90.21 59.95 399.28 5.67 0.42 207.57 1.26 38.17 一环~二环 3.84 1.41 1.30 84.98 75.69 337.00 6.86 0.11 97.95 1.21 28.28 二环~三环 4.47 1.50 1.73 41.43 43.07 182.03 4.87 0.03 82.75 0.49 19.92 三环外 4.61 1.58 1.86 26.32 24.36 167.25 4.80 0.04 77.79 0.27 19.69 南向 一环内 4.62 1.44 1.60 133.13 73.65 351.29 6.11 0.88 129.16 1.01 28.49 一环~二环 4.27 1.38 1.29 144.88 56.27 327.02 4.71 0.59 101.70 0.93 30.68 二环~三环 5.01 1.41 1.61 126.17 380.22 380.32 7.64 0.28 184.22 1.89 27.78 三环外 6.01 1.45 1.71 128.94 122.94 396.58 4.97 0.21 162.49 1.22 31.29 西向 一环内 5.20 1.40 1.54 90.21 59.95 399.28 5.67 0.42 207.57 1.26 38.17 一环~二环 4.54 1.41 1.74 164.33 51.03 292.61 4.36 0.07 140.19 0.58 23.05 二环~三环 4.83 1.45 1.75 203.66 73.54 293.87 5.15 0.07 212.43 0.54 51.78 三环外 4.70 1.46 2.25 76.23 54.72 250.41 5.14 0.09 101.47 0.64 33.68 北向 一环内 4.62 1.44 1.60 133.13 73.65 351.29 6.11 0.89 129.16 1.01 28.49 一环~二环 5.17 1.57 2.26 76.39 224.40 266.41 4.76 0.06 127.63 0.42 24.18 二环~三环 4.56 1.66 2.05 59.11 53.24 298.20 9.89 0.10 101.92 0.47 25.38 三环外 5.19 1.52 1.94 57.82 49.08 215.92 5.47 0.06 148.87 0.55 31.62 工业区 4.73 1.60 1.84 86.53 57.37 386.14 5.22 0.06 173.65 1.14 39.16 餐饮区 5.42 1.48 1.69 55.27 39.66 197.45 4.30 0.39 92.52 0.62 24.16
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表 3 不同粒径级别地表沉积物的矿物组成
Table 3 Mineral composition of surface sediment with different particle sizes
样品编号 粒径
(mm)石英
(%)钠长石
(%)微斜长石
(%)方解石
(%)白云母
(%)十字沸石
(%)镁铝蛇纹石(%) 1 1~0.45 36.9 33.0 11.5 16.3 1.1 - - 0.45~0.3 47.1 29.8 13.5 3.0 1.2 3.8 - 0.3~0.125 52.6 24.3 15.4 2.5 4.3 - - 0.125~0.075 43.3 32.5 14.2 3.8 2.4 - - ≤0.075 51.8 26.8 9.1 7.3 3.9 - 1.0 2 1~0.45 44.4 29.7 9.7 8.9 4.7 - - 0.45~0.3 42.0 25.4 13.1 7.0 4.3 8.1 - 0.3~0.125 48.7 30.0 12.6 6.8 - - - 0.125~0.075 53.8 25.0 9.2 7.8 4.1 - - ≤0.075 42.2 26.1 13.0 13.1 4.0 - - 注：表中“-”表示未检出该矿物。
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