湘中QYW鈾礦山閉坑礦區生態化再治理地質環境調查

彭文彪,陶 峰,姚 奕,賁麗紅

（湖南省核工業地質調查院，湖南長沙410011）

湘中QYW鈾礦山閉坑礦區生態化再治理地質環境調查

彭文彪*,陶 峰,姚 奕,賁麗紅

（湖南省核工業地質調查院，湖南長沙410011）

通過地質環境調查，查明了閉坑的QYW鈾礦山主要地質環境問題為土壤和水環境污染，呈多元素復合污染，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，礦業活動引發加劇了污染范圍和程度，并導致了水環境的污染。在地質環境調查的基礎上，提出了礦山地質環境保護與治理恢復方案。歷史遺留問題的閉坑礦山礦區生態化再治理必需進行調查摸底，完善礦山地質環境治理的基礎資料收集工作，綠色礦山建設不可或缺礦山地質環境調查。

鈾礦山；閉坑礦區；生態化；治理；地質環境調查

湖南省主要的礦山地質環境問題有礦山地質災害、占用及破壞土地資源、破壞及影響地下水系統、礦山廢渣廢水污染等4大類，而礦山環境污染以煤炭、有色金屬、硫鐵礦、砷礦、鈾礦、鹽類礦山等較突出，20世紀80年代末至90年代末是礦業無序發展階段最盛時期，礦業發展對環境破壞達到高峰[1-2]。計劃經濟時代我國的礦山都屬國有，當時不論是政府還是礦山企業，缺乏礦山地質環境保護意識，這個階段建設投產的礦山，遺留有不同程度的礦山地質環境問題，礦業活動常常引發地質災害、水資源遭到破壞、土石環境污染和水環境污染時有發生，易造成群體性事件，引發社會矛盾，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成為礦產資源開發利用與經濟社會環境相和諧的礦山，實現礦產資源利用集約化、開采方式科學化、生產工藝環?；⑵髽I管理規范化、閉坑礦區生態化[3-4]。QYW鈾礦閉坑礦區生態化需要進行再治理，《湖南省礦山地質環境保護與恢復治理“十一五”規劃》將其列入為2003～2010年期間礦山生態環境恢復治理重點工程。

1 礦區背景

QYW鈾礦山地處湘中資水中游。礦山及影響區面積約7km2，有行政村6個，總人口約6千人。1991～1997年間實施了鈾礦山退役環境治理，耗資近三千萬元。2006年湖南省國土資源廳對該礦區進行了后續治理[5]。

鈾礦床產于由震旦系—寒武系組成單斜構造黑色巖系中，受層間破碎帶控制，礦石類型為破碎“富炭泥巖”，以破碎炭質泥（板）巖、破碎泥灰巖、破碎硅板巖、破碎硅質巖為主，礦石呈浸染狀和角礫狀。鈾在礦石中主要是分散吸附狀態，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準，伴生礦物多以硫化物形態存在。

1958年在礦區發現鈾礦隨即進行勘探，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年間礦山生產期間固體廢物迅速積累，范圍不斷擴大。

廢石：該礦山范圍現存廢石場31個，廢石量約77.13×104t，占地總面積約0.10km2。工業場地5個，廢石總量約10.23×104t，占地總面積約0.04km2。經退役治理，廢石場一般穩固，表層均有土層覆蓋。

廢水：礦山開采期產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，經治理監測、檢測氡析出率符合國家要求，大氣氡濃度未見明顯異常，廢氣對環境影響小。QYW鈾礦區地質環境調查綜合成果見圖1。

圖1 QYW鈾礦區地質環境調查綜合成果圖

2 調查方法

調查以固態廢物、氣載流出物和液態流出物作為源項，對巖（礦）石、廢渣、土壤、農田、水體（河溪及井泉）和生物（主要農作物、家養動物）系統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 調查結果

3.1 γ輻射劑量率

地面γ劑量率測量結果表明：

（1）原野：范圍值121～1024nGy/h，平均值為180nGy/h，區域本底值為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。

（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、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，室內范圍值136～212nGy/h，平均值為173nGy/h，無超限值點。

（4）廢石場及工業場地：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、外）、廢石場、原野等地點進行大氣氡測量，未發現超限值。

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Rn濃度范圍值為28～39Bq/m3，平均值為32.5Bq/m3。

3.4 土石環境污染

（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，為礦業活動相關地帶，面積約0.29km2；其余均為安全（Ⅰ），分布在礦業活動之外地段或礦業活動相對較弱地段。

（2）土鎘污染：LCP溪、YMC溪流經礦山段及其匯流后的LWL溪的兩岸農田近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《土壤環境質量標準》（GB15618-2008）對照，改種前土壤Cd平均水平為第二級標準值（0.25mg/kg）的71.6倍[即污染指數（Pi）為71.6]，改種后，土壤平均水平為第二級標準值的46.4倍，改種前后Cd平均水平均處于重度污染之上。

3.5 水環境污染

（1）pH值及水質。礦區地表水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《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）的要求，部分不符合《農田灌溉水質標準》（GB5084-2005）的要求（表1）。

表1 QYW鈾礦區地表水污染程度

礦坑水水質類型為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（Pi）達42.6～3426.2。流經采礦區的地表水系單項鈾污染指數（Pi）為3.8～107.2，礦區主要河、溪均遭鈾重度污染。

（3）水鎘污染。207坑道排水Cd濃度是標準值的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標準限值，并達GB3838-2002標準（Ⅴ類水）標準限值。主要河溪均遭鎘污染，鎘污染指數（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標準（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《食品中放射性物質限制濃度標準》（GB14882-94）估算，每年每成人從糧食中攝入U總量為47.45mg，標準規定的年攝入量限值（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。

礦區農作物（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）的規定，最大均值污染指數（Pi）達12.6，峰值污染指數（Pi）達46.8，生物鎘嚴重超限，礦區鎘的生物積聚突出。

4 主要地質環境問題及原因

4.1 主要地質環境問題

QYW鈾礦山地質環境問題主要為土壤環境污染和水環境污染，土壤環境污染以鎘和鈾為主；水污染主要有鎘、鈾和鋅，采礦區附近溪水pH值不符合地表水環境質量標準。

礦區因土壤環境和水環境污染，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，同時也是原始污染源，自然狀態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用地，疊加了二次污染，使得污染物不斷積累；礦業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在礦區集中程度最高。

表2 QYW鈾礦區周邊黑色巖系（上震旦與下寒武系）部分元素濃度

一些學者[16-17]對礦區黑色頁巖、土壤污染、環境及其效應進行了研究,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。礦區土壤V、Cd、Zn、U和Cu單值或平均值已超土壤第二級標準值或相對標準值（表3），Cd峰值污染指數（Pi）為4.0（重度），平均污染指數（Pi）為1.0～3.0（輕—中度）；V峰值污染指數（Pi）為8.84，平均污染指數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，表明礦區土壤存在多種類型的污染復合。

（2）礦業活動引發加劇了污染的范圍和程度。成土母質和污染（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,吸附強度與底質粘性和有機質含量等因素有關。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。

礦業活動產生了廢石（渣），除機械擴散，其有害有毒物質也在不斷淋浸、析出，從而使污染不斷擴散、遷移，污染形態也隨之發生轉變。礦業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田，又促進了土壤鎘的積累，從而擴大了礦區土壤鎘污染程度。

受礦坑水和廢石淋濾水持續影響，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田鎘污染不斷積累。原狀土壤Cd平均污染指數（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（Pi）為71.6，為重度污染。疊加了二次污染的土壤Cd為原狀土壤的數十倍，污染程度更嚴重。

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量，對公眾活動進行限制。依靠規劃，在規劃限制區內限制興建新的住房、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業灌溉、限制種植糧食作物和養殖家禽、家畜。

（2）對已有治理工程進行維護、加固，確保廢石場的穩固。礦區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，解決礦區生活、生產用水。進行飲用水改造，采用自來水管網方式供水，取水點可考慮在礦區外圍板溪群地層分布區入滲、逕流和匯集的地表水系；逐步對主要流域水系進行生態恢復，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，礦區范圍內應推廣改種，實現生態治理土石污染，防止土地隱形流失。礦區內已成功進行了改種桑葉試驗，并取得了一定實踐經驗，為鞏固治污成果，可推廣種桑養蠶，擴大產業規模，進一步深化產業鏈，興辦蠶絲加工、紡織企業等。

6 結語

（1）閉坑的QYW鈾礦山主要地質環境問題為土壤環境污染和水環境污染，呈多元素復合污染，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，礦業活動引發加劇了污染范圍和程度，并導致了水環境的污染。

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

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

（5）歷史遺留問題的閉坑礦山地質環境保護與治理恢復、礦區生態化再治理必需進行調查摸底，完善礦山地質環境治理的基礎資料收集工作，綠色礦山建設不可或缺礦山地質環境調查。

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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，現從事水、工、環地質工作。