攀西大梁子铅锌矿区水系沉积物重金属地球化学特征及源解析

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.03.12

现代地质 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (03): 923-932.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.03.12

攀西大梁子铅锌矿区水系沉积物重金属地球化学特征及源解析

朱英海¹(), 施泽明¹^,²(), 王新宇¹, 张凯亮¹, 朱伯丞¹

1.成都理工大学地球科学学院,四川成都 610059
2.地学核技术四川省重点实验室,四川成都 610059

收稿日期:2021-03-11 修回日期:2021-10-20 出版日期:2022-06-10 发布日期:2022-07-19
通讯作者: 施泽明
作者简介:施泽明,男,教授,博士生导师,1968年出生,地球化学专业,主要从事环境地球化学的教学及科研工作。Email: shizm@cdut.edu.cn。
朱英海,男,博士研究生,1994年出生,地球化学专业,主要从事矿山环境与湖泊环境研究工作。Email: 1026808165@qq.com。
基金资助:
国家重点研发计划“深地资源勘查开采”(2018YFC0604105);国家自然科学基金项目(41373120);国家自然科学基金项目(41807357);环保公益性行业科研专项“西南矿区地下水重金属污染源识别与污染风险评估”(201509024);中国地质调查局项目“成都龙泉山城市森林公园多要素地质调查”(WT【2020】-033)

Geochemical Characteristics and Source Identification of Heavy Metals in the River Sediments of Daliangzi Pb-Zn Mining Area in Panxi

ZHU Yinghai¹(), SHI Zeming¹^,²(), WANG Xinyu¹, ZHANG Kailiang¹, ZHU Bocheng¹

1. College of Earth Sciences, Chengdu University of Technology, Chengdu,Sichuan 610059, China
2. Sichuan Province Key Laboratory of Nuclear Techniques in Geosciences,Chengdu,Sichuan 610059, China

Received:2021-03-11 Revised:2021-10-20 Online:2022-06-10 Published:2022-07-19
Contact: SHI Zeming

摘要/Abstract

摘要：

长江上游是整个长江经济带的重要生态屏障。以长江上游攀西大梁子铅锌矿区水系沉积物为研究对象,查明了重金属元素含量的空间分布特征,分析了重金属来源,探讨了在不同pH条件下重金属的淋滤规律,并进行了生态风险评估。研究结果显示:攀西大桥河流域水系沉积物中重金属的空间分布极不均匀,其含量明显要高于长江水系沉积物中重金属的平均含量;重金属生态风险属于很强风险,Hg和Cd呈高度富集、严重污染;Pb和Zn呈中度富集、中等污染。淋滤实验结果表明Pb、Zn、Cd在酸性和中性条件下淋滤浓度先快速下降,后逐渐趋于平衡,而As在快速下降后又有缓慢升高的趋势。大桥河流域水系沉积物中As、Cd、Pb、Zn主要来源于大梁子铅锌矿的采选活动,Hg为岩石风化和土壤剥蚀来源,而Cu和Cr主要为农业和工业活动来源。综合对比发现,攀西成矿带铅锌矿周边土壤富Cd而贫Cr,此外Cd、Pb、Zn、Hg是主要潜在污染物,且生态风险程度较高。

关键词: 沉积物, 重金属, 风险评价, 淋滤实验, 来源

Abstract:

The upper Yangtze River region is an important ecological security barrier for the Yangtze River Economic Belt. The river sediments collected from Daliangzi Pb-Zn mining area, Panxi in the upper reaches of the Yangtze River were investigated in this study. The spatial distribution, source, pH-dependent leaching characteristics, and ecological risk levels of heavy metals were evaluated. The results indicated that the concentration of heavy metals in the river sediments of Daqiaohe River in Panxi, whose spatial distribution of heavy metals was inhomogeneous extremely was significantly higher than in the Yangtze River. The comprehensive potential ecological risk index (RI) of heavy metals is very strong. Hg and Cd with high enrichment were severely polluted, Pb and Zn with moderate enrichment were moderately contaminated. The leaching tests showed that the concentrations of Pb, Zn and Cd in the leachate decreased rapidly and then stabilized under acidic and neutral conditions, and As decreased rapidly and then increased slowly. The source of As, Cd, Pb and Zn in the sediments of Daqiaohe River was the mining of Daliangzi Pb-Zn mining area. The source of Hg was rock weathering and pedogenesis. The source of Cu and Cr were agricultural and industrial activities. The soils in the Pb-Zn mining area of Panxi metallogenic belt were Cd-rich and Cr-poor. Cd, Pb, Zn and Hg with high ecological risks were the main potential contaminants.

Key words: sediment, heavy metal, risk assessment, leaching test, source

中图分类号:

P595
X142

朱英海, 施泽明, 王新宇, 张凯亮, 朱伯丞. 攀西大梁子铅锌矿区水系沉积物重金属地球化学特征及源解析[J]. 现代地质, 2022, 36(03): 923-932.

ZHU Yinghai, SHI Zeming, WANG Xinyu, ZHANG Kailiang, ZHU Bocheng. Geochemical Characteristics and Source Identification of Heavy Metals in the River Sediments of Daliangzi Pb-Zn Mining Area in Panxi[J]. Geoscience, 2022, 36(03): 923-932.

图/表 10

图1 大桥河流域水系沉积物采样点分布图

Fig.1 Distribution chart of the sediment sampling points in Daqiaohe River

表1 沉积物中重金属含量描述性统计

Table 1 Descriptive statistics of Heavy metals in sediments

元素	最大值/ (mg·kg^-1)	最小值/ (mg·kg^-1)	平均值/ (mg·kg^-1)	标准差	变异系数/ %	超标率/ %	四川省土壤背景值/ (mg·kg^-1)	长江水系沉积物背景值/(mg·kg^-1)
Fe	4.33	2.20	3.37	0.67	19.88	61.11	3.30	—
As	19.60	7.52	11.77	3.93	33.39	44.44	10.40	7.60
Cd	5.53	0.19	2.54	1.75	68.90	100.00	0.08	0.15
Cr	75.90	44.20	58.12	9.42	16.20	0	79.00	52.30
Cu	61.00	23.00	45.56	9.46	20.76	88.89	31.10	21.50
Hg	4.82	0.34	2.84	1.79	63.02	100.00	0.06	0.03
Pb	310.00	22.30	164.61	104.46	63.46	72.22	30.90	21.40
Zn	1 170.00	114.00	602.72	306.83	50.91	100.00	86.50	73.60

图2 大桥河流域水系沉积物重金属空间变化图

Fig.2 Spatial variation of heavy metals in the sediments of Daqiaohe River

表2 大桥河流域水系沉积物重金属评价结果

Table 2 Assessment results of heavy metals in the sediments of Daqiaohe River

方法	As	Cd	Cr	Cu	Hg	Pb	Zn	综合指数RI
地质累积指数(I_geo)	-0.41	4.40	-1.03	-0.03	4.98	1.83	2.22	—
富集因子(EF)	1.12	32.65	0.76	1.50	51.41	4.83	6.87	—
生态危害指数( $E r i$ )	11.31	952.08	1.47	7.32	1 897.04	26.64	6.97	2 902.83
贡献率/%	0.39	32.80	0.05	0.25	65.35	0.92	0.24	100.00

表2 大桥河流域水系沉积物重金属评价结果

Table 2 Assessment results of heavy metals in the sediments of Daqiaohe River

方法	As	Cd	Cr	Cu	Hg	Pb	Zn	综合指数RI
地质累积指数(I_geo)	-0.41	4.40	-1.03	-0.03	4.98	1.83	2.22	—
富集因子(EF)	1.12	32.65	0.76	1.50	51.41	4.83	6.87	—
生态危害指数( $E r i$ )	11.31	952.08	1.47	7.32	1 897.04	26.64	6.97	2 902.83
贡献率/%	0.39	32.80	0.05	0.25	65.35	0.92	0.24	100.00

图3 大桥河水系沉积物重金属富集因子箱图

Fig.3 Whisker-box plots for the EF of heavy metals in the sediments of Daqiaohe River

图4 水系沉积物中重金属的平均地质累积指数

Fig.4 Average Igeo of heavy metals in the river sediments

图5 尾矿渣的淋滤液重金属浓度变化图

Fig.5 Variation diagram of heavy metal concentration in the slag leaching solution at tail

表3 沉积物中重金属元素间的Pearson相关系数

Table 3 Pearson correlation coefficients between heavy metals in the sediments

元素	Fe	As	Cd	Cr	Cu	Hg	Pb	Zn
Fe	1
As	0.36	1
Cd	0.03	-0.42	1
Cr	-0.41	0.19	-0.28	1
Cu	0.07	-0.27	0.37	0.36	1
Hg	-0.42	0.36	-0.40	0.46	-0.52^*	1
Pb	0.83^**	0.68^**	-0.03	-0.32	-0.04	-0.25	1
Zn	0.40	0.54^*	-0.19	0.41	-0.01	0.38	0.42	1

表4 沉积物中重金属主成分分析结果

Table 4 Principal component analysis of heavy metals in the sediments

项目	原始载荷值
项目	PC1	PC2	PC3
Fe	0.62	0.71	0.05
As	0.89	-0.13	0.01
Cd	-0.44	0.52	0.22
Cr	0.08	-0.69	0.69
Pb	0.78	0.57	0.00
Zn	0.74	-0.18	0.43
Hg	0.30	-0.86	-0.16
Cu	-0.31	0.31	0.86
特征值	2.73	2.45	1.48
贡献率	34.12	30.63	18.44
累计贡献率/%	34.12	64.76	83.20

表5 攀西成矿带部分铅锌矿周边土壤重金属生态风险状况

Table 5 Ecological risk status of heavy metals in soil around some Pb-Zn deposits in Panxi metallogenic belt

研究区	元素平均含量/(mg·kg^-1)						重金属潜在生态风险	风险程度	pH
研究区	Hg	Cd	Pb	As	Zn	Cr	重金属潜在生态风险	风险程度	pH
四川省会东县大梁子铅锌矿(沉积物)	2.8	2.5	164.6	11.8	602.7	58.1	Hg>Cd>Pb>As>Zn>Cr	轻度至极强	8.2
四川省会东县大梁子铅锌矿 (周边土壤)^①	3.1	4.3	32.0	9.6	1 257.8	64.7	Hg>Cd>Zn>As>Pb>Cr	轻度至极强	8.2
四川省会理县小石房铅锌矿 (周边土壤)^[30]	0.1	1.2	139.9	0.2	—	18.1	Cd>Pb>Hg>As>Cr	轻度至中等	—
四川省汉源县乌斯河铅锌矿 (周边土壤)^[31]	0.1	0.7	90.0	14.3	226.0	62.2	Cd>As>Hg>Pb>Zn>Cr	轻度	8.5
四川省土壤背景值	0.06	0.08	30.90	10.40	86.50	79.00	—	—	—

参考文献 31

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Geochemical Characteristics and Source Identification of Heavy Metals in the River Sediments of Daliangzi Pb-Zn Mining Area in Panxi

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