徽县向阳山西部铅锌矿水文地质特征及地下水环境质量评价

刘成龙

（甘肃省有色金属地质勘查局 兰州矿产勘查院，甘肃 兰州730046）

徽县向阳山西部铅锌矿矿区行政隶属徽县江洛镇管辖，受污染水系为东河三级支流（东河为一级）闫家沟地表水。 为了给后期治理提供技术依据，本文对徽县向阳山西部铅锌矿水文地质特征及地下水环境质量进行评价。

1 地质概况

矿区在大地构造上处于秦岭东西纬向构造体系与武都山字型构造体系前弧东翼的复合部位，构造形迹以近东西或北东之间为主，由成凤向斜和紫柏山断裂带、江洛—庙垭断裂带、麻沿河—高桥—太阳寺断裂带三条断裂带组成区内基本构造骨架［1］。区内出露地层以泥盆、新第三系分布最为广泛。 按照岩石强度、结构以及成因类型可将区内岩体划分为：碎裂状较软花岗岩强风化岩组；薄层稀裂状较硬板岩、砂岩组；层状稀裂弱岩溶化硬灰岩组；中薄层稀裂状硬砂岩、板岩组；厚层较软砂岩组等五大岩组。 区内土体可分粉质土单层土体和砂卵石、中细砂双层土体两类。

2 水文地质特征

2.1 地下水类型

（1）松散岩类孔隙潜水。 主要分布于沟谷底部及沟谷两侧，沿沟谷呈带状分布。 含水层为坡洪积砂层、碎石土层，以碎石为主，厚约2 ～5 m。 其中含孔隙潜水，水位埋深0.4 ～2.5 m，埋藏较浅，其埋藏深度规律不明显，基本随地形起伏变化。 据现场调查和测量，单泉涌水量为0.03～0.1 L／ s；区内含水层相对厚度小、埋藏浅，单井涌水量小于100 m3／ d，富水性较贫乏。 含水层渗透系数为40～100 m／ d，矿化度0.25 g／ L，水质以HCO3－-SO42－-Ca2＋型淡水为主［2］。

（2）碳酸盐岩岩溶裂隙潜水。 含裂隙潜水或裂隙脉状水的薄层大理岩含水组，厚度变化大，富水性中等，出露泉水流量0.11 ～2.18 L／ s，水质为HCO3－-Ca2＋型淡水。 含岩溶裂隙水或岩溶水的大理岩、结晶灰岩含水组，可见岩溶、溶洞，富水性强，井泉流量0.1～10 L／ s，水质为HCO3－-Ca2＋及HCO3－-Ca2＋-Mg2＋型淡水。 白云岩、结晶灰岩和灰岩透镜体含水组，含裂隙脉状水或裂隙潜水，涌水量为0.24 ～0.47 L／ s，水质为HCO3－-Ca2＋及HCO3－-Mg2＋-Ca2＋型淡水。

（3）基岩裂隙潜水。 主要为花岗岩、花岗闪长岩等块状为主的岩石，含裂隙潜水或裂隙脉状水，富水性弱，井泉流量小于0.1 L／ s。

2.2 地下水补给径流与排泄

（1）松散岩类孔隙潜水。 松散岩类孔隙潜水的补给来源主要为大气降水和周围岩溶裂隙水及基岩裂隙水的侧向渗流。 由于沟谷山大沟深，植被覆盖率高，所以岩溶裂隙水和基岩裂隙水对谷底松散岩类孔隙潜水的补给量很大。 孔隙潜水沿沟谷从上游向下游径流，受地势和地层岩性影响，在部分地段出露为地表水，在部分地段潜流于地面以下，区内的地下水和地表水为统一的含水体系，常相互转化。 孔隙潜水在地势较低或断裂破碎带处会以下降泉的形式出露，其余的顺沟潜流。

（2）碳酸盐岩岩溶裂隙潜水。 岩溶裂隙潜水的补给来源主要为大气降水，部分为周围基岩裂隙水的侧向渗流。 由收集到的资料知地表径流系数为0.36～0.41，所以有较多大气降水转为地下水。 地下水在灰岩、大理岩中富水性差异较大，其径流方式主要在溶蚀孔隙、裂隙中径流移动，流动方向趋向沟谷，并以下降泉向沟谷或断裂破碎带排泄，井泉的流量为0.01～10.0 L／ s，变化较大、规律性较差。

（3）基岩裂隙潜水。 基岩裂隙潜水的补给来源主要为大气降水，部分为周围岩溶水的侧向渗流。由收集到的资料知地表径流系数为0.36 ～0.41，所以有较多大气降水转为地下水。 地下水沿基岩的风化裂隙和构造裂隙通道潜流，向低处和下游沟谷排泄，并在较低处或岩体较破碎的地方以下降泉的方式出露。 因植被覆盖率较高，所以蒸发排泄量较小。

2.3 地下水水化学特征

本次研究的重点是谷底的松散岩类孔隙潜水。因地下水和地表水有统一的含水系统，在区内常相互转化，所以地下水与地表水的化学类型可统一进行分析。 根据水质分析可知，闫家沟上游近沟脑处水质较好，矿化度低；在中游、中下游段水质矿化度升高，水质转变为微咸水，特别是在废弃矿渣大量堆积的上游左支沟沟内和环境点15 原矿区大门口附近处，水质差，矿化度高，矿化度＞3 g ／ L，但水体向下游径流过程中，受到土壤、植被等的过滤作用，矿化度降低，水质再次转变为1～3 g ／ L 的微咸水。

3 水环境评价

3.1 水环境背景值

评价区内松散岩类孔隙潜水的环境背景值中，仅高锰酸盐指数和亚硝酸盐为Ⅳ类指标，其余33 项指标质量均为Ⅰ～Ⅲ类。 水体中个别元素的本底值偏高，系地下水形成环境影响所致，而非污染造成的结果［3］。

3.2 水化学类型及矿化度的变化

区内的水化学类型主要为HCO3－-SO42－-Ca2＋型、SO42－-HCO3－-Ca2＋型、SO42－-Mg2＋和SO42－-Ca2＋型4 种类型；按矿化度分，有＜1 g ／ L 的淡水、1 ～3 g ／ L的微咸水、＞3 g ／ L 的咸水。 区内水质变化规律为：闫家沟上游近沟脑处水质好，矿化度低；在中游、中下游段矿化度升高，水质转变为微咸水，特别是在废弃矿渣大量堆积的上游左支沟沟内（点08）和下游沟道 （ 点15） 等 地 段， 水 质 差， 矿 化 度 高 （ 点08（SY06）的矿化度达8.55 g ／ L，点15（SY11） 处矿化度为3.12 g ／ L），水体转变为矿化度＞3 g ／ L 的咸水，但向下游径流过程中，受土壤、植被等的过滤作用，矿化度降低，水质再次转变为微咸水（图1）。

3.3 超标指标及评价分析

图1 研究区水污染分布规律示意图

对采取的7 组地下水和4 组地表水进行化学成分分析，最后对各种超标离子进行叠加，可以得出水体污染离子分布的大致规律（图1）：（1） 在闫家沟上游范围，污染离子的数量较少，为2 ～3 种，主要为氟、镉或锌、镉、铍，仅在局部地段（环境点04周围）污染离子多达6 种，分别为镍、氟、铜、锌、镉、铍，分析原因：04 点在左侧无名支沟的下游沟口处，而左侧无名支沟中堆有大量的废弃矿渣；（2） 闫家沟上游左侧支沟中，水体中含有的污染离子数量较多，达6～7 种，主要为铜、镉、砷、铍、镍、汞及铅离子，分析原因：支沟中堆有大量的废弃矿渣；（3）在上游与支沟交汇处地段，污染离子的数量减少至4 种，主要为氟、铅、镍、铍；（4） 在闫家沟中上游、支沟交汇处下游范围，污染离子经过富集，在环境点12、点13、点14 附近达到了最大浓度，多达6 ～8 种，主要为镉、氟、铅、镍、铍、锌，及汞、铜离子；（5）在闫家沟中游、环境点15 地段，污染离子的浓度有所降低，减为5种，主要为镉、氟、铅、镍、铍；（6） 在闫家沟中下游、环境点16 附近地段，污染离子浓度较反常地增加至6 种，与上述中游环境点15 一带相比较，水体中增加了锌离子；（7） 至闫家沟下游、环境点17 附近范围，污染离子降低为5 种，主要为镉、铅、镍、铍、锌；（8）闫家沟下游至沟口范围、环境点18 附近，水体中超标的污染离子降低为1 种，仅为锌离子超标。

通过现场调查，评价区内除了人工开矿外，再没有其他人类工程活动，而矿洞废弃了多年，人员早已离开评价区范围，仅沟道中堆填的废弃矿渣残留。通过室内试验的统计分析可知，矿渣在淋滤作用下，会产生大量超标的铜、锌、氟化物、汞、砷、镉、铅、铍、镍离子。 因此可以判断：区内水体中的污染离子是沟道中废弃矿渣在长期淋滤等作用下产生并进入水体，但水体在沿沟道向下游径流排泄过程中，沿途的土壤、植被及周围的环境对其中的污染离子有一定的吸附、过滤和净化作用，因此在闫家沟沟口处，检测出的水体仅锌离子超标，其余离子均符合环境背景值的要求。

4 土壤污染评价

对土壤样品检测结果进行统计，并与土壤的环境背景值相对照，若污染指数＜1，表示土壤中的离子浓度小于环境背景值，土壤达标；若污染指数＞1，表示土壤中的离子浓度大于环境背景值，土壤可能已受到污染。 得出土壤中污染的重离子分布的大致规律：

（1）在闫家沟左支沟中下游段、环境点08 附近一带，土壤中超标的污染离子为2 种，主要为砷和镉，超标的污染指数为4.60 ～9.64，其中砷离子的污染指数高达9.64。

（2）在闫家沟中游至中下游段、环境点16 及点17 的右岸附近一带，土壤中超标的离子有3 种，主要为砷、镍、铬，其中砷的超标污染指数为1.27 ～1.30，镍的超标污染指数为1.01 ～1.04，铬的超标污染指数为1.11～1.21。

（3） 在闫家沟中下游、环境点17 的左岸，土壤受污染程度小，土壤中超标的离子仅为铬，超标的污染指数为1.21。

（4）在闫家沟沟口、与冉家河交汇处，环境点19周围一带，其右岸检测出土壤中的超标离子仅为铬，超标污染指数为1.42；左岸检测出土壤中的超标离子为砷和铬，超标污染指数为1.03 ～1.10，其中砷的超标污染指数为1.03，铬的超标污染指数为1.10。考虑到环境点19 左岸现已被人工改造为农田，在人类开垦种植的长时间活动中，农药等物质的使用均可能增加土壤中砷的含量，所以综合考虑沟口附近土壤的污染离子仅为铬。

可以看到在闫家沟上游段，特别是左支沟内土壤中超标的污染离子主要为砷和镉2 种；在中下游段土壤中的污染离子为砷、镍和铬3 种，其左岸则降低为铬1 种；在沟口附近土壤中的超标离子仅为铬1 种，超标指数为1.10～1.42。

通过现场调查及取样分析，可以推知区内对土壤产生污染的污染源应为沟道中堆积的大量废弃矿渣，矿渣淋滤出的重金属离子进入土壤使土壤中的部分离子超标，如砷、镉、镍、铬，但土壤及周围环境对重金属离子有吸附和净化作用，所以在沟口附近超标的离子仅为铬，污染离子的种数及含量远远小于闫家沟中游及上游土壤中的种数及含量。