龍南離子型稀土礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評估研究

廖振楠， 何文， 劉洪興， 王曉軍

（1.贛州市地質(zhì)隊，江西 贛州 341000；2.江西理工大學資源與環(huán)境工程學院，江西 贛州 341000）

江西省贛州市龍南縣離子型稀土礦始采于1971年，礦區(qū)主要集中于足洞、富坑兩地.1994年以前，礦山開采工藝主要采用池浸工藝的方式，后改為原地浸礦[1-4]，三十多年來，共生產(chǎn)稀土約86 000 t.

露天開采池浸工藝的開采方式被稱之為“搬山運動”，一方面剝除了植被，使花崗巖風化層裸露；另一方面產(chǎn)生大量的尾砂，為水土流失、泥石流等提供了豐富的物質(zhì)來源，同時易產(chǎn)生水土污染、礦山固體廢棄物、山林耕地荒蕪等環(huán)境破壞.原地浸礦[5]工藝相對來說，對地質(zhì)環(huán)境的破壞要小，主要表現(xiàn)為誘發(fā)滑坡、泥石流等次生地質(zhì)災(zāi)害.采用池浸工藝生產(chǎn)的礦山三廢排放污染較為嚴重，導致礦山及周邊居民生活環(huán)境日益惡化，礦山土地破壞、污染糾紛時有發(fā)生[6-9].

龍南縣離子型稀土礦山由于受經(jīng)濟狀況不佳影響，環(huán)保資金投入不夠，礦山地質(zhì)環(huán)境恢復治理方面欠帳太多，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，現(xiàn)已成為江西省礦山地質(zhì)環(huán)境問題最為突出的礦區(qū)之一[10].因此開展稀土礦山地質(zhì)環(huán)境問題及災(zāi)害調(diào)查以及礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評估，可為礦山地質(zhì)環(huán)境的治理提供重要的指導作用.

1 礦山地質(zhì)環(huán)境問題及危害

目前，露天稀土礦開采后礦山地質(zhì)環(huán)境問題主要有：露天采場及相關(guān)設(shè)施侵占土地，破壞植被，造成水土流失，河道淤塞，使礦山及周邊生態(tài)環(huán)境退化；大量尾砂的不規(guī)范堆放，易誘發(fā)泥石流或水土流失；原地浸礦易產(chǎn)生滑坡等次生地質(zhì)災(zāi)害，存在較大安全隱患；礦山排水引起的水土污染等.

1.1 礦山開采占用破壞土地、造成嚴重的植被破壞和水土流失

礦山開采侵占大量土地、植被遭受嚴重破壞，水土流失嚴重.礦區(qū)開發(fā)前，植被覆蓋率可達40%～70%，主要為松杉及灌木.礦山開采時，首先剝離、廢棄表土及植被，然后把風化礦石放入進料池中加浸礦劑浸礦，浸礦結(jié)束后將尾砂傾倒于堆場堆放.由于浸礦化學用料一般呈酸性，因此，采礦場地多呈酸性，不利于植物的生長.現(xiàn)場調(diào)查表明，采礦場地基本無植被覆蓋.因露天剝離開采及廢土尾砂堆放，導致礦區(qū)萬余畝山地荒蕪、巖石裸露、砂土遍地等礦業(yè)荒漠化問題 （如圖1和圖2所示），形成重大水土流失等礦山次生地質(zhì)災(zāi)害隱患.

1994年以后礦山實行的原地浸礦開采，因需開挖大量的注液井，對地表植被與地貌景觀也造成了一定程度的破壞，致使大片山體成“瘌痢頭山”（如圖3所示），酸性浸礦劑不僅破壞原有的巖土應(yīng)力平衡狀態(tài)，土壤可蝕性相應(yīng)增加，抗侵蝕能力降低，地形切割加劇，從而導致土壤侵蝕程度加大，也不利于植物的生長，礦區(qū)內(nèi)池浸工藝采礦造成植被遭受破壞的總面積約為17.77 km2，形成潛在的水土流失威脅（如圖4所示）.

圖1 巖石裸露

圖2 礦區(qū)山地荒蕪

圖3 礦區(qū)“瘌痢頭山”

圖4 尾砂堆積區(qū)水土流失

1.2 礦山次生地質(zhì)災(zāi)害，嚴重危害礦區(qū)和周邊人民生命財產(chǎn)安全

大量的棄土尾砂堆積易誘發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害，嚴重威脅礦區(qū)及周邊人民生命財產(chǎn)安全.稀土礦床的開發(fā)過程中，因地表環(huán)境受到嚴重破壞，也帶來了較為嚴重的地質(zhì)災(zāi)害問題，災(zāi)害類型主要有滑坡和泥石流等.

1）滑坡.因暴雨期間地表水流沖刷，礦區(qū)發(fā)生滑坡現(xiàn)象較多，不但直接對人民生命財產(chǎn)構(gòu)成威脅，且由此產(chǎn)生的大量泥砂，為泥石流提供重要物質(zhì)來源.

礦山因?qū)嵤┞短靹冸x開采及尾砂堆放，形成了大量的高陡邊坡；而原地浸礦開采過程中，由于灌液浸取稀土，導致土壤理化性能發(fā)生改變，結(jié)構(gòu)變得疏松，這些都加劇了滑坡現(xiàn)象的發(fā)生（如圖5）.經(jīng)統(tǒng)計，原地浸礦引起的滑坡30余處.

2）泥石流.泥石流是指在山區(qū)或者其他溝谷深壑，地形險峻的地區(qū)，因為暴雨暴雪或其他自然災(zāi)害引發(fā)的攜帶有大量泥沙以及石塊的特殊洪流.泥石流具有突然性以及流速快，流量大，物質(zhì)容量大和破壞力強等特點.野外調(diào)查時發(fā)現(xiàn)，晴天尚有溝谷內(nèi)溪流略顯混濁，水流攜帶少許泥砂呈推移向前移動，但到暴雨期間，水流攜帶的泥砂增多，則形成泥石流.結(jié)合以往統(tǒng)計資料，23條沖溝在暴雨期間均發(fā)生過大小不等的泥石流，淤滿或沖毀原有的攔擋壩（見圖6），在沖溝內(nèi)及溝口形成堆積區(qū)，嚴重影響河道的泄洪能力和沖毀下游居民的建筑物（見圖 7）.

3）礦山邊坡失穩(wěn)問題.礦山的礦體剝采活動，沒有做到正規(guī)的開采，加之管理不到位，破壞區(qū)內(nèi)原有地貌景觀及巖體的完整性，形成陡坎、臨空面，破壞斜坡的自然坡度角，導致斜坡的穩(wěn)定性受到影響，加之巖體表層風化，容易發(fā)生石塊滑落、崩塌等邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象，從而影響礦區(qū)安全（如圖8所示）.

圖5 礦區(qū)原地浸礦誘發(fā)的滑坡

圖6 礦區(qū)攔擋壩被泥石流淤滿

圖7 泥石流在河道口沖毀的建筑物

圖8 礦區(qū)不穩(wěn)定邊坡

1.3 礦山排水引起的水土污染，嚴重危害人民身體健康

礦區(qū)水土污染問題主要體現(xiàn)在2個方面，一是由于原礦床砂土中所含的有害元素在浸取稀土過程中的富集作用（主要是Pb、Cd等），致使土壤、水體受到一定程度的污染.據(jù)測定，建材一礦尾砂庫中廢水的Pb含量高達14 mg/L，而足洞共大礦廢水的Cd含量達到0.024 mg/L，均遠遠達不到國家地面水Ⅲ級標準；二是由于稀土生產(chǎn)過程中所使用的浸礦劑、沉淀劑的滲漏排放等致使土壤、水體受到嚴重的污染（主要是原地浸礦），其污染途徑來自以下3個方面：①稀土原地浸礦中滲漏出少量的硫銨；②部分車間沉淀稀土以后向外排放上清液（主要含碳銨）；③清池后違規(guī)外排稀土渣頭 （主要含碳銨、氫氧化鋁稀土及泥漿等）.據(jù)環(huán)保部門資料，礦區(qū)及礦區(qū)下游地表水中NH4+-N含量嚴重超標，達不到國家廢水排放標準，而SO42-含量也達不到國家地面水水質(zhì)Ⅲ級標準.

由于土壤及地表水污染嚴重，致使礦區(qū)下游黃沙、東江、汶龍、關(guān)西及龍南等鄉(xiāng)鎮(zhèn)的3萬多人口日常飲水、生產(chǎn)用水受到影響，2 757 306m2（即4 136多畝）農(nóng)田因灌溉用水受到污染而減產(chǎn)或絕收，其中266 664m2，即400余畝農(nóng)田因板結(jié)成荒灘無法耕種，嚴重制約當?shù)剞r(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展.

2 礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評估

2.1 評估指標體系

在納入本次地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評估范圍內(nèi)的礦山中，以單個礦山（礦區(qū)）為評價單元.評價體系劃分為2個層次：要素層（3個）和指標層（9個），如圖9所示.

圖9 稀土礦礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評價體系

評估指標等級分為：地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量極差、差、較差及較好.各等級指標因子等級賦值標準及加權(quán)評定分值見表1.

結(jié)合國家或者行業(yè)的相關(guān)標準及當?shù)氐膶嶋H情況[11-13]，決定采用表1中的指標等級作為此次稀土礦礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評價的依據(jù).

表1 各指標因子等級賦值標準及加權(quán)評定分值等級

2.2 評估方法

本次評價采用要素指標加權(quán)值綜合評價法.

1）要素各指標加權(quán)評價

式（1）中：Fj為要素加權(quán)分值（j=Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ三要素）； Fi為每一個要素中各指標評定分值；Wi為各指標權(quán)值；n為各要素指標個數(shù).

2）地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量等級綜合評價式（2）中：F0為要素加權(quán)分值（j=Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ三要素）；Wj為每一個要素中各指標的權(quán)值；j為環(huán)境地質(zhì)問題所含要素，一般 j=1，2，3，對應(yīng)于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ要素.求出 F0后，即可根據(jù)綜合加權(quán)評定分值（表2）確定地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量綜合評定等級.指標權(quán)值見表3.

2.3 計算結(jié)果

根據(jù)表2和表3計算得到稀土礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量結(jié)果見表4.計算結(jié)果表明龍南縣下屬3個主要稀土礦區(qū)——富坑、龍南縣礦和關(guān)西稀土礦的地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評估等級分別為極差、極差和差.

表2 龍南縣廢棄稀土礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評估指標等級表

表3 稀土礦礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評估權(quán)重表

表4 龍南縣稀土礦礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量計算表

3 礦山地質(zhì)環(huán)境問題的成因分析

造成重大礦山地質(zhì)環(huán)境問題的成因主要原因如下：

1）礦山開采.礦山采用池浸工藝開采時，首先剝除表土植被，然后把風化礦石搬運至進料池中加浸礦劑浸礦，浸礦結(jié)束后將尾砂傾倒于堆場堆放，大量尾砂堆積成山，堆積物既高且陡，結(jié)構(gòu)松散；而采用原地浸礦開采，致使部分山體成“瘌痢頭山”，酸性浸礦劑不僅破壞原有的巖土應(yīng)力平衡狀態(tài)，土壤可蝕性相應(yīng)增加，抗侵蝕能力降低，地形切割加劇，從而導致土壤侵蝕程度加大，也不利于植物的生長，形成潛在的水土流失威脅.從現(xiàn)場調(diào)查來看，礦區(qū)基本無植被覆蓋.

地質(zhì)條件是礦山崩、滑、流地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的基礎(chǔ)，斜坡坡度較大、巖層力學強度低易發(fā)生坡體崩塌、滑坡，結(jié)構(gòu)松散、既高且陡的廢土尾砂堆又為泥石流提供了先決的物源條件[14].

2）尾砂、廢石排放.露天開采過程中所產(chǎn)生的固體廢棄物及提取稀土所產(chǎn)生的尾砂被排棄在采礦點周圍及溝坡地中堆積成山，堆積物既高且陡，高度幾米至幾十米不等，結(jié)構(gòu)松散，尾砂、廢石性質(zhì)很差.另外在廢石排放過程中采取了順排方式，上部截水、下部攔擋設(shè)施不完善.從現(xiàn)場調(diào)查分析來看，漿砌塊石與干砌塊石本身的穩(wěn)定性較好，水土流失也較輕，但大部分土壩已潰壩，是導致嚴重的廢土尾砂堆水土流失的主要原因之一.礦區(qū)內(nèi)大量無序堆放的尾砂、廢石以及不穩(wěn)定的尾砂庫，嚴重破壞了礦區(qū)周圍地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，并構(gòu)成對下游區(qū)域的長期威脅.

3）大氣降雨.本區(qū)雨量充沛，降雨強度大.年平均降雨量1 535.96 mm，最大年降雨量2 595.50 mm，最大的月降雨量高達590.40 mm.降雨使巖土層力學強度減弱，地下水位抬升增加靜、動水壓力，誘發(fā)山體、廢石場崩塌、滑坡，尤其是本區(qū)在暴雨時更易發(fā)生泥石流.

4 結(jié)論與建議

龍南縣稀土礦露天采場及相關(guān)設(shè)施侵占土地，破壞植被，造成水土流失，河道淤塞，使礦山及周邊生態(tài)環(huán)境退化；大量尾礦的不規(guī)范堆放，易誘發(fā)泥石流或水土流失等礦山次生地質(zhì)災(zāi)害，存在較大安全隱患；原地浸礦易產(chǎn)生滑坡等次生地質(zhì)災(zāi)害；稀土浸礦產(chǎn)生了水土污染.

龍南縣稀土礦地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評估結(jié)果表明縣內(nèi)主要稀土礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評估等級均為差或極差，其原因主要由稀土礦開采、尾砂和廢石排放以及大氣降水因素引起.

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