（地球化学专业论文）江西德兴地区重金属污染现状评价及时空对比研究.pdf

摘要 本文以江西德兴铜多金属矿山及矿集区为研究区，开展区域土壤和水系沉积 物的重金属污染现状评价及时空对比研究。在德兴地区4 8 0 0 k m 2 的范围内，系统 采集土壤样品9 1 9 个，水系沉积物样品3 3 0 个。同时，采用x 荧光光谱法、等 离子原子发射光谱法等现代测试技术，分析了土壤和水系沉积物中重金属( a s 、 h g 、c d 、c r 、z n 、c u 、p b ) 的含量。 针对9 1 9 个土壤样品，分别从原始测试数据、指数法和污染程度法三个方面 对其重金属污染进行现状评价。样品中a s 、h g 、c d 、c r 、z n 、c u 和p b 的含量变 化范围分别为1 7 9 0 8 9 9 m g k g 、o 0 3 4 4 9 8 0 m g k g 、0 0 4 3 8 3 3 0 m g k g 、1 0 6 6 6 m g k g 、2 5 1 8 5 0 0 m g k g 、6 - 1 8 2 5 m g k g 和1 6 - 1 3 1 2 m g k g ；单因子污染指数变化范 围分另u 为0 1 1 9 3 0 9 6 7 、o 2 2 7 5 9 0 0 、o 2 1 5 1 3 4 7 1 、0 1 1 i - 4 7 7 3 、o 2 5 0 6 3 0 0 0 、 0 ，1 7 1 7 0 7 1 和0 4 5 1 - 6 2 4 8 ；内梅罗综合污染指数变化范围为0 5 1 i 4 5 4 5 9 ；污染 因子变化范围分别0 8 8 1 5 8 9 3 3 ，一o 7 7 3 3 2 ，2 0 0 ，o 7 8 5 4 0 6 5 0 ，o 8 8 9 6 4 0 0 ， 一o 7 5 0 1 8 4 0 0 ，o 8 2 9 5 1 1 4 3 ，一o 5 4 3 3 6 4 8 6 ；综合的污染程度变化范围为 - 4 0 3 8 - 2 6 5 4 9 7 。各评价方法的评价结果基本吻合，均一致显示：该区域土壤中 存在不同程度的a s 、h g 、c d 、z n 、c u 并h p b 的重金属污染，污染区域主要集中分 布在德兴铜钼和铅锌矿区、乐安河下游乐平附近的煤矿区、西北部的煤矿区，乐 平南部电化学厂附近地区土壤重金属污染尤其严重。 针对3 3 0 个水系沉积物样品，分别从原始测试数据、地质累积指数法和潜在 生态危害指数法三个方面对其重金属污染进行现状评价。样品中重金属a s 、h g 、 c d 、c r 、z n 、c u 芹1 1p b 的含量变化范围分别为3 0 7 0 1 1 0 9 m g k g 、0 0 1 5 5 4 3 0 m g k g 、 o 0 3 5 1 3 5 m g k g 、7 - 2 3 6 m g k g 、2 2 - 1 7 7 0 m g k g ，5 4 3 9 0 m g k g 和t 5 - 1 6 8 5 m g k g ； 地质累积指数变化范围分别为：2 6 6 7 5 8 3 、5 1 2 9 3 3 7 1 、3 1 5 4 9 2 、 一3 5 8 5 1 4 9 0 、 3 4 8 3 2 8 4 7 、一3 6 7 2 6 1 0 6 和一1 7 8 7 5 0 2 5 ；潜在生态危害系数 变化范围分别为2 3 6 2 8 5 3 0 7 7 、2 0 0 0 6 2 1 0 0 0 、5 2 5 0 2 0 2 5 0 0 、0 2 5 0 8 4 2 9 0 、 0 1 3 4 t 0 ，7 9 3 、o 5 8 8 5 1 6 4 7 1 和2 1 7 4 2 4 4 2 0 3 ；潜在生态危害指数变化范围为 2 7 5 9 7 3 7 4 7 5 7 2 。各评价方法的评价结果反映重金属污染的总体趋势基本一致， 总体显示出：该区域水系沉积物中存在不同程度的a s 、h 卧c d 、z n 、c u 和p b 的重金属污染，存在不同程度的a s 、h g 、c d 、c u 和p b 重金属污染的潜在生态 危害；污染区域以及强一很强的生态危害区主要集中在德兴铅锌和铜铝矿区德兴 河与大坞河流域及其周边地区、乐安河下游沿岸地区及乐平附近和图幅西北部景 德镇联寸近的少数煤矿区。 最后，为了对l 褫究该区矿l l 开采霹丽蠛污烫静时空交纯薄凌，分爨对矿由 开采早期( 1 9 8 9 ) 和矿山开采中晚期( 2 0 0 4 ) 的水系沉积物缀金属污染进行质量 评价的基础上，借黝g i s 的三维空间分析，分别从原始含最、地质累积指数法 露潜在生态莛害攒数法三令方嚣避行硬究。终繁显示，矿出开采孕期，该嚣域承 系沉积物中存在一寇程度的a s 、h g 、c d 、c u 和p b 重金属污染的潜在生态危害， 但涉及范围极小；黧会属a s 、c d 、c u 和p b 有一定程度的污染，主要为辍污染， 少数为中度污染，污染范围很小；潜在生态危寒区和污染区域主要集中分布在德 兴锅锈稻镑锌矿区德兴河中f 游弱都逢区；露纛金属h g 、c r 耱z n 豆乎没有污 染，其中c r 和z n 污染的潜在生态危害极小，只有轻微的生态危害。说明了矿 山开采中晚期的水系沉积物的污染范围和污染强度较矿山开采早期大大增大。 关键诵：重金属；环境质量评价；土壤；永系沉积物；时空对比 l a b s t r a c t t h ec u l t e n ta s s e s s m e n ta n d s p a t i a l t e m p o r a l c o n t r a s to fh e a v ym e t a l s c o n t a m i n a t i o nw e r ep e r f o r m e di nd e x i n ga r e a sw i t h i nt h es c o p eo f 4 8 0 0 k m 2 9 1 9s o i l s a m p l e sa n d3 3 0s e d i m e n ts a m p l e sw e r ec o l l e c t e da n da n a l y z e df o ra s ，h g ，c d ，c r ， z n ，c ua n dp b h e a v ym e t a ll e v e l sw e r ed e t e r m i n e du s i n gi n d u c t i v e l yc o u p l e p l a s m a - a t o m i ce m i s s i o ns p e c t r o m e t r y ，x - r a yf l u o r e n s c e n c es p e c t r o m e t r yp r o c e d u r e s ， a n ds oo n a c c o r d i n gt o9 1 9s o i is a m p l e s d a t a , t h ec u r r e n ta s s e s s m e n to fh e a v ym e t a l s c o n t a m i n a t i o ni ns o i l sw a sp e r f o r m e du s i n gt h r e em e t h o d s ，o r i g i n a lt e s t i n gd a t a , p o l l u t i o ni n d e xa n dc o n t a m i n a t i o nd e g r e e r e s p e c t i v e l y t h ec o n t e n t so fs o i ls a m p l e s c o n c e n t r a t e db e t w e e n1 7 9 0 一8 9 9 m g k g f o ra s ，o 0 3 4 - 4 9 8 0m g k gf o rh g ， o 0 4 3 - 8 3 3 0 m g k gf o rc d ，1 0 6 6 6m g k gf o rc r ，2 5 - 1 8 5 0 0m g k gf o rz n ，6 - 1 8 2 5 m e 2 k gf o rc u ，a n d1 6 1 3 1 2m g & gf o rp b ，r e s p e c t i v e l y ，强l es i n g l e - f a c t o rp o l l u t i o n i n d e xr a n g e df r o mo 11 9 - 3 0 9 6 7f o ra s ，o 。2 2 7 - 5 9 0 0f o rh g ，0 2 1 5 - 1 3 4 7 1f o rc d ， o 1 1 1 - 4 7 7 3f o rc r ，0 2 5 0 6 3 0 0 0f o rz n ，o 1 7 1 7 0 7 1f o rc u ，a n d0 4 5 1 6 2 4 8f o r p b r e s p e c t i v e l y t h en e m e r o wp o i l u t i o ni n d e xr a n g e df o r m 0 5 1 1 4 5 4 5 9t h e c o n t a m i n a i o nf a c t o rr a n g e df r o m - o 8 8 1 - 5 8 9 3 3f o ra s ，一o 7 7 3 3 2 ，2 0 0f o rh g ， 0 。7 8 5 4 0 6 5 0f o rc d ，一0 8 8 9 6 4 0 0f o rc r ，0 ，7 5 秘1 8 4 。0 0f o rz n ，一0 ，8 2 9 5 i 1 4 3f o r c u ，一o 5 4 3 - 3 6 4 8 6f o rp b r e s p e c t i v e l y t h oc o n t a m i n a t i o nd e g r e er a n g e df r o m 一4 0 3 8 2 6 5 4 9 7 t h er e s u l t so fa s s e s s m e n ti n d i c a t e dc o n s i s t e m l yt h a tt h e r ew e r e d i f f e r e n te x t e n t so fc o n t a m i n a t i o no fa s ，h g ，c d ，z n ，c ua n dp b ，e s p e c i a l l yi nt h e a r e a so f t h ed e x i n gm i n e s ，c o a lm i n e sa l o n gt h el o w e rc o u r s e sl e a nf i v e r ，c o a lm i n e s i nt h en o r t h w e s ta n dt h ea r e a sa r o u n db a a e r yf a c t o r y a c c o r d i n gt o3 3 0 s e d i m e n ts a m p l e s d a t a ，t h ec u r r e n ta s s e s s m e n to f h e a v ym e t a l s c o n t a m i n a t i o ni ns e d i m e n t sw a sp e r f o r m e du s i n gt h r e em e t h o d s ，o r i g i n a lt e s t i n gd a t a ， g e o a c c u m u l a t i o ni n d e xa n dp o t e n t i a le c o l o g i c a lr i s ki n d e x ，r e s p e c t i v e l y t h ec o n t e n t s o fs e d i m e n t ss a m p l e sr e p o r t e dc o n c e n t r a t i o n sb e t w e e n3 0 7 0 t1 0 9m g k gf o ra s ， o 0 1 5 - 5 4 3 0m g k gf o rh g ，o 0 3 5 - 1 3 5 m g k gf o rc d ，7 2 3 6 m g k gf o rc r , 2 2 1 7 7 0 m g k gf o rz n ，5 - 4 3 9 0 m g k gf o rc u ，a n d1 5 1 6 8 5m g c k gf o rp b ，r e s p e c t i v e l y t h e g e o a c c u m u l a t i o ni n d e xr a n g e df r o m - 2 6 6 7 5 8 3 f o ra s ，一5 1 2 9 3 3 7 1f o r h g ， 3 。l 4 9 2f o rc d 。3 5 8 5 1 4 9 0f o rc r , ，3 4 8 3 也8 4 7f o rz n 、一3 6 7 2 6 t 0 6f o rc u a n d l 。7 8 7 - 5 ，0 2 5f o rp b 。r e s p e c t i v e l y 。弧ep o t e n t i a le c o l o g i c a lr i s kc o e f f i c i e n tr a n g e d i i i f o r m2 3 6 2 8 5 3 0 7 7f o ra s ，2 0 0 0 6 2 1 0 0 0f o r h g ，5 2 5 0 2 0 2 5 0 0 f o rc d ， 0 2 5 0 8 4 2 9 0f o rc r ，0 。1 3 4 - 1 0 7 9 3f o rz n ，0 5 8 8 - 5 1 6 4 7 tf o rc ua n d2 i 7 2 4 4 3 f o r p b r e s p e c t i v e l y t h ep o t e n t i me c o l o g i c a l r i s ki n d e x r a n g e d f o r m 2 7 5 9 7 - 3 7 4 7 5 7 2 确er e s u l t so fa s s e s s m e n ti n d i c a t e dc o n s i s t e n t l yt h a tt h e r ew e r e d i f f e r e me x t e n t so fc o n t a m i n a t i o na n dp o t e n t i a le c o l o g i c a lr i s ko f a s ，h g ，c d ，c ua n d p b ，e s p e c i a l t yi nt h ea r e a so ft h ed e x i n gr i v e ra n dd a w ur i v e ra r o u n dd e x i n gm i n e s ， a l o n gt h el o w e rc o u r s e so f l e a nr i v e r , s o m ec o a lm i n e si nt h en o r t h w e s t i nt h ee n d ，i no r d e rt oc o n t r a s tt h es p a t i a l - t e m p o r a lv a r i a t i o no fh e a v ym e t a l s c o n t a m i n a t i o nd u r i n gt h ee a r l ys t a g e ( 1 9 8 9 ) a n dm i d - l a t e ( 2 0 0 4 ) s t a g eo fm i n e s e x p l o r a t i o n ，3 3 0s e d i m e n ts a m p l e s l e v e lw e r er e s a m p l e db a s e do nt h eg e o c h e m i s t 搿 i n v e s t i g a t i o nm a p si n1 9 8 9a tt h es a u 3 el o c a t i o n si n2 0 0 4 s p a t i a l w t e m p o r a lc o n t r a s t w e r ep e r f o r m e du s i n gg i s3 - ds p a t i a la n a l y s i sf r o mt h r e ea s p e c t si n c l u d i n go r i g i n a l t e s t i n gd a t a ，g e o a c c u m u l a t i o ni n d e xa n dp o t e m i a le c o l o g i c a lr i s ki n d e x t h ec o n t r a s t r e s u k si n d i c a t e dt h a tt h e r ee x i s t e ds l i g h t l yc o n t a m i n a t i o no fa s ，c d ，c ua n dp ba n d s l i g h t l yp o t e n t i a le c o l o g i c a lr i s ko fa s ，h g ，c d ，c ua n dp bi n1 9 8 9 ，m a i n l y c o n c e n t r a t e dw i t h i nl i t t l es c o p ea l o n gt h em i d l o w e rc o u r s e so fd e x i n gr i v e la l lt h e c o n t r a s tr e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h ee x t e n ta n ds c o p eo fh e a v ym e t a l sc o n t a m i n a t i o no f s e d i m e n t si n2 0 0 4w e r eb i g g e rt h a nt h a to ft 9 8 9 。 k e yw o r d s ：h e a v ym e t a l s ；e n v i r o n m e n tq u a l i t ya s s e s s m e n t ；s o i l s ；s e d i m e n t s ； s p a t i a l t e m p o r a lc o n t r a s t 第1 章引言 1 1 选题依据及意义 第1 章引言 资源、环境和生态是人类社会可持续发展体系的三大构成要素。矿产资源与 人类社会经济的发展密切相关，是人类生存和发展不可缺少的生产和生活资料， 是实现四个现代化的物质基础，也是人类生存发展的重要保证。显而易见，矿业 开发领域在社会经济发展中具有极其重要的基础地位，其可持续发展对全社会经 济可持续发展战略的实旋具有决定性意义。皂好的生态自然环境是矿山可持续发 展的基础，人类只有合理的开发利用矿产资源，才能促进生态环境的健康发展， 只有维护和发展生态资源，才能有效的利用矿产资源保证其可持续发展。 然而，矿山的开发必然给矿山所在地区的生态环境造成一定的影响和污染。 矿业开发使土地荒漠化、引起自然灾害和环境污染，往往造成生态环境的破坏， 成为世界公认的污染大户之一。矿业生产本身扰动了已经平衡的地球表面系统， 这种扰动损伤了局部生态系统、降低了自然生产能力。矿业生产中，采选冶是向 土壤及水体环境释放重金属污染物的最主要的途径之一。矿山开采所产生的尾矿 中常常伴随大量的重金属矿物，这些重金属矿物由于物理、化学和生物等作用， 极易发生风化，能够通过各种途径，在自然界中迁移、积累、释放，从而严重破 坏生态环境平衡。能产生大量重金属和酸性矿坑水( a m d ) 的矿山废弃物成为 对环境有潜在威胁的污染源。含有重金属元素的酸性水通过废石堆及尾渣堆的孔 隙下渗进入底垫土壤或通过地表径流进入地表和地下水体，进而对周围环境和生 物体产生影响。由于重金属在生物体内具有累积效应，生物从环境中摄取重金属 可以经过食物链的生物放大作用，逐级在较高级的生物体内成千上万倍地富集起 来，造成慢性中毒( f o r s t n e ra n dw i t t m a n ，1 9 8 1 ；郦桂芬，1 9 8 9 ) 。 随着人们对矿产资源需求的不断扩大，在矿山开发过程中，导致的环境问题 也逐渐增多。据“t h e w e s t e r n g o v e r n o r s a s s o c i a t i o n m i n e w a s t e t a s k f o r c e ”对暂 时停用和已废弃的矿( i n a c t i v ea n da b a n d o n e dm i n e s ，i a m ) 点进行统计研究， 美国采矿废弃物的体积巨大。在a r i z o n a ，m i s s o u r i ，m o n t a n a ，分别有i a m 矿点 8 0 0 0 0 个，7 6 5 5 个，2 0 0 0 0 个，采矿废料占地面积分别为1 3 6 6 5 3 英亩，4 8 1 7 5 英亩， 1 5 3 8 0 0 英亩，污染地表水系2 0 0 英里，1 0 9 英里，1 1 1 8 英里；在c a l i f o m i a 和c o l o r a d o ， 分别有i a m 矿点2 4 8 4 个并n 2 0 2 9 9 个，污染水系5 7 8 英里和1 2 9 8 英里；在i d a h o 和 o k l a h o m a ，分别有2 7 5 4 3 英亩和2 6 4 5 3 英亩土地受到i a m 矿点的影响；在n e w m e x i c o f f f i u t a h ，分别有2 5 3 2 0 英亩和2 5 0 2 0 英亩土地受到i a m 矿点的影响，污染了 成都理工大学媾七学值论文 6 9 英里和8 3 英黧的水系( d u r k i na n dh e r r m a n n ，1 9 9 4 ) 。美国蒙大拿州西部c l a r k f o r k 河翁造，蠢于1 0 0 多年的铡及其它金属静采选冶，被污染瓣趣达1 6 0 0 k m 2 以上，成为世界上最大的有害废物聚集地之一，其尾矿所含的a s 、c d 、c u 、p b 、 z n 等金耩元素院正常豢石高密几百僖，甚至上千倍，5 6 0 k m 隘远静下游缝区也受 有害金属的影响( h o c h e u ae ta 1 ，1 9 9 0 ) 。在英国，由于过去署口目前的采矿活动 达到稻警大酶娥穰，傻届部遗嚣金j ；蓦浓菠逐渐齐高，伊斯特藏河、菜达尔露及瀚 米河河水中z n 、p b 和c u 含量均很高( a b d u l l a he t a l ，1 9 7 2 ) ；在德国，莱茵河烃 逢球上污染最严重静河流之一，被称荛“欧潮最大的下东逶”。撵舀哥s a n t am a r i a d el ap a z 的a g p b z n ，c u - a u 矿带上，约2 0 0 年的矿山开发导致1 0 0 k m 2 土地受污 染；酶透蔬菜瞎中c d 帮糟含量分嗣超嵩正常拳平静2 0 餐耪5 e 餐( c a s t r o l l a r r g o i t i a e ta 1 ，1 9 9 7 ) 。 蠢显，矿由开发遭槎霹环境嚣影稳莛长羧懿察不凝扩大懿逡程。矿由闭矿居 也常出现更为严峻的问题( b a n k se ta 1 ，1 9 9 7 ) 。英国戚尔士桨p b z n 矿床在闭 矿1 0 0 多年后，仍毒大霪重金羁不繇魏放矿区璇弃难中释藏鑫寒( m e r r i n g t o na n d a l l o w a y ，1 9 9 4 ) 。事实上，由于矿山开发导致及其诱发的环境问题远不止这些。 在中晷乃至整赛莲嚣痰，壹重衾f | | 霉污染引起懿疾癌、重金震中海帮环境公害事 孛 相当普遍。1 9 9 6 年玻利维亚波托西的波尔科矿山的一座铅、锌尾矿坝倒塌，致 使大约2 3 5 0 0 0 t 骞毒恳矿涅装( 包瑟秘、氰化貔、锈彝镂) l 入疫辩马终溺黪一 条支流阿瓜斯蒂利亚河中，其海性影响到8 0 0 k m 外的巴拉圭一阿根建的查科。 疫辩马终溪辩污染逐导致绞援该溺东和食爝该涎水中鱼戆3 名l 童死亡 ( o a r c i a - g u i n e a a n dh a r f f y ，1 9 9 8 ) 。波兰西里瑙亚某地居民1 0 0 多年来一直饮用 羧金矿冶炼厂瓣放静含秘废求爨污染戆海承，诲多居民除有一般蚕孛中毒表现夕 ， 皮肤黑变病，手指与手部以及皮肤癌的发病率都较高( 廖自綦，1 9 8 9 ) 。日本的 嚣痛瘸就是澄为消费学长期食用被矿出和滁炼厂污染豹糕米和大豆引起黝 ( y a m a g a t aa n ds h i g e m a t s o ，1 9 7 0 ；k o b a y a s h ij ，1 9 7 0 ) 。 我国是世器上的矿业大国，矿业开发是社会发展黧要的经济增长点，坦是幽 矿业开发造成的环境问题也目益突出。到1 9 9 8 年为止，我国已建成酗有金属矿 山9 1 3 8 座，其它各种类型矿由1 9 7 万鏖，年开采矿石爨5 0 亿t ( 陈茂祺，1 9 9 7 ) 。 据统计，我国每年产生尾矿约3 亿t ，其中仅铜矿山生产的固体废弃物就达到1 2 亿年( 郭廷杰，2 0 0 0 ) 。我国具有一定规模的尾矿库融有1 5 0 0 座，其中库容超 过l 亿m 3 的有l o 座，如江西德兴铜矿的4 号库，箕尾砂储量己达到8 3 亿m 3 ( 徐 晓春等，2 0 0 2 ) 。北京2 0 0 0 年阑际土地复垦学术研讨会上报道，我国每年由各类 废渣、废石和建矿直按破坏和侵占蛾面积1 4 万2 万k m z ，并以2 0 0k m 2 y 的 速度增加，2 0 0 0 年的增加速度达到3 4 0 k m 2 ；由矿业开采排放的各种废水、废液 第1 章引言 占国家工业废水总排放量的1 0 以上，其中废水的处理率仅占4 左右，大量 的废水直接排入江河湖海，造成环境的严重污染。如锡矿山尾矿直接排入涟溪， 易门铜矿山尾矿直接排入绿汁江，东川铜矿尾矿直接排入金沙江，山西铁矿大多 数矿山的尾矿直接排入沟谷，造成水系和土地的污染( 李章大，1 9 9 7 ) 。 因此，我国面临f | 趋严峻的的土壤和水体环境安全问题，并由此严重影响到 人民的生命健康。矿山开采、选冶废料是造成土壤和水体重金属污染的主要原因。 由于污染，土壤和水体的净化功能、缓冲功能和有机体的支持功能正在逐渐丧失， 农牧渔等产品的质量受到了影响。据统计，全国直接被尾矿侵占和污染的土壤达 6 6 7 余万公顷，被间接污染的土壤更多，达6 6 7 余万公顷( 董保澍，1 9 9 9 ) 。重 金属污染的土壤面积占总耕地面积的1 6 ( 赵其国等，2 0 0 2 b ) ，沿海地区尤为严 重，重金属元素超标面积占污染总面积的4 5 5 ( 赵其国等，2 0 0 2 a ) 。湖南某锰 矿周围发生矿毒田6 0 多亩，土壤铜含量为3 8 3 3 3 1 0 一：江西下龙塘钨矿区土壤 钼含量超标，赣南大余钨矿周围土壤砷超标，黔西南地区土壤铊超标和大冶铜绿 山铜矿周围土壤铜超标，均与矿业开发活动有关( 陶于祥，1 9 9 9 ) 。卢新卫等( 2 0 0 0 ) 对湘西金矿区表生环境中的砷进行了研究，结果表明土壤、水体砷的高异常已影 响到居民的身体健康。在江西西华山钨矿区附近的土壤中，镉的污染严重，长期 生活在那里的人癌症发病率较高，特别是肝癌( 陈怀满等，1 9 9 9 ) 。有3 0 0 多年 开采历史的我国湖南石门雄黄矿，发生了严重的砷污染，河水砷含量达 o 5 1 4 5 m g l ，居民头发砷含量为o 9 7 2 2 4 5 9 m g l 。以河水为饮用水源的居民的 砷暴露水平达到甚至超过国内外重大慢性砷中毒案例的暴露水平( 王振刚等， 1 9 9 9 ) 。 由此可见，矿业本身的特点和矿业开发己对环境产生的危害以及正在产生的 危害，决定了矿业与环境可持续发展的艰巨性、必要性和迫切性。资源的溃乏和 环境的恶化，以及由采矿活动引起的潜在环境危害，使全世界的人们都十分重视 资源与环境的可持续发展。随着环境问题越来越受到全社会的广泛关注，尽量地 减少采矿对环境造成的负面影响已是当务之急。然而，我国以往的矿业开发工作 大多只注重经济效益，对矿业开发的环境效应未予重视，相应的研究也较落后。 随着社会的进步和经济的发展，人们对生活质量和人身健康日益关注，因此，矿 业开发对环境的影响以及环境污染治理等方面的研究正被逐步提到议事日程上 来。一个必不可少的任务就是对矿山及其周边地区的环境进行现状调查，并对其 进行质量评价、分析污染源及污染趋势，为环境治理和环境保护提供客观依据。 而重金属污染元素的环境地球化学质量评价在矿山环境质量评价中的作用越来 越重要，业已成为矿山环境污染评价体系中非常重要的组成部分。其中，土壤重 金属污染环境质量评价可以为矿山土地复垦与合理利用、矿山环境管理与规划以 成都理工大学博+ 学位论文 及土壤污染的综合防治提供科学依据。对于流域内水系沉积物重金属污染环境质 量评价，有利于了解河水携带的重金属对沉积物的影响，也有利于了解沉积物对 生态环境所存在的潜在危害。通过对矿山环境地球化学过程的研究，可以揭示矿 山开发影响环境的过程机理，对研究元素循环、矿山修复、环境评价以及生态效 应等具有重要的科学理论意义和实用价值。 本论文的研究区一江西德兴地区，是我国重要的铜、金以及银、铅锌等矿产 资源基地，它集中了铜厂斑岩铜矿、银山多金属矿和金山金矿等大型一超大型矿 床，是我国东部成矿带中的大型矿集区之一( 朱训等，1 9 8 3 ) 。同时，研究区内 也分布着不同规模的煤矿。其中，德兴斑岩铜矿始建于1 9 5 8 年，已有近5 0 年的开 采历史；是世界上储量在8 0 0 万t 以上的8 个特大型斑岩铜矿之一，也是中国最大 的露天有色金属矿山。德兴铜矿整个矿山包括铜厂和富家坞两大矿区，矿床储量 大、埋藏浅，宜于露天大规模开采。矿石可选性好，综合利用元素多。己探明矿 石储量1 6 3 1 1 7 , t ，主要元素铜金属量达7 4 4 2 万t ，金2 4 0 6 t ，银2 3 8 1 t ，硫2 6 2 0 7 万 t ，铝2 8 2 万t ，以及丰富的稀有贵金属铼、锇等。到目前为止，全矿综合生产能 力每日己稳定在采、选矿石7 4 万t 以上，年产铜精矿含铜量达9 万t ，含金2 2 6 0 k g ， 含银1 4 0 0 0 k g ，钼精矿2 4 2 0 t ，硫精矿5 3 万t ，成为我国具有世界先进水平的重要有 色金属基地( 朱永生，1 9 9 9 ) 。德兴铜矿在我国矿业经济中占有举足轻重的地位， 为我国经济建设与发展做出了不可估量的贡献。 然而，德兴矿集区在矿业生产过程中必然排放大量的废石、尾砂、废水、粉 尘及产生噪声等污染，对矿区及其周围环境造成了严重的影响和危害，同时也造 成了矿山资源的极大浪费。废石中硫化物强烈风化，形成大量含金属离子的矿山 酸性废水，长期从废石场流出，造成矿区下游大坞河及乐安河水质的严重污染， 对乐安河沿岸人们的生产和生活特别是饮用水源的需要带来严重的威胁。1 9 9 7 年由于乐安河水污染十分严重，德兴铜矿饮用水源污染指标严重超标，使饮用水 发生困难，人们只能靠汽车拉水、排队提水甚至购买矿泉水来解决用水( 许万文 等，2 0 0 4 ) 。德兴铜矿周围土壤中污染物的来源主要是酸性废水，特别是酸性废 水中的c u 等重金属污染使德兴铜矿下游几个村的几千亩良田变成了荒地，污染 甚至波及到鄱阳湖的底泥。c u 是矿集区主要的成矿元素，它虽是植物生长的必 要元素，但是过量的c u 对水体、土壤的污染将对植物产生毒害作用，随着矿集 区c u 等重金属的污染日益严重，水体、土壤c u 污染必须引起充分重视( 陈怀 满等，1 9 9 6 ) 。 据预测，露天采矿场和废石场每年产生约1 7 0 0 万m 3 的酸性废水。1 9 9 4 年 中日合作项目现场调查表明( 刘成，2 0 0 1 ) ，目前大坞河沿程汇入的各种废水总 量约占河水流量的1 0 左右；河水环境化学条件十分复杂，水体呈棕色，其中含 4 第l 章引言 有大量的c u 、f e 等重金属离子，p h 值在2 , 4 左右，全长1 4 k i n 的河段没有任 何水生生物存在，而且也波及到下游的乐安河，在大坞河的排放口乐安河沽口段 几乎没有水生生物；据2 0 0 1 年的中国国土资源报报道，乐安河上游矿产的开采 严重破坏了乐安河中下游的生态环境，造成乐安河名贵的鳊鱼、银鱼绝迹；4 万 多亩耕地受到污染而减产，1 3 万多亩绝收，6 0 0 0 多万亩耕地十几年无法耕种； 饮用该河水的人们发病率明显增高。 德兴铜矿从7 0 年代初期就开始研究治理矿山废水，废水治理经历了点源治 理一集中治理一清洁生产加末端治理三个阶段，初步形成了目前的废水综合治理 格局。全矿环保设施、环保项目投入量逐年加大。德兴铜矿二期工程( 国家“七 五”、“八五”重点工程) 完成的总投资2 2 亿元中，环境保护设施投资就达2 1 2 亿元，占工程总投资的9 6 7 ，并认真执行了国家工程建设“三同时”制度。德 兴铜矿环境保护管理工作也采取了一系列有力措旋：方面认真贯彻执行国家有 关的环保法规条例，另一方面加强对生产主流程单位的环保考核制度，实行环境 保护目标责任制，环保指标层层分解落实到工段、机台；先后制定颁发了德兴 铜矿环保管理条例、德兴铜矿环保考核实施细则、德兴铜矿环境保护设施的 管理考核及德兴铜矿环境污染整治规划等规章制度( 朱永生，1 9 9 9 ) 。但 是，由于历史和现实的多方原因，矿山环保还滞后于生产发展，存在的主要问题 是外部干扰大、治污效果欠佳、环保设施利用率较低等，造成废水外排现象时有 发生。1 9 9 7 年l o 月德兴铜矿被列为全国3 0 0 家和江西省的重点污染源单位( 吴 飞等，2 0 0 0 ) 。 前人对德兴斑岩型铜矿的成矿条件、控矿因素、矿床成因、成矿规律与成矿 预测等矿床学及找矿勘探地质学方面的研究工作已经很深入。同时，一些学者对 德兴矿区环境污染及评价方面进行了研究，包括：1 ：2 0 万乐平幅( a s 、h g 、 c d 、c r 、z n 、c u 、p b 、m o 、f e ) 地球化学调查( 江西省地质矿产局物化探大队 七0 队，1 9 8 9 ) 、德兴铜矿环境地质的变化及其控制途径( 余清仔，1 9 9 0 ) 、江 西德兴铜矿大流量酸碱废水的综合治理( 李广胜，19 9 5 ) 、乐安江沉积物酸碱特 性及其对重金属释放特性的影响( 文湘华，1 9 9 6 1 、德兴铜矿废水治理进展( 吴 飞等，1 9 9 7 ) 、乐安江一鄱阳湖水域重金属污染评价及生态综合模型( 何孟常， 1 9 9 8 ) 、乐安江沉积物中重金属污染的潜在生态风险性评价( 刘文新等，1 9 9 9 ) 、 德兴铜矿生活区和车间空气环境质量现状及采取的对策( 朱永生，1 9 9 9 ) 、德兴 铜矿矿山废水治理现状及其前景( 吴飞，2 0 0 0 ) ，德兴铜矿酸性废水成因的研究 ( 刘成，2 0 0 1 ) 、德兴铜矿酸性矿山废水污染分析( 许万文等，2 0 0 4 ) ，特别是 1 9 8 7 1 9 9 5 年，联合国教科文组织( u n e s c o ) 、人与生物圈研究计划( m a b ) 、 中国科学院和德国联邦研究和技术部合作进行了一项生态研究合作计划一乐安 成都理1 二大学博士学位论文 江一鄱阳湖水域熏愈属污染及生态效应，中德科学家利用媳学、化学、生物和生 态、游避学等多学辩方法，对乐安江承终器嚣穰秘中重金耩蕊分布、透移扩教、 形态特征、毒性和生态效应等谶行了较长期的监测、广泛和深入的研究，取得了 很多獯要的成果( 何孟常，1 9 9 8 ) ，这些研究成果为本论文研究的展开奠定了坚 实的蒸鼹。 键蔗，前人对德兴地区开震的矿山环境评价方面的研究工作存在以下几个方 面的不足：( 1 ) 往往侧重于单一时相的、静态的环境质量现状评价，对区域重金 属污染评份缺乏不嬲时相的、动悫的时空对e b 研究；( 2 ) 聚用不同来源、不同类 鍪、不阉坐标系静蘩稿建虞资料与大足度兹壤辣佬学疆查数据时，一般不考虑不 同数据的坐标系是谮致，不进行不同坐标系数据之间的投影转换，使得在数据 处理及图件绘制中产生误差，从而不能保证分析处理的精度；( 3 ) 对区域壤和 隶系沉辍魏重金矮污染爱其分毒穗凌送来系绫戆采廷多耪疆徐方法述嚣练合译 价，而且一般侧重于使用传统的统计评价方法，强调点污染统计分析，缺乏从点 线一面三个不司角度进行综合评价，同时在评价效果及最示程度上缺乏直观形 象的可视化表达。 本论文的研究蠢客是基予瓣土资源部公畿类专项“矿产爨源开发对矿由环境 影响及整治示范研究”( 编号3 0 3 0 2 4 0 8 ) 第0 l 子项目“区域地球化学慕线与大 型矿山及矿集区环境评价示范”的总体目标和任务而展开的。论文以江磷德兴铜 多垒溪矿由及矿集酝凳重点，开袋送蠛壤零承系滚禚餐戆鬟金磊浮絷谔馀及时 空对比研究。力争以德兴矿集区作为大型矿山环境评价研究示范区，对德兴矿集 区的生态环境质量做出合理而详尽的评价，建立一套适合大型矿山环境调查及质 量评份的理论模型秘方法，给其它矿山环境调轰及评价提供一定静借鉴彳乍翅。 1 2 国内外研究现状 1 2 耢突撬述 人类对于由于矿山开采而导致的环境问题的认识和研究是在不断深入的。人 类开发剩囊矿产资源豹历史悠久，长期以来，矿产资源的开发农穰弼给人类社会 发震带来了巨大斡嚣献，同时也造成了环境的污染。矿出开发； 起的环城闯题是 全球性的问题，越来越受到人们的重视，已成为环境地球化学研究的一个重要领 域，受到各国地质攀家和环境科学家的普遍关注。近些年，有关矿山开发给环境 造戒瓣囊瑟影魂懿磷究论文逐狻漤麓，g e o r e f 文藏瘁显示，勘查遥球傀喾杂恚 ( j o u p , n a l o fg e o c h e m i c a l e x p l o r a t i o n ) 中与环境地球化学有关的文 献1 9 7 5 1 9 8 5 为4 篇，1 9 8 6 - 1 9 9 6 为5 3 篇，说明环境研究已倍受重视( 吴传璧 6 第1 章引言 等，1 9 9 7 ) 。美国内政部和美国地质调查部联合组织了专门的研究机构一c n l s t a l i m a g i n ga n dc h a r a c t e r i z a t i o nt e a m ，从事采矿废料与环境的专门研究，发表了许多 有关方面的文章。以环境污染与治理为主题的国际会议电相继召开：酸性采矿废 水国际会议( i c a r d ) 至今己召开了6 届；尾矿与采矿废料国际会议( i c t m w ) 至今已召开了1 2 届；环境地球化学国际研讨会( i s e g ) 从1 9 8 9 年至今己召开 了六届，第7 届将于2 0 0 6 年9 月在我国北京召开。这些会议从不同角度、不同 程度地讨论了矿床开采的环境评价、环境效应，影响机制和污染预测、控制方法 等。 此外，环境地球化学中有关河流沉积物与土壤中重金属污染的研究与评价一 直是备受关注的焦点。沉积物质量评价国际会议( i c s q a ) 从1 9 9 4 年至今已召开 了6 届，对沉积物质量管理与风险评价，重金属污染评价、污染沉积物的生物 生态敏感性评价等方面进行了探讨。关于土壤重金属污染物的研究，国外始于2 0 世纪6 0 7 0 年代，如澳大利亚、美国、德国等国家对重金属研究较深入，尤其是 澳大利亚。美国在1 9 9 1 年和1 9 9 2 年连续召开了两届关于土壤质量问题的学术讨论 会，并发表了一系列文章( 赵其国等，1 9 9 7 ) 。我国许多地方在上世纪8 0 - 9 0 年代 先后开展了土壤污染监测和治理技术方面的研究工作。我国在1 9 8 3 年对主要类型 的土壤环境容量作过初步研究，如提出研究土壤重金属的生态效应、临界含量地 带性分异规律和分区等( 郑喜坤等，2 0 0 2 ) 。至今，国内很多重点城市都开展了 城郊农业土壤重金属污染状况的研究。此外，国家有关部门也正在推动全国性的 与土壤质量有关的调查，如国家环境保护总局的土壤污染调查，以及中国科学院 的土壤质量研究等。 西方发达国家早己认识到矿山开发所导致的环境问题的严重性。美国、加拿 大、澳大利亚等矿业大国就采矿对环境的影响作了较为系统的研究，颁布了一系 列相关方面具有影响的法规和政策，如美国环境保护署制定了采矿环境手册， 出版了采矿水环境地球化学、金属采矿与环境、矿床环境地球化学、矿 床环境地球化学一方法、技术和健康问题等有影响的专著，重点讨论了矿区的 环境地球化学过程、研究方法