唐山—古冶土壤Se、Hg異常成因及生態效應

王蔭楠

摘要：河北是礦業大省，各類礦產資源比較豐富，尤其是唐山地區，以鐵、煤礦為最。2007年，河北省地質調查院在河北平原多目標地球化學調查中，在開灤煤礦區唐山-古冶一帶發現了以Se、Hg元素為主的多元素土壤地球化學異常。本文通過對唐山一古冶異常的環境背景、地球化學特征、異常成因及異常源分析、生態效應評價等幾個方面進行解釋。通過對異常的分析表明，冶煉、燃煤產生的大氣降塵是整個地區形成異常的主要原因。

關鍵字：地球化學異常；礦業活動；大氣降塵

在世界范圍內，礦業活動是影響生態環境質量的重要因素。由于河北省冀東地區礦產資源豐富，礦業調查、開采活動比較頻繁。在長期的礦山開采、礦石冶煉過程中，使成礦和伴生元素產生了顯著異常。另一方面，由于該區工業發達，大型工廠較多，且人口眾多比較密集，工業產生的廢水、廢氣及人為活動也是異常產生的重要原因。2007年，河北省地質調查院在河北平原開展多目標地球化學調查，在唐山一古冶一帶發現以Se、Hg元素為主的多元素土壤地球化學異常。

1.異常地理位置

唐山一古冶異常位于冀東平原唐山市境內。東經118°2′—118°31′；北緯39°30′—39°50′。異常總面積約900km2。異常區包括唐山市豐南區、唐山市城區及古冶區（見圖1-1）。

2.異常環境背景

河北是礦業大省，各類礦物資源較豐富，尤其是冀東的唐山地區。冀東鐵礦區是全國三大鐵礦生產基地之一，開灤煤礦更是久負盛名，它是河北省重要的煤炭生產基地。由于該區長期受到產業結構特征影響，在煤礦開采過程中，形成了采煤塌陷區及具有有害化學元素的煤渣煤灰，大氣污染嚴重，對區域生態環境與建設造成巨大破壞。異常區內唐山市為河北省重要工業城市，大型、超大型工廠眾多，許多工廠位于市區內，每天排放大量工業廢氣，使大氣中布滿各類有害元素，大氣降塵污染嚴重。

3.異常地球化學特征

3.1異常元素分布特征

唐山一古冶異常主要由Se、Hg、S、orgC元素組成，也包含有Cd、Ph、Zn、U、sb等重金屬弱異常。其中Se面積達1028km²，走向北東，平均值0.53mg/kg，最高值3.0 mg/kg。Hg異常由兩部分組成，分別出現在唐山市和古冶鎮，異常總面積314km²；異常平均值62.53μg/&g，最高值280μg/kg。該異常區沿交通線分布，根據圖3-1可以明顯的看出se、Hg異常在古冶鎮東部非常吻合，應為煤炭直接污染的結果。在唐山市南部和東部Se、Hg異常中心偏離，其異常成因應為燃煤降塵所致。

3.2異常元素參數特征

根據表3-1可以看出唐山一古冶異常表層土壤Se、Hg含量值高于河北省平原土壤背景

值一倍以上；根據表3-2可以看出深層土壤中Se、Hg平均含量值與河北省平原區深層土壤

含量接近。說明異常為外來物資所致。Se、Hg兩元素的變異系數均大于0.2，說明異常含量有較大的離散性，為多處異常源的所致。

4.異常成因分析

4.1表層土壤水平剖面特征

布置南北向表層土壤水平剖面三條，剖面于南部到達正常區，取樣間距500米。Ⅲ號剖面布于異常中心古冶鎮，圖4-1為該剖面上Se、Hg、orgC含量變化折線圖。剖面土壤中Se、Hg含量均遠大于異常下限，異常重現。同時，Se、Hg、orgC三者之間具有較為明顯的共消長關系，特別是Se與orgC之間的協同關系更為顯著。可見，Se、Hg異常與有機碳的關系十分密切。

4.2土壤垂向剖面特征

于異常中心區域布置垂向剖面2處，從T1-T2剖面元素含量變化趨勢如圖4-2所示。從圖中可看出，強異常元素Hg、Se、S等在表層土壤中的富集趨勢非常顯著，弱異常元素Cu、Ph、Zn也有一定的富集。無論是強、弱異常元素，在土壤60厘米以下的含量迅速降低，且基本保持平穩。而常量元素Fe₂O₃及Al₂O₃的含量主要與土壤礦物組成有關，異常元素并未表現出與Fe₂O₃及Al₂O₃之間的共消長關系。從土壤剖面調查結果可知，異常元素與有機碳關系密切，且在表層土壤中富集，具人為源輸入特征。

5.異常源分析

異常出現在開灤煤田這一特殊的生態環境單元內，且異常元素與煤炭的成礦元素有機碳的關系十分密切，初步推斷異常可能與煤礦的開采有關。

為進一步確定異常源，在異常區內采集煤及煤矸石樣品各一件，分析結果列于表5-1。

從表5-1中可看出，煤及矸石樣品中，主要異常元素Se、Hg、S三元素都有特別高的含量，如Se含量分別為5.43mg/kg和1.27mg/kg，分別是區域土壤背景值的25.8和6倍。據研究，煤中含有較高的Se，如中國煤中Se平均含量為6.22mg/kg，是地殼克拉克值的89倍，因此，推斷異常區內煤是異常元素的初始來源。

唐山市是著名的煤炭產地，煤炭開采歷史悠久。在長期的開采、運輸等過程中，使異常元素隨煤粉散落進入地表土壤；加之工業和生活用燃煤，使得大量S、Se、Hg元素隨煙塵進入大氣后，又降落于地面并累積。

6.異常生態效應評價

6.1植物樣中異常元素含量

在異常區內共采集6個玉米籽實及其根系土樣品，分析結果列表6-1中。

玉米與根系土含量之間未表現出明顯的相關性，玉米中異常元素的含量均未超過食品衛生標準，且含量均很低，即該異常未對玉米這種糧食作物的食用安全性構成威脅。

6.2淺層地下水重金屬元素含量

淺層地下水調查在本異常區內共采集淺層地下水樣品11件，分析結果列表6-2。

從表中可看出，除個別樣品的zn元素外，其余各異常元素在地下水中的含量均未超過Ⅰ標準，即異常元素亦未對淺層地下水水質產生明顯影響。

7.異常主要結論

唐山一古冶異常中表層土壤異常與有機碳關系密切，呈共消長關系。由于異常區內長期進行冶煉、煤炭開采，空氣污染嚴重，使強異常Se、Hg等元素在大氣降塵中高度富集，并降落地面，形成異常。加之異常區內工業發達，人口眾多，工業廢物與生活垃圾也是形成異常的原因。異常帶中強異常元素在表層土壤中富集比較明顯，而在深層土壤中強異常元素迅速降低，土壤并沒有受到污染，具有人為源輸入的特征。異常區內強異常元素并未對農作物、地下水造成污染。但區內空氣質量較差，生態環境質量趨于下降。

在唐山—古冶異常中，Se元素異常面積比較大，強度比較高。除了在礦區中異常強度大外，在礦區外圍的農田中也存在著Se異常。在異常區內，各種有害元素及重金屬元素在糧食作物中并未超過食品衛生標準，但Se元素含量偏高，可以考慮富硒農產品開發，充分利用各種礦山資源，將環境影響因子轉化為有利的農業資源。