某矿区土壤重金属背景值调查与重金属污染现状评价

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７－７５４５．２０１９．０１０．０１６

某矿区土壤重金属背景值调查与重金属污染现状评价

张永康１，２，３，曹耀华１，２，３，柳林１，２，３，冯乃琦１，２，３，

王庆１，２，３，王振宁１，２，３

（１．中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所，郑州４５０００６；

２．国土资源部多金属矿评价与综合利用重点实验室，郑州４５０００６；

３．西北地质科技创新中心，西安７１００５４）

摘要：测试了某铜镍矿区土壤重金属元素含量，分析了铜镍矿区和对照区土壤背景值。采用地累积污染

指数法和单因子指数法评价了研究区土壤重金属污染状况，分析了水流、风力等对废石堆场周边区域重

金属扩散、传播的影响。结果表明：研究区是Ｎｉ、Ａｓ元素高背景区，研究区土壤环境质量除Ａｓ元素超

标外，总体质量较好，Ａｓ元素超标与该地区背景值偏高有关。废石堆场周边区域，水流、风力等因素对

重金属扩散传播作用不明显。

关键词：铜镍矿；砷；土壤背景值；重金属污染；镍

中图分类号：Ｘ８２５ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００７－７５４５（２０１９）１０－００７４－０６

Ｓｕｒｖｅｙ　ｏｆ　Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ　Ｖａｌｕｅｓ　ｏｆ　Ｈｅａｖｙ　Ｍｅｔａｌ　ｉｎ　Ｓｏｉｌ　ｉｎ　ａ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ａｒｅａ

ａｎｄ　Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｈｅａｖｙ　Ｍｅｔａｌ　Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ

ＺＨＡＮＧ　Ｙｏｎｇ－ｋａｎｇ１，２，３，ＣＡＯ　Ｙａｏ－ｈｕａ１，２，３，ＬＩＵ　Ｌｉｎ１，２，３，ＦＥＮＧ　Ｎａｉ－ｑｉ　１，２，３，

ＷＡＮＧ　Ｑｉｎｇ１，２，３，ＷＡＮＧ　Ｚｈｅｎ－ｎｉｎｇ１，２，３

（１．Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｍｕｌｔｉｐｕｒｐｏｓｅ　Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｍｉｎｅｒａｌ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，ＣＡＧＳ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　４５０００６，Ｃｈｉｎａ；

２．Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｆｏｒ　Ｐｏｌｙｍｅｔａｌｌｉｃ　Ｏｒｅｓ＇Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ，ＭＬＲ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　４５０００６，Ｃｈｉｎａ；

３．Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ　Ｃｈｉｎａ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｆｏｒ　Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ，Ｘｉ’ａｎ　７１００５４，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｎｔｅｎｔｓ　ｏｆ　ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ（Ａｓ，Ｃｄ，Ｈｇ，Ｐｂ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｃｒ，Ｎｉ）ｉｎ　ｓｏｉｌ　ｓａｍｐｌｅｓ　ｗｅｒｅｍｅａｓｕｒｅｄ．Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ　ｖａｌｕｅｓ　ｏｆ　ｓｏｉｌ　ｉｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｒｅａ　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｃｏｐｐｅｒ　ａｎｄ　ｎｉｃｋｅｌ　ｍｉｎｉｎｇ　ａｒｅａ　ｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎｓ　ｉｎ　ｓｏｉｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ａｒｅａ　ｗｅｒｅ　ｅｖａｌｕａｔｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｓｉｎｇｌｅ　ｆａｃｔｏｒ　ｉｎｄｅｘｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　Ｍｕｌｌｅｒ’ｓ　Ｇｅｏ－ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ　ｉｎｄｅｘ　ｍｅｔｈｏｄ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｆｌｏｗ，ｗｉｎｄ　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒｆａｃｔｏｒｓ　ｏｎ　ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｏｆ　ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌ　ｉｎ　ｓｏｉｌ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｗａｓｔｅ－ｒｏｃｋ　ｙａｒｄ　ｗａｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌ　ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ　ｖａｌｕｅｓ　ｏｆ　Ａｓ　ａｎｄ　Ｎｉ　ａｒｅ　ｈｉｇｈ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ａｒｅａ．Ｓｏｉｌ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｉｎｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ａｒｅａ　ｉｓ　ｇｏｏｄ　ｅｘｃｅｐｔ　ｔｈａｔ　Ａｓ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｉｓ　ｈｉｇｈｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈｅ　ｓｏｉｌ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｒｉｓｋ　ｃｏｎｔｒｏｌｓｔａｎｄａｒｄ（ＧＢ　１５６１８—２０１８）．Ｔｈｅ　ｅｘｃｅｓｓ　ｏｆ　Ａｓ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｉｓ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ　ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ　ｖａｌｕｅ．Ｔｈｅｒｅ　ｉｓｌｉｔｔｌｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｆｌｏｗ，ｗｉｎｄ　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｏｎ　ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｏｆ　ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌ　ｉｎ　ｓｏｉｌｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｔｈｅ　ｗａｓｔｅ－ｒｏｃｋ　ｙａｒｄ．

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏｐｐｅｒ　ａｎｄ　ｎｉｃｋｅｌ　ｏｒｅ；ａｒｓｅｎｉｃ；ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ｓｏｉｌ；ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ；ｎｉｃｋｅｌ

收稿日期：２０１９－０４－０９

基金项目：中国地质调查局地质调查项目（ＤＤ２０１９０２６９，ＤＤ２０１６００７３）

作者简介：张永康（１９８７－），男，江西上饶人，硕士，工程师．

据文献资料报道，我国受Ｃｄ、Ｐｂ、Ａｓ、Ｃｒ等重金属污染的耕地面积近２　０００万公顷［１］。面对如此严峻的土壤重金属污染形势，我国政府十分重视，对重金属污染的来源［２－６］、污染评价［７－１４］、重金属修复治理［１５－１７］等开展了大量研究工作，取得了重要成果。文献［２］表明，矿产开采、金属冶炼、化工、煤炭燃烧、汽车尾气排放、生活污水排放活动等是重金属污染的主要来源。目前，针对有色金属矿山，尤其是铜、铅、锌、镍等金属矿山，开展了大量的土壤重金属污染调查、评价与治理工作，成效显著。然而，现有的金属矿山周边土壤污染调查、评价多集中在已开发矿山，对未开发的大型矿山研究较少，尤其是未开发矿山的土壤重金属背景值和污染现状研究偏少。查清未开发矿山土壤重金属背景值和污染现状，是开发后矿区土壤重金属污染防治的基础，是厘清人为活动和自然影响的关键。因此对未开发的大型金属矿山开展土壤重金属背景值调查和污染现状研究是十分必要的。

目前，已有的勘探资料表明，在青海省西部祁漫塔格夏日哈木矿区，镍资源量达到了１０７万ｔ［１８－１９］，并伴生有一定规模的铜、钴矿资源量。夏日哈木矿区镍储量达到超大型规模，有望成为我国继金昌铜镍矿之后又一大型镍资源基地。该矿区正处于开采前的基础建设阶段，尚未开采。本文拟以夏日哈木矿区为研究对象，采集矿区和对照区典型的土壤样品，分析土壤重金属含量，研究区域内土壤重金属背景值和开矿前土壤重金属污染现状，了解水流、风力等因素对重金属污染扩散、传播的影响，可为夏日哈木矿区重金属污染防治提供参考依据，也可为其他相似矿区的矿山地质环境保护提供借鉴。

１　研究区概况

研究区位于柴达木盆地南缘，行政区划属青海省海西州格尔木市乌图美仁乡管辖，海拔高度３　２００～４　０００ｍ，地势西南高、北东低，山势陡峻，沟壑纵横，存在崩塌、泥石流等地质灾害隐患。研究区西部、南部发育有３条河流，均为季节性河流，５～９月为有水期，主要为大气降水和冰雪融水汇聚而成。区内寒冷干旱、蒸发强烈，多年平均气温３．８℃，多年平均降水量２７．８ｍｍ，多年平均蒸发量２　６６１．５ｍｍ。区内呈较典型的戈壁、荒漠地貌，常见土壤类型为风沙土、高山荒漠土等，植被稀疏，覆盖率极低，小于５％，仅河道两侧、背风谷地等少量区域稀疏分布低矮灌木，以驼

绒藜、垂穗披碱草等耐寒耐旱植物为主。

研究区内目前仅有一家小型铁矿山在开采，开采方式为露天开采，开采规模为５０万ｔ／ａ，矿权面积为１．８２ｋｍ２，矿区内仅有采场，矿石开采后经汽车运输至矿区外进行矿石加工。一家拟开采矿山即夏日哈木铜镍矿，目前正在基础建设阶段，一期设计露天开采，开采规模５６１万ｔ／ａ，选矿厂年产镍精矿粉３９．６４万，二期（露天＋地下开采）开采规模１５０万ｔ／ａ，选矿厂年产镍精矿粉９．４５万ｔ。铁矿山及夏日哈木铜镍矿分布位置如图１所示。

２　试验材料与方法

２．１　试验样品布设与采集

本次研究主要围绕铁矿区和夏日哈木铜镍矿区布设、采集样品，表层和剖面土壤样品采样深度分别为２０ｃｍ和１００ｃｍ，具体采样方法参照文献［９］。在露天采场、废石堆场等矿业活动集中区加密采样，根据常年主导风向和水流方向，在下风向和河流（干沟）下游５０、１００、２００、３００、５００ｍ布设样品。采样时以ＧＰＳ精确定位，并详细记录采样点附近的地貌、建筑、人类活动等信息。

研究区面积约为４６０ｋｍ２，共采集土壤样品１７０件。分析检测项目为ｐＨ和Ｈｇ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｃｄ、Ｎｉ、Ａｓ等８种重金属元素含量。

２．２　样品处理与测试

将采集后的土壤样品置于阴凉通风处自然阴干，除去其中的砂砾、草根等异物，过０．８４ｍｍ尼龙筛（２０目），混匀，按四分法取样，干燥磨细至－０．０７４ｍｍ送检测。

２．３　评价标准与方法

实地调查发现，在夏季研究区内有少量牧民放牧，该地块具有天然牧草地的作用。因此，采用《农用地土壤污染风险管控标准（ＧＢ　１５６１８—２０１８）》中农用地土壤污染风险筛选值作为参比标准。同时，为尽量减少矿区土壤高背景值对评价结果的影响，也将对照区土壤重金属背景值作为参照标准。

本文采用单因子指数法［２０］和地累积污染指数法［２１－２２］对研究区域土壤重金属污染状况进行总体分析评价［９］。

单因子指数法中重金属的评价标准Ｓｉ（ｍｇ／ｋｇ）为ＧＢ　１５６１８—２０１８中农用地土壤污染风险筛选值。地累积污染指数法分析评价土壤污染程度的具体方法与标准参见文献［２１－２２］。