唐山—古冶土壤Se、Hg异常成因及生态效应

王荫楠

摘要：河北是矿业大省，各类矿产资源比较丰富，尤其是唐山地区，以铁、煤矿为最。2007年，河北省地质调查院在河北平原多目标地球化学调查中，在开滦煤矿区唐山-古冶一带发现了以Se、Hg元素为主的多元素土壤地球化学异常。本文通过对唐山一古冶异常的环境背景、地球化学特征、异常成因及异常源分析、生态效应评价等几个方面进行解释。通过对异常的分析表明，冶炼、燃煤产生的大气降尘是整个地区形成异常的主要原因。

关键字：地球化学异常；矿业活动；大气降尘

在世界范围内，矿业活动是影响生态环境质量的重要因素。由于河北省冀东地区矿产资源丰富，矿业调查、开采活动比较频繁。在长期的矿山开采、矿石冶炼过程中，使成矿和伴生元素产生了显著异常。另一方面，由于该区工业发达，大型工厂较多，且人口众多比较密集，工业产生的废水、废气及人为活动也是异常产生的重要原因。2007年，河北省地质调查院在河北平原开展多目标地球化学调查，在唐山一古冶一带发现以Se、Hg元素为主的多元素土壤地球化学异常。

1.异常地理位置

唐山一古冶异常位于冀东平原唐山市境内。东经118°2′—118°31′；北纬39°30′—39°50′。异常总面积约900km2。异常区包括唐山市丰南区、唐山市城区及古冶区（见图1-1）。

2.异常环境背景

河北是矿业大省，各类矿物资源较丰富，尤其是冀东的唐山地区。冀东铁矿区是全国三大铁矿生产基地之一，开滦煤矿更是久负盛名，它是河北省重要的煤炭生产基地。由于该区长期受到产业结构特征影响，在煤矿开采过程中，形成了采煤塌陷区及具有有害化学元素的煤渣煤灰，大气污染严重，对区域生态环境与建设造成巨大破坏。异常区内唐山市为河北省重要工业城市，大型、超大型工厂众多，许多工厂位于市区内，每天排放大量工业废气，使大气中布满各类有害元素，大气降尘污染严重。

3.异常地球化学特征

3.1异常元素分布特征

唐山一古冶异常主要由Se、Hg、S、orgC元素组成，也包含有Cd、Ph、Zn、U、sb等重金属弱异常。其中Se面积达1028km²，走向北东，平均值0.53mg/kg，最高值3.0 mg/kg。Hg异常由两部分组成，分别出现在唐山市和古冶镇，异常总面积314km²；异常平均值62.53μg/&g，最高值280μg/kg。该异常区沿交通线分布，根据图3-1可以明显的看出se、Hg异常在古冶镇东部非常吻合，应为煤炭直接污染的结果。在唐山市南部和东部Se、Hg异常中心偏离，其异常成因应为燃煤降尘所致。

3.2异常元素参数特征

根据表3-1可以看出唐山一古冶异常表层土壤Se、Hg含量值高于河北省平原土壤背景

值一倍以上；根据表3-2可以看出深层土壤中Se、Hg平均含量值与河北省平原区深层土壤

含量接近。说明异常为外来物资所致。Se、Hg两元素的变异系数均大于0.2，说明异常含量有较大的离散性，为多处异常源的所致。

4.异常成因分析

4.1表层土壤水平剖面特征

布置南北向表层土壤水平剖面三条，剖面于南部到达正常区，取样间距500米。Ⅲ号剖面布于异常中心古冶镇，图4-1为该剖面上Se、Hg、orgC含量变化折线图。剖面土壤中Se、Hg含量均远大于异常下限，异常重现。同时，Se、Hg、orgC三者之间具有较为明显的共消长关系，特别是Se与orgC之间的协同关系更为显著。可见，Se、Hg异常与有机碳的关系十分密切。

4.2土壤垂向剖面特征

于异常中心区域布置垂向剖面2处，从T1-T2剖面元素含量变化趋势如图4-2所示。从图中可看出，强异常元素Hg、Se、S等在表层土壤中的富集趋势非常显著，弱异常元素Cu、Ph、Zn也有一定的富集。无论是强、弱异常元素，在土壤60厘米以下的含量迅速降低，且基本保持平稳。而常量元素Fe₂O₃及Al₂O₃的含量主要与土壤矿物组成有关，异常元素并未表现出与Fe₂O₃及Al₂O₃之间的共消长关系。从土壤剖面调查结果可知，异常元素与有机碳关系密切，且在表层土壤中富集，具人为源输入特征。

5.异常源分析

异常出现在开滦煤田这一特殊的生态环境单元内，且异常元素与煤炭的成矿元素有机碳的关系十分密切，初步推断异常可能与煤矿的开采有关。

为进一步确定异常源，在异常区内采集煤及煤矸石样品各一件，分析结果列于表5-1。

从表5-1中可看出，煤及矸石样品中，主要异常元素Se、Hg、S三元素都有特别高的含量，如Se含量分别为5.43mg/kg和1.27mg/kg，分别是区域土壤背景值的25.8和6倍。据研究，煤中含有较高的Se，如中国煤中Se平均含量为6.22mg/kg，是地壳克拉克值的89倍，因此，推断异常区内煤是异常元素的初始来源。

唐山市是著名的煤炭产地，煤炭开采历史悠久。在长期的开采、运输等过程中，使异常元素随煤粉散落进入地表土壤；加之工业和生活用燃煤，使得大量S、Se、Hg元素随烟尘进入大气后，又降落于地面并累积。

6.异常生态效应评价

6.1植物样中异常元素含量

在异常区内共采集6个玉米籽实及其根系土样品，分析结果列表6-1中。

玉米与根系土含量之间未表现出明显的相关性，玉米中异常元素的含量均未超过食品卫生标准，且含量均很低，即该异常未对玉米这种粮食作物的食用安全性构成威胁。

6.2浅层地下水重金属元素含量

浅层地下水调查在本异常区内共采集浅层地下水样品11件，分析结果列表6-2。

从表中可看出，除个别样品的zn元素外，其余各异常元素在地下水中的含量均未超过Ⅰ标准，即异常元素亦未对浅层地下水水质产生明显影响。

7.异常主要结论

唐山一古冶异常中表层土壤异常与有机碳关系密切，呈共消长关系。由于异常区内长期进行冶炼、煤炭开采，空气污染严重，使强异常Se、Hg等元素在大气降尘中高度富集，并降落地面，形成异常。加之异常区内工业发达，人口众多，工业废物与生活垃圾也是形成异常的原因。异常带中强异常元素在表层土壤中富集比较明显，而在深层土壤中强异常元素迅速降低，土壤并没有受到污染，具有人为源输入的特征。异常区内强异常元素并未对农作物、地下水造成污染。但区内空气质量较差，生态环境质量趋于下降。

在唐山—古冶异常中，Se元素异常面积比较大，强度比较高。除了在矿区中异常强度大外，在矿区外围的农田中也存在着Se异常。在异常区内，各种有害元素及重金属元素在粮食作物中并未超过食品卫生标准，但Se元素含量偏高，可以考虑富硒农产品开发，充分利用各种矿山资源，将环境影响因子转化为有利的农业资源。