杜玉龍,方維萱,柳玉龍

(1.有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心北京資源勘查技術(shù)中心,北京 100012;2.昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院,云南昆明 650093)

東川銅礦因民礦區(qū)非污染型環(huán)境地質(zhì)問題類型分析

杜玉龍1,2,方維萱1,2,柳玉龍1

(1.有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心北京資源勘查技術(shù)中心,北京 100012;2.昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院,云南昆明 650093)

礦產(chǎn)資源的開發(fā)大多是以犧牲環(huán)境為代價(jià)換取經(jīng)濟(jì)效益,導(dǎo)致礦山環(huán)境地質(zhì)問題日益突出。通過實(shí)地調(diào)查,首先介紹了云南省東川銅礦因民礦區(qū)的地形地貌、氣象水文、地質(zhì)構(gòu)造與巖性以及土壤植被等地質(zhì)環(huán)境背景,接著概括了該礦區(qū)的主要非污染型環(huán)境地質(zhì)問題,重點(diǎn)就礦山非污染型環(huán)境地質(zhì)問題進(jìn)行了分類探討。結(jié)果表明:地形地貌復(fù)雜、旱季大風(fēng)少雨、處于落因破碎帶、地表巖石破碎松散、山體風(fēng)化剝落強(qiáng)烈等環(huán)境地質(zhì)特點(diǎn)是該礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的有利條件;該礦區(qū)主要非污染型環(huán)境地質(zhì)問題分為土地荒漠化、水土流失、土地破壞與復(fù)墾、滑坡、泥石流、巖體崩塌以及地面塌陷等,其產(chǎn)生原因主要是礦區(qū)特殊的地形、地質(zhì)構(gòu)造、水文等以及長期礦業(yè)活動(dòng)的共同影響。為防止礦區(qū)非污染型環(huán)境地質(zhì)問題繼續(xù)擴(kuò)大,提出了治理這些問題的3點(diǎn)建議:認(rèn)真貫徹執(zhí)行有關(guān)法律法規(guī);加大治理力度,建立健全監(jiān)督監(jiān)管機(jī)制;加強(qiáng)內(nèi)部管理等。

礦山開采;環(huán)境地質(zhì);非污染型;東川銅礦;云南省

0 引言

礦產(chǎn)資源是人類賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ),對(duì)國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)起著重要作用[1-2]。長期以來,由于認(rèn)識(shí)的局限性,中國礦產(chǎn)資源開發(fā)一直處于比較粗放的狀態(tài),礦產(chǎn)資源的開發(fā)大多是以犧牲環(huán)境為代價(jià)換取經(jīng)濟(jì)效益,礦山環(huán)境地質(zhì)問題日益突出,導(dǎo)致資源毀損、誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害、污染礦區(qū)環(huán)境[3-6]等問題。據(jù)2002—2006年中國礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)[7]:中國采礦形成的采空區(qū)面積134.9× 104hm2;采礦活動(dòng)每年產(chǎn)生的尾礦或固體廢棄物約17.6×108t,年排放量約15.3×108t,尾礦或固體廢棄物的累積存量約221.8×108t;采礦引發(fā)的礦山地質(zhì)災(zāi)害累計(jì)12 366起,造成的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)166.3×108元,人員傷亡約4 250人。

圖1 因民礦區(qū)位置Fig.1 Position of Yinm in M ine

因民礦區(qū)位于云南省昆明市東川區(qū)東川銅礦北部(圖1),北鄰金沙江,東以小江斷裂為界。該礦區(qū)于1960年建成投產(chǎn),是以地下開采和采選聯(lián)合的礦山,設(shè)計(jì)日采出礦石量3 300 t,日處理礦石量3 300 t,年產(chǎn)銅精礦1.30×104t[8],到2008年底累計(jì)生產(chǎn)銅精礦約43.5×104t[9]。

在歷史開采過程中該礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞。礦區(qū)內(nèi)現(xiàn)有多家公司,導(dǎo)致礦區(qū)環(huán)境保護(hù)主體不明確,各企業(yè)為實(shí)現(xiàn)自身的經(jīng)濟(jì)利益,均掠奪式開采銅礦資源[10]。礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)問題日益加劇,前人對(duì)礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)問題研究甚少。筆者通過實(shí)地調(diào)研,對(duì)礦區(qū)因銅礦開采而引發(fā)的非污染型環(huán)境地質(zhì)問題進(jìn)行了分類,并對(duì)其形成因素進(jìn)行了分析,為礦山進(jìn)行環(huán)境治理提供參考。

1 地質(zhì)環(huán)境背景

1.1 地形地貌

該礦區(qū)地貌單元屬于云貴高原滇東北烏蒙山系,由北東向南西地勢逐漸升高,地形錯(cuò)綜復(fù)雜,溝谷縱橫,山體起伏大、切割深,山勢陡峻(坡度多大于30°),海拔2 800～3 500 m。復(fù)雜的地形地貌是地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的有利條件。

1.2 氣象水文

本區(qū)氣候?qū)倥瘻貛駶櫚霛駶櫦撅L(fēng)氣候,年平均降雨量約840 mm,年平均蒸發(fā)量約1 700 mm。5～10月為雨季,占全年降水的85%以上,其中6～8月降水尤為集中,占年降水量的50%以上,且多大雨和單點(diǎn)暴雨[11]。11月至次年4月為旱季,多大風(fēng),蒸發(fā)強(qiáng),蒸發(fā)量可達(dá)全年的70%,月平均降雨量小于15 mm,旱季的大風(fēng)少雨使得礦區(qū)風(fēng)蝕作用十分強(qiáng)烈。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造與巖性

該礦區(qū)處于青藏高原隆起區(qū)東南緣,新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍,山體不斷抬升。地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,周圍有小江、普渡河、金沙江等區(qū)域性深大斷裂及其派生的次級(jí)斷裂,常常是崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)區(qū)[12]。因民礦區(qū)恰處于落因破碎帶(圖2),巖石節(jié)理裂隙發(fā)育,地表巖石破碎、松散,導(dǎo)致山體的穩(wěn)定性較差。

圖2 因民礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造Fig.2 Geological Structure Outline of Y inm in M ine

礦區(qū)出露地層有第四紀(jì)松散堆積物,主要分布于山間盆地、山前傾斜平地及河谷,易被流水沖蝕,構(gòu)成泥石流豐富的物源;基巖有震旦紀(jì)燈影組灰?guī)r、陡山陀組角礫巖、澄江組砂巖;昆陽群落雪組和因民組白云巖,為礦區(qū)的含礦層[13]。

1.4 土壤植被

礦區(qū)土壤層大多由石灰?guī)r和紫色砂、頁巖風(fēng)化形成,發(fā)育程度低且貧瘠。植被發(fā)育呈現(xiàn)出地帶性,多發(fā)育高原草甸、灌叢,局部發(fā)育松科喬木,植被生態(tài)系統(tǒng)脆弱,加之長期采礦和人為反復(fù)破壞,致使礦區(qū)植被稀疏,森林覆蓋率僅為7%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于云南全省森林覆蓋率24.04%的水平[14]。因而,礦區(qū)山體風(fēng)化剝落強(qiáng)烈,水土流失嚴(yán)重。

1.5 原生環(huán)境地質(zhì)問題

由于礦區(qū)長期的開采,造成植被破壞嚴(yán)重,地表多裸露或由少量灌木覆蓋,水土流失嚴(yán)重。陡峻的地形地貌造成山體深切割,水蝕、風(fēng)蝕作用與重力侵蝕作用強(qiáng)烈,山體剝落嚴(yán)重,地表松散堆積物豐富,泥石流、滑坡、崩塌頻發(fā)。

2 非污染型環(huán)境地質(zhì)問題及其分類

2.1 土地荒漠化

1994年6月17日,聯(lián)合國荒漠化公約政府談判委員會(huì)第五輪會(huì)議上,將多年來各國學(xué)者研究爭論的土地荒漠化、沙化、砂石化等術(shù)語統(tǒng)稱為“荒漠化”[15]?；哪侵冈诟珊怠敫珊岛湍承駶?、半濕潤地區(qū),由于人類不合理活動(dòng)、氣候變異等各種因素作用所造成的土地退化,使土地生物和經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)潛力下降甚至消失。劉淑珍等[16]認(rèn)為,土地荒漠化是在脆弱的生態(tài)背景下,由于不合理的經(jīng)濟(jì)社會(huì)活動(dòng)干擾,使土地質(zhì)量下降(退化)而最終導(dǎo)致土地完全喪失生產(chǎn)能力,地表出現(xiàn)類似荒漠景觀的過程。因民礦區(qū)土地荒漠化正是人類在采礦等經(jīng)濟(jì)社會(huì)活動(dòng)中破壞了地質(zhì)環(huán)境所導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境不斷退化的結(jié)果。

以礦產(chǎn)資源開發(fā)為主要影響因素而造成的土地荒漠化現(xiàn)象稱為工礦型土地荒漠化[17]。礦區(qū)銅礦資源的開采歷史悠久,漢代時(shí)就開始在此進(jìn)行土法煉銅,然而古老的煉銅方法對(duì)生態(tài)環(huán)境破壞極其嚴(yán)重。長期的林木砍伐,地表植被遭到破壞,山坡已成荒山禿嶺,在流水作用下地表土被沖刷,水土流失加劇,土地生產(chǎn)力下降,土地資源喪失,呈現(xiàn)地表荒蕪、砂石裸露景觀的土地退化。

礦產(chǎn)資源開采中廢石尾礦堆放及選礦、冶煉過程中排放的礦山“三廢”(廢氣、廢水、廢渣)污染,破壞了土地資源及植被資源。長期的礦產(chǎn)資源開采形成了眾多采礦點(diǎn),其廢石在采礦點(diǎn)周圍隨意堆積,無攔擋與防護(hù)措施,壓埋土地,破壞植被,破壞土壤結(jié)構(gòu),使土地生產(chǎn)力衰竭,大量土地變成碎石堆積的荒蕪地。因民礦區(qū)每年排放尾礦廢石主要為白云巖,采礦點(diǎn)周圍出現(xiàn)了砂石(碎石)堆積、寸草不生的荒蕪景象。由于礦區(qū)地形高差懸殊,以采礦點(diǎn)為源頭,廢石在風(fēng)力、水力及人類活動(dòng)影響下向下游搬運(yùn),在山前谷口堆積,所到之處植被破壞,大量河灘地被壓埋,從而出現(xiàn)很多荒漠化溝谷(圖3)。

2.2 水土流失

由于生態(tài)環(huán)境脆弱和水蝕風(fēng)蝕雙重作用交替進(jìn)行(雨季以水蝕為主,旱季以風(fēng)蝕為主),加之長期的礦山開采及人類工程建設(shè)活動(dòng)的影響,造成礦區(qū)土壤侵蝕十分劇烈,平均侵蝕模數(shù)4 456 t/(km2·a),年平均侵蝕3.55 mm[14],成為云南省水土流失嚴(yán)重地區(qū)之一[18]。礦區(qū)嚴(yán)重的水土流失主要由采礦活動(dòng)引起,冶煉尾氣為間接引發(fā)。由于受地形條件的限制,尾氣不易擴(kuò)散,液化后形成酸雨降落到地表,引起山體上植被死亡,失去對(duì)坡面的保護(hù),侵蝕風(fēng)化速度加快,加之礦區(qū)山體開裂和塌陷,坡度大及凍融熱力作用,山體表層土壤剝落,水土不易保持,造成嚴(yán)重的水土流失。人類工程建設(shè)活動(dòng)則加劇水土流失。修路破壞及公路維護(hù)需要在路邊采石,地表植被和土層被扒掉,形成裸露的采石坑,從而使公路兩側(cè)成為呈線狀分布的水土流失嚴(yán)重區(qū)。

2.3 土地破壞與復(fù)墾

礦產(chǎn)資源的開采對(duì)土地資源的破壞主要表現(xiàn)在壓埋占用土地,改變土壤結(jié)構(gòu),影響土壤質(zhì)量,使可利用土地面積不斷減小,生產(chǎn)力下降。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),礦業(yè)固體廢棄物占全國工業(yè)固體廢棄物的85%[19],大量礦業(yè)固體廢棄物的不合理排放造成了耕地的壓埋和破壞。大量堆積的尾礦廢石在泥石流、雨水作用下搬運(yùn)、堆積,覆蓋在土體上,白云巖難風(fēng)化,土地復(fù)墾難度大,大量土地被壓埋、破壞。同時(shí)尾礦廢石中有毒元素淋溶出來后加劇破壞土壤結(jié)構(gòu),致使土地生產(chǎn)力完全喪失而廢棄,可利用土地面積不斷減少,農(nóng)民不得不開荒毀林,形成惡性循環(huán)。

2.4 滑坡

該礦區(qū)地處山區(qū),溝谷縱橫,地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育,巖土體結(jié)構(gòu)松散,雨季單點(diǎn)暴雨等是滑坡產(chǎn)生的根本原因,采礦及采選工程建設(shè)起到加劇作用,因此滑坡在礦區(qū)時(shí)有發(fā)生。公路、鐵路、廠房修建等人類工程建設(shè)活動(dòng)常進(jìn)行山體大開挖,形成大坡腳及松散的巖土體,引起山體失穩(wěn)而發(fā)生滑坡。如1970年9月浪田壩轉(zhuǎn)運(yùn)站大梁子滑坡。修建浪田壩轉(zhuǎn)運(yùn)站,在山腳大量爆破,開挖取土形成陡坎。到了9月雨季,靠近精礦干燥車間濃縮池的山梁發(fā)生大面積滑坡,滑體約200×104m3,整體下滑20 m,破壞公路和坡地,把山腳回填場地和路基鼓凸出垅崗小山,高達(dá)4～5 m。隨后該滑坡體在1973年6月和1986年10月又發(fā)生兩次大滑坡,給礦山造成嚴(yán)重?fù)p失[8]。

2.5 泥石流

該礦區(qū)處于中國泥石流高發(fā)區(qū)東川,礦山開采及人類工程建設(shè)活動(dòng)為泥石流的發(fā)生提供了豐富的固體碎屑物。大量尾礦廢石直接排入附近的溝谷、河流,遇強(qiáng)降水形成泥石流物源,引發(fā)泥石流發(fā)生。如1968年8月,落雪—因民大水溝泥石流。大水溝上游落雪地區(qū)強(qiáng)降雨,洪水夾雜著礦渣,形成稀性泥石流,堵塞了落雪至因民公路小新村地段橋涵,沖斷公路,沖毀因民小新村糧管所及因民礦小學(xué)和設(shè)備庫等建筑設(shè)施數(shù)千平方米[8]。

2.6 巖體崩塌

強(qiáng)烈的風(fēng)化作用是崩塌發(fā)生的外在因素之一[20],礦區(qū)強(qiáng)烈的風(fēng)化作用,高陡斜坡發(fā)育及地震活動(dòng)成為礦區(qū)巖體崩塌的有利條件,加之礦山開采、修路、場地建設(shè)等,使坡面巖土體受到破壞變形,上部巖體失去支撐而崩塌,同時(shí)在采空區(qū)造成上覆巖層失去支撐而導(dǎo)致崩塌。礦區(qū)崩塌現(xiàn)象隨處可見,尤其是沿礦區(qū)公路、采礦點(diǎn)等礦山開采活動(dòng)影響尤為嚴(yán)重。面山地形陡峻,從1960年開始地下開采,采空區(qū)頂部地表海拔2 760 m處發(fā)生開裂、坍塌。1966年2月5日東川發(fā)生強(qiáng)烈地震后,面山采空區(qū)隨之發(fā)生大規(guī)模崩塌。1966年3月該處又發(fā)生崩塌,崩塌體積超過4×104m3[8]。

2.7 地面塌陷

地面塌陷主要發(fā)生在礦區(qū)采空區(qū)地段。地下開采爆破面積過大,預(yù)留礦柱不當(dāng),形成地表裂縫。采場或采礦坑道閉坑時(shí)進(jìn)行礦柱回采,但沒有及時(shí)進(jìn)行采空區(qū)回填,造成采空區(qū)塌陷。地表巖溶漏斗可加劇地面塌陷,采空區(qū)、開拓坑道揭露到巖溶漏斗在長時(shí)間的接受大氣降水下滲過程中成為地表水與地下水的水力通道,松散的巖土體在降水沖刷作用下沿漏斗流失,巖溶漏斗與采空區(qū)、開拓坑道貫通,漏斗在地表不斷擴(kuò)大,最后發(fā)展成地表塌陷坑,塌陷坑連在一起引起大面積地面塌陷。礦區(qū)地面塌陷主要沿采空區(qū)呈串珠狀分布,塌陷坑半徑1～5 m不等。礦區(qū)地面塌陷雖規(guī)模不大,但會(huì)危及建筑設(shè)施的安全,給礦山生產(chǎn)帶來不利影響。

3 礦山環(huán)境治理建議

(1)認(rèn)真貫徹執(zhí)行有關(guān)法律法規(guī)。長期以來中國缺少專門性礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)的有關(guān)法律法規(guī),從而使少數(shù)礦產(chǎn)資源開發(fā)者鉆法律的空子,形成重開發(fā)、輕保護(hù)甚至破壞礦山環(huán)境的局面。2009年5月1日,國土資源部正式頒布實(shí)施了《礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)規(guī)定》,該規(guī)定是一部專門性礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)的法律法規(guī),從法律上對(duì)保護(hù)礦山地質(zhì)環(huán)境的責(zé)、權(quán)、利作出了明確規(guī)定[21]。只有認(rèn)真貫徹執(zhí)行這種法規(guī),才是做好礦山環(huán)境保護(hù)工作的基礎(chǔ),才能從根本上解決礦山地質(zhì)環(huán)境問題。

(2)加大治理力度,建立健全監(jiān)測監(jiān)管機(jī)制。對(duì)采礦區(qū)要大力開展環(huán)境地質(zhì)、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)調(diào)查工作,定期觀測,提供預(yù)報(bào),減少礦業(yè)活動(dòng)對(duì)礦區(qū)的影響。加強(qiáng)礦山地質(zhì)環(huán)境工程建設(shè),合理選址,建立集中的廢石堆放場,嚴(yán)禁在主干道和溝谷比降較大的支溝中堆放尾礦渣等。

(3)加強(qiáng)內(nèi)部管理。對(duì)礦區(qū)企業(yè)應(yīng)實(shí)行統(tǒng)一的管理制度,明確各企業(yè)的責(zé)、權(quán)、利以及其開采、影響、治理的范圍,嚴(yán)懲投機(jī)企業(yè),使各企業(yè)相互監(jiān)督,共同治理,共同開發(fā)。

4 結(jié)語

(1)地形地貌復(fù)雜、旱季大風(fēng)少雨、處于落因破碎帶、地表巖石破碎松散、山體風(fēng)化剝落強(qiáng)烈等環(huán)境地質(zhì)特點(diǎn)是云南省東川銅礦因民礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的有利條件。

(2)礦區(qū)非污染型環(huán)境地質(zhì)問題主要有土地荒漠化、水土流失、土地與植被破壞、滑坡、泥石流、地面塌陷及巖體崩塌等。礦區(qū)非污染型環(huán)境地質(zhì)問題由其特殊的地質(zhì)環(huán)境和長期礦業(yè)活動(dòng)的共同影響產(chǎn)生,特殊的地質(zhì)環(huán)境是內(nèi)因,長期礦業(yè)活動(dòng)的影響與破壞是外因。

(3)礦區(qū)銅礦開采歷史悠久,漢代時(shí)就開始在此土法煉銅,在長期的銅礦開采過程中地質(zhì)環(huán)境遭受破壞程度嚴(yán)重,其恢復(fù)將需要相當(dāng)長時(shí)間。

(4)為實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源合理開發(fā)與環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展的綠色礦業(yè)目標(biāo),礦山企業(yè)必須認(rèn)真貫徹執(zhí)行有關(guān)法律法規(guī),加大治理力度,建立健全監(jiān)測監(jiān)管機(jī)制,加強(qiáng)內(nèi)部管理,使礦產(chǎn)資源開發(fā)與環(huán)境保護(hù)并重。

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Analyzing of Non-pollution Type Enviromental Geology Problem of Yinm in M ine in Dongchuan Cu Deposit

DU Yu-long1,2,FANGWei-xuan1,2,L IU Yu-long1

(1.Beijing Technology Center of Resource Exploration,China Non-ferrous M etals Resource Geological Survey,Beijing 100012,China;2.School of Land Resource Engineering,Kunm ing University of Science and Technology,Kunming 650093,Yunnan,China)

Economic benefits are achieved mostly at the expense of environment in the development of mineral resource,so environmental geological p roblem inmine is increasingly serious.Through field survey,the background of geologic environment,w hich includes landfo rm,hydrometeo rology,geological structure and lithology and soil cover,was introduced in Yinmin M ine of Dongchuan Cu Deposit,Yunnan Province;non-pollution type of environmental geological p roblem in themine was classified and discussed.The result showed that the advantages to cause geological hazard in the mine were complex landfo rm,strong w ind and little rain in dry season,Luoyin shuttered zone,broken friable surface rock,strongly weathered mountain,and so on;themain non-pollution typeof environmental geological p roblem in the mine was divided into land desertification,water loss and soil erosion,land destruction and reclamation,landslide,mud-rock flow,rock and surface collapse;the main reason for the p roblem was the combination of special terrain,geological structure and hydrology of mine and long term mineral exp loration and exp loitation.Three suggestions,w hich were seriously administering related law,strengthening environmental management,setting up supervision and auditing mechanism s and strengthening internal management,were put forward to p reventing non-pollution type of environmental geological p roblem in themine.

mining;enviromental geology;non-pollution type;Dongchuan Cu Deposit;Yunnan Province

X141

A

1672-6561(2010)04-0404-05

2010-01-04

國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2006BAB01B09);云南省東川銅礦接替資源勘查項(xiàng)目(200553026)

杜玉龍(1984-),男,陜西銅川人,工學(xué)碩士研究生,從事地質(zhì)工程與環(huán)境地質(zhì)研究。E-mail:sunnyman0511@163.com