第32卷11期2020年11月
Vol.32No.11
Nov.2020中国煤炭地质
COAL GEOLOGY OF CHINA
doi：10.3969/j.issn.1674-1803.2020.11.12
文章编号：1674-1803(2020)11-0061-04
陈葛成，吴翔，吴胡，周硕
（湖北煤炭地质勘查院，武汉430061）
摘要：通过对大冶地区地表水及对应底部沉积物中重金属含量的讨论，认为地表水重金属影响微弱，底泥中重金属含量相对较高。地表水中Fe、Zn、Cu、Cr、Pb、Hg、As、C（l平均含量依次为：448,36.70,5.10,23.20.5.90.0,14.1、
0.184g/L；沉积物中Cr.Pb.Hg的含量基本在基准限值范围内,Zn、Cu、As、Cd的含量基本都超过基准值上限，最大
超标倍数分别达到1.81倍、13.85倍、4.64倍、11.93倍。矿区由近至远的过程中重金属元素的沉积过程有逐渐减缓趋势；在矿区河流/湖泊系统相对物质来源量较多时，溶解沉淀反应向沉积物沉淀方向进行，当来源较少时，则反应方向趋向于溶解；重金属的迁移主要由水流机械搬运为主，并且迁移能力较弱。
关键词：大冶地区；重金属；污染特征
中图分类号:P641.4+61；F426.21文献标识码:A
Study on Surface Water Heavy Metal Pollution Features in Daye Region,Hubei
Chen Gecheng,Wu Xiang,Wu Hu and Zhou Shuo
(Hubei Coal Geological Exploration Institute,Wuhan,Hubei430061)
Abstract:Through discussion on heavy metal content in the Daye region surface water and in corresponding bottom sediments has considered that the heavy metal impact on surface water is rat
her weak,while the content in substrate sludge is relatively higher.The average content of Fe,Zn,Cu,Cr,Pb,Hg,As and Cd is448,36.70,5.10,23.20,5.90,0,14.1and0.18|JLg/L in turn.The content of Cr,Pb and Hg in sediments is basically within the standard limits;while content of Zn,Cu,As and Cd is basically exceeded the upper limit of standard,maximum excess times are1.81,13.85,4.64and11.93in turn.During the process from near the mining area to far,the deposition of heavy elements has a trend of gradual decrease.In mining area fluvial and lacustrine system,when material from source is relatively abundant,the dissolution/deposition reaction is preference to deposition,when relatively deficient,in that way preference to dissolution.The migration of heavy metals is mainly by way of stream mechanical carrying with weaker mobility. Keywords:Daye region；heavy metal；pollution features
0引言
随着社会的进步、经济的发展，人类对各类矿产资源的需求越来越多。大冶地区目前还在开采的矿山有89个，其中金属类矿山36个，建材类矿山53个，过度开发资源不可避免地引发许多生态环境污染问题。矿区附近的河港、水渠、湖泊是矿山废水、废液的最终排放场所，大气飘尘、地表径流等在一定程度上加深了污染程度。
水体中的沉积物既是各种生物的营养库，又是有毒有害物质的贮藏库。重金属在水体中发生一系列物理化学过程在受纳水体底部的沉积物中累积,
基金项目：鄂东南矿集区矿山地质环境调査项目（大冶县幅）（DD20160248-08）o
第一作者简介：陈葛成（1990-），男，硕士，主要从事页岩气地质、生态地质方面的研究工作。
收稿日期：2020-05-21
water pollution责任编辑：樊小舟对沉积物造成污染；同时，被水底沉积物吸附的重金属又可通过一系列物理、化学和生物过程而释放出来，导致水体的“二次污染”3"。因此，水体底部沉积物中重金属的含量是水环境质量的“指示剂”O
1区域地质背景
大冶市地处幕阜山脉北侧的边缘丘陵地带，地形地貌复杂。地形分布为南山北丘东西湖，地势为南高、北低、东西平，最高点海拔83&8m，最低点为大冶湖入江口，标高1&15m o
区内湖泊（水库）众多，主要湖泊为大冶湖，是市内最大的地表水体（研究区仅包括西侧一部分），也使区内最终的受纳水体，整体面积63.4km2，湖体狭长如河道，主湖道长约60km，平均宽度2.1km，
最宽处为6.75km，最窄处仅300m o最大水深3.38m，平均水深1.92m，容积1.22亿n?。水库通过大冶主港、矿山渠、姜桥港等汇入大冶湖。
区内不仅铁、铜、金等金属矿产储量丰富，而且
62
中国煤炭地质
第32卷
非金属矿产如石灰石、硅灰石、方解石、白云石、石膏 等矿产资源储量丰富，形成冶金、建材为主体的工业
原料基地，其中最重要的矽卡岩型矿床，高度集中了 铁、铜、金等主要有用组分和银、钻、钮、硫、铅、锌以 及傢、硒、确、鹄等伴生组分血7】，主要为西北部金山 店铁（铜）矿、中东部铜绿山铜铁矿和南部铜山口铜 金矿（图1）。
2重金属含量及分布规律
为了查明研究区矿山地质环境问题（水资源污 染），评价采矿活动对地质环境的影响，按照《多目
标生态地球化学调查》中水环境调查相关规范，于
2017年9月8—13日对研究区进行系统采样，以三
个矿山为主要分析对象（金山店铁（铜）矿、铜绿山 铜铁矿和铜山口铜金矿），兼顾均布性和主要河流
湖泊。平均采样密度为1件/“kn?，采集地表水45 件，对应底泥样19件，采样地点见图l o
地表水样品分析测试了 pH 值、Fe 、K 、Na 、Ca 、
Mg 、Zn 、Cu 、Cr 、Pb 、Hg 、As 、Cd 、Co 、Ni 、总硬度、硫酸 盐、硝酸盐、氟化物、氯化物等常见的影响水质的 测试指标；底泥样品取自对应的地表水底部，分析 测试了 Cu 、Pb 、Zn 、Cd 、Cr 、Co 、Ni 、Mo 、Mn 、As 、Hg 、
S 、pH 值。
2. 1地表水质量
通过对45件地表水测试结果进行综合分析（表
1、 表2），地表水质量总体较好，地表水中主要为Fe 、
SO 广超标，其中Fe,H g>A S>SO 42-^!|有1件、2件、 1件、4件达到或超过V 类地表水水质标准。通过对 比标准,45件样品中，达到I 类水标准为1件、U 类 水标准为8件、HI 类水标准为8件、N 类水标准为21
件、V 类水标准为7件（图1）。地表水重金属影响 微弱，但底泥中重金属含量相对较高。
图1中标出了五条可能的污染路径：第①条源 自金山店铁矿（张福山矿区）；第②条源自金山店尾 矿库；第③条源自姜桥岗上游；第④条源自铜绿山铜 铁矿；第⑤条源自市区内的工厂等。
2. 2地表水重金属含量
大冶地区地表水 Fe 、Zn 、Cu 、Cr 、Pb 、Hg 、As 、Cd 元素含量统计分析结果见表1。对比国家地表水环
境质量标准（GB3828—2002）发现，各采样点Zn 、
Cu 、Pb 、Hg 、As 、Cd 平均含量均未超过I 类水质标
准。Cr 平均含量为II 类水质标准,Fe 平均含量为
IV 类水质标准，与地区开采铁矿资源有关。
例
图遛
E .M B i .N
吕口龙叵叵叵口
ra g :
- - m
图1地质环境及地表水采样点分布
Figure 1 Geological environment and surface water sampling point
distributions
11期
陈葛成，等：湖北大冶地区地表水重金属污染特征研究
63
变异系数大于0. 3时，说明数据值之间差异较
大，变化幅度较大，在区域重金属研究中表现为重金 属含量空间分布的差异较大H 。Fe 、Zn 、Cu 、Cr 、
Pb 、Hg 、As 、Cd 的变异系数分别为 1. 24,2. 72,0. 93、
1. 35,0. 43,5. 47,3. 99,
2. 07，均大于 0. 3，说明大冶 地区水体的重金属元素含量差异巨大。
表1地表水重金属含量统计分析
Table 1 Statistical analysis of surface water heavy metal contents
元素
Fe Zn Cu Cr Pb Hg As Cd
数据个数45454545
45454545最小值
83.3
6.10
0.9
3. 10
1.30
00. 10.1
算术平均值44836.70 5.1023.20 5. 900
14. 1
0.18
最大值
3 896680.827.2177.315.08380 2.5标准离差
556
99.9 4.7031.20 2. 50156.20. 37富集系数
4480. 540.300. 500.310.02
3.2 2. 22
变异系数
1.24
2. 72
0.93
1.35
0.43
5. 47 3. 99
2.07
注：重金属含量单位为mg/kg 。2. 3沉积物重金属含量
大冶地区沉积物Zn 、Cu 、Cr 、Pb 、Hg 、As 、Cd 兀素
含量统计分析结果见表2。
表2沉积物重金属含量统计分析
Table 2 Statistical analy 或s of sediment heavy metal contents
注：重金属含量单位为mg/kg o
元素
Zn Cu Cr Pb Hg As Cd 数据个数20202020
202020
最小值
4& 1
24.9
2& 2
19.88
4.60.063算术平均值240.2411.574. 179.2110
43.8
8.375
最大值1 486 3 738.4 150. 340&6580325143.15标准离差
332.7
88530.6100.414574.731.755富集系数
3. 532
4. 21 1.61
4. 17
9. 16
9.95104. 69
变异系数
1.39
2. 15
0.41 1.27 1.32 1.71
3.79
本文选择陈静生问收集的数十个不同环境部
门正在使用的水体沉积物重金属元素质量基准,Zn 的基准值为100~820mg/kg,Cu 的基准值为16 ~
270mg/kg,Cr 的基准值为 26~380mg/kg ,Pb 的基准 值为 23 ~ 530mg/kg , Hg 的基准值为 0.5-2.75mg/kg,
As 的基准值为3~70mg/kg,Cd 的基准值为0.2~ 12mg/kg o 对比陈静生所提出的水体沉积物重金属 元素质量基准,Cr 、Pb 、Hg 的含量在基准限值范围
内,Zn 、Cu 、As 、Cd 的含量超过基准值上限，最大超 标倍数分别达到1.81倍、13.85倍、4. 64倍、
11. 93 倍。
3重金属迁移特征及来源
赋存在沉积物中的重金属具有一定的持久性,
并且难降解易累积；一定条件下，进入沉积物的重金
属释放进入周围土壤，对周边生态环境造成长期危 害。因此，弄清重金属的迁移规律、探究重金属污染
的主要来源，可为矿山生态环境污染的防治提供理
论依据，还可以评估矿山开采过程对环境的潜在生 态危害，对合理调整矿山布局、开采及科学管理提供 依据⑴。拟采用重金属水体-沉积物分配系数来分
析重金属水-沉积物之间的分布迁移规律来探讨矿 山重金属污染的主要来源。
将19件底泥样中的Zn 、Cu 、Cr 、Pb 、Hg 、As 元素 含量与对应的地表水样元素含量相除，得到对应的
地表水分配系数KD，该值可以反映重金属在水-固 两相之间的迁移能力，描述重金属在水体中的环境行
为，从而反映潜在生态危害，分配系数结果见表3。
表3水体重金属对数分配系数
Table 3 Logarithmic distribution coefficients of heavy
metals in water mass
注：表示地表水未检出O
范围
样点
Zn Cu Cr Pb Hg As DN011 2. 2111.42
6. 779. 25/ 1.04①
DN009 6.46
28. 86
2. 57
9.81
/ 4. 78
DN0109. 9950.9213. 83 6. 59//DN01611.98
12.51
16. 007. 37
/9. 12
DN0079.9330.5025.77 5. 34/ 2.42DN008
7. 887.91
17.26 3.24/ 1.90
②
DN006 2.93 6.409.38
5. 85/
/DN002 5.02
16.3123.58 5. 61
22.79 5. 38
DN003
2.9216.0722.7610. 28//DN013
2.03
5.40
2.38
3. 72
/
3.40③
DN0207. 2722. 750.33 5. 39/ 2. 29DN01917. 08
22.71 6. 1265.27
/9. 12④
DN01434.73268.9514.59
17. 92/ 2. 68
DN01520. 7920.68
31.3314. 53
/0.18DN004
10.79
49. 21 3. 0015.57/10. 36
⑤DN005 2. 1813& 860.7146. 96/
46.43DN001
2.68
5.13
3.26
3.07
8.67
1.21
表4水体重金属对数分配系数统计分析
Table 4 Statistical analysis of logarithmic distribution
coefficients of heavy metals in water mass
元素
Zn Cu Cr Pb Hg As Cd 数据个数19
191919
1919
19
最小值2 5. 10.3 3. 1000平均值
9.2
42. 1
11.3
13.12 5.7
0.575最大值34.7268.931.365.3
23
46.410. 477
标准离差& 3
63.89.616510.4
2.4富集系数
0.14 2.47
0. 25
0. 69
0.14 1.3
7. 18
变异系数
0.9 1.520. 85 1.22 3. 32
1.82 4. 18
64中国煤炭地质第32卷
表3详细的展现了不同污染路径中分配系数随距离污染源远近的不同而变化的规律，大致趋势均为由近至远的过程中重金属元素的沉积过程逐渐减缓。DN016、DN012、DN013、DN005、DN001为分段干流中的监测点位，规律不明显，源于沿岸分布较多的工业企业，重金属污染来源较多；DN002处水库水体流动性不强，受西侧金山店尾矿库的影响较大；与路径①展示的规律相反，可能是金山店铁矿(张福山矿区)由于地质灾害导致没有进行大规模开采，导致污染来源较少，此时重金属趋向于溶解。
从表4中可以看出，大冶地区地表水中重金属的对数分配系数顺序为Cu>Pb>Cr>Zn>As>Hg>Cd o 水体重金属中Cu、Pb、Cr、Zn四种元素的分配系数较高，最易从水相转移到沉积物中,As、Hg、Cd三种元素的分配系数较小，最容易进入水体，特别是Cd 元素的分配系数小于1，表明其迁移能力最强。
4结论
1)矿区由近至远的过程中重金属元素的沉积过程有逐渐减缓趋势，这是由于重金属离子在水体中溶解离子逐渐减少的缘故，即在矿区附近重金属离子的沉积物最大。
2)元素在水体-沉积物间的界面交换这一环境行为受物质来源影响，在矿区河流/湖泊系统相对物质来源量较多时，溶解沉淀反应向沉积物沉淀方向进行，当来源较少时，则反应方向趋向于溶解⑴〕。
3)区内重金属分配系数大小变化不定，主要原因是河流/湖泊除了接受矿山开采过程中污废水排放外，沿岸分布较多的化工厂、石料厂等工业企业也直接向河流中排放污水，重金属污染来源较多，污染源附近沉积物中重金属的分配系数较高，远离污染源的水体中，沉积物中重金属的分配系数降低，表明重金属的迁移主要由水流机械搬运为主，并且迁移能力较弱凹。
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(上接第60页)
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