A comparative study of the content of heavy metals in typical metallic mine rivers of the Tibetan Plateau
-
摘要:
为研究青藏高原金属矿山勘探、开采、闭坑阶段不同开发阶段河流重金属污染的严重程度,通过野外调查,室内测试分析,对比5个金属矿山河流重金属元素含量、污染指数沿程变化,得出以下结果:①勘探阶段和闭坑后河流水质污染较小,开采阶段矿业活动对河水水质污染较大。②As、Pb、Cd、Cu和Zn五种元素是金属矿山的特征污染物。开采矿区中德尔尼铜矿区、下柳沟铅锌矿、甲玛矿区河流均有重金属元素污染,微碱性环境中德尔尼铜矿区,主要污染物为As,单项污染指数为0~10.6;下柳沟铅锌矿Pb、Cd、Cu和Zn元素单项污染指数分别为0.2~2.1、0~55、0.4~24、0.3~1550;偏酸性环境中甲玛矿区的特征污染物主要为Cu、Cd。其中Cu、Cd单项污染指数为0~4174、0~4;勘探矿区大场金矿、闭坑矿区罗布莎铬铁矿区河流未出现污染元素。③青藏高原5处典型的高海拔山地矿山河流由于稀释作用重金属流经2km后达到安全水平,研究结果可为青藏高原矿山开采中河流水环境保护提供参考依据。
Abstract:In order to study the severity of heavy metal pollution in the exploration, exploitation and closure of metal mines in the Tibetan Plateau, the authors made a comparative study of the heavy metal content and pollution index variation along the rivers in five metal mines. The results show that the water quality of the river is relatively insignificantly affected during the exploration stage and the closure of the pit, whereas the mining activities cause more pollution to the river water quality. (2)As, Pb, Cd, Cu and Zn are the characteristic pollutants of metal mines. Rivers in Deerni copper mine, Xialiugou lead-zinc mine and Jiama mine show heavy metals pollution; in the slightly alkaline environment of Deerni copper mining area, the main pollutant is As, with single pollution index being 0~10.6; the single pollution indexes of Pb, Cd, Cu and Zn elements of Xialiugou lead and zinc deposit are 0.2~2.1, 0~55, 0.4~24, and 0.3~1550 respectively. The characteristic pollutants of the Jiama mining area in an acidic environment are Cu and Cd. The single pollution indexes of Cu and Cd are 0~4174 and 0~4 respectively. There is no pollution element in the river of Rolosa chromium iron ore mining area. (3)The heavy metals of five typical high altitude mountain mine rivers in the Tibetan Plateau reach the safety level after the rivers flow a distance of 2km. The results obtained by the authors provide a reference basis for water environmental protection.
-
Key words:
- Tibetan Plateau /
- metal mines /
- river /
- heavy metal pollution
-
-
表 1 五个金属矿山环境地质背景概况
Table 1. The environmental geological background of five metal mines
矿山名称 描述 青海大武镇
德尔尼铜矿矿区地处高山峡谷地貌,2004年建矿,目前为露天开采,矿权面积10.2882km2。德尔尼河从境内流过。德尔尼河属常年流水,平均流量0.81~1.26m3/s,水力坡度0.13,水质较好,矿化度为0.1~0.4g/L,用于矿区生产和生活用水① 青海大
场金矿青海省曲麻莱县麻多乡北部的青海大场金矿20世纪七八十年代的过采,2003年以来,这个矿区勘探区内已经探明的金矿储量达120t②。大场金矿矿区目前共有10个探矿权,本次研究重点对大场河源头的青海省曲麻莱县大场金矿普查区开展了研究,矿权面积62.56km2。矿区属高寒干燥地区,年降雨量300~400mm,每年6~9月是主要的降雨季节,占全年降雨量的70%~80%。地貌类型属青南河源丘状山原盆地,河谷平坦、开阔,地势北西高南东低。矿区位于黄河源头约古宗列曲北岸大场河的中、上游地段,区内海拔4300~4650m。砂金矿即产于河谷及河漫滩中,以冲洪积砂矿为主,冲积古河道砂矿及冰碛砂矿次之[17]。大场河属常年流水,平均流量1.89m3/s[18],水力坡度0.01,水质较好 下柳沟
铅锌矿位于西梁山-尕大阪多金属成矿带,北祁连走廊南山南坡,开采时间10a以上,前两年停采,目前刚开始重新开采,重新探矿2~3年。矿权更替频繁。地表水流量较小,主要来源为矿坑渗水及降雨。水质物理性状较好,清澈,未见浮游生物 西藏甲
玛铜矿西藏甲玛铜多金属矿为世界级超大型矿床[19]。位于拉萨市墨竹工卡县扎西岗乡斯布村普朗沟泽日山,1995年开始露井开采[20],至2006年共有10个开采平硐,阶段高12~40m,分别位于4605~4780m,4780m以上为露天开采。矿权面积2.24km2。色不浦沟平均流量2.01m3/s,水力坡度0.0085 西藏罗布
莎铬铁矿中国唯一大型铬矿,位于山南地区曲松县罗布莎镇境内,距山南地区所在地泽当约85km,地处高寒山区,海拔标高4000~ 4500m,北临雅鲁藏布江,海拔标高3500m, 该矿山从1987年已设计开采,属于露天与井下结合,目前露天开采停止,主要为井下开采,矿权面积约90km2。玛吉沟平均流量0.29m3/s,水力坡度0.049 表 2 地表水重金属污染等级
Table 2. Heavy metal pollution grades of surface water
等级划分 单项污染指数(Pi) 污染等级 污染水平 Ⅰ Pi<1 安全级 未受到污染 Ⅱ 1≤Pi<2.0 轻度污染 受到轻度污染 Ⅲ 2.0≤Pi<3.0 中度污染 受到中度污染 Ⅳ 3.0≤Pi<5.0 重度污染 受到严重污染 Ⅴ Pi≥5.0 极严重污染 受到极严重污染 表 3 地表水综合污染评价分级
Table 3. Grading of surface water comprehensive pollution evaluation
等级划分 综合污染指数(Pz) 污染等级 污染水平 Ⅰ Pz≤0.7 安全 清洁 Ⅱ 0.7<Pz≤1.0 警戒线 尚清洁 Ⅲ 1.0<Pz≤2.0 轻污染 轻度污染 Ⅳ 2.0<Pz≤3.0 中污染 受到中度污染 Ⅴ Pz>3.0 重污染 污染相当严重 表 4 德尔尼矿区河水中重金属元素含量及pH值
Table 4. The heavy metals concentrations and pH of surface water in Deerni River of typical mining areas
矿区 样品编号 采样位置 重金属元素含量/(mg· L-1) pH Hg Pb Cd Cr As Cu Zn 德尔尼铜矿区 DENS1 矿区水源 < 0.00005 < 0.001 < 0.001 0.004 0.005 0.002 0.003 8.75 DENS2 正对尾矿库德尔尼河断面 < 0.00005 < 0.001 < 0.001 0.002 < 0.001 0.003 0.002 8.17 DENS3 尾矿库涵洞上游500m断面 < 0.00005 < 0.001 < 0.001 0.003 0.265 0.001 0.002 8.48 DENS4 尾矿库涵洞排水入德尔尼河后断面 < 0.00005 < 0.001 < 0.001 0.001 < 0.001 0.002 0.002 8.3 DENS5 德尔尼河主河道 < 0.00005 < 0.001 < 0.001 0.001 0.004 0.003 0.002 8.27 DENS6 德尔尼河主河道 < 0.00005 < 0.001 < 0.001 0.001 < 0.001 0.002 0.004 8.21 DENS7 德尔尼河主河道 < 0.00005 < 0.001 < 0.001 0.001 < 0.001 0.002 0.002 8.19 DENS8 德尔尼河主河道 < 0.00005 < 0.001 < 0.001 0.001 < 0.001 0.002 0.002 8.24 DENS9 德尔尼河主河道 < 0.00005 < 0.001 < 0.001 0.001 < 0.001 0.003 0.002 8.24 最小值 — — — 0.001 0.004 0.001 0.002 8.17 最大值 — — — 0.004 0.265 0.003 0.004 8.75 平均值 — — — 0.002 0.091 0.002 0.002 8.317 大场金矿区 DCS6 大场河主河道中游一支流 < 0.00005 0.001 < 0.001 0.003 0.002 0.006 0.007 / DCS5 大场河源头 < 0.00005 0.001 < 0.001 0.002 0.003 0.004 0.004 / DCS4 大场河源头入主河道前 < 0.00005 0.001 < 0.001 0.003 0.008 0.004 0.003 / DCS3 大场河主河道上游 < 0.00005 0.001 < 0.001 0.004 0.039 0.006 0.005 / DCS1 大场河主河道中下游 < 0.00005 0.002 < 0.001 0.005 0.005 0.006 0.008 / DCS2 大场河主河道下游 < 0.00005 0.001 < 0.001 0.003 0.004 0.004 0.003 / 最小值 — 0.001 — 0.002 0.002 0.004 0.003 / 最大值 — 0.002 — 0.005 0.039 0.006 0.008 / 平均值 — 0.001 — 0.003 0.009 0.005 0.005 / 下柳沟 XLGS1 下柳沟河上游 < 0.00005 0.014 < 0.001 0.013 0.005 0.016 0.039 / 铅锌矿 XLGS2 下柳沟河中游 < 0.00005 0.010 < 0.001 0.009 0.004 0.019 0.028 / 区 XLGS3 下柳沟河出山口 < 0.00005 0.006 0.001 0.004 0.002 0.004 0.006 / 最小值 — 0.006 — 0.004 0.002 0.004 0.006 — 最大值 — 0.014 0.001 0.013 0.005 0.019 0.039 — 平均值 — 0.010 0.001 0.009 0.004 0.013 0.024 — 甲玛铜矿区 JMS1 石浦沟河上游 < 0.00005 < 0.005 < 0.0001 < 0.010 0.001 0.01 < 0.05 7.6 JMS2 石浦沟河上游加错德村 < 0.00005 < 0.005 < 0.0001 < 0.010 0.002 0.01 < 0.05 7.6 JMS3 甲玛矿区莫古浦河入石浦沟河前 < 0.00005 < 0.005 0.004 < 0.010 0.001 41.74 < 0.05 3.9 JMS4 甲玛矿区石浦沟中游 < 0.00005 < 0.005 < 0.0001 < 0.010 0.001 0.068 < 0.05 7.5 JMS5 甲玛矿区石浦沟中游卡军果村 < 0.00005 < 0.005 < 0.0001 < 0.010 0.001 0.051 < 0.05 7.6 JMS6 石浦沟中下游双巴岗村 < 0.00005 < 0.005 < 0.0001 < 0.010 0.002 0.01 < 0.05 7.6 JMS7 石浦沟中下游卡加村 < 0.00005 < 0.005 < 0.0001 < 0.010 0.003 0.01 < 0.05 7.7 JMS8 石浦沟下游卡列村 < 0.00005 < 0.005 < 0.0001 < 0.010 0.004 0.01 < 0.05 7.6 JMS9 石浦沟入墨竹曲河前 < 0.00005 < 0.005 < 0.0001 < 0.010 0.001 0.01 < 0.05 7.6 最小值 — — 0.004 — 0.001 0.01 — 3.9 最大值 — — 0.004 — 0.004 41.74 — 7.7 平均值 — — 0.004 — 0.002 4.658 — 7.2 罗布莎铬铁矿区 LBSS1 玛吉沟上游沟水 < 0.00005 < 0.005 < 0.0001 < 0.010 < 0.001 < 0.01 < 0.05 7.7 LBSS2 玛吉沟中上游水 < 0.00005 < 0.005 < 0.0001 < 0.010 < 0.001 < 0.01 < 0.05 7.3 LBSS3 玛吉沟中游沟水 < 0.00005 < 0.005 < 0.0001 < 0.010 < 0.001 < 0.01 < 0.05 7.5 LBSS4 玛吉沟下游沟水 < 0.00005 < 0.005 < 0.0001 < 0.010 0.003 < 0.01 < 0.05 7.4 最小值 — — — — — — — 7.3 最大值 — — — — 0.003 — — 7.7 平均值 — — — — 0.003 — — 7.5 表 5 典型矿区废水中重金属元素含量和pH值
Table 5. The heavy metals values and pH in waste water samples of the typical mining areas
矿区 样品编号 重金属元素含量/(mg· L-1) pH Hg Pb Cd Cr As Cu Zn 下柳沟铅锌矿 XLGFS1 < 0.00005 0.016 0.055 0.002 0.011 0.24 15.5 6.93 德尔尼铜矿 DENFS1 < 0.00005 < 0.001 < 0.001 < 0.001 < 0.001 0.00539 0.0879 7.72 DENFS2 < 0.00005 < 0.001 0.00134 < 0.001 < 0.001 0.0111 0.39 7.68 表 6 典型矿区土壤重金属元素含量及pH值
Table 6. The heavy metals values and pH in soils of the typical mining areas
矿区 样品编号 重金属元素含量/(mg· kg-1) pH Hg Pb Cd Cr As Cu Zn 甲玛铜矿区 JMT1 0.023 32.5 0.11 75.7 21.6 21.9 74.8 8.36 JMT2 0.046 38.4 0.14 166 17.9 39.2 89.9 8.03 JMT3 0.037 126 0.44 55.7 54.2 136 102 7.90 JMT4 0.048 41.9 0.35 45.9 29.2 447 93.6 8.01 JMT5 0.022 194 0.22 44.3 29.1 63.6 88.7 7.96 德尔尼铜矿区 DENT1 0.081 27 0.26 92 18.7 60 100 6.8 DENT2 0.068 28 0.2 72 21.26 28 74 7.02 DENT3 0.051 23 0.21 81 41.94 48 90 6.63 DENT4 0.0545 24 0.26 120 16 53 94 7.14 下柳沟铅锌矿 XLGT1 0.000034 46.0 0.37 81.0 0.0128 28.0 84.0 7.70 XLGT2 0.000284 910 6.72 72.0 0.0528 450 1300 7.51 XLGT3 0.000034 530 3.36 66.0 0.0181 38.0 520 7.70 大场金矿区 DCT1 0.021 18.0 0.18 47 31.1 22 71 8.70 DCT2 0.034 19.0 0.18 48 161.3 26 81 7.48 DCT3 0.028 21.0 0.19 54 45.3 28 84 7.47 DCT4 0.022 19.0 0.15 56 23.8 30 89 7.62 DCT5 0.02 22.0 0.17 55 66.6 31 92 7.49 DCT6 0.024 18.0 0.12 38 41.2 25 77 7.55 罗布莎铬铁 LBST1 0.068 153 0.36 79.6 75.6 852 152 4.04 矿区 LBST2 0.028 14.0 0.068 1114 11.6 21.0 56.7 8.69 国家土壤环境质量标准(GB15618—1995)自然保护区标准 0.15 35.0 0.2 90.0 15.0 35.0 100.0 表 7 典型矿区矿石、废渣样中重金属元素含量和pH值
Table 7. The heavy metals values and pH in sediment samples, discarded residues samples of the typical mining areas
矿区 样品编号 重金属元素含量/(mg· kg-1) pH Hg Pb Cd Cr As Cu Zn 大场金矿 DCKS1 0.1 33.0 0.19 120 3.6 53.0 120 7.73 德尔尼铜矿 DENKS1 16000 180 17000 33 36 81.38 1453 7.53 DENWY1 130 18 140 2000 0.17 4.99 25 9.09 DENWKJ1 1800 53 3600 200 5.64 31.33 901 6.95 DENDN1 30 21 100 120 0.12 21.23 115 8.24 国家土壤环境质量标准(GB15618—1995)自然保护区标准 0.15 35.0 0.2 90.0 15.0 35.0 100.0 表 8 典型矿区泉水中重金属元素含量和pH值
Table 8. The heavy metals values and pH in spring samples of the typical mining areas
矿区 样品编号 重金属元素含量/(mg· kg-1) pH Hg Pb Cd Cr As Cu Zn 甲玛铜矿区 JMQS1 < 0.00005 < 0.005 < 0.0001 < 0.010 0.001 0.01 < 0.05 7.6 罗布莎铬铁矿区 LBSQS1 < 0.00005 < 0.005 < 0.001 0.01 < 0.001 < 0.01 < 0.05 7.4 LBSQS2 < 0.00005 < 0.005 < 0.001 0.01 0.003 < 0.01 < 0.05 7.4 -
[1] Gao Z X. Evaluation of heavy metal pollution and its ecological risk in one river reach of a gold mine in Inner Mongolia, Northern China[J]. International Biodeterioration & Biodegradation, 2017:1-6. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S096483051730001X
[2] Liao J B, Ru X, Xie B B, et al. Multi-phase distribution and comprehensive ecological risk assessment of heavy metal pollutants in a river affected by acid mine drainage[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2017, (141):75-84. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28319862
[3] Kerr J G, Cooke C A. Erosion of the Alberta badlands produces highly variable and elevated heavy metal concentrations in the Red Deer River, Alberta[J]. Science of the Total Environment, 2017, 596/597:427-436. doi: 10.1016/j.scitotenv.2017.04.037
[4] Meng Y B, Zhou L F, He S L, et al. A heavy metal module coupledwiththe SWAT model andits preliminary application in a mineimpacted watershed in China[J]. Science of the Total Environment, 2018, 613/614:1207-1219. doi: 10.1016/j.scitotenv.2017.09.179
[5] Yu R L, Hu G R, Lin C Q, et al. Contamination of heavy metals and isotopic tracing of Pb in intertidal surface sediments of Jinjiang River Estuary, SE China[J]. Applied Geochemistry, 2017, 83:41-49. doi: 10.1016/j.apgeochem.2016.12.025
[6] Sakai N, Alsaad Z, Thuong N T, et al. Source profiling of arsenic and heavy metals in the Selangor River basin and their maternal and cord blood levels in Selangor State, Malaysia[J]. Chemosphere, 2017, 184:857-865. doi: 10.1016/j.chemosphere.2017.06.070
[7] Fu J, Zhao C, Luo Y, et al. Heavy metals in surface sediments of the Jialu River, China:their relations to environmental factors[J]. J. Hazard Mater, 2014, 270:102-109. doi: 10.1016/j.jhazmat.2014.01.044
[8] Zhuang P, McBride M B, Xia H, et al. Health risk from heavy metals via consumption of food crops in the vicinity of Dabaoshan mine, South China[J].Total Environ., 2009, 407:1551-1561. doi: 10.1016/j.scitotenv.2008.10.061
[9] Zhuang P, Zou H, Shu W. Biotransfer of heavy metals along a soilplant-insect-chicken food chain:field study[J]. J. Environ. Sci. China, 2009, 21:849-853. doi: 10.1016/S1001-0742(08)62351-7
[10] 田成秀, 李文明, 郑长远.河流重金属研究进展[J].青海师范大学学报(自然科学版), 2011, (4):25-28. doi: 10.3969/j.issn.1001-7542.2011.04.006
[11] 周晨霓, 潘刚, 任德智.拉萨河流域高寒湿地水质影响因子分析[J].农业资源与环境学报, 2014, 31(5):411-416. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/nyhjyfz201405004
[12] 李秀庆.湟水河流域污染物的迁移转化分析及水质评价[D].青海师范大学硕士学位论文, 2013: 1-84.
http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10746-1013369836.htm [13] 唐灿富.西藏某铜铅锌选矿废水处理及回用探析[J].湖南有色金属, 2012, 28(4):55-57. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hnysjs201204015
[14] 黄茁, 刘玥晓, 赵伟华, 等.长江源区近年水质时空分布特征探析[J].长江科学院院报, 2016, 33(7):46-51. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/cjkxyyb201607009
[15] 王旭, 周爱国, 甘义群, 等.青藏高原矿产资源开发与地质环境保护协调发展的对策探讨[J].干旱区资源与环境, 2010, 24(2):69-74. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/ghqzyyhj201002013
[16] 补建伟.黑河源区西支流域水化学特征与止壤重金属空间结构及环境承载力评价[D].中国地质大学(武汉)博士学位论文, 2013: 1-174.
[17] 康波, 严正平.青海大场金矿矿床分析与前景[J].科学技术, 2014, 11:325-326. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/juanz201411295
[18] 田成成, 李成英, 张磊, 等.大场金矿区水文地质特征及矿坑用水量预测[J].西部探矿工程, 2012, 11:177-180. http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical/xbtkgc201211057
[19] 安秀清.西藏甲玛矿区铜资源量或逾1500万t[J].矿山机械, 2010, 38(22):95-95. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=QK201002551907
[20] Wang H, Yu S B, Cao H, et al. The Strata Movement Rule of Overlying Poor Ore with Massive Mining[J]. Nonferrous Metals Engineering, 2015, 5(10):71-77. http://en.cnki.com.cn/Article_en/CJFDTotal-YOUS2015S1021.htm
[21] 国家环境保护总局. GB3838-2002地表水环境质量标准[S].北京: 国家环境保护总局, 2002.
[22] 中国地质调查局.矿山地质环境调查评价规范[S].中国地质调查局地质技术标准, 2014: 11, 30.
[23] 唐菊兴, 邓世林, 郑文宝, 等.西藏墨竹工卡县甲玛铜多金属矿床勘查模型[J].矿床地质, 2011, 2:179-197. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/kcdz201102002
[24] 郑文宝, 陈毓川, 唐菊兴, 等.西藏甲玛铜多金属矿床铜矿化富集规律研究及应用[J].金属矿山, 2010, 2:87-92. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/jsks201002022
[25] 郭彦汝, 王瑾, 王潇洒, 等.北祁连尕大坂铜铅锌矿床特征及形成环境[J].青海大学学报(自然科学版), 2014, 32(3):51-57. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/qhdxxb-zr201403010
[26] 祁正林, 李衍业.北祁连下柳沟-尕达坂地区铜多金属矿田成因探讨[J].青海大学学报(自然科学版), 2010, 28(2):37-41. doi: 10.3969/j.issn.1006-8996.2010.02.010
[27] Cao D Z, Chen Q M, Peng G X, et al. Geochemical characteristics and significance of Gadaban Cu-polymetal deposit in northern Qilian[J]. Journal of Qinghai University(Natural Science Edition), 2016, 34(3):31-41. http://en.cnki.com.cn/Article_en/CJFDTotal-QHXZ201603005.htm
[28] 彭沈一.铜冶炼工人血铅、血镉、尿镉及尿砷的分布[J].国外医学.卫生学分册, 1985, 5:231. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GWYX198505030.htm
[29] 高小文, 吕敬, 李秀娟, 等.铜矿尾矿库污染物在地下水中运移规律数值模拟[J].水资源与水工程学报, 2017, 28(2):120-121. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/xbszyysgc201702021
[30] 严群, 罗仙平, 赖兰萍, 等.会东铅锌矿选矿废水净化回用工艺的试验研究[J].工业水处理, 2008, 28(3):57-60. doi: 10.3969/j.issn.1005-829X.2008.03.018
[31] 赵旭会.探究铅锌矿选矿废水的处理及循环利用[J].安全生产与绿色能源, 2017, 2:118-119. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-COLO201702049.htm
[32] 唐灿富.西藏某铜铅锌选矿废水处理及回用探析[J].湖南有色金属, 2012, 28(2):55-57. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hnysjs201204015
① 徐友宁, 刘瑞平, 陈华清, 等.青海威斯特铜业有限责任公司德尔尼铜矿矿山地质环境保护与恢复治理方案.中国地质调查局西安地质调查中心. 2014.
② 张盛生, 白刚刚, 许伟林, 等.青海省三江源头大场及周边砂金矿区地质侯姐治理可行性研究报告.青海省环境地质局. 2011.
③ 长春黄金设计院.甲玛多金属矿区超标本底水处理技术研究与应用. 2013.
④ 西藏自治区地质矿产勘查开发局第二地质大队.西藏自治区墨竹工卡县甲玛铜多金属矿矿山地质环境调查评价报告. 2013.
-