冀東地區(qū)鐵礦開采的水環(huán)境問題

劉 真,劉平貴

(1.中國地質(zhì)圖書館, 北京 100083；2.中國地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所，河北 正定 050803)

冀東地區(qū)鐵礦位于唐山的遷安、遷西、遵化和承德的青龍、寬誠、興隆等縣。該區(qū)鐵礦資源豐富，僅唐山地區(qū)保有量就有約 57.5 億t，是全國三大鐵礦區(qū)之一。20世紀80年代到90年代，地方中小鐵礦已形成生產(chǎn)規(guī)模模，產(chǎn)量約占全國地方礦山的1/5～1/6。近年來,國內(nèi)鋼鐵供需矛盾突出，開發(fā)鐵礦利潤豐厚，地方小鐵礦數(shù)量巨增。雖然國家和地方政府對小礦山進行整合并加強了管理，由于受開采設(shè)備和技術(shù)條件的限制，礦山環(huán)境問題仍較突出。

本文通過對冀東地區(qū)多個地方鐵礦的調(diào)查、研究及綜合分析，重點分析和論述了地方鐵礦采用疏干排水法大規(guī)模開采鐵礦資源中存在的環(huán)境問題及對礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境和水環(huán)境的影響，并就冀東地區(qū)礦山開采宏觀調(diào)控提出建議。

1 礦產(chǎn)資源及地質(zhì)環(huán)境

1.1 礦區(qū)自然地理概況

鐵礦主要分布在燕山山區(qū)和灤河中游地區(qū)，屬燕山侵蝕構(gòu)造山地丘陵亞區(qū)低山丘陵。研究區(qū)屬大陸性氣候，冬季寒冷干燥，夏季濕潤多雨，春季多風(fēng)。區(qū)內(nèi)河網(wǎng)水系發(fā)育，河流和人工水庫較多，這些地表水體對該區(qū)水文地質(zhì)條件有較大的影響。

1.2 鐵礦資源及開采概況

該區(qū)鐵礦主要蘊藏于太古界遷西群變質(zhì)巖中，以受變質(zhì)沉積型鐵硅質(zhì)建造礦床為主，一般稱其為“鞍山式”鐵礦。該區(qū)小鐵礦主要為露天或地下開采，地下開拓系統(tǒng)由平硐-斜井-豎井聯(lián)合組成，采用淺孔留礦法采礦。當(dāng)?shù)V體位于當(dāng)?shù)厍治g基準面以下的礦坑或礦井，一般均采用地下水疏干法采礦，礦體位于當(dāng)?shù)厍治g基準面以上時，地下水由平硐或斜井疏干。

1.3 地質(zhì)環(huán)境

冀東地區(qū)在大地構(gòu)造單元中，處于華北地臺北緣燕山沉降帶中段，礦區(qū)大地構(gòu)造處于馬蘭峪-山海關(guān)復(fù)式背斜及其兩翼的次級構(gòu)造穹褶、凹褶束。區(qū)內(nèi)廣泛出露的地層為太古界遷西群下亞群、上亞群,中、上元古界長城系。鐵礦體主要賦存于太古界遷西群地層中，上覆第四系地層。

太古界遷西群主要為一套由淺粒巖、黑云變粒巖、黑云紫蘇長片麻巖、二輝麻粒巖、斜長角閃巖、磁鐵石英巖組成的地層；中上元古界長城系地層巖性主要為變質(zhì)碎屑巖、礫巖、長石、石英砂巖、長石砂巖等，薊縣系以白云巖為主。第四系地層主要在山澗谷坡、溝谷、河谷以及盆地區(qū)，為坡積、洪積層，沖積、沖洪積層和沖湖積層。

該區(qū)斷裂構(gòu)造不發(fā)育，普遍發(fā)育有節(jié)理裂隙、小規(guī)模的斷層和褶皺，斷層延伸長度約數(shù)百米至一千多米不等。少量規(guī)模稍大的斷層，如寬誠福林鐵礦的喜峰口-下板城-凌源斷裂、羊崖山鐵礦蔡家溝斷層、龍騰鐵礦的F0斷層、花椒園F10斷層等。區(qū)內(nèi)有多種巖漿巖，但規(guī)模較小。

2 礦區(qū)水文地質(zhì)條件

2.1 含水層概述

區(qū)內(nèi)地下水含水層主要由溝谷、河谷及盆地區(qū)的第四系孔隙潛水含水層、中低山及丘陵山區(qū)的基巖風(fēng)化裂隙潛水含水層及構(gòu)造裂隙潛水含水層組成。部分地段有承壓裂隙水存在，但分布范圍局限，水頭低，水量小。

1)第四系孔隙潛水含水層：分殘、坡積層，洪積層，沖積層層潛水含水層。

①殘、坡積(Q4eld)層：主要分布在山澗溝谷及谷坡地帶，含水層厚度0～5m，局部地段不足1m。含水層厚度較薄，分布局限，所處地貌部位不宜地下水的補給，水量微弱或基本不含水。②沖、洪積(Q4alp)層：主要分布在北部中低山區(qū)、低山丘陵山澗溝谷、河谷區(qū)，南部低山丘陵間的河谷盆地區(qū)，為第四系松散巖類孔隙潛水。

北部溝谷、河谷區(qū)潛水含水層厚度一般約5～10 m，透水性較好，地下水相對豐富。水位埋深3～5 m。局部地段含水層厚度相對較大，水量較大，大口井單井涌水量5～30 m3/d左右，部分地段大于100 m3/d，礦化度0.69～0.995 g/L，部分小鐵礦的洗選場便選建在類似地段。

南部低山丘陵間的盆地及貫穿盆地的灤河、薊運河水系及其支流兩側(cè)，發(fā)育有河漫灘和Ⅰ、Ⅱ級階地區(qū)，含水層以太古界古老變質(zhì)巖為基底，其上堆積有較厚的第四系沖積層、沖洪積層，巖性以卵石、礫石和中細砂、細粉砂為主，一般厚8～35 m，最厚達50 m。地下水位埋深3～5 m，水量相對豐富。如遷安盆地單位涌水量約10～20 m3/(d·m)，屬重碳酸鹽-鈣鎂型水，礦化度小于0.3g/L[1]。

2)基巖風(fēng)化裂隙含水層：分布在灤河中游及其支流長河、柳河等流域，為基巖風(fēng)化裂隙潛水。含水層地處中低山深谷及丘陵區(qū)，主要為太古界、中上元古界的變質(zhì)巖、碳酸鹽類。風(fēng)化帶發(fā)育深度約30～50 m，地下水位埋深15～30 m，局部地段埋深大于30m。含水層透水性好，水量相對豐富性，鉆孔單位涌水量0.5875～6.2294 m3/(d·m)，滲透系數(shù)0.004～0.2768 m/d(據(jù)遷安羊崖山、遵化花椒園等鐵礦資料)，地下水徑流模數(shù)(5～10)×104m3/(a·km2)，部分地段小于5×104m3/(a·km2)[1]。多以泉的形式排泄，單泉流量10～50 m3/h不等，部分地段大于100 m3/h。屬重碳酸鹽-鈉鎂型水，礦化度小于0.27 g/L[2]。

基巖風(fēng)化裂隙潛水各含水巖組受巖性、構(gòu)造等條件差異控制，含水層富水性極不均一。不同含水巖組巖性不同，富水性亦相差懸殊，如常州溝組和串嶺溝組富水性較弱，多數(shù)地段不含水或為隔水巖組?；鶐r裂隙發(fā)育密度和深度與埋藏條件，也直接控制著該含水層富水性的強弱。

3)構(gòu)造裂隙含水層：由于區(qū)內(nèi)廣泛分布的是變質(zhì)巖，構(gòu)造總體上不太發(fā)育。部分地段發(fā)育的構(gòu)造主要為褶皺，褶皺軸部分布有規(guī)模不等的斷層和裂隙，且多被泥質(zhì)充填，基本不含水。但局部地段構(gòu)造帶及其附近巖溶裂隙和節(jié)理發(fā)育，部分斷層切穿礦體，未被充填，與地表水體水力關(guān)系密切，含水導(dǎo)水，富水性相對較強，但不均一。

4)承壓裂隙含水層：兩層片麻巖之間的混合花崗巖或磁鐵石英巖裂隙發(fā)育處，一般極易形成承壓裂隙水，另在深部構(gòu)造帶附近或凹褶軸部也極易形成承壓裂隙水，局部地段承壓水可涌出地表，水頭0.32～13.50 m，自流量0.032～0.26L/s,滲透系數(shù)0.04 m/a[2-3]。

2.2 地下水的補給、徑流與排泄

研究區(qū)其他山區(qū)地下水系統(tǒng)一樣，多以小流域為單元，以分水嶺為界在流域內(nèi)形成規(guī)模不等、相對獨立的水文地質(zhì)單元，自成一地下水補、徑、排系統(tǒng)。礦區(qū)多分布在山區(qū)，地下水的補給、徑流和排泄，與山區(qū)溝谷地下水補、徑、排模式基本一致。

山區(qū)地下水主要接受大氣降水的補給，一般降水順山坡由地勢較高處運移至山澗溝谷、河谷區(qū)，除一部分形成地表水外，其他部分入滲補給溝谷、河谷區(qū)的地下水，在其底部形成地下水徑流帶。徑流帶由上游往下游運移，并在沿途與地表水相互頻繁轉(zhuǎn)換。山區(qū)中的溝谷和河流，是連接各水文地質(zhì)單元的渠道，通過溝谷和河流將各水文地質(zhì)單元串連成小區(qū)、亞區(qū)和水文地質(zhì)分區(qū)。地下水動態(tài)變化主要受大氣降水的控制，根據(jù)民井調(diào)查統(tǒng)計，地下水年變幅一般在1～2m之間。

3 采礦對礦山水環(huán)境影響因素的分析

3.1 采礦形成的主要水環(huán)境問題

1)將局部改變礦區(qū)的地質(zhì)、構(gòu)造條件：礦井中圍巖不同程度發(fā)育有斷層、裂隙及破碎帶，局部地段次級構(gòu)造和裂隙分布普遍。在采掘過程中，礦體和圍巖的連續(xù)性和穩(wěn)定性遭到破壞，使巖體原有的固結(jié)作用削弱，斷層、裂隙及破碎帶更加松動、加寬和延伸；同時，由于采礦爆破，會使部分巖體產(chǎn)生新的裂隙；特別是井下部分礦體采用淺孔留礦采礦法，這種采礦方法在一定程度上使局部淺埋區(qū)地層和巖石松動，卸荷裂隙發(fā)育，甚至有可能引起地面塌陷。

2)將局部改變礦區(qū)的地應(yīng)力場和地下水流場：該區(qū)采礦歷史較長，采礦活動使原有地層和巖石受擾動并遭到不同程度破壞。巖石的松動、破碎和塌陷，斷層和裂隙的加寬和延伸，都將促使礦區(qū)地應(yīng)力場發(fā)生改變，進而使礦區(qū)原有的地下水含水層遭到破壞。隨著開采過程的進行和采空區(qū)的形成以及礦井水的不斷地排出，地下水流場將隨之發(fā)生改變，包括地下水的水力坡度、滲流速度、流量、水位等將隨之發(fā)生較大變化，并將進一步影響或改變礦區(qū)及其相鄰水文地質(zhì)單元的水文地質(zhì)條件。

3)將局部改變礦區(qū)地下水的循環(huán)系統(tǒng)：礦區(qū)地層的破壞、地應(yīng)力場和地下水流場的改變，在一定程度上將改變礦區(qū)地下水的循環(huán)系統(tǒng)。首先表現(xiàn)在地下水補給來源、補給量大小、徑流方向、途徑、排泄點的位置、排泄量的大小等發(fā)生變化；與此同時，人類在生存中和地下水系統(tǒng)長期形成的相互依存的均衡關(guān)系，也因此被打破。礦區(qū)原有的地下水系統(tǒng)，是在漫長的地質(zhì)年代中經(jīng)過大自然的優(yōu)化按特有的規(guī)律形成的，一旦遭到破壞，很難恢復(fù)；新的平衡系統(tǒng)，如地下水自身的運動規(guī)律、人類與地下水相互依存的關(guān)系等，很難在短期內(nèi)重新形成。

3.2 采礦對礦區(qū)水環(huán)境的影響

1)對地下水動態(tài)的影響：地下水動態(tài)的主要因素是地下水位和流量，在正常情況下，隨季節(jié)的變化呈周期性波動。礦區(qū)及其周邊群眾的用水(飲水或灌溉)量較小，不會打破地下水動態(tài)的平衡。礦井(坑)排水，使礦區(qū)形成地下水降落漏斗，礦區(qū)水位、水量都將發(fā)生較大變化,見表1。地下水動態(tài)這種大范圍、大降深、大流量的變化，在礦區(qū)停止排水后的很長一段時間內(nèi)，都將難以恢復(fù)。

表1 冀東地方鐵礦礦產(chǎn)資源及開采設(shè)計一覽表

2)對礦區(qū)及區(qū)域水資源量和生態(tài)環(huán)境的影響:正常情況下，地下水補排系統(tǒng)是一個動態(tài)的均衡。補給量是在當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)條件的影響和控制下，在地質(zhì)年代中形成的一個相對穩(wěn)定的量，同樣地下水的排泄量也亦然。地下水的補給和排泄的動態(tài)平衡，保證了礦區(qū)地下水資源量穩(wěn)定在一個數(shù)量級上。然而，礦井(坑)疏干排水量都遠遠超出正常情況下地下水資源量的變化幅度和用水量，使地下水資源量的穩(wěn)定性遭到破壞。其穩(wěn)定性的破壞，表明當(dāng)?shù)厮h(huán)境和生態(tài)環(huán)境也遭受了破壞。

3)對水資源質(zhì)量的影響：水資源質(zhì)量的好壞，是衡量水環(huán)境和生態(tài)環(huán)境是否遭受破壞的一個重要指標之一。該區(qū)礦井(坑)產(chǎn)生的廢水，特別是選礦的廢水基本上都排入河溝。這些廢水雖經(jīng)處理，但總有一部分不那么徹底。經(jīng)分析表明，礦區(qū)內(nèi)地表水、地下水均呈弱酸性，總硬度、礦化度、SO42—都明顯偏高。這樣長期下去，勢必對該區(qū)的水環(huán)境和生態(tài)環(huán)境將產(chǎn)生較大影響。

3.3 區(qū)域水環(huán)境影響分析

冀東地方鐵礦個體規(guī)模一般不算太大，鐵礦保有資源儲量在1000 kt以下約占調(diào)查總數(shù)的58%，其余均在1000～3000 kt，極少數(shù)超過10000 kt；開采面積多小于1 km2, 大于1 km2僅占調(diào)查總數(shù)的37%。礦山地層以變質(zhì)巖為主，地下水量貧乏，礦井排水量不大。但從宏觀進行分析，采礦對區(qū)域水環(huán)境的影響仍不可忽視。

該區(qū)各類大小礦山不計其數(shù)，即使整合后數(shù)量也很可觀。如在唐山俗稱“鐵遷安”的遷安市，僅地方鐵礦全市就有62家(首鋼所屬除外)，近期雖將其整合為14家，開采規(guī)模仍沒有大的變化。這些礦山排水，對區(qū)域水資源和水環(huán)境的影響很大。又如在承德山家灣子到碾子峪這一東西狹長區(qū)域內(nèi)，分布有20多個選礦廠，每日處理鐵礦石達5000余t，大量取地表水或開采淺層地下水，導(dǎo)致該段部分河道斷流，潛水位下降，民井干枯。盡管各選廠通過循環(huán)增加了水的利用效率，但水資源消耗量仍然很大。

受成礦地質(zhì)條件的控制，這些鐵礦山大都集中連片分布，每個礦山排水和選礦取水均形成規(guī)模不等的降落漏斗。這些降落漏斗亦集中連片分布，長期持續(xù)抽排地下水將使其相互貫通形成區(qū)域性大漏斗，進而對該區(qū)的區(qū)域地下水環(huán)境產(chǎn)生重大影響。

4 對冀東山區(qū)鐵礦資源開發(fā)的認識

4.1 經(jīng)濟利益和環(huán)境代價利弊的權(quán)衡

近年來，冀東地區(qū)鐵礦開發(fā)為該區(qū)經(jīng)濟發(fā)展和財政增收做出了重要的貢獻，但也應(yīng)該看到，它對當(dāng)?shù)氐叵滤h(huán)境和生態(tài)環(huán)境也產(chǎn)生了重大的影響。采礦礦井(坑)排水時，降落漏斗影響范圍內(nèi)，地下水全部疏干，即便雨季降雨可能沿原補給渠道入滲補給一部分，但很快被人工或新的排泄渠道排走，無法重新形成地下水體。這些地段短期內(nèi)當(dāng)?shù)厝罕娚詈凸喔炔粌H無水可取，就連植被生長的最低需水量都無法獲得。

過去在礦山開采中，采取多種措施對環(huán)境進行保護并起到一定的作用，但水環(huán)境和生態(tài)環(huán)境的破壞，目前還沒有較好修復(fù)辦法。只有等開礦結(jié)束后，較長一段時間內(nèi)才能形成新的平衡，但原來被破壞的地下水系統(tǒng)已無法復(fù)原。如地下水一般情況下都會在比原來位置更低的地點重新形成新的排泄點，相應(yīng)的地下水位的埋深也要加大。在一個區(qū)域，地下水位每加深1 m，人類經(jīng)濟活動所要額外付出的代價是巨大的。開礦對地下水環(huán)境的影響是不可逆的，從長遠的觀點看，目前的經(jīng)濟效益與水環(huán)境影響造成的損失相比，應(yīng)該說是利弊相當(dāng)甚至弊大于利。

4.2 要充分發(fā)揮地方政府宏觀調(diào)控的重要作用

1987年，遷安有礦山6處，實際生產(chǎn)能力105×104t/a，90年代初增至20多處，使該縣生產(chǎn)能力達到325×104t/a，目前該縣已達3500×104t/a。與20世紀90年代初期相比，開采規(guī)模已經(jīng)翻了十多倍。礦產(chǎn)是在漫長的地質(zhì)年代中形成的不可再生的、有限的資源，越開采越少，最后將永遠地在地球上消失。這種有限的資源，不應(yīng)該在我們這一代為了暫時的經(jīng)濟利益將其全部消耗殆盡，而應(yīng)該留給子孫后代一部分，他們也有權(quán)享受大自然賜與人類的資源和財富。

目前，礦山開采的技術(shù)和設(shè)備條件相對落后，特別是地方鐵礦就更差一些，在開采中不可避免地要浪費資源，對礦山環(huán)境產(chǎn)生影響。這種資源浪費和礦山環(huán)境影響的程度，是與開采規(guī)模和數(shù)量成比例的。如果適當(dāng)控制或縮小開采規(guī)模，隨著技術(shù)和設(shè)備條件的逐步改善，再適當(dāng)擴大，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，對礦山資源、環(huán)境的保護都具有重要意義。

地方各級政府對礦業(yè)發(fā)展和規(guī)劃的科學(xué)制定負有重要責(zé)任，應(yīng)該充分發(fā)揮各級主管部們的宏觀調(diào)控作用，借鑒國外的體制和管理方法[4]，補充、修改和制定必要的政策法規(guī)和具體措施，將礦山開采規(guī)模調(diào)整到與技術(shù)設(shè)備、環(huán)境保護和資源節(jié)約相適應(yīng)的最優(yōu)化水平。

4.3 完善礦山生態(tài)環(huán)境保護的法律體系

礦山環(huán)境問題涉及水、氣、土、巖體及生態(tài)等各方面,是一個復(fù)雜的生態(tài)環(huán)境系統(tǒng),其中礦山水環(huán)境是礦山環(huán)境問題中較為重要的問題。目前，我國法律、法規(guī)條文中涉及礦山生態(tài)環(huán)境和生態(tài)環(huán)境保護的條文較少,特別是缺少礦山水環(huán)境的條文，也沒有提及礦山生態(tài)環(huán)境權(quán)的內(nèi)容，且沒有明確的關(guān)于生態(tài)環(huán)境破壞的責(zé)任追究條款[5]。我們認為,國家環(huán)保部門和地方政府有必要研究、制定和出臺關(guān)于以礦山水環(huán)境和生態(tài)環(huán)境保護為目標的管理條例,盡快完善礦山水環(huán)境和生態(tài)環(huán)境保護法規(guī)體系，使礦山環(huán)境管理和保護建立在法制的基礎(chǔ)上。

4.4 加強國土資源監(jiān)管執(zhí)法的力度

由于近年來鋼鐵價格看好，開采鐵礦經(jīng)濟效益可觀，吸引了眾多的各界人士參與到礦業(yè)開發(fā)中，這些人的專業(yè)素質(zhì)、法律觀念和環(huán)保意識相差懸殊。過去，執(zhí)法部門在這方面作了大量工作，取得了很大成績。但也有很多不盡人意的地方，如出于地方保護主義，對于那些無證開采、亂挖亂采、亂堆亂放，排放不達標，環(huán)保不過關(guān)等的個別現(xiàn)象，制止、追查、處理不力，甚至聽之任之，致使部分礦山國有資源大量流失，礦山環(huán)境遭到嚴重破壞。

為了保證礦產(chǎn)資源的有序開采，資源和環(huán)境得到有效保護，應(yīng)該進一步加大國土資源監(jiān)管、執(zhí)法的力度，鏟除地方保護主義。特別是對于那些不惜以浪費資源和破壞環(huán)境為代價而謀取暴力的部分不法分子，應(yīng)該從重從嚴打擊。

5 結(jié)語

礦產(chǎn)資源和礦山環(huán)境的有效保護，是礦業(yè)經(jīng)濟發(fā)展中亟待解決的突出問題，但是它又和礦業(yè)開發(fā)中的經(jīng)濟效益互為消長。本文從分析礦業(yè)開發(fā)對水環(huán)境的影響出發(fā)，引伸出礦業(yè)布局、宏觀調(diào)控、執(zhí)法監(jiān)管等目前社會普遍關(guān)注的熱點問題，希望借此能引起有關(guān)部門的重視。

[1] 陳望和，等.河北地下水[M].北京:地震出版社，1999.

[2] 首鋼地質(zhì)勘探公司.河北首鋼遷安鐵礦區(qū)楊崖山鐵礦床二期地質(zhì)勘探總結(jié)報告附件——水文地質(zhì)工作報告[R].

[3] 河北省地勘局第五地質(zhì)大隊.河北省寬城京峰礦業(yè)有限公司超貧釩鈦磁鐵礦資源儲量核實報告[R].

[4] 胡德斌.國外礦山環(huán)境保護管理及對我國的啟示[J].環(huán)境保護,2004,13(2):39-40.

[5] 陶知翔,成先雄，趙美珍，等.礦山環(huán)境問題與防治對策[J].金屬礦山，2008(1)：103-106.