都蘭察汗烏蘇石料礦山環(huán)境地質分析及生態(tài)修復治理

邢 佳，王建國*，巨克平，劉建偉，張世珍

(1.青海大學 地質工程系，西寧 810016；2.青海領盛工程信息咨詢有限公司，西寧 810013；3.青海大學 教務處，西寧 810016；4.甘肅省地質礦產勘查開發(fā)局第三地質礦產勘查院，蘭州730050)

研究區(qū)位于鄂拉山構造成礦帶與柴北緣構造帶的復合部位，成礦區(qū)帶上屬于東昆侖-西秦嶺鐵(鎢、錫)多金屬成礦帶。該地區(qū)礦產資源豐富，金、銀、鉛、建筑石料等礦產在該地均有發(fā)現(xiàn)，但對資源的開發(fā)利用不可避免的會導致一些環(huán)境地質問題[1-2]，尤其是一些礦山采用露天開采方式，對生態(tài)環(huán)境的影響更為明顯。目前，諸多學者的研究重點主要集中在該地區(qū)的礦產勘查與開發(fā)領域，而對存在的地質環(huán)境問題研究相對匱乏[2-4]。本文以都蘭察汗烏蘇地區(qū)建筑用石料礦為研究對象，對開發(fā)過程中造成的環(huán)境問題加以研究分析，并給出相應的解決方案[3]。該討論內容對于解決察汗烏蘇地區(qū)生態(tài)環(huán)境問題具有一定的借鑒意義。

1 礦山概況

1.1 自然地理

察汗烏蘇建筑用石料礦山位于都蘭察汗烏蘇鎮(zhèn)上莊村南部地區(qū)，地理坐標為：東經98°06′，北緯36°14′，國道109線西側，海拔3 198～3 346 m(圖1)。地屬高原大陸性氣候，具有嚴寒、大風、晝夜溫差大、凍期長、干旱等特點[3]，每年的8～9月存在暴雨期，平均氣溫為3 ℃，最高氣溫可達29 ℃，最低氣溫為-30℃，年封凍期為4個月，最大凍土深度為1.2 m。其地勢南東高西北低，地形陡峭，風化嚴重，基巖大多裸露在外，無常年地表徑流。區(qū)內植物主要以草地為主，廣泛生長垂豬毛蒿草、針矛、穗披堿草和垂穗披堿草，植被覆蓋率平均為20%～30%，部分地區(qū)可達40%。區(qū)內土壤類型主要為栗鈣土，有機質含量較低，厚度較薄，一般小于0.5 m。

圖1 礦山地理位置圖

1.2 礦山環(huán)境地質條件

礦區(qū)地處昆侖山系布爾汗布達山支脈的扎麻山南部地區(qū)，屬于秦祁昆晚加里東造山系，東昆侖造山帶內昆中斷裂北側伯喀里克—香日德元古宙古陸塊體南緣。研究區(qū)出露地層以晚三疊世鄂拉山組地層(T3e)和第四系地層(Q)為主。礦區(qū)中主要出露的地層為晚三疊世鄂拉山組地層(T3e)，呈東西向分布，為陸相的中心式噴發(fā)中酸性火山巖建造，是陸內造山環(huán)境下的產物，鄂拉山組地層(T3e)巖相變化較為豐富，有英安巖、安山巖、流紋巖等巖相發(fā)育，其中還夾雜部分凝灰?guī)r。英安巖呈灰紅色、淺紫紅色，具斑狀結構；安山巖呈灰、灰白色，具交織結構，塊狀構造，圍巖蝕變以硅化、矽卡巖化為主要蝕變類型；流紋巖呈灰色、灰紫色、粉紅色，具霏細結構，流紋狀或斑狀構造。第四系地層(Q)一般分布在礦區(qū)東部的山坡下，主要成分為殘積碎石，厚度小于2 m。研究區(qū)構造活動主要受昆中斷裂控制，以東西向最為常見，北西西向次之，同時礦區(qū)發(fā)育有新構造運動期形成的振蕩式隆升現(xiàn)象，并在時間上、空間上表現(xiàn)出不同的差異性和間歇性[3]。礦區(qū)內巖漿侵入活動較為常見，以印支期為主要侵入期，形成大量閃長巖，呈巖株狀南西向侵入于晚三疊世鄂拉山組地層(T3e)中。

2 礦山環(huán)境地質問題

2.1 不穩(wěn)定采礦邊坡影響分析

研究區(qū)共發(fā)現(xiàn)有顯性采礦不穩(wěn)定邊坡一條(Q-1)，隱性采礦不穩(wěn)定邊坡三條(QL-1，QL-2，QL-3)。Q-1采礦不穩(wěn)定邊坡位于礦區(qū)東北部方向，為人工開挖形成的不穩(wěn)定邊坡，坡體長度為213 m，高度為10～30 m，坡度50°～70°，局部坡體近乎垂直地面，坡面傾向320°～340°(圖2)。坡體主體由閃長巖組成，部分由第四系沉積物組成。邊坡總體較為穩(wěn)定，但多處巖體由于爆破的影響形成了較多的次生裂隙和危巖體，容易在外力、重力或雨水的作用下發(fā)生崩塌滑落等地質災害，另外邊坡也可能在未來形成大量松散堆積物，在暴雨季節(jié)形成泥石流等地質災害[5]。故分析認為該邊坡發(fā)育程度大，危害程度高、危險性大，應采取一定的防護治理措施。

圖2 Q-1不穩(wěn)定邊坡野外照片

QL-1隱性不穩(wěn)定采礦邊坡位于礦區(qū)北東方向，為人工開挖形成。QL-2隱性不穩(wěn)定采礦邊坡位于礦區(qū)南東方向，也為人工開挖形成。QL-3隱性不穩(wěn)定采礦邊坡位于礦區(qū)南西方向，為自然形成的邊坡。這三條不穩(wěn)定采礦邊坡都是由閃長巖組成，并且目前坡體結構穩(wěn)定，次生裂隙較少，但由于該礦區(qū)仍然處于開采狀態(tài)，后期的開采爆破活動必然會導致坡體結構發(fā)生破壞，形成更多的次生裂隙、危巖體以及松散堆積物等[6-7]，造成潛在的地質災害。分析認為，目前礦山存在的三條不穩(wěn)定邊坡應加強監(jiān)測，并有必要采取相應的治理措施。

2.2 礦區(qū)含水層破壞影響分析

礦山的采礦活動對礦區(qū)水源的影響主要分為兩部分，地上水和地下水。由于該礦山的采礦區(qū)域位于閃長巖礦區(qū)，并且采礦層位在該區(qū)域含水層之上，在開采過程中也并無污水的排放，礦石在該地區(qū)的加工過程也只涉及破碎、篩分，幾乎不產生污水。同時該礦山在進行開采作業(yè)時也無疏干水的形成，生活污水的產生量很小，污染也很輕微，并且經過實地檢測，礦山的生產過程中，礦區(qū)及其附近的地表水并未漏失[8]。因此，分析認為該礦山的生產活動對于該區(qū)域的地下水和地表水影響較小，礦山開采完成后可依據(jù)當時實際情況采取相應的治理措施。

2.3 礦區(qū)地形地貌景觀破壞影響分析

礦區(qū)內及其附近并未發(fā)現(xiàn)地質遺跡、人文景觀、自然保護區(qū)和風景旅游區(qū)。目前，礦區(qū)已經開展了一定程度的作業(yè)活動，形成了邊坡北東-南西長度達146 m、北西-南東長度達125 m、整體高度約30 m的簸箕型采場，挖損面積為2.5 hm2。該采場沒有按照規(guī)范臺階式開采，造成開采坡面層次參差不齊，坡面碎石較多，對該地原有的地形地貌造成了較大的破壞[9]。同時建設在礦區(qū)西北側的工業(yè)場地、生活園區(qū)、生產園區(qū)、堆礦場、礦石加工廠以及遍布礦區(qū)的道路也對該地原有的地形地貌造成了較為嚴重的影響，分析認為，應采取一定的防護治理措施。

2.4 礦區(qū)土地資源破壞影響分析

礦區(qū)內對土地的破壞主要分為兩大類：1)民間以往在礦區(qū)范圍內進行的小規(guī)模的開采活動；2)礦山生產作業(yè)活動。民間以往的開采活動由于缺乏一定的規(guī)范和開采時間持續(xù)較長，導致其對該地區(qū)原有的土地造成了較大程度的破壞[10]，形成了大大小小、深淺不一的各類挖溝、小采場、道路等，破壞的土地類型為草地[3]，破壞土地面積達2.51 hm2。礦山的生產作業(yè)活動對土地的破壞形式主要為露天采場的采掘工作和建設工業(yè)場地、礦石加工場地、礦石堆積場地、員工生活區(qū)、排土場、礦山道路等。礦山的露天采掘工作是在原有的基礎上繼續(xù)開挖土地，其面積預計將達到6.65 hm2。會形成大量的裂隙、碎石塊、松散堆積物等，對該地區(qū)的土地資源造成嚴重的破壞影響[11]。建設工業(yè)場地、礦石加工場地、礦石堆積場地、員工生活區(qū)、排土場、礦山道路等行為是在一定的規(guī)范指導下進行的，其對土地資源的破壞影響屬于中等程度，其面積預計會達到5.889 hm2。分析認為，應采取相應的防護治理措施。

3 恢復治理措施及治理現(xiàn)狀

3.1 恢復治理措施

由于察汗烏蘇建筑用石料礦山目前仍處于生產作業(yè)狀態(tài)，因此對礦山環(huán)境地質的治理就必須將生產生活因素考慮進來[12-14]。針對目前礦山存在的諸多問題，根據(jù)治理的思路和條件，采取的治理手段主要包括：危巖體及碎石清理、邊坡的削坡反壓、排水溝建設、場地回填平整、網(wǎng)圍欄與警示牌工程、覆土工程以及植被重建工程等。

1)危巖體及碎石清理。礦區(qū)內存在的不穩(wěn)定邊坡及采場邊坡均存在一定數(shù)量的危巖體及碎石，其崩塌滑落會造成嚴重的安全事故[13]，所以應對其及時采取措施。清理時應采用機器為主、人工輔助的作業(yè)方式，在作業(yè)期間做好安全防護，對于較大的危巖體應先使用風鎬或小規(guī)模定向爆破等方式破碎后再開始清理工作。

2)邊坡的削坡反壓。礦區(qū)內存在的不穩(wěn)定邊坡是礦區(qū)內最具威脅性的地質災害之一，其長度大、高度高、坡度陡，一旦發(fā)生安全事故將造成不可估量的危害，目前采取的主要治理方式為削坡反壓。由于坡體長度為213 m，高度為10～30 m，坡度50°～70°，局部坡體近乎垂直地面，工作量較大，工作方法較復雜，所以，應采用機械為主、人工輔助的作業(yè)方式，并且在進行削坡處理之前，要確定巖體斜坡的穩(wěn)定性[12]。削坡作業(yè)可以直接消除坡面上潛在的已經發(fā)育的巖體、巖塊，降低坡面負載，提高坡體穩(wěn)定性，減小坡體發(fā)生崩塌滑落的風險。反壓作業(yè)一方面將坡體上削落的巖體土塊就地進行了處理，節(jié)省了大量的經濟和時間成本(圖3)，另一方面，壓實的土體也會對邊坡提供一定的支撐力[15-16]，使得坡體的穩(wěn)定程度得到極大的加強和提升(圖4)。由于坡體主體為閃長巖，其巖石強度和穩(wěn)定性較高，因此削坡后的坡面角可放寬到小于45°。

圖3 削坡反壓前邊坡示意圖

圖4 削坡反壓后邊坡示意圖

3)排水溝建設。由于礦區(qū)采場地勢南東較高，北西較低，在雨季時雨水流入采場中會造成邊坡被雨水沖刷，從而使得穩(wěn)定的邊坡向不穩(wěn)定邊坡轉變。同時流入采場的雨水也會對采礦工作造成一定的影響[11]，所以建設排水溝是非常有效的防治手段。根據(jù)礦區(qū)實地地形，設計縱向排水溝，排水溝截面為梯形溝(圖5)，排水溝內壁為水泥砂漿層，外壁為磚砌層，其規(guī)格為底部寬0.6 m，渠深0.6 m，內渠壁厚度為0.15 m，外渠壁厚度為0.35 m。

圖5 排水溝斷面圖(單位：m)

4)場地回填平整。場地回填平整是將渣堆或者其他巖土體回填到已經開采完畢的露天礦坑內，利用一項措施同時解決了渣土堆放和露天礦坑兩個環(huán)境地質問題[14]，節(jié)約了大量的經濟和時間成本。場地回填平整要求回填時巖土體必須分層進行壓實操作，設計每回填1.5 m巖土體就必須進行壓實操作，并且確保壓實系數(shù)不小于0.9[3]。

5)網(wǎng)圍欄與警示牌工程。目前該礦山仍然處于開采作業(yè)狀態(tài)，礦區(qū)內生活著一定數(shù)量的工作人員，網(wǎng)圍欄與警示牌的設置就是必不可少的工作。要求在進入開采礦場的道路上、礦場邊坡坡腳、未及時進行處理的不穩(wěn)定邊坡和危巖體下設置網(wǎng)圍欄與警示牌，圍欄網(wǎng)高度應不低于1.5 m，警示牌規(guī)格為45 cm×35 cm×0.1 cm[3]。

6)覆土工程。覆土工程是在場地回填平整后，在原有場地上進行覆土作業(yè)，用來恢復土地植被資源[12]。由于礦區(qū)內多數(shù)地區(qū)植被類型為草地，并參考當?shù)貙嶋H植被情況，設計覆土厚度為0.3 m，土源取自附近區(qū)域，覆土方式采用平地上直接覆土，邊坡坡面上采用植生袋結合植生袋標準扣的方式進行覆土(圖6)，并在坡面植生袋布設完成后加固鋼絲網(wǎng)。

圖6 植生袋和標準扣擺設步驟圖

7)植被重建工程。植被重建工程是進行礦山環(huán)境地質治理中最為重要的一步，其對防治土壤水蝕和風蝕的發(fā)生，保持水土具有重要的作用[7]。參考都蘭周邊生態(tài)環(huán)境和植物群落，選擇禾本科和菊科的寒冷半干旱高寒草原植物三種，分別為針矛、垂穗披堿草和蒿草作為植被恢復的植物類型，植物特征見表1，其草種質量配比按照1∶1∶1的比例進行混合。播種方式選用噴播的方式，將事先配比好的營養(yǎng)基質和種子噴灑到需要植被恢復重建的地段，并在最終結束后進行為期2年的養(yǎng)護作業(yè)[3]。

表1 恢復植物類型特征表

3.2 治理現(xiàn)狀

察汗烏蘇石料礦山采取了“邊開采，邊治理”的生產理念，其結合以上7種治理措施，對現(xiàn)階段產生的各種環(huán)境地質問題開展了一定的治理工作。目前礦區(qū)內重要道路及開采場地的大塊碎石和危巖體均被清除，并進行了一定程度的覆土和栽植灌木，恢復了一部分的地形地貌景觀(圖7A)，對礦區(qū)部分生產場地也進行了一定的場地回填和平整作業(yè)(圖7B)，礦區(qū)內除必要生產生活所必須的場地外，絕大多數(shù)前期破壞的耕地和草地也均進行了一定程度的植被重建工程(圖7C)，開采完畢的不穩(wěn)定采礦邊坡也進行了一定程度的削坡反壓、覆土及植被重建工程(圖7D)。綜上，察汗烏蘇石料礦山目前所采取的恢復治理措施達到了預期目標，相關治理措施也均表現(xiàn)出了較好的效果，礦區(qū)的相關環(huán)境地質問題得到了一定程度的改善，也間接的保護了礦區(qū)周圍的生態(tài)環(huán)境。

圖7 礦區(qū)環(huán)境地質問題治理效果圖

4 結論

1)都蘭察汗烏蘇建筑用石料礦礦山的開采方式為露天開采，造成的環(huán)境地質問題主要有形成顯、隱性不穩(wěn)定采礦邊坡、含水層破壞、地形地貌景觀破壞和土地資源破壞，其中顯性不穩(wěn)定采礦邊坡、地形地貌景觀破壞和土地資源破環(huán)的影響較為嚴重。

2)都蘭察汗烏蘇建筑用石料礦礦山植被恢復方向為恢復到當?shù)刈匀粭l件下的同等水平，選取的恢復植物類型對當?shù)丨h(huán)境無額外負面影響。

3)都蘭察汗烏蘇建筑用石料礦礦山環(huán)境地質問題的治理方式主要為危巖體及碎石清理、邊坡的削坡反壓、排水溝建設、場地回填平整、網(wǎng)圍欄與警示牌工程、覆土工程和植被重建工程等方式，并且當前所采取的恢復治理措施達到了預期目標，相關治理措施也均表現(xiàn)出較好的效果。