某油田采油区土壤污染及土壤环境质量评价_刘小二

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环境工程EnvironmentalEngineering

某油田采油区土壤污染及土壤环境质量评价

刘小二

（河南省地质矿产勘查开发局第一地质勘查院，郑州450001）

*

摘要：目前，尚未发现完全适合采油区土壤污染评价的相关标准。基于此确定了土壤各因子的评价标准，并制定了土壤污染程度分级标准，开展了土壤石油污染、重金属污染、盐化污染等多种污染的联合调查评价，克服了以往对土壤石油污染进行单一调查评价的不足，并进行了土壤环境质量评价。土壤污染评价结果显示：该采油区土壤污染现状为重pH值已接近污染起始值。土壤污染级，石油类是土壤污染的主要因子，其他因子为警戒级或清洁级，但Cd、全盐量、环境质量评价结果显示：各因子均符合国家土壤环境质量二级标准，但重金属Cd的平均含量已达到了二级标准的界限值。

关键词：土壤；石油；重金属；盐化；污染评价

DOI：10.13205/j．hjgc．201502028

POLLUTIONANDENVIＲONMENTALQUALITYEVALUATIONFOＲSOIL

INTHEOILPＲODUCTIONZONESOFANOILFIELD

LiuXiao'er

（TheNo．1GeologicalExplorationInstitute，GeologicalOresSurvey＆DevelopmentBureauinHenan

Province，Zhengzhou450001，China）

Abstract：Atpresent，therelevantstandardsforsoilpollutionevaluationhavenotyetfoundforoilproductionzones．Basedonwhich，theevaluationstandardofsoilfactorsandthegraduationstandardofsoilpollutiondegreewereformulated，andajointinvestigation，andevaluationofoilpollution，heavymetalspollutionandsalinepollution，whichovercometheinadequateofthesingleinvestigation，andevaluationofoilpollutioninsoilwascarriedout．Finallythesoilenvironmentalqualityareevaluated．Thesoilpollutionevaluationresultsshowedthatthepresentsituationofsoilpollutionwasheavypollutionlevelinminedoilproductionzones，themainfactorofsoilpollutionwasoil，otherfactorswerewarninglevelorcleanlevel，butthevalueofCd，totalsaltandpHwasclosetopollutioninitialvalue．Thesoilenvironmentalqualityevaluationresultsshowedthateachfactorcouldreachnationalsoilenvironmentalqualitysecondarystandard，buttheaverageconcentofCdhadreachedthelimitvalueofnationalsecondarystandard．

Keywords：soil；oil；heavymetals；salinization；pollutionevaluation

0引言

［1］

土壤质量是土壤特性的综合反映，是揭示土壤条件动态的最敏感指标，因而能体现自然因素及人类活动对土壤的影响

［2］

石油烃、石油的开采加工过程中会产生重金属、多环芳烃等多种污染物

，这些物质排放到土壤中，

可造成土壤石油污染和重金属污染。另外石油和油田水也极易产生高盐污染，从而造成土壤盐化。因此，在油田采油区容易出现石油污染、重金属污染、盐化污染。开展油田采油区土壤污染调查评价，了解土壤污染现状，具有重要意义。

*河南省地质矿产勘查开发局地质环境项目（豫地环〔2012〕19号）。收稿日期：2014－04－17

。土壤质量还直接关系着环境和

社会发展的可持续性。因此，对土壤环境质量进行客观评价具有重要的意义。

以往的评价和研究主要针对土壤的石油污染开展，秦岩

［3］

论述了陇东油区土壤石油污染已成为当

［4］

地的主要环境问题；郑昭贤等对东北某油田土壤

石油污染程度分析后，认为石油污染主要集中在表层土壤中。但对于油田采油区土壤石油污染、重金属污

监测与评价

EnvironmentalMonitoring＆Assessment

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染、盐化污染等多种污染的联合调查评价却鲜有报道。本研究通过对某油田采油区的实地调查、采样化验测试，开展了土壤石油污染、重金属污染、盐化污染等多种污染的联合调查评价，并进行了土壤环境质量评价，以期为当地的农业生产、环境保护治理等提供科学依据。1

油田概况

2

该油田采矿权面积约930km，属于冲洪积平

3）采样点布设在典型区域，兼顾采样难易程度。4）背景值样品应远离采油区和主干道，避开大量使用石油产品的人类活动区。本次工作剔除异常值后，实际采集到6组有效的背景值样品。

5）根据油田建设的特点，重点调查采油井污染区、输油管线污染区、采油废弃物污染区和采油废水污染区，同时在油井密度大的地区加密样点，以使调查结果具有客观性、典型性和代表性。

本次在不同污染区共采集50组样品。2.1.3

样品处理与测试

测试有机样品（石油类）保存在250mL棕色磨口玻璃瓶中，保证干样质量不小于200g。测试无机样品（重金属、全盐量）采集质量为1.5～2.0kg，保证干样质量不小于1kg，样品保存采用棉布样品袋。24h内送至实验室，如不能及时送实验室则于4℃下保存，最迟于3d内送至实验室。

土壤样品测试项目分有机和无机两大类，有机测试项目为石油类（总石油烃），无机测试项目为重金Pb、Cd、As、Hg）、pH。属（Cu、全盐量、2.22.2.1

分析结果

土壤背景值的确定

土壤背景值确定原理是结合检测项目的概率分布特征选取统计方法，确定其背景值。当元素浓度频率呈正态分布时采用算术平均值法；当元素浓度频率呈对数正态分布时采用几何平均值法；呈现其他分布形态时，进行偏态分布正态化处理后再求背景值。

本次土壤背景值样品测试分析后，首先剔除异常值，计算出所有样品的平均值和标准偏差，按平均值±2倍标准偏差来反复剔除超出或低于这一范围的离群数据，以使其符合正态分布的要求，然后按采用算术平均值法确定各元素背景值。2.2.2

土壤背景值分析结果

剔除异常值后，统计计算背景值的样本数、算术平均值、标准差、最大值、最小值，结果见表1。2.2.3

采油区土壤现状分析结果

采油区土壤样品各因子统计的样本数、算术平均值、标准差、最大值、最小值，结果见表2。33.1pH。

土壤污染评价

评价因子和标准的选取

Cu、Pb、Cd、As、Hg、评价因子为石油类、全盐量、

原，地势平缓，地势总体东高西低，标高110～130m，浅层地下水水位埋深5～10m。区内属亚热带向暖温带过度的气候区，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥，春暖秋凉，四季分明。当地地层岩性简单，包气带的物质组成主要为全新统的粉土、粉质黏土、粉砂等松散堆积物。

该油田经过数十年的开采，在取得经济效益的同时，也产生了土壤污染问题。目前，该油田土壤污染主要为采油井周边落地原油、输油管线破裂、采油废弃物堆放、采油废水造成的污染4种类型。本次工作在采油区这4种主要污染类型的典型场地，分别采集土壤样品，并结合土壤背景值，对油田采油区土壤污染和土壤环境质量开展调查评价。22.12.1.1

样品采集与分析结果样品采集测试采样深度确定

石油类有机污染物主要在表层土壤中聚集，平均90%以上的石油残留在20cm以上的土层内［5］。土因此，当重金属输入壤中重金属元素较难发生迁移，

土壤后，总是停留在表土或亚表土，很少迁入土壤底层，这一现象成为土壤是否受到重金属污染的一种鉴定特征

［6］

。盐化过程通常是指NaCl、Na2SO4、CaCl2、

MgSO4等中性或近中性盐类在表层土壤中的积累过程，使土壤呈中性或碱性反应，在积盐初期，盐类常在土体表层积聚，当达到一定含量足以危害植物生长的程度时即发生盐化

［7］

。

盐化污染均可见，土壤的石油污染、重金属污染、主要聚集在表层土壤中，因此本次样品采集主要为表层土壤，采样深度为0～0.3m。2.1.2

样品采集点的选取原则

1）布设的采样点尽可能与采油区环境因素的复杂程度相适应，满足了解现状的要求。

2）采样点布设宏观考虑，全区平衡考虑点位和点数，避免漏掉面积较大的区域样品。

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环境工程EnvironmentalEngineering

表1

Table1

类别样本数算术平均值标准差变异系数最大值最小值

w（石油类）/（mg·kg－1）

611.7510.4490.88927.35.0

w（Cu）/

（mg·kg－1）

635.67516.390.45960.225.9

w（Pb）/

（mg·kg－1）

630.256.6540.2236.222.2

土壤背景值分析结果

w（Cd）/

（mg·kg－1）

60.2810.0160.0560.30.26

w（As）/

（mg·kg－1）

611.5054.3340.37715.085.33

w（Hg）/

（mg·kg－1）

60.0370.0120.3230.04750.0244

Theanalysedresultsofthesoilbackgroundvalue

全盐量/%

60.230.0770.3350.30.12

pH66.1750.5130.0836.595.44

表2

Table2

类别样本数算术平均值标准差变异系数最大值最小值

w（石油类）/

（mg·kg－1）505995.1614622.952.44976905.0

w（Cu）/

（mg·kg－1）

5028.177.750.2850.816.1

采油区土壤现状分析结果

w（Cd）/

（mg·kg－1）

500.30.110.370.570.17

w（As）/

（mg·kg－1）

5012.9617.331.341264.75

w（Hg）/

（mg·kg－1）

500.050.040.790.2020.208

Theanalysedresultsofsoilinoilproductionzones

w（Pb）/

（mg·kg－1）

5030.679.680.3258.718.7

全盐量/%

500.360.441.252.390.03

pH506.710.820.128.214.95

目前，尚无完全适合采油区污染评价的相关标

［8］

准，这里参照《油气田开发建设与环境影响》等文

值+1倍标准差作为污染警戒值；背景值+2倍标准差作为污染起始值。以此确定各因子评价标准见表3。

献资料，选取表1中的算术平均值作为背景值；背景

表3

Table3

类别背景值污染警戒值污染起始值

w（石油类）/

（mg·kg－1）11.75022.19932.648

w（Cu）/

（mg·kg－1）35.67552.06568.455

土壤各因子污染评价标准

w（Cd）/

（mg·kg－1）0.2810.2970.312

w（As）/

（mg·kg－1）11.50515.83920.173

w（Hg）/

（mg·kg－1）0.0370.0490.061

Thepollutionevaluationstandardofthesoilfactors

w（Pb）/

（mg·kg－1）30.2536.90443.558

全盐量/

%0.230.3070.384

pH6.1756.6887.201

3.2评价方法

本次工作采用的评价方法为指数法（包括单因

［9］

度分级标准。本项目在查阅文献、分析工作区实际情况的基础上，采用土壤背景值和土壤污染起始值

子污染指数和综合污染指数）。单因子污染指数计算公式见式（1）。

Pi=

Ci

Si

（1）

进行土壤污染程度分级，并制定了如下的土壤污染程度分级方案：

ⅠⅡ

清洁级（Pi＜0.7）：实测值与土壤背景值相警戒级（0.7≤Pi＜1.0）：土壤污染物实测值

近，属清洁区；

而低于污染起始值；大于等于污染高于土壤背景值，

警戒值，污染物在土壤中有积累，作物生长发育正常；

Ⅲ轻污染级（1.0≤Pi＜2.0）：土壤污染物实测值高于污染起始值，土壤受到污染，农产品亦有污染物积累或受影响；

Ⅳ

中污染级（2.0≤Pi＜3.0）：土壤污染物实测

值超过污染起始值1倍，农作物生长受抑制；

Ⅴ重污染级（Pi≥3.0）：土壤污染物实测值超作物受害严重。过污染起始值2倍，

式中：Pi为土壤中污染物i的污染指数；Ci为污染物i

的实测浓度，mg/kg；Si为污染物i的评价标准值，mg/kg。

在单因子污染指数的基础上，计算综合污染指数的方法很多，诸如指数叠加法、权重法、内梅罗法、均方根法等，但是权威部门未给这些定量的数字赋予环境质量状况的实际含意。故采用单因子污染指数大于l叠加法计算综合污染指数。3.3

土壤污染程度分级标准

鉴于国家没有出台适用于采油区土壤的污染程

监测与评价

EnvironmentalMonitoring＆Assessment

129

3.4评价结果分析

首先计算单点的污染指数，然后采用单点污染指

用单因子污染指数大于1叠加法来计算综合污染指数，确定出综合污染程度级别。采油区土壤污染综合评价结果见表4。

数的平均值作为综合评价中的单因子污染指数，最后

表4

Table4

类别污染指数污染级别

石油类

183.63Ⅴ

Cu0.41Ⅰ

Pb0.69Ⅰ

采油区土壤污染综合评价结果

Cd0.97Ⅱ

As0.64Ⅰ

Hg0.78Ⅱ

全盐量0.93Ⅱ

pH0.93Ⅱ

综合评价183.63

Ⅴ

Thecomprehensiveevaluationresultsofsoilpollutioninoilproductionzones

由表4可知：采油区土壤污染现状为重污染级（Ⅴ级）：其中石油类是土壤污染的主要因子，污染较Hg、pH值为警戒重，为重污染级（Ⅴ级）；Cd、全盐量、Pb、As为清洁级（Ⅰ级）。级（Ⅱ级）；Cu、

Cd、pH值的污染指数都接近1（轻污染全盐量、级），说明其已接近污染起始值，今后需要注意重金属Cd的污染和土壤盐化污染，以及由盐化污染而引起的土壤中性反应。44.1

土壤环境质量评价评价因子和标准的选取

Cu、Pb、Cd、As本次工作监测的污染因子中Hg、

［10］

在GB15618—1995《土壤环境质量标准》中均规

标准。4.3

评价结果分析

首先计算单点的环境质量指数，然后采用单点环境质量指数的平均值作为区域评价中的单因子环境质量指数，最后按由Pi确定各因子符合GB15618—1995的二级标准。采油区土壤环境质量区域评价结果见表6。

表6

采油区土壤环境质量区域评价结果qualityofoilproductionzones

类别评价指数土壤级别

Cu0.29

Pb0.10

Cd1.0

As0.51

Hg0.09

Table6Theregionalevaluationresultsofsoilenvironmental

定了土壤环境质量标准值，故评价因子选取为Hg、Cu、Pb、Cd、As。

该油田采油区土地肥沃，人口众多，村庄稠密，农业经济发达，符合土壤环境质量Ⅱ类，执行土壤环境质量二级标准。从表2可知：采油区土壤pH平均值为6.71。按上述条件查阅GB15618—1995中的表1，确定本次工作的土壤环境质量评价标准见表5。

表5

Table5

土壤环境质量评价标准

mg/kg

类别

pH6.5～7.5标准值

Cu100

Pb300

Cd0.30

As25

Hg0.50

符合GB15618—1995二级标准

由表6可知：采油区土壤环境质量各因子均符合GB15618—1995二级标准，但重金属Cd的区域评价指数为1.0，其平均含量已达到二级标准的界限值，今后需要注意采油区土壤重金属Cd超标问题，这与采油区土壤污染综合评价结果相符。5

结

论

1）本研究开展了采油区土壤石油污染、重金属污染、盐化污染等多种污染的联合调查评价，弥补了以往对土壤石油污染进行单一调查评价的不足，并进行了采油区土壤环境质量评价。

2）目前尚未发现完全适合采油区污染评价的相关标准，本次工作在查阅文献资料的基础上，选取背景值+1倍标准差作为污染警戒值，背景值+2倍标准差作为污染起始值，确定了各因子的评价标准。并在查阅

Pi=

Ci

Si

（2）

文献、分析工作区实际情况的基础上，制定了土壤污染程度分级方案，对采油区土壤污染程度进行评价。

3）选取石油类、Cu、Pb、Cd、As、Hg、pH全盐量、进行土壤污染评价，综合评价结果显示采油区土壤污染现状为重污染级，石油类是土壤污染的主要因子，Cd、pH其他因子为警戒级或清洁级。其中，全盐量、

（下转第139页）

Environmentalqualityevaluationstandardforsoil

4.2评价方法及分级标准

此处只做单因子评价，选用单因子指数法，计算

公式为：

式中：Pi为土壤中评价因子i的环境质量指数；Ci为mg/kg；Si为评价因子i的评评价因子i的实测浓度，mg/kg。价标准值，

分级标准：Pi≤1.0为符合国家土壤环境质量二级标准；Pi＞1.0为不符合国家土壤环境质量二级