摘要：本文通过对银山坝及周边区域地质环境条件、矿山开采和冶炼历史，以及实地取样分析研究，全方位地阐述了该区域土壤污染的形成原因，明确了污染与古代采冶及目前在开矿山的关系。同时，也通过数据特征分析，预判了该区域今后可能的污染趋势，提出了土地利用功能调整的相关建议，并强调了在今后农用地土壤污染调查及重点工业企业污染调查中，关于土地使用历史调查的重要性。
关键词：土壤污染；重金属超标；矿山开采与冶炼；历史分析法；成因与发展趋势。
1前言
十八大以来，依照习总书记“绿水青山就是金山银山”的发展理念，国家进一步加大了大气、水和土壤污染的综合治理力度，先后出台了一系列针对环境保护与治理的重大政策举措，“五水共治”、“两路两侧”、“四边三化”等环境整治工程全面实施。无论是城市，还是乡村，我们的天更蓝了、水更清了，山也更绿了，我们的生活环境发生了翻天覆地的变化。
作为环境治理的一个重要方面，污染土壤的修复与治理是一项非常复杂的系统工程，其前提是必需搞清污染土壤的分布范围、类型、污染程度和成因等。因此，土壤污染调查工作就显得尤为重要。
为更好地查明土壤的污染状况，污染历史的调查与分析是必不可少的，本文以银山坝铅锌矿矿区土壤污染调查为例，目的是为了说明历史分析法的重要性。希望通过银山坝的实践，能为今后的土壤污染调查工作提供一些借鉴与参考。
2矿山及环境地质问题简介
2.1矿山地质环境条件
矿区位于绍兴市上虞区东关街道以西约5km的保驾山，属会稽山余脉之低丘地貌，周边为虞绍平原，河网密布。区内出露地层除第四系(Q)外，基岩均为中元古界陈蔡群下河图组(Pt2x)变质岩系，外围有义峰山燕山早期花岗岩体侵入。区内断裂构造较发育，其中北东向断裂是矿区的主要控矿构造，矿体主要赋存于该构造带内。
矿体顶底板主要为眼球状含硅线石二云母片岩、黑云母斜长片岩和不纯大理岩，质地坚硬，完整性较好，仅在构造节理、裂隙发育区存在一定的软弱带，可能对采矿带来不利影响，工程地质条件尚好。在水文地质方面，矿区共发育松散岩类孔隙水、基岩裂隙水和岩溶裂隙承压水三大类型，构造带除东西向张性断裂(非容矿断裂)外，一般为阻水构造。总体来看，矿区地下水不丰富，且具明显的不均匀性。另外，各含水层及含水层与地表水之间水力联系较弱，对矿坑充水影响不大，开采过程中矿坑涌水量一般不大于150m3/d。
2.2矿山开采历史及现状
2.2.1古代开采与冶炼历史
银山坝古称锡山，北距练塘（亦称炼塘，据考证为越王冶炼器械之地）4km。从锡山到练塘，越国时就有一条运河叫炭渎，传说是越王勾践专为运送从锡山开采下来并经过提炼的矿石（越人称 “炭”）所开。《越绝书》卷八载：“句践时采锡山为炭，称‘炭聚’，载从炭渎至练塘。”从这段文字记载中（“句践”通“勾践”），银山坝开采和冶炼历史至少可以追溯到春秋战国时期。
在银山遗址附近，上虞文保部门以前曾采集到大量的带流口陶罐和“韩瓶”等文物，这些器物据考证属宋朝遗留。带流口的陶罐形状大小颇似药罐，它在银山大量出现可以理解为是工匠治病所用，因为用矿石在提炼银子时容易引起铅中毒，从而成为当时矿工主要的职业病之一；韩瓶则是一种带有宋代特征的酒瓶。
《嘉泰会稽志》卷九《山•会稽县》又载：“锡山，在县东五十里，越王采锡于此。”又注云：“旧传山出铅、银，或坯凿取之，忽山啸摧压数十丈，今迹存焉，其后人无敢采者。”
以上各个时期关于银山坝的记载，说明银山坝具有悠久的开采历史。在越国时期开采的主要是“锡”，用以冶炼青铜器，有1977年银山坝东侧开渠时出土的青铜锛、斧、锄和印纹陶罈、罐残件及铅块为证；后来宋代开采的则主要是白银，以便当作货币，大量的带流陶罐和“韩瓶”等便是他们的遗留物。
而百姓流传较广，开采规模相对较大的，则主要在清朝年间。绍兴县志记载，在清朝年间，银山坝一带曾开采过银，并就地冶炼，至今仍保留有老硐、古采坑和炉渣遗迹。据传在较长一段时期内曾被英国人野蛮开采，致使矿床支离破碎，选过矿的废矿石满坡乱堆。
据实地调查，现在的银山坝山上仍留有数个古代采矿遗留的露天采坑，其中主要的一个，也是与现矿山关系较为密切的一个位于北坡近山顶部位，深约40m，坑口长60m，宽约30m，露坑南侧山壁断面自东向西依次分布有3个开口朝北的矿洞，最深一个长约30m。露坑东北坡的半山腰一带平台上，发现大量废弃非矿碎石堆场，推测应为古矿石堆场和矿石分捡场所。
上世纪80年代，省冶金地质勘探公司工程师张智汉曾对矿石和矿碴作过测定，发现矿石含铅5-25%，银60-80g/t，锌0.1-0.7%，金0.1g/t；矿碴含铅1.77%，银23.80g/t，锌0.7%，金0.1g/t。对比可知，其中的铅和银因冶炼被“取出”了一些，而对锌和金基本未动。
从遗留的露天采坑规模来看，包括清朝在内的古人，在银山坝采出的矿石量至少在数十万吨，长时期的开采和冶炼也留下了大量的非矿废渣和冶炼后残留的炉渣，据杭州电子科技大学2009年的调查，银山畈的古代铅锌尾矿总堆存量约为10.31万吨。从北坡坡脚一带探井发现，坡脚靠近现麻风病院一带有较大范围的冶炼炉渣分布（照片1、2），炉渣总体呈褐色或灰褐色，集块状或粉末状，埋深最浅在0.3m左右，厚薄不一，最厚可达数米。
照片1 集块状炉渣 照片2 粉末状炉渣
由此，古代矿石开采、堆放、分捡、冶炼和废弃炉渣堆放总体情况就可基本恢复出来（图1）。古人如何炼银，访问不得其详，但从文献有关银的冶炼方法中，大致有以下步骤，即凿矿、粉碎、淘选、焙烧、熔炼、灰吹分离。其中粉碎、焙烧、熔炼环节不仅能提炼出铅、银，矿石中的其它组分，如镉、砷等也能被部分分离出来，而这些被分离出来的重金属离子则混于弃渣或炉渣中，被丢弃于坡脚地带。
图1 银山坝矿区古代采冶分布示意图
2.2.2 矿山开采现状
目前在开矿山采出矿石后，全部以原矿对外销售，废石充填于采空区。矿区矿（废）石堆场位于斜井口的北东侧，仅作临时堆放。
2.3矿山环境地质问题
从矿山地质环境条件、开采历史和开采现状分析，矿山存在的主要环境地质问题在于地质灾害和环境污染两个方面。
地质灾害危害主要在于地下，由于矿体底板靠近断裂后期活动带，岩石破碎，围岩稳定性差，在运输和开采过程中可能发生崩塌；另外，由于矿区断层发育，沿断层带有碳酸盐岩分布，断层带岩体破碎，岩溶发育，采矿有可能遭受突水危害。
环境污染主要是古人开采冶炼造成的矿山附近土壤及底泥中的重金属含量超标，对农业生产具有较大的危害。
3 土壤重金属含量特征分析与污染趋势预测
3.1样品采集与测试
本次调查共设9个取样点，其中土壤点7个，底泥点2个，矿区所在的北坡及矿区背面的南坡，矿区平硐排水口的上部及下部均有分布(图2)，以便结果的对比分析。采样点要求柱状采样，取样深度为 100cm，分取三个土样：表层样（0～20cm），中层样（20～60cm），深层样（60～100cm）。测试项目包括pH值、铅、镉、铜、锌、镍、砷、汞、总铬，共9项。
图2 矿区北坡采样点分布图
3.2重金属含量特征
3.2.1土壤测试结果
以●1#土壤样和★1#底泥样为例，测试结果见表1、2。
土壤测试结果（单位：除pH外均为mg/kg） 表1
底泥监测结果（单位：除pH外均为mg/kg） 表2
3.2.2 特征分析
仍以●1#土壤样和★1#底泥样为例。
●1#土壤样呈酸性，总体污染物浓度随着土壤深度的增加呈下降趋势，越接近表层浓度越高。各项测试因子中，铅、镉超标，其中铅超标较为严重，各层浓度均远远超过《土壤环境质量标准》（GB15618－1995）；镉相对于三级标准最大超标3.62倍。铜、锌、镍、砷、汞、铬则在各层均能达到二级标准。
★1#底泥样呈中性。参照《土壤环境质量标准》（GB15618－1995），各项监测因子中，铅、镉、铜超标，其中铅超标较为严重，远远超过标准限值；镉相对于三级标准最大超标3.9倍；铜相对于三级标准最大超标1.16倍。镍达到三级标准，而锌、砷、汞、铬则能达到二级标准。
以上为两组例样，综合所有样品测试结果，不难看出，银山坝铅锌矿区及外围土壤环境质量总体较差，土壤、水体底泥环境达不到《土壤环境质量标准》（GB15618－1995）要求，为超三类土壤，主要超标因子为铅、镉，且深层土壤已受到污染。同时，通过对比分析我们也看到，对照点铅、镉的浓度要高于现矿区影响范围内的各测试点。
4土壤污染与矿业活动关系分析
银山坝矿区及周围土壤污染已毋庸置疑，究其原因，是多方面的，但主要原因应是古代开采与冶炼，历经数百年淋滤、迁徙造成的。分析如下：
4.1 区域土壤环境分析
据绍兴县志记载，清朝时英国人在此野蛮开采银矿，并就地冶炼，虽然目前银山上植被茂密，但从国内一些专家学者的学术研究报告中可见，银山周围的土地不断累积从银山上古代堆放的矿石中淋滤下来的重金属，已造成了一定程度的重金属污染。
根据浙江省地质调查院《浙江省农业地质地球化学环境局部评价报告》(2008年12月)，本矿区所在区域为汞、砷、铅等重金属警戒区，为自然地质背景造成。土地功能区划为虞中水网平原及河谷盆地粮油种植区中的苗木花卉种植区，不适宜绿色无公害农产品的种植，建议置换土地使用功能，改为花卉苗木种植。
4.2 测试数据特征分析
主要通过超标因子铅、镉在各测试点之间含量的对比分析来说明。我们将各监测点铅、镉浓度对比绘制成对比图如图3，4。
图3 各监测点铅的浓度对比图
图4 各监测点镉的浓度对比图
由图3、4 可知：(1)南坡（●1#、●2#）土壤中铅、镉浓度高于北坡（●3#~●6#，本矿区位于北坡）；(2)位于矿区上风向和上游的对照点（●1#~●4#）浓度高于矿区影响范围内的●5#、●6#浓度；(3)●7#点虽然也在矿区影响范围内，但同时亦受矿区西侧山上下来的溪沟水的影响，铅、镉浓度高于●5#、●6#点。
由图3、4 还可知，★1#底泥对照点（不受矿区排放矿井水影响而受山上地表径流水影响的水塘）铅、镉的浓度远远高于★2#点（矿井水排入此处）。
由此可见，历史原因造成的影响是该区域土壤、底泥环境重金属污染的主要原因。
4.3 历史分析
从前述古代开采与冶炼历史来看，古代矿石开采、堆放、分捡、冶炼和废弃炉渣堆放南北坡均有，图1为北坡恢复情况。在古人粉碎、焙烧、熔炼环节中，不仅能提炼出铅、银，矿石中的其它组分，如镉、砷等也能被部分分离出来，而这些被分离出来的重金属离子则混于弃渣或炉渣中，被丢弃于坡脚地带。坡脚地带常年处于地下水位之下，在长达数百年，甚至上千年的溶滤之下，铅、镉等重金属含量超标就是非常正常了。
通过以上分析，我们的结论是：古代开采与冶炼是造成矿区土壤镉、铅等重金属污染的主要原因，也是直接原因。
5污染趋势预测
根据以上分析，银山坝矿区一带重金属污染趋势总体可归纳如下：(1)镉等重金属离子主要系古代开采与冶炼造成，多年来已趋于稳定。(2)由于矿坑水中锌等污染物有进一步加重趋势，若在排放前不加处理，土壤中也有进一步加重的趋势，但其变化要远远慢于地下水中的变化。(3)矿坑水达标排放，则土壤中的污染物浓度基本能保持现状。
6 结论
(1)古代开矿并就地冶炼是造成污染的主要原因，现状矿山开采对矿山周边污染影响不大。
(2)该区污染趋势加重可能性较小。
(3)该区不宜种植绿色无公害农产品，可改为花卉苗木种植。
(4)历史分析法是土壤污染调查的一个重要方法，应加以重视。
参考文献
[1]沈万里，《绍兴市银山坝铅锌矿矿山环境地质调查评价报告》，2013.5；
[2]浙江省地质调查院，《浙江省农业地质地球化学环境局部评价报告》，2008.12。
论文作者:朱人思,沈万里
论文发表刊物:《基层建设》2018年第19期
论文发表时间:2018/9/10
标签：矿区论文; 土壤论文; 矿石论文; 重金属论文; 炉渣论文; 矿山论文; 土壤污染论文; 《基层建设》2018年第19期论文;