礦山廢棄地土壤重金屬污染現狀及地質災害預警技術研究

文章編號：1674-6139（2025）05-0144-06

中圖分類號：X53文獻標志碼：B

Current Situation of Heavy Metal Pollution in Soil of Abandoned Mining Sites and Geological Disaster Warning Technology

Bu Zhengjun，DingWei，Yan Shiming，Zhang Xinrong （No.1Geological Brigade of Jiangsu GeologyandMineral Exploration Brigade，Nanjing 210041，China）

Abstract：Theheavymetalpolutioninsoilofabandonedminingareasmainlycomesfromindustrialactivitiessuchassmeltingand oremining，whichladtoalargeamountoftoxicheavymetalsubstanceenteringtesoil，causingsignificantimpactsoncropgrowth，hu manhealth，ndcoloicaenvironent.Tothisnd，teurentsiaioofeavyetalpoltioinsoilofbandondinngasd geologicalhazardwaingtecologiesepropoedDividetheuoudingareasofbandodinngsites，esuretesoilaet alcontentatsmplingpoints，btainthedistributioofaymetalcontentintezontaldirection，ndusesinglefactordcopr hensividextoevauatethdegeeofsoilpoltionConstructaierarchicalstructureforgeologicalhazardwaring，calculatetheisk valueofgeologicalhazardsbasedonindcatorweights，anddeterminethatthereisasignficantriskofdebrsflowintheresearcharea， with a high level of site danger.

Keywords;abandonedminingland；soilheavymetalpolution；geologicalhazardwarning；Nemeroindexmethod；analytichierar chyprocess

前言

污染在土壤中累積，對土壤生態環境產生嚴重影響，如果種植在被污染土地上的動植物流入市場，對人類也產生嚴重安全威脅。此外，重金屬污染具有非常強的擴散能力，可以令土壤退化、植物受害、污染地下水，并會進一步引發各種地質災害[1]。因此，對礦山廢棄地土壤重金屬污染現狀進行調查分析，并對可能引發的地質災害進行預警，對于保護環境和人類健康具有重要意義。

張德強等[2]研究發現，礦區周邊土壤中重金屬銅和鉛污染程度高，水土流失嚴重。朱學朋等研究表明，礦區周邊重金屬嚴重超出國家規定的土壤背景值，并且由于在開礦過程中使用了化學試劑，土壤的生態化程度極低，有嚴重的水土流失問題;Magdalena等4得出 Pb，Cu，Ni，Cr，Zn 重金屬超標，礦物樣品中的金屬濃度比背景值高出2倍的結論；ChenL等[5]得出 Cd，Pb，Zn 污染極高，且對礦區周邊農業區土壤產生了很高的生態風險。

所提研究汲取國內外研究經驗，在礦山廢棄地設立監測站點，對土壤進行實時監測，及時掌握土壤重金屬污染的動態變化。并且創新性添加地質災害風險評估技術：結合礦山廢棄地的污染狀態，對可能發生的地質災害進行風險評估，便于建立具有針對性的應急處理機制。

1 研究區域

1.1 地理位置

研究區域的廢棄礦山露出中粒和細粒黑云母鉀長花崗巖，并存在礦化石英脈，四條為主要礦脈，且礦脈有明顯的膨大、縮小、消失和再現現象。該礦區廢棄時間已超過5年，礦山內礦石礦物主要包括方鉛礦、黃銅礦和斑銅礦。圍巖蝕變則包括絹云母化、黃鐵礦化和鉀長石化[6]。實驗區域中標記12個采樣點，其中N1-N5采樣點位于礦山廢棄地，M6-M8采樣點位于復墾區，W9－W12位于外圍區域。礦山廢棄地研究區域地形圖見圖1。

1.2土壤污染樣本采集

在研究的廢棄礦區域內，根據地形地勢、成土母質以及污染源的分布，對污染土壤采集，為了確保采樣的代表性，使用隨機采樣方法在區域中以梅花形布點進行采集，并利用GPS定位技術記錄采集土壤的具體地理位置[]，包括經緯度和周邊環境信息。

采樣重點區域分割為尾礦區、復墾區以及外圍地區。在采集樣品時，未使用金屬器具以防止引入不必要的重金屬污染。利用竹子制作器材在標記的樣本區域進行鉆孔獲取土壤樣本，通過木質鏟和竹筷子對泥土中大塊石頭或者板結土壤進行篩選，剔除樣品中的植物殘留體、礫石、其他雜質，收集純凈程度最高的樣本，保證實驗結果的有效性[8]。在采樣之前，對所有的采樣器具進行了嚴格的清潔處理，以防止樣本之間出現交叉污染問題。土壤樣品放置在乙烯封口袋內，在外部使用速干記號筆進行標記，標注內容包括采樣點以及采樣深度，以便后續的分析工作。所有采集的樣品被帶回實驗室，進行進一步的含量分析和處理。

1.3土壤污染樣本制備

實驗樣本制備時間為 2023-9-26 ，每個采樣點使用土鉆垂直取樣，每個采樣點分為三層，深度范圍分別為 泥土樣本帶回實驗室后，在陰涼、干燥、通風良好區域讓土壤中的水分自然蒸發，為了使干燥效果更均勻，不令土壤出現板結問題，每隔3小時翻動一次土壤，并碾碎其中大顆粒，最后進行實驗前，用瓷器研缽器血磨碎土壤，200目尼龍篩過篩，以便進行重金屬元素含量的測定。

2礦山廢棄地土壤重金屬污染現狀評價研究

2.1 污染評價方法

基于采集樣本使用單因子評價模型和綜合評價模型，量化評估當前礦山廢棄地土壤重金屬污染現狀。單因子指數即為針對單一某種重金屬對土壤污染程度的評價：

式（1）中， P_i 是任意一種重金屬 i 的污染指數，C_i 是 i 的實際測量值， D_i 是 i 的評價標準。如果 P_igt;

1可得出重金屬污染濃度超標， P_ilt;1 表示污染未超標， P_i 值越大表示土壤重金屬污染情況越嚴重。具體的評價標準為： P_i?1 污染等級1一安全； 1i? 3等級2一警戒值： 3i?6 等級為3一輕度污染；6i?10 等級為4一中度污染； P_igt;10 等級5—重污染。考慮到礦山廢棄地土壤中不可能僅有一種重金屬，為此引入內梅羅指數法用于描述重金屬對土壤的不同作用，計算土壤綜合污染情況：

式（2）中， P_s 是土壤綜合污染指數[10]， P_imax 是單項重金屬 i 的最大污染指數。實驗共研究了5種代表性重金屬，為此單個采集點評價標準為： P_s?5 污染等級1一安全： ;5s?15 等級2一警戒值； 15lt; P_s?30 等級3一輕度污染； 30s?50 等級4一中度污染； P_sgt;50 等級5一重污染。

2.2土壤重金屬污染現狀

經過檢測得出該礦山廢棄地土壤中包含5種重金屬，不同區域和土層深度的重金屬水平和垂直污染檢測結果見表1。

通過表1可知，在三個研究區中，從水平方向上重金屬含量分布：尾礦區 gt; 復墾區 gt; 外圍區。在垂直方向上，重金屬元素在礦區的 0～20cm 富集程度一般，主要在第二層和第三層富集。采樣點土壤垂直污染情況是表層土壤重金屬污染程度較低，深度越高污染越重，出現這種情況的原因有兩種，一是表層土壤基本上都是粗粒的黃沙和石英碎屑，難以分解，雨水的淋溶作用使得土壤重金屬滲透到中間的土層中，而最底層因為滲透性較差，受污染程度較小；二是礦山廢棄已超過5年，淺層污染程度較低土壤是礦山廢棄后，通過風或者水土運動從其他無污染區域覆蓋到有污染土壤上的。二者共同作用才會出現上層土壤污染程度低，而下層污染程度高的矛盾現象；復墾區的重金屬元素在垂直方向上差距逐漸降低。外圍區的重金屬隨著深度的增加而遞增。

總體來說，三個研究區的重金屬含量：尾礦區 gt; 復墾區 gt; 外圍區；重金屬元素在尾礦區是較多的，在外圍區降低；鎳含量在三個研究區中含量變化不是很明顯，基本上含量差別較小。并且鈮、銅、鉛、鋅四種重金屬遠超國家土壤標準值，造成了土壤重金屬污染。尤其是鉛和鋅的平均含量最為突出，所以造成的這方面污染也是最嚴重的。

2.3土壤重金屬污染現狀評價

根據式（1）-式（2）得出不同區域重金屬污染指數 P_i 和 P_s ，計算見圖2。

經過對圖2中單個重金屬污染指數的分析，可得出：在廢棄礦尾礦區中，重金屬鎳的污染指數基本在1＼～2之間，這表明這種重金屬尚未構成明顯的環境污染或僅造成輕微污染。然而，其余鋸、銅、鉛、鋅四種在所有采樣點都造成了極高污染。鋸和鉛在所有采樣點都處于極高度污染水平，其中鋸元素的個別采樣點的污染指數甚至超過1000，風險極大。在復墾區中，銅、鋅的污染程度相對降低一些，但依舊是接近極高污染程度。鈮和鋅元素在所有采樣點都達到了極高污染水平。外圍區的銅、鎳的污染系數相對較小。鉛、鋅、鋸元素在外圍區大部分處于極高污染程度。從綜合污染指數來看：廢棄礦中絕大多數采樣點的 P_s 都處于高度污染水平。外圍區相比尾礦區、復墾區的綜合污染指數要小得多，表明污染水平低于尾礦區和復墾區。總體而言，根據每個研究區的綜合污染指數得出：尾礦區 gt; 復墾區 gt; 外圍區。

3考慮土壤重金屬污染的地質災害預警技術

3.1地質災害預警層次結構

土壤重金屬污染是礦山廢棄地地質災害的重要誘因之一，重金屬污染不僅改變了土壤的物理和化學性質，降低了土壤的抗侵蝕能力，而且加劇了地質環境的不穩定性，導致土壤結構松散，降低土壤的抗侵蝕能力，從而增加泥石流等地質災害的風險。基于上述污染現狀評價結果，結合礦山廢棄地的地形地貌、地質構造等信息，給予礦山廢棄地地質災害預警工作的層次結構如下：目標－礦山廢棄地污染地質災害預警A;標準層－廢棄礦山工程地質環境B1、礦山廢棄前的采集行為B2、礦山地質災害調查B3；項目層-研究區域氣象條件C11、礦區地質地貌C12、地質條件C13、區域地殼穩定性C14、水文地質條件C15、地層巖石性質C16、礦石資源開采行為C21、地下開采方式C22、露天開采方式C23、礦物資源開采過程中使用的防治工程策略和措施C24、礦山現狀和基本特征C31、區域地質災害發育程度和類型C32、地質災害分布范圍C33、地質災害活動特征C34、災害產生原因C35、災害形成機制C36、災害當前穩定性初判C37。根據上述層次結果便可以對可能發生的地質災害進行風險評估，建立具有針對性的應急處理機制，降低礦山廢棄地污染對周邊生態環境和人類社會的影響。

3.2地質災害預警結果分析

獲取研究區域不同重金屬污染區域的地質災害預警結果見表2。

根據表2可知，W12區域發生了高危險等級的崩塌災害，這表明該區域的地質結構極其不穩定，存在嚴重的安全隱患。高危險等級的崩塌不僅會導致人員傷亡，還會對周邊環境和基礎設施造成巨大破壞。主要原因是長期采礦活動導致的山體內部結構破壞、降雨誘發的不穩定滑動面形成以及缺乏有效的支撐結構等，需要設計并實施加固工程，如設置錨固系統、建造擋土墻等，降低崩塌風險。N4和W10區域均存在中等危險等級的不穩定邊坡，雖然目前未發生大規模災害，但隨時會因外部因素（如降雨、地震等）而加劇風險。N5區域發生了小規模的泥石流災害，雖然危害相對較小，但仍需重視潛在的擴大風險。針對中等、小危區域，需要恢復上游植被，增強土壤保持能力。N3和N1區域存在小規模的踩空塌陷現象，表明地下礦體開采后留下了空洞，這些空洞在地表表現為塌陷坑或裂縫。應對塌陷區域進行回填處理，恢復地表平整，避免災害的外延。

4結束語

礦山廢棄地的土壤重金屬污染是一個全球性的問題，這種污染會對環境和生態系統造成長期影響，因此，了解和掌握礦山廢棄地土壤重金屬污染的現狀，對于制定有效的防治措施和保護人類健康至關重要。同時礦山廢棄地的土壤重金屬污染往往與地質災害的發生密切相關。例如，廢棄礦山的山體滑坡、崩塌等自然災害，都是由于土壤重金屬污染導致的土壤侵蝕和植被破壞所引發的。為此，提出一種礦山廢棄地土壤重金屬污染現狀及地質災害預警技術研究，不僅可以明確當前土壤污染等級，還可以通過預警技術預測和預防地質災害的發生，從而減少人員傷亡和財產損失，有助于提高人們對礦山廢棄地土壤重金屬污染的認識和管理水平。

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