我国历来重视环境保护，尤其是对土壤重金属污染防治。研究人员对土壤中重金属污染特征^[1-2]、传播途径^[3-4]、迁移转化规律^[5-9]、土壤中重金属污染评价^[10-14]、土壤重金属修复治理^[15-17]等开展了大量研究工作，取得了重要成果。然而，目前开展土壤重金属污染防治研究主要集中在中、东部发达地区，对西部偏远地区土壤污染研究相对较少。

青海省祁漫塔格地区是我国青藏高原重要的铁、铜、铅、锌多金属成矿带^[18-19]，地质找矿成果取得重大突破，已逐渐成为大型有色矿产资源重要基地。据文献报导，祁漫塔格地区已开展了土壤重金属污染评价研究，分析评价了祁漫塔格地区某些矿区的土壤环境质量^[20-21]，但并未对该地区土壤重金属污染的范围、深度以及重金属污染传播、扩散的途径进行研究。本文以该地区某典型斑岩型铜矿开采区为研究对象，结合本地区气候特征，在矿业活动剧烈区加密采样分析，研究了重金属污染的范围和污染深度，并考察了风力、水力等传播途径对重金属扩散的影响。本文可为该地区的重金属污染预防和治理提供参考，也可为其他相似地区矿山开发过程中重金属污染防治提供指导。

1 研究区概况

研究区位于青海省西部，处于青藏高原东北部，柴达木盆地西南缘。平均海拔在4 000~4 500 m左右，山势陡峻，沟谷深切，植被稀少，呈现典型的高寒荒漠景观。气候特点为寒冷、干旱、少雨、多风，蒸发强烈，常年西北风不断，年八级以上风日超过105 d。年平均降水量低于200 mm，蒸发量高达2 500 mm。主导风向为西北风，八级以上风日多达105 d以上。该地区受气候影响，岩石冻融风化作用强烈。

截至2017年底，铜矿区已探明Cu 333资源量约4万t，达到大型铜矿床规模。铜矿资源开发活动从2004年开始，采矿规模较小。经多年整合，目前该区开采矿山企业1家，以露天开采为主，开采规模为10万t/a，矿业活动面积约170 km²，已形成露天采区4处，废石、围岩堆场4处，(其中铜铅锌多金属矿采坑3处，采坑周边围岩、废石堆场3处；铜钼矿采坑1处，采坑周边围岩废石堆场1处，目前铜钼矿已开采完毕)，尾矿库1座，尾矿废水不外排。废石、围岩堆场在露天采场周边沟谷自然堆弃，占地面积约15.27 hm²，以工业广场附近一天然山谷筑坝建成尾矿库，占地面积6.81 hm²。目前有一河流支流(库德尔特赛尔河)自西南向东北方向流经铜矿开采区。

该矿区周边主要为天然草地，植被较发育，以紫花针茅、高原嵩草等草本植物为主，植被盖度15%左右。矿区周边野驴、野牦牛等野生动物成群，多见牧民放牧。研究区地表景观及水系分布见图 1。

2 材料与方法 2.1 样品布设与采集

采集入选前的典型原矿1件，尾矿库中取尾砂样品1件，围岩、废石堆场取典型围岩、废石样品2件。

总体以网格布设的方法采样(1.0个/km²)，表层土壤样品一般采样深度为0~20 cm。对于废石、围岩堆场、尾矿库、矿石运输道路等潜在的重金属污染源周边加密采样(根据常年主导风向和水流方向，分别在上方向和河流(干沟)上游约200 m处布设参照样，在下风向和河流(干沟)下游50、100、200、300、500 m布设监测样，在矿石运输道路两侧200 m内设置监测样)。为了解土壤重金属垂向的污染深度，在监测样位置布设垂直剖面样品，采样深度为0~100 cm。样品采集时详细填写采样记录表，记录样品采集的地点，坐标及周边地貌、构筑物等情况，共采集土壤样品150件。以围岩、废石堆场、尾矿库和流经铜矿开采区河流为例，采样点布设如图 2所示。

2.2 样品处理

分别将原矿样和围岩、废石样品破碎，混合均匀，四分法取样，样品烘干后磨细，送检测分析；尾砂样品烘干后磨细至至-200目粒级占100%送检测分析。

将土壤样品外包装袋除去，置于阴凉通风处自然阴干，除去其中的杂物。阴干除杂后，过筛混匀，按四分法取样，干燥磨细后至-200目粒级占100%用于检测分析。

2.3 样品测试

样品中Cd、Cr、Ni、Cu、Pb、Zn元素含量采用电感耦合等离子体发射光谱法检测，As和Hg元素含量采用原子荧光光谱法分析。测试单位为青海省核工业地质局检测试验中心。

3 结果与讨论 3.1 岩石样品检测结果分析

原矿、尾矿砂和围岩、废石等岩石样品中各重金属元素含量如表 1所示。

从表 1可知，原矿、尾矿砂和围岩、废石样品1#中As、Pb、Zn和Cd的含量远高于全国土壤背景值，围岩、废石2#样品中Cu、Zn和Cd含量高于全国土壤背景值。可见，原矿、尾矿砂、围岩、废石中重金属释放进入周边环境，将可能造成土壤污染。因此尾矿库、废石、围岩堆场等矿石、尾矿、废渣堆积区可能是铜矿区土壤重金属污染潜在的来源。

3.2 土壤样品检测结果分析

统计分析铜矿区土壤样品各重金属的含量，结果如表 2所示。从表 2看出，超出土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(GB 15618—2018)农用地土壤污染风险筛选值的样品数量极少，超标的元素为As、Cu、Pb；这表明该铜矿区土壤环境总体良好，仅个别样品超标。对照样品采集记录表，发现超标样品为2件，采样地点均分布在某围岩、废石堆场附近。

为了分析判断围岩、废石堆周边重金属的污染范围和了解尾矿库等重金属元素潜在污染区重金属的累积情况，沿铜矿区的主导风向和河流方向布设了采样点，采样点布设见图 2。围岩、废石堆场沿河流方向和主导风向布设：围岩、废石堆场记为0 m，采样点距围岩、废石堆场河流方向上游(或主导风向的上风向)200 m处记为-200 m。采集的土壤样品重金属元素含量分别如图 3和图 4所示。

由图 3可知，沿水流方向距离围岩、废石堆场下游50 m处，Cu、As、Pb元素超标，且Cu超标严重，As和Pb轻微超标；距离围岩、废石堆场下游100 m处，Cu、As元素轻微超标；距离围岩、废石堆场下游200 m范围外Cu、As、Pb元素均未超标，且各重金属元素含量随采样距离变化相差不大，相对于上游对照点，Cu、As、Pb元素含量并无显著富集。

由图 4可知，在围岩、废石堆场周边沿主导风向布设样品，Cu、As、Pb等元素含量均未超标，且相对于上风向的对照点，下风向100 m外Cu、As、Pb元素并无明显富集。由此可见，该铜矿区风力对重金属污染扩散、传播影响并不显著，推测原因可能是围岩、废石堆场块石较多、细粒粉尘较少，且围岩废石经过压实不易被风力传播。

为了研究围岩、废石堆场周边区域土壤重金属垂直方向的污染状况，在围岩、废石堆场水流方向下游50 m处布设了典型天然剖面，如图 5所示。剖面样品的重金属含量如图 6所示。

从图 6看出，围岩、废石堆场水流方向下游50 m处剖面样品，仅表层土壤(0~20 cm)出现As、Cu、Pb元素超标，采样深度大于40 cm，As、Cu、Pb等元素含量趋于稳定，且远低于土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(GB 15618—2018)的对应风险筛选值。这表明该铜矿区重金属污染在垂直方向上传播扩散能力较弱，这可能与当地干旱少雨的气候特征和土壤本身为碱性土壤有关。

由图 3、图 4和图 6可知，围岩、废渣堆周边重金属污染集中在周边200 m区域内，污染深度小于40 cm，污染范围小，相对于上游和上风向的参照点，重金属元素无显著富集。

尾矿库根据主导风向和河流方向布设、采集的土壤样品重金属分析结果见图 7和图 8所示。

从图 7看出，尾矿库主导风向下风向50 m处样品重金属含量明显高于上风向对照点，As、Cu、Pb元素含量分别是对照点的1.81、1.73和1.47倍；尾矿库主导风向下风向200 m内重金属含量均高于对照点，说明此范围内重金属有一定程度的累积；随采样距离增加，样品中重金属元素含量逐渐下降，采样距离超过300 m后，重金属元素含量大致与对照点相当。

由图 8看出，尾矿沿河流方向样品中As、Cu、Pb含量变化较小，样品中As、Cu、Pb无明显富集。推测这可能与尾矿库废水不外排有关，尾矿废水不外排，进入尾矿库下游河流中的重金属极少。

4 结论与建议

(1) 铜矿区土壤环境质量总体良好，仅围岩、废石堆场周边区域个别样品As、Pb、Cu元素超标。

(2) 围岩、废石堆场重金属元素污染范围小，集中在其周边200 m内，土壤污染深度小于40 cm。

(3) 相对于上风向对照点，围岩、废石堆重金属元素无显著富集；尾矿库下风向200 m内，重金属元素出现一定程度富集。

(4) 铜矿区海拔高，平均海拔4 000~5 000 m，具有典型的内陆高寒气候，寒冷、干旱、多风、少雨、蒸发强烈，年八级以上风日超过105 d。在矿区影响重金属污染扩散、传播的因素主要为风力和水流作用，土壤重金属垂向扩散作用较弱。

(5) 尾矿库、废石堆场作为铜矿区重金属污染的潜在源头，应引起重视。随着时间的推移，尾矿库、废石堆场的岩石、尾矿砂可能由于风化、淋溶等作用进一步碎化，加快重金属的释放。因此，建议在铜矿开发过程尽量不出坑，集中堆放、统一处理，减少降水淋溶和风力等作用引起的重金属元素扩散；尾矿库做好防渗处理，干滩应做好防尘措施，防治扬尘污染。