彭文彪,陶 峰,姚 奕,賁麗紅

（湖南省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院，湖南長沙410011）

湘中QYW鈾礦山閉坑礦區(qū)生態(tài)化再治理地質(zhì)環(huán)境調(diào)查

彭文彪*,陶 峰,姚 奕,賁麗紅

（湖南省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院，湖南長沙410011）

通過地質(zhì)環(huán)境調(diào)查，查明了閉坑的QYW鈾礦山主要地質(zhì)環(huán)境問題為土壤和水環(huán)境污染，呈多元素復(fù)合污染，鈾、鎘、鋅污染達重度，鎘生物積聚突出。土壤的原始污染源為成土黑色巖系母巖，礦業(yè)活動引發(fā)加劇了污染范圍和程度，并導(dǎo)致了水環(huán)境的污染。在地質(zhì)環(huán)境調(diào)查的基礎(chǔ)上，提出了礦山地質(zhì)環(huán)境保護與治理恢復(fù)方案。歷史遺留問題的閉坑礦山礦區(qū)生態(tài)化再治理必需進行調(diào)查摸底，完善礦山地質(zhì)環(huán)境治理的基礎(chǔ)資料收集工作，綠色礦山建設(shè)不可或缺礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查。

鈾礦山；閉坑礦區(qū)；生態(tài)化；治理；地質(zhì)環(huán)境調(diào)查

湖南省主要的礦山地質(zhì)環(huán)境問題有礦山地質(zhì)災(zāi)害、占用及破壞土地資源、破壞及影響地下水系統(tǒng)、礦山廢渣廢水污染等4大類，而礦山環(huán)境污染以煤炭、有色金屬、硫鐵礦、砷礦、鈾礦、鹽類礦山等較突出，20世紀(jì)80年代末至90年代末是礦業(yè)無序發(fā)展階段最盛時期，礦業(yè)發(fā)展對環(huán)境破壞達到高峰[1-2]。計劃經(jīng)濟時代我國的礦山都屬國有，當(dāng)時不論是政府還是礦山企業(yè)，缺乏礦山地質(zhì)環(huán)境保護意識，這個階段建設(shè)投產(chǎn)的礦山，遺留有不同程度的礦山地質(zhì)環(huán)境問題，礦業(yè)活動常常引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害、水資源遭到破壞、土石環(huán)境污染和水環(huán)境污染時有發(fā)生，易造成群體性事件，引發(fā)社會矛盾，影響頗大。1986年閉坑的QYW鈾礦山是較為突出的例子。2006年國土資源部提出了綠色礦山概念，其理念是將礦山建設(shè)成為礦產(chǎn)資源開發(fā)利用與經(jīng)濟社會環(huán)境相和諧的礦山，實現(xiàn)礦產(chǎn)資源利用集約化、開采方式科學(xué)化、生產(chǎn)工藝環(huán)?；?、企業(yè)管理規(guī)范化、閉坑礦區(qū)生態(tài)化[3-4]。QYW鈾礦閉坑礦區(qū)生態(tài)化需要進行再治理，《湖南省礦山地質(zhì)環(huán)境保護與恢復(fù)治理“十一五”規(guī)劃》將其列入為2003～2010年期間礦山生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理重點工程。

1 礦區(qū)背景

QYW鈾礦山地處湘中資水中游。礦山及影響區(qū)面積約7km2，有行政村6個，總?cè)丝诩s6千人。1991～1997年間實施了鈾礦山退役環(huán)境治理，耗資近三千萬元。2006年湖南省國土資源廳對該礦區(qū)進行了后續(xù)治理[5]。

鈾礦床產(chǎn)于由震旦系—寒武系組成單斜構(gòu)造黑色巖系中，受層間破碎帶控制，礦石類型為破碎“富炭泥巖”，以破碎炭質(zhì)泥（板）巖、破碎泥灰?guī)r、破碎硅板巖、破碎硅質(zhì)巖為主，礦石呈浸染狀和角礫狀。鈾在礦石中主要是分散吸附狀態(tài)，少量呈鈾礦物（鈣鈾云母、銅鈾云母、鈾黑及瀝青鈾礦）形式存在。伴生的Ga、Ni、Cd、Cu、Mo等元素達到綜合利用標(biāo)準(zhǔn)，伴生礦物多以硫化物形態(tài)存在。

1958年在礦區(qū)發(fā)現(xiàn)鈾礦隨即進行勘探，1964～1966年民間采鈾進行土法練鈾，中低品位鈾礦石和共、伴生礦被棄，1974～1986年間礦山生產(chǎn)期間固體廢物迅速積累，范圍不斷擴大。

廢石：該礦山范圍現(xiàn)存廢石場31個，廢石量約77.13×104t，占地總面積約0.10km2。工業(yè)場地5個，廢石總量約10.23×104t，占地總面積約0.04km2。經(jīng)退役治理，廢石場一般穩(wěn)固，表層均有土層覆蓋。

廢水：礦山開采期產(chǎn)生的廢水直排于小溪，主要有2條溪流，即：LWL溪（上游分支為YMC溪、LCP溪）和SBD溪，LWL溪并入YX河最終匯入ZX水庫。現(xiàn)低位坑（如175、207地段）仍有礦坑水溢出，礦坑水直排于近處的河溪。流經(jīng)礦山溪流與河水均受礦坑水影響。

廢氣：礦山主要氣載廢物為氡，經(jīng)治理監(jiān)測、檢測氡析出率符合國家要求，大氣氡濃度未見明顯異常，廢氣對環(huán)境影響小。QYW鈾礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境調(diào)查綜合成果見圖1。

圖1 QYW鈾礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境調(diào)查綜合成果圖

2 調(diào)查方法

調(diào)查以固態(tài)廢物、氣載流出物和液態(tài)流出物作為源項，對巖（礦）石、廢渣、土壤、農(nóng)田、水體（河溪及井泉）和生物（主要農(nóng)作物、家養(yǎng)動物）系統(tǒng)進行了實地測試和采樣分析測試。測試分析項目主要有氡析出率、大氣氡、γ輻射吸收劑量率、放射性天然核素含量（總U、226Ra）、重金屬濃度等。

3 調(diào)查結(jié)果

3.1 γ輻射劑量率

地面γ劑量率測量結(jié)果表明：

（1）原野：范圍值121～1024nGy/h，平均值為180nGy/h，區(qū)域本底值為140nGy/h，超限值（扣除本底后大于174nGy/h）點在空間上與礦化地段相對應(yīng)。

（2）道路：礦用道路γ輻射劑量率范圍171～614nGy/h，平均值197nGy/h，超限值點分布在208地段至鐵路礦倉原運礦道路一帶，不連續(xù)、分散；砼路面道路γ輻射劑量率范圍值為148～176nGy/h，平均值為160nGy/h，沒有超限值點。

（3）居民點：室外范圍值128～197nGy/h，平均值161nGy/h，室內(nèi)范圍值136～212nGy/h，平均值為173nGy/h，無超限值點。

（4）廢石場及工業(yè)場地：范圍值136～1092nGy/h，平均值236nGy/h，局部分布有超限值點，呈星團狀、片狀，個別有大面積分布超限值點。

3.2 氡析出率

氡析出率范圍值為0.29～0.59Bq/（m2·s），沒有超限值[0.74Bq/（m2·s）]點分布。

3.3 大氣氡濃度

在居民點（室內(nèi)、外）、廢石場、原野等地點進行大氣氡測量，未發(fā)現(xiàn)超限值。

已治理廢石場：Rn濃度范圍值為26～41Bq/m3，平均值34.2Bq/m3；

居民點：室外Rn濃度范圍值為23～38Bq/m3，平均值為25.9Bq/m3，室內(nèi)Rn濃度范圍值為28～39Bq/m3，平均值為32.5Bq/m3。

3.4 土石環(huán)境污染

（1）土鈾污染：廢石U濃度范圍值（9.86～328）×10-6，一般為（15.05～99.77）×10-6，平均59.94×10-6；土壤U濃度范圍值（4.28～162.30）×10-6，平均值（X）為12.49× 10-6，礦區(qū)土壤U濃度背景值明顯較高，是湖南省平均水平[6]（5.18×10-6）的2.4倍，是U克拉克值[7]（2.7×10-6）的4.6倍。

土壤鈾輕度污染（Ⅲ）3處，即：Ⅲ1、Ⅲ2和Ⅲ3，分布在208至202地段、207地段及HJA地段，礦業(yè)活動劇烈，面積約0.50km2；處于警戒線（Ⅱ）2處，即：Ⅱ1和Ⅱ2，分布在XJP地段（儲礦場）和YC地段，為礦業(yè)活動相關(guān)地帶，面積約0.29km2；其余均為安全（Ⅰ），分布在礦業(yè)活動之外地段或礦業(yè)活動相對較弱地段。

（2）土鎘污染：LCP溪、YMC溪流經(jīng)礦山段及其匯流后的LWL溪的兩岸農(nóng)田近0.38km2范圍遭受了重度鎘污染。土壤Cd濃度范圍值為0.34～89.1mg/kg，平均值為17.9mg/kg，改種（桑樹）后為11.6mg/kg，與《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618-2008）對照，改種前土壤Cd平均水平為第二級標(biāo)準(zhǔn)值（0.25mg/kg）的71.6倍[即污染指數(shù)（Pi）為71.6]，改種后，土壤平均水平為第二級標(biāo)準(zhǔn)值的46.4倍，改種前后Cd平均水平均處于重度污染之上。

3.5 水環(huán)境污染

（1）pH值及水質(zhì)。礦區(qū)地表水pH值范圍為4.0～6.5。4≤pH＜5.5以下水點分布在LCP溪至LWL地帶和SBD地帶，其他地段水點pH值6～6.5；礦坑坑道溢水pH為4.0～5.5。LCP溪（207礦坑水排放以下）、LWL溪（YMC溪與HJC溪匯合處以下）及SBD溪（216地段）均不符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）的要求，部分不符合《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB5084-2005）的要求（表1）。

表1 QYW鈾礦區(qū)地表水污染程度

礦坑水水質(zhì)類型為S·H-C和S-M·C型，硫酸根離子濃度較高，分別達132.18mg/L和1440.38mg/L。207地段礦坑水和175地段礦坑水均為典型的酸性礦坑水（AMD），其pH值低，富硫酸根，排放口以下的LCP溪全部沉淀有褐紅色絮狀沉淀物；SBD溪主要受216地段廢石淋濾水補給，該溪水同樣pH值低，富硫酸根，水中沉淀有大量白色絮狀物，具酸性礦坑水的特征。

（2）水鈾污染：檢測的水U濃度小于0.1～2090.0μg/L，最低值為溪流水，最高值為礦坑水。低點分布在LCP溪水（207礦坑水排放以上段）及FP溪水；高點分布在流經(jīng)礦山廢石場，坑口排放點以下的河、溪流水。

礦坑水和廢石淋濾水單項鈾污染指數(shù)（Pi）達42.6～3426.2。流經(jīng)采礦區(qū)的地表水系單項鈾污染指數(shù)（Pi）為3.8～107.2，礦區(qū)主要河、溪均遭鈾重度污染。

（3）水鎘污染。207坑道排水Cd濃度是標(biāo)準(zhǔn)值的51.70倍，YMC水庫及水庫以下溪水、SBD溪（216地段）、YX河（匯合處）水Cd濃度均超出GB5084-2005標(biāo)準(zhǔn)限值，并達GB3838-2002標(biāo)準(zhǔn)（Ⅴ類水）標(biāo)準(zhǔn)限值。主要河溪均遭鎘污染，鎘污染指數(shù)（Pi）為1～18.20，污染程度為輕度、中度和重度。

（4）水鋅污染。207礦坑水和SBD溪水Zn濃度超出GB5084-2005和GB3838-2002標(biāo)準(zhǔn)（Ⅴ類水）限值，207礦坑水Zn濃度為6.38mg/L，達重度污染（Pi= 3.16）；SBD溪（S026）水中Zn濃度為2.16mg/L，達輕度污染（Pi=1.08）。

3.6 生物污染

生物U濃度范圍值（0.003～2.31）×10-6，農(nóng)作物平均U濃度為0.13×10-6，禽畜類動物平均U濃度2.15× 10-6。按照《食品中放射性物質(zhì)限制濃度標(biāo)準(zhǔn)》（GB14882-94）估算，每年每成人從糧食中攝入U總量為47.45mg，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的年攝入量限值（ALI）為551mg（成人），此單項為年攝入量限值（ALI）的8.6%，考慮其它攝入源（如飲水和其他食物）所占份量，此單項攝入份量具一定安全性。

礦區(qū)農(nóng)作物（稻米、大豆、蔬菜、紅薯、柑桔、油茶）Cd濃度范圍值為0.000055～9.36mg/kg，單類均值0.0011～2.57mg/kg。參照《食品污染物限量》（GB2762-2005）。對食品鎘限量（稻米、大豆0.2mg/kg）的規(guī)定，最大均值污染指數(shù)（Pi）達12.6，峰值污染指數(shù)（Pi）達46.8，生物鎘嚴(yán)重超限，礦區(qū)鎘的生物積聚突出。

4 主要地質(zhì)環(huán)境問題及原因

4.1 主要地質(zhì)環(huán)境問題

QYW鈾礦山地質(zhì)環(huán)境問題主要為土壤環(huán)境污染和水環(huán)境污染，土壤環(huán)境污染以鎘和鈾為主；水污染主要有鎘、鈾和鋅，采礦區(qū)附近溪水pH值不符合地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

礦區(qū)因土壤環(huán)境和水環(huán)境污染，使生物遭受污染，生物鎘積聚突出。

4.2 原因分析

黑色巖系是土壤的母質(zhì)，同時也是原始污染源，自然狀態(tài)下某些重金屬元素如Cd、U、Mo、Ni、V等在土壤中富集，達到了污染程度；污染的地表水灌溉農(nóng)用地，疊加了二次污染，使得污染物不斷積累；礦業(yè)活動擴大了污染范圍和程度。

（1）成土黑色巖系母巖是土壤的原始污染源。黑色巖系富含微量元素,分布有Cd、Ni、Mo、V、Cu、Zn、U、Se、Au、Ag、稀土（REE）和鉑族元素（PGE）等元素[8-14]。礦山及周邊黑色巖系巖石中U、V、Mo、Ni、Cu、Pb和S元素濃度克拉克值為1.6（Pb）～51.42（S），表明這些元素在地質(zhì)體中相對集中（表2）。礦山圍巖Cd濃度[15]平均為34×10-6，Cd克拉克值為0.2×10-6，其濃度克拉克值為1700，表明Cd在礦區(qū)集中程度最高。

表2 QYW鈾礦區(qū)周邊黑色巖系（上震旦與下寒武系）部分元素濃度

一些學(xué)者[16-17]對礦區(qū)黑色頁巖、土壤污染、環(huán)境及其效應(yīng)進行了研究,指出土壤因繼承母巖的元素富集特征而富集多種重金屬元素。礦區(qū)土壤V、Cd、Zn、U和Cu單值或平均值已超土壤第二級標(biāo)準(zhǔn)值或相對標(biāo)準(zhǔn)值（表3），Cd峰值污染指數(shù)（Pi）為4.0（重度），平均污染指數(shù)（Pi）為1.0～3.0（輕—中度）；V峰值污染指數(shù)（Pi）為8.84，平均污染指數(shù)V為1.02～4.67（輕—重度）；Cu、Zn和U污染屬輕度。Mo、Ga和REE富集趨勢明顯，其濃度可達污染程度，表明礦區(qū)土壤存在多種類型的污染復(fù)合。

（2）礦業(yè)活動引發(fā)加劇了污染的范圍和程度。成土母質(zhì)和污染（廢氣鎘擴散沉降累積和含鎘污水灌溉積累）是土壤鎘的兩種來源[18]。隨水流遷移到土壤中的鎘,可以被土壤吸附,吸附強度與底質(zhì)粘性和有機質(zhì)含量等因素有關(guān)。鎘一般在土壤表層積聚[19-22]。污灌土壤中鎘存在明顯的累積性，鎘濃度與污染源強度、時間成正相關(guān)。

礦業(yè)活動產(chǎn)生了廢石（渣），除機械擴散，其有害有毒物質(zhì)也在不斷淋浸、析出，從而使污染不斷擴散、遷移，污染形態(tài)也隨之發(fā)生轉(zhuǎn)變。礦業(yè)活動加劇了礦石和巖石中硫化礦物的氧化作用，促進形成了酸性礦坑水（AMD），礦坑水的排放進而污染河溪，污染的河溪水灌溉農(nóng)田，又促進了土壤鎘的積累，從而擴大了礦區(qū)土壤鎘污染程度。

受礦坑水和廢石淋濾水持續(xù)影響，LCP溪、YMC溪及其匯流后的LWL溪等實際為污水。被污染的農(nóng)田在1987年以前一直用以上河溪水灌溉，長期的污灌造成了農(nóng)田鎘污染不斷積累。原狀土壤Cd平均污染指數(shù)（Pi）為1.0～3.0，為輕—中度，疊加了二次污染的土壤鎘平均單項污染指數(shù)（Pi）為71.6，為重度污染。疊加了二次污染的土壤Cd為原狀土壤的數(shù)十倍，污染程度更嚴(yán)重。

表3 QYW鈾礦山土壤及巖石剖面主要重金屬元素濃度

5 治理方案

（1）減少公眾吸收劑量當(dāng)量，對公眾活動進行限制。依靠規(guī)劃，在規(guī)劃限制區(qū)內(nèi)限制興建新的住房、限制開采利用地下水（井、泉）作供水水源、限制污染水體用于農(nóng)業(yè)灌溉、限制種植糧食作物和養(yǎng)殖家禽、家畜。

（2）對已有治理工程進行維護、加固，確保廢石場的穩(wěn)固。礦區(qū)大部分治理工程目前狀況良好，注意對治理工程地段進行清理維護，確保廢石場不被沖刷。

（3）面對水環(huán)境問題，整治坑口排水和廢渣淋濾水；全面進行改水，解決礦區(qū)生活、生產(chǎn)用水。進行飲用水改造，采用自來水管網(wǎng)方式供水，取水點可考慮在礦區(qū)外圍板溪群地層分布區(qū)入滲、逕流和匯集的地表水系；逐步對主要流域水系進行生態(tài)恢復(fù)，可考慮對酸性礦坑水進行酸性、鈾、鎘及其他重金屬元素等的綜合處理。

（4）因勢利導(dǎo)，礦區(qū)范圍內(nèi)應(yīng)推廣改種，實現(xiàn)生態(tài)治理土石污染，防止土地隱形流失。礦區(qū)內(nèi)已成功進行了改種桑葉試驗，并取得了一定實踐經(jīng)驗，為鞏固治污成果，可推廣種桑養(yǎng)蠶，擴大產(chǎn)業(yè)規(guī)模，進一步深化產(chǎn)業(yè)鏈，興辦蠶絲加工、紡織企業(yè)等。

6 結(jié)語

（1）閉坑的QYW鈾礦山主要地質(zhì)環(huán)境問題為土壤環(huán)境污染和水環(huán)境污染，呈多元素復(fù)合污染，鈾、鎘、鋅污染達重度，鎘的生物積聚突出。

（2）土壤的原始污染源為成土黑色巖系母巖，礦業(yè)活動引發(fā)加劇了污染范圍和程度，并導(dǎo)致了水環(huán)境的污染。

（3）礦山地質(zhì)環(huán)境問題往往十分復(fù)雜，涉及面廣泛，因而礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查宜以巖（礦）石—土壤—水—生物體系為線索，全面深入調(diào)查評價。

（4）黑色巖系分布區(qū)礦產(chǎn)資源豐富，但又面臨黑色巖系礦產(chǎn)地的土壤可能存在原始污染或合并有水環(huán)境的污染問題，合理規(guī)劃礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用以及加強礦山地質(zhì)環(huán)境保護與治理恢復(fù)工作是十分重要。

（5）歷史遺留問題的閉坑礦山地質(zhì)環(huán)境保護與治理恢復(fù)、礦區(qū)生態(tài)化再治理必需進行調(diào)查摸底，完善礦山地質(zhì)環(huán)境治理的基礎(chǔ)資料收集工作，綠色礦山建設(shè)不可或缺礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查。

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TD167

A

1004-5716（2015）05-0136-06

2015-03-18

彭文彪（1965-），男（漢族），湖南衡陽人，高級工程師，現(xiàn)從事水、工、環(huán)地質(zhì)工作。