徐友寧,徐冬寅,張江華,陳華清

(1.西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所,陜西西安710054;2.長(zhǎng)安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院,陜西西安710054)

0 引言

礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)是一把雙刃劍,在保證國(guó)家礦業(yè)安全、促進(jìn)地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí),礦業(yè)開(kāi)發(fā)活動(dòng)對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生或重或輕的負(fù)面影響,尤其是不合理、粗放式的開(kāi)發(fā)活動(dòng),導(dǎo)致資源毀損,誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害,污染礦區(qū)環(huán)境[1]。礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)引發(fā)和加劇的礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題成為影響礦山正常生產(chǎn)和礦區(qū)及其周邊人居生態(tài)環(huán)境安全的重要因素,加劇了礦地矛盾。為了實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)與礦山地質(zhì)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的綠色礦業(yè)目標(biāo),就需要在合理開(kāi)發(fā)利用礦產(chǎn)資源的同時(shí),最大程度地減少、減輕礦業(yè)開(kāi)發(fā)對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境的負(fù)面影響[2]。許多專家學(xué)者先后從不同角度涉及了礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題分類、特點(diǎn)、形成與影響因素,礦山廢石重金屬淋溶等,為礦山地質(zhì)環(huán)境防治理論提供了重要基礎(chǔ)[1,3-11]。但以實(shí)際案例方式剖析在不同類型礦產(chǎn)、開(kāi)采方式、地質(zhì)環(huán)境條件以及礦山企業(yè)環(huán)境保護(hù)意識(shí)差異的條件下礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題的差異性響應(yīng)研究尚不多見(jiàn)。筆者試圖總結(jié)影響和控制礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)引發(fā)和加劇的礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題的主要因素,為礦山地質(zhì)環(huán)境科學(xué)預(yù)測(cè)、主動(dòng)防治提供理論依據(jù)。

1 研究方法

為了查明礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題的現(xiàn)狀,分析預(yù)測(cè)其發(fā)展趨勢(shì),為政府實(shí)施礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)及恢復(fù)治理提供科學(xué)依據(jù)。2004—2006年,西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所承擔(dān)了中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局“重點(diǎn)礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題專題調(diào)查”項(xiàng)目,下設(shè)陜西潼關(guān)金礦區(qū)、陜蒙接壤區(qū)大柳塔煤礦區(qū)以及遼寧阜新煤礦區(qū)等3處典型礦區(qū)的地質(zhì)環(huán)境調(diào)查工作[12-15]。基于上述調(diào)查成果,筆者分析了3處典型礦區(qū)礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)引發(fā)和加劇的礦山主要地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題的類型、分布、危害,分析研究了影響礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題差異性的主要因素。

2 礦山地質(zhì)環(huán)境背景

2.1 陜西潼關(guān)金礦區(qū)

陜西潼關(guān)金礦區(qū)地處陜?cè)ソ尤赖闹袊?guó)第二大黃金生產(chǎn)基地小秦嶺金礦帶中低山地區(qū)的西部,自南向北可簡(jiǎn)單分為秦嶺中—低山地基巖陡坡山地區(qū)及山外黃土殘塬溝壑殘塬(農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū))兩類地質(zhì)環(huán)境分區(qū)。南部山地發(fā)育7條南北向“V”型谷峪道,最高海拔為1 800 m,最大相對(duì)高差為900 m,山坡坡度25°～35°,灌草植被覆蓋率80%以上。南部山區(qū)發(fā)育以黑云母斜長(zhǎng)片麻巖、角閃斜長(zhǎng)片麻巖為主的太古代變質(zhì)巖系,地下水以基巖裂隙水為主。礦區(qū)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)半濕潤(rùn)—濕潤(rùn)氣候區(qū),山地區(qū)至今沒(méi)有氣象觀測(cè)站。山外年降水量-319.1～958.6 mm,日最大降水量113.4 mm,日最大降水量在100 mm以上平均十年一遇,日最大降水量在50 mm以上平均兩年一遇。7～9月降水量占全年總降水量的76.19%。

潼關(guān)金礦區(qū)主要以開(kāi)采石英脈型金礦為主,金礦開(kāi)采位于南部山地區(qū),選礦及冶煉位于山外農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)。金礦開(kāi)發(fā)始于1975年,1985—2000年是金礦開(kāi)發(fā)的高潮期,南部山區(qū)207.29 km2的7條峪道內(nèi)均有金礦開(kāi)采,是20世紀(jì)礦業(yè)無(wú)序混亂的典型礦區(qū)之一,中央、地方及個(gè)體礦山均有。潼關(guān)縣有“華夏金城”美譽(yù),但目前黃金資源近于枯竭。由于無(wú)序開(kāi)發(fā)問(wèn)題嚴(yán)重,20世紀(jì)90年代中后期該礦區(qū)曾是國(guó)家重點(diǎn)治理整頓的區(qū)域。

2.2 陜西大柳塔煤礦區(qū)

陜西與內(nèi)蒙古接壤的陜西省大柳塔地區(qū)地處毛烏素沙地邊緣的覆沙黃土丘陵區(qū),海拔為1 085～1 250 m,地形波狀起伏,相對(duì)高差200 m。區(qū)內(nèi)含煤的侏羅系地層傾角3°～5°。第四系上更新統(tǒng)下部的薩拉烏蘇組是區(qū)域煤層之上的主要含水巖組。神木縣城年均降水量415.0 mm,最大646.5 mm,最小251.3 mm,6～9月降水量占全年降水量的76%,且多為暴雨。冬、春多發(fā)生沙塵暴,區(qū)內(nèi)地表80%為第四系全新統(tǒng)風(fēng)積沙覆蓋。水資源短缺,生態(tài)環(huán)境脆弱,土地沙漠化是本區(qū)最主要的原生地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題。

本區(qū)煤炭資源開(kāi)發(fā)始于1986年,大柳塔煤礦、活雞兔煤礦及哈拉溝煤礦等均是神華集團(tuán)神東煤炭有限責(zé)任公司年產(chǎn)千萬(wàn)噸的礦井,采用大型綜合機(jī)械化開(kāi)采技術(shù),以平硐開(kāi)采為主,煤炭產(chǎn)量占調(diào)查區(qū)(370 km2)全部產(chǎn)量的80%以上,同時(shí)在其周邊分布有小型煤礦山。

2.3 遼寧阜新煤礦區(qū)

礦區(qū)地處遼西低山丘陵區(qū)沖積谷地平原,細(xì)河是流經(jīng)阜新城的主要河流,多年徑流量0.19×107m3。該區(qū)屬北溫帶大陸型季風(fēng)氣候,多年平均降水量為502.7 mm,6～8月占全年降水量的67%,其中月最大降水量達(dá)161.7 mm。礦區(qū)中生代白堊系下統(tǒng)義縣組、九佛堂組、阜新組、沙海組及上統(tǒng)孫家灣組是阜新—義縣盆地沉積礦產(chǎn)的主要層位。礦區(qū)地下水主要為松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水及基巖裂隙水。

阜新是一座因煤而興具有百年歷史的老礦城,煤炭資源最早開(kāi)發(fā)始于1905年,建國(guó)后阜新礦務(wù)局恢復(fù)老礦井29個(gè),新建礦井41個(gè)。截至2005年底有生產(chǎn)礦山9個(gè),包括孫家灣礦、五龍礦、王營(yíng)礦、艾有礦、清河門礦、依碼礦、海州礦、海州立井等,還有地方礦山企業(yè)136家。礦區(qū)范圍349.334 km2,開(kāi)采范圍213.22 km2。1949年前以淺層非正規(guī)開(kāi)采為主。1949—1988年40年間共生產(chǎn)原煤4×108t, 2004年151家礦山年產(chǎn)原煤1 025.59×104t。煤礦露天開(kāi)采及井工開(kāi)采均有,開(kāi)采深度10～900 m。亞洲第一大露天礦——海州露天礦(1953—2005年)已閉坑。新丘露天礦鼎盛時(shí)年產(chǎn)原煤680×104t,到2000年不足60×104t,2001年則宣布破產(chǎn)。阜新市因煤炭資源枯竭而成為國(guó)務(wù)院首次批準(zhǔn)的資源枯竭型城市之一。

3 礦山主要地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題

采礦、選礦及冶煉等礦業(yè)活動(dòng)過(guò)程中不同階段、不同開(kāi)采方式會(huì)對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生影響,形成一種或多種礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題,而某一種礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題可能是一種或多種礦業(yè)活動(dòng)方式共同作用的結(jié)果。礦山可能以某一種地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題為主,也可能存在多種礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題。礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)活動(dòng)與地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題呈現(xiàn)較為復(fù)雜的關(guān)系(圖1)[1]。

圖1 礦業(yè)活動(dòng)與礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題關(guān)系Fig.1 Relationship Between Mining Activities and Mine G eo-environmental Problems

3.1 陜西潼關(guān)金礦區(qū)

礦渣型泥石流地質(zhì)災(zāi)害及其隱患、水土環(huán)境重金屬污染及其影響人體健康的負(fù)效應(yīng)是潼關(guān)金礦區(qū)兩大類型礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題。

(1)礦渣型泥石流地質(zhì)災(zāi)害及其隱患是潼關(guān)金礦區(qū)最主要、危害性最嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害類型。1994年7月11日暴雨導(dǎo)致西峪發(fā)生失蹤死亡上百人的礦渣型泥石流后,1995年7月15日東桐峪峪道礦渣型泥石流造成直接經(jīng)濟(jì)損失300多萬(wàn)元[16]。截至2005年底,207.29 km2的采礦山地區(qū),采礦坑口達(dá)2 500處,礦渣堆-944處,占?jí)毫值赝恋孛娣e255.3×104m2,廢石渣量達(dá)1 100×104m3,且廢渣量還以30×104m3/a速度增加。75%礦渣堆沒(méi)有攔渣穩(wěn)渣工程措施,86%廢石堆占據(jù)河道,71%廢石堆穩(wěn)定性差或極差。7條峪道18條溝谷溝均是泥石流隱患溝[17],其危害性日趨嚴(yán)重,1994年重大人員死亡的悲劇可能重演。

(2)礦區(qū)環(huán)境污染源點(diǎn)多面廣,“三廢”隨意排放,河流成為尾礦漿的納污池。1975年以來(lái),大小金礦選冶企業(yè)多達(dá)數(shù)十家,歷史上絕大多數(shù)采用污染環(huán)境的混汞法提金,“三廢”無(wú)序排放嚴(yán)重,礦區(qū)環(huán)境污染源從最初的點(diǎn)源、線源發(fā)展到現(xiàn)今的面源。300 km2的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)內(nèi)散布的988處無(wú)庫(kù)尾礦渣堆,總面積達(dá)2.31 km2;大小尾礦庫(kù)124座,總面積0.94 km2;明顯污灌區(qū)3處,面積2.08 km2;氰化池56處,占地總面積0.17 km2。村前屋后、道路兩側(cè)、河道溝谷可見(jiàn)隨意堆放的尾礦渣堆,許多小企業(yè)及個(gè)體提金者尾礦漿直排雙橋河。山區(qū)仍存在國(guó)家禁止的“三小”提金點(diǎn)。西峪河、東桐峪河及雙橋河河床淤積了厚厚的尾礦渣泥,河流水生生物已絕跡。

(3)河流重金屬及氰化物污染嚴(yán)重。南部山區(qū)Ⅰ類水源地河水中Hg、Pb、Cu、Zn、Cd及氰化物含量平均超過(guò)國(guó)家地表水Ⅰ類水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)倍數(shù)分別為3.5、305.0、1.6、7.4、3.2、0.6,山區(qū)河水已降為Ⅳ或Ⅴ類水。山外雙橋河水Hg平均超標(biāo)倍數(shù)為12.7、Pb為68.1、Cd為0.5、As為3.0、Cu為1.7、Zn為0.1、CN-為20.8。從出山口至進(jìn)入黃河段,河水中重金屬均己超過(guò)了Ⅳ類水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)與毗鄰區(qū)河流底泥重金屬含量對(duì)比,潼關(guān)金礦區(qū)9條河流底泥均受到了-Hg、Pb、Cd、Cu、Zn的嚴(yán)重累積污染。Hg平均超標(biāo)倍數(shù)為121.4、Pb為415.1、Cd為25.1、Cu為16.7、Zn為8.2。河流底泥已成為河水重要的二次污染源。

(4)農(nóng)田土壤Hg、Pb、Cd、Cu、Zn污染嚴(yán)重。礦區(qū)農(nóng)業(yè)區(qū)土壤-Hg、Pb、Cu、Zn、Cd重金屬樣本超標(biāo)率分別為43.2%、12.8%、7.5%、3.0%、2.3%。土壤重金屬綜合污染指數(shù)(與《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[18]比較)表明,36.1%的土壤樣本處于輕度及以上污染,受污染的農(nóng)田面積達(dá)到113.6 km2。而累積綜合污染指數(shù)(與鄰區(qū)背景值比較)表明,全部土壤受到了輕度及以上污染。其中土壤中-Hg污染物的分擔(dān)率為49.1%,累積分擔(dān)率為56.5%,汞是土壤中最主要的污染元素[19]。

(5)礦區(qū)人體食物鏈污染嚴(yán)重。土壤污染區(qū)內(nèi)93%的小麥-Hg、Pb和Cd元素平均超過(guò)國(guó)家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)倍數(shù)為1.6、1.4和1.0,樣本超標(biāo)率分別為86.7%、60%、33.3%。污染區(qū)內(nèi)玉米中-Hg超標(biāo)率12.5%。不同的農(nóng)作物品種中超標(biāo)元素不同。小麥中超標(biāo)元素為-Hg、Pb、Cd、Cu、Zn;葉菜類、蘿卜均為Hg、Pb、Cd;玉米、西紅柿、紅薯和蘋果僅為Hg超標(biāo)。Hg是農(nóng)作物中最普遍的超標(biāo)元素。

3.2 陜西大柳塔煤礦區(qū)

采煤塌陷、地下水位下降及土地沙漠化是陜西大柳塔煤礦區(qū)主要的地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題[20-21]。

(1)采空塌陷面積大,鏈生其他地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題。大柳塔、活雞兔、哈拉溝礦井采用綜合機(jī)械化長(zhǎng)臂式采煤技術(shù)工藝,其工作面長(zhǎng)200～240 m,采高4 m,每向前推進(jìn)1 m,就會(huì)形成800～960 m3采空區(qū),加之所采煤層埋深50～150 m,開(kāi)采后上覆覆巖會(huì)立刻發(fā)生整體下沉塌陷。地表采煤塌陷區(qū)地貌與原有的波狀地貌不易區(qū)分,只有在基巖、硬化道路、堅(jiān)硬地表、房屋墻面上,才能明確確認(rèn)地處采煤塌陷區(qū)。自1986年礦山建設(shè)開(kāi)發(fā)以來(lái),這3個(gè)礦井累積形成采空區(qū)-42.6 km2,地面塌陷、地裂縫影響面積51.5 km2。但因煤礦區(qū)地處蓋沙黃土丘陵區(qū),人口稀少,農(nóng)田及地表構(gòu)筑物較少,因此采空沉陷造成的災(zāi)害損失相對(duì)比阜新煤礦區(qū)要輕得多。

(2)地下水含水層結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重。采煤塌陷導(dǎo)致上面的含水層結(jié)構(gòu)破壞,77.27%井水下降明顯或干枯,73.33%泉干枯或流量明顯減少。同時(shí)導(dǎo)致烏蘭木倫河流的支流補(bǔ)給減少,河流干枯,溝道中水澆地變?yōu)楹档?使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人們生活用水受到較大影響。地下水位下降或河流斷流,在某些地區(qū)可能導(dǎo)致植被類型發(fā)生演替,嚴(yán)重者造成原本依靠地下水生存的植被枯萎,其結(jié)局將引發(fā)土地沙漠化。

(3)煤炭資源開(kāi)發(fā)對(duì)土地沙漠化影響。煤炭地下開(kāi)采對(duì)土地沙漠化影響表現(xiàn)為排矸壓占植被、地下水位下降或地表水域面積縮減引發(fā)植被死亡造成覆蓋度降低而形成沙漠化土地。礦區(qū)開(kāi)發(fā)20年來(lái),礦區(qū)土地沙漠化程度在減輕,沙漠化面積在縮小。但部分地區(qū)土地沙漠化有所加劇。筆者認(rèn)為土地沙漠化減輕的主要原因是本區(qū)年均400 mm的大氣降水能夠維持沙生植被正常生長(zhǎng)所需的水分,國(guó)家退耕還林圍攔禁牧的山川秀美工程起到重要作用,一些大企業(yè)對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)更是錦上添花。

(4)礦區(qū)水土環(huán)境重金屬呈現(xiàn)輕度污染。地表水中重金屬未超過(guò)相應(yīng)地表水級(jí)別所要求的含量。而同地點(diǎn)河流底泥中重金屬較背景值富集,Zn、Pb、Cr、Cd重金屬超標(biāo)率依次增高,成為河流二次污染源。耕作層土壤受到一定程度的累積污染,但研究區(qū)土壤中7種重金屬元素含量均沒(méi)有超過(guò)國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的限值,礦區(qū)土壤尚具有較大的環(huán)境容量[22]。

3.3 遼寧阜新煤礦區(qū)

遼寧阜新煤礦區(qū)煤田分布范圍廣,大部分礦井分布分散,只有部分礦井相對(duì)集中;煤層開(kāi)采深度變化大,淺部開(kāi)采與深部開(kāi)采并舉,20世紀(jì)50年代前淺部非正規(guī)開(kāi)采普遍遺留下許多老采空區(qū);煤層重復(fù)開(kāi)采對(duì)地表建筑物影響不斷;礦井地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,斷層多,極易受采動(dòng)影響誘發(fā)活化。因此阜新礦區(qū)采煤塌陷、露天礦邊坡滑坡、土地壓占破壞等是百年礦城存在的嚴(yán)重礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題類型。

(1)地面塌陷危害極為嚴(yán)重。阜新礦區(qū)共形成20個(gè)相對(duì)獨(dú)立的地表沉陷盆地,13個(gè)沉陷區(qū),總采空面積73.69 km2(表1),總沉陷面積101.38 km2,其中嚴(yán)重沉陷面積20 km2,井工采沉陷盆地面積81.46 km2,露天礦采動(dòng)影響面積9.15 km2。20世紀(jì)50年代前采煤沉陷面積10.77 km2,最大下沉值19.09 m,最大開(kāi)裂寬度4.77 m。

表1 阜新煤礦區(qū)采空沉陷統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistics of Mining Subsidence in Fuxin Coal Mining Area

按萬(wàn)噸采煤地表沉陷面積計(jì)算,清河門礦為4 866.2 m2,艾友礦為-5 999.4 m2,東梁礦為6 126.05 m2,王營(yíng)礦為5 666.1 m2,呈現(xiàn)采動(dòng)影響范圍重疊較少、沉陷面積大的特點(diǎn);新邱采萬(wàn)噸煤的沉陷面積為2 999.7 m2,平安礦與五龍礦平均為2 493.1 m2,具采動(dòng)影響范圍重疊多的特點(diǎn)。

采煤沉陷以及伴生的地面塌陷坑對(duì)居民基本生活造成了嚴(yán)重威脅。建筑物普遍出現(xiàn)了墻體開(kāi)裂、門窗變形、地面裂縫、墻體傾斜等險(xiǎn)情。由于塌陷區(qū)地處阜新市及其郊區(qū),因此其危害嚴(yán)重,共導(dǎo)致28 733戶、78 486人受災(zāi);受災(zāi)學(xué)校19所、醫(yī)院3所、企事業(yè)單位及服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)105個(gè),建筑面積156 817 m2;受損道路35.26 km,管路及線路203.290 km;受損農(nóng)田14 km2;直接經(jīng)濟(jì)損失16 340.38萬(wàn)元。

(2)露天礦邊坡滑坡問(wèn)題嚴(yán)重。露天采坑引發(fā)的滑坡、不穩(wěn)定斜坡主要分布于海州和新邱露天采礦場(chǎng)。海州露天礦開(kāi)發(fā)始于1953年,2005年閉坑,形成了長(zhǎng)3.9 km、寬1.8 km、開(kāi)采深度達(dá)310 m、面積6 km2的亞洲第一大露天礦坑,南幫邊坡38°,北幫18°～20°。累計(jì)生產(chǎn)原煤2.078×108t,占整個(gè)礦務(wù)局原煤產(chǎn)量的50%左右?；轮饕杏诤Ｖ萋短斓V非工作幫,自1953年投產(chǎn)以來(lái),共發(fā)生滑坡94次,沿非工作幫(底幫)形成滑坡80余次。如1977年7月27日滑坡土方量1.7×104m3,直接經(jīng)濟(jì)損失434.75萬(wàn)元;1986年9月3日滑坡,土方量31× 104m3,直接經(jīng)濟(jì)損失434.75萬(wàn)元。1990年7月24日發(fā)生的滑坡造成經(jīng)濟(jì)損失352.1萬(wàn)元;1994年7月3日發(fā)生的3起滑坡,直接經(jīng)濟(jì)損失108.4萬(wàn)元,間接經(jīng)濟(jì)損失572.0萬(wàn)元;2003年5月28日滑坡,土方量達(dá)70×104m3,經(jīng)濟(jì)損失600萬(wàn)元[15]。露天礦邊坡巖土體結(jié)構(gòu)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、斜坡地形以及降雨等因素是露天礦滑坡頻發(fā)的主要因素。

(3)土地壓占與破壞問(wèn)題突出。礦區(qū)矸石山及排土場(chǎng)11座,總堆積量約12×108m3,總占地面積約43.97 km2。海州露天礦原煤年產(chǎn)量占阜新礦務(wù)局的50%以上,50年來(lái)產(chǎn)生的廢石棄土量占整個(gè)礦區(qū)的62.77%,累計(jì)生產(chǎn)原煤2.4×108t,形成了8× 108t的廢石,排土量為煤產(chǎn)量的3.33倍,排土場(chǎng)占地14.06 km2[15]。矸石堆、排土場(chǎng)不僅占?jí)捍罅康耐恋刭Y源,而且由于矸石山自燃、有害元素降水淋濾、揚(yáng)塵等污染大氣、地表水、地下水和土壤環(huán)境。

(4)河水及周邊淺層地下水污染。阜新煤礦土壤中Hg、Pb、Cd、Cr、As、Cu重金屬元素的平均含量與地區(qū)背景值含量基本相同或略小,且低于《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》限值[18]。就總體而言,阜新煤礦區(qū)土壤沒(méi)有受到煤炭資源開(kāi)發(fā)重金屬的污染影響,與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)二級(jí)土壤環(huán)境質(zhì)量相比,土壤尚具有較大的環(huán)境容量。地表水中-Hg、Pb、Cr、As、Cu、Zn重金屬污染組分在地表水中僅局部有輕微污染。細(xì)河中重金屬污染組分除-Hg達(dá)到Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)外,其他均達(dá)到Ⅰ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

4 影響礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題因素分析

從上述3個(gè)典型礦區(qū)可以看出,影響和控制礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題類型的主要因素有:礦產(chǎn)資源種類(金礦、煤礦)、原生地質(zhì)環(huán)境條件(山地型、沙地型、平原型)、開(kāi)采方式(井工、露天)及礦山環(huán)境保護(hù)意識(shí)等。

4.1 礦產(chǎn)資源種類的影響

金礦、銅鎳礦、鉛鋅礦、汞銻礦、鉬礦、鉻鐵礦等金屬礦石中,富含-Hg、Pb、Cd、Cu、Zn、Cr等多種重金屬元素,除了采礦外,均需進(jìn)行選礦和冶煉活動(dòng),因此采選冶“三廢”中含有的重金屬元素會(huì)導(dǎo)致礦區(qū)地表水、地下水和土壤等多介質(zhì)環(huán)境的重金屬污染,嚴(yán)重者將危及人群健康安全。通常情況下,煤礦中重金屬元素含量少,重金屬元素污染不會(huì)成為礦區(qū)的主要問(wèn)題,這也是潼關(guān)金礦區(qū)水土環(huán)境重金屬元素污染遠(yuǎn)重于大柳塔及阜新煤礦區(qū)的原因(表2)。

表2 礦區(qū)耕作層土壤重金屬含量T ab.2 H eavy Metal Content of Cultivated Soil in Mining Area

4.2 地質(zhì)環(huán)境條件的影響

通常情況下,存在一定高差的山地丘陵區(qū),本身就是崩塌、滑坡、泥石流的易發(fā)區(qū),而礦產(chǎn)資源開(kāi)采的廢石棄渣堆積在溝谷、斜坡,在缺乏有效攔渣護(hù)擋措施的情況下,易在礦震、地面塌陷及暴雨作用下失穩(wěn)滑塌、地下采空造成山體開(kāi)裂等,加劇了山地地質(zhì)環(huán)境區(qū)崩塌、滑坡、泥石流以及水土流失。而風(fēng)沙灘地地質(zhì)環(huán)境區(qū)不具備重力作用形成的崩塌、滑坡、泥石流及水土流失條件,但是地下煤礦開(kāi)采導(dǎo)致其上形成采空塌陷,同時(shí)會(huì)破壞煤層之上的含水層結(jié)構(gòu),造成地下水位下降、地表水流量減少或斷流,進(jìn)而影響依靠地下水或地表水生存的植被類型死亡或退化或演替,嚴(yán)重者可產(chǎn)生或加劇土地沙漠化,生態(tài)環(huán)境惡化危及地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。因此,大柳塔煤礦區(qū)地面塌陷的直接危害不顯著,但是生態(tài)環(huán)境的影響卻是政府、學(xué)者關(guān)注的重大環(huán)境問(wèn)題。平原地區(qū)地下煤礦開(kāi)采采空造成的地面塌陷、地裂縫成為破壞地表構(gòu)筑物、農(nóng)田的主要問(wèn)題。這就是同為地下開(kāi)采,但因地質(zhì)環(huán)境條件不同,礦業(yè)開(kāi)發(fā)引發(fā)和加劇的地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題類型及其危害不同的原因所在。

4.3 開(kāi)采方式的影響

露天開(kāi)采和井工開(kāi)采是礦產(chǎn)資源開(kāi)采的兩種主要方式。露天開(kāi)采需要?jiǎng)冸x礦層之上的大量土石,因此露天開(kāi)采在顯著改變?cè)械匦蔚孛驳耐瑫r(shí),外排的大量廢石棄土占?jí)和恋刂脖?高陡工作幫邊坡失穩(wěn)形成滑坡危及采礦安全,甚至導(dǎo)致露天礦提前閉坑,甘肅白銀銅礦火焰山一露天礦就是實(shí)例。占地、邊坡失穩(wěn)是露天礦兩大地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題。井工開(kāi)采可形成采空塌陷、地裂縫以及鏈生的山體崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害。通常情況下,開(kāi)采的煤層厚度大,煤層頂板巖層抗壓強(qiáng)度小,采空地面塌陷、地裂縫地質(zhì)災(zāi)害危害愈嚴(yán)重,而潼關(guān)金礦區(qū)井工開(kāi)采采空塌陷問(wèn)題輕微。

4.4 礦山環(huán)境保護(hù)意識(shí)的影響

礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題具有較強(qiáng)的可控性,只要有法可依、依法監(jiān)管到位,礦業(yè)活動(dòng)對(duì)地質(zhì)環(huán)境的影響就會(huì)顯著降低;反之,必然導(dǎo)致嚴(yán)重的礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題。20世紀(jì)80年代中期后受有水快流的影響,成千上萬(wàn)人擁進(jìn)小秦嶺金礦區(qū),無(wú)序開(kāi)發(fā),礦業(yè)秩序嚴(yán)重混亂,“三廢”隨意排放,礦區(qū)嚴(yán)重的礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題是“只開(kāi)發(fā)、只破壞、不治理”的典型代表。歷經(jīng)清末、中華民國(guó)以及日本侵華等時(shí)期掠奪式開(kāi)發(fā),建國(guó)后50年間,重開(kāi)發(fā)、輕環(huán)保、缺乏礦山開(kāi)發(fā)長(zhǎng)久規(guī)劃,導(dǎo)致采空塌陷地表構(gòu)筑物破壞嚴(yán)重,塌陷區(qū)居民深受其害,排土場(chǎng)沒(méi)有及時(shí)復(fù)墾等,因此當(dāng)煤炭資源最終枯竭時(shí),歷史遺留的礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題成為影響城市經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的一大環(huán)境問(wèn)題。近年來(lái),阜新市加快了露天礦排土場(chǎng)土地復(fù)墾,海州露天礦礦山公園建成在很大程度上改善了礦山地質(zhì)環(huán)境。地處生態(tài)環(huán)境脆弱條件下的大柳塔煤礦區(qū),1986年開(kāi)始由神華集團(tuán)開(kāi)發(fā)建設(shè),實(shí)施了外圍防護(hù)圈、周邊綠化圈、小區(qū)美化圈等生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作,明顯促進(jìn)和改善了礦區(qū)生態(tài)環(huán)境,礦區(qū)植被覆蓋率由開(kāi)發(fā)初期的3%～11%提高到目前的63%。站在大柳塔東、西兩側(cè)高處,舉目遠(yuǎn)眺整個(gè)大柳塔礦區(qū),數(shù)千萬(wàn)噸的礦區(qū)看不到煤灰遍地、塵土飛揚(yáng)景象。馬家塔露天礦采取邊開(kāi)采邊復(fù)墾的治理模式,面積113.44 hm2的露天采礦場(chǎng)得到了全部復(fù)墾,建成的人工生態(tài)園,被水利部評(píng)為全國(guó)生態(tài)建設(shè)示范基地,被內(nèi)蒙古自治區(qū)評(píng)為AA級(jí)旅游區(qū)。礦區(qū)部分地區(qū)生態(tài)環(huán)境優(yōu)于開(kāi)發(fā)前。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)影響和控制礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)中礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題類型的主要因素與開(kāi)發(fā)的礦產(chǎn)資源種類、所處的地質(zhì)環(huán)境背景條件、開(kāi)發(fā)方式及環(huán)境保護(hù)理念等有關(guān)。

(2)同一類型礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)由于所處的地質(zhì)環(huán)境背景、開(kāi)發(fā)方式的差異,產(chǎn)生的主要地質(zhì)問(wèn)題類型不同;不同的礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)產(chǎn)生的主要地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題存在較大的差異性。

(3)礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題是人為活動(dòng)的產(chǎn)物,是可預(yù)測(cè)、可預(yù)防的。通過(guò)依法監(jiān)管礦山地質(zhì)環(huán)境,規(guī)范礦業(yè)活動(dòng),礦山企業(yè)在開(kāi)發(fā)前有目的地采取預(yù)防措施,開(kāi)發(fā)中實(shí)施邊開(kāi)發(fā)、邊治理,礦山閉坑后及時(shí)恢復(fù)等工作,就可達(dá)到減少、減輕礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)活動(dòng)對(duì)地質(zhì)環(huán)境的影響與破壞。

[1] 徐友寧,何 芳,陳社斌,等.礦山環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題特點(diǎn)及類型劃分[J].西北地質(zhì),2003,36(增):19-25.

[2] 壽嘉華.走綠色礦業(yè)之路——西部大開(kāi)發(fā)礦產(chǎn)資源發(fā)展戰(zhàn)略思考[J].中國(guó)地質(zhì),2000,27(12):2-3.

[3] 徐友寧.礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查研究現(xiàn)狀及展望[J].地質(zhì)通報(bào), 2008,27(8),1235-1244.

[4] 姜建軍,劉建偉.中國(guó)礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題及其對(duì)策[J].西北地質(zhì),2003,36(增):1-5.

[5] 武 強(qiáng),劉伏昌,李 鐸.礦山環(huán)境研究理論與實(shí)踐[M].北京:地質(zhì)出版社,2005.

[6] 張進(jìn)德,張作辰,劉建偉,等.我國(guó)礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查與研究[M].北京:地質(zhì)出版社,2009.

[7] 魏迎春,徐友寧.礦山地質(zhì)環(huán)境量化評(píng)價(jià)模型研究[J].華南地質(zhì)與礦產(chǎn),2004(4):47-50.

[8] 何 芳,徐友寧,袁漢春.礦山環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題綜合評(píng)價(jià)客觀權(quán)值確定方法探討[J].中國(guó)地質(zhì),2008,35(2):337-343.

[9] 湯中立,李小虎,焦建剛,等.礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題及防治對(duì)策[J].地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報(bào),2005,27(2):1-4.

[10] 王俊桃,謝 娟,張益謙.礦山廢石淋溶對(duì)水環(huán)境的影響[J].地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報(bào),2006,28(4):92-96.

[11] 虎維岳,周建軍,閆蘭英.廢棄礦井水位回彈誘致環(huán)境與安全災(zāi)害分析[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào),2010,30(4):436-440.

[12] 西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所.重點(diǎn)礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題專題調(diào)查綜合研究報(bào)告[R].西安:西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所,2007.

[13] 西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所.陜西潼關(guān)金礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題專題調(diào)查報(bào)告[R].西安:西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所,2009.

[14] 西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所.陜西大柳塔煤礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題專題調(diào)查報(bào)告[R].西安:西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所,2007.

[15] 遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院.遼寧阜新煤礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題專題調(diào)查報(bào)告[R].沈陽(yáng):遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院,2007.

[16] 劉世建,謝 洪,韋方強(qiáng),等.小秦嶺金礦區(qū)人為泥石流[J].山地學(xué)報(bào),1996,14(4):259-263.

[17] 徐友寧,陳社斌,何 芳,等.潼關(guān)金礦區(qū)礦渣型泥石流災(zāi)害及防治對(duì)策[J].山地學(xué)報(bào),2006,24(6):667-671.

[18] GB 15618-1995,土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].

[19] 徐友寧,張江華,陳社斌,等.小秦嶺金礦區(qū)不同污染方式土壤剖面上重金屬含量分布特征[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2008, 27(1):200-206.

[20] 徐友寧,陳社斌,陳華清.生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)煤炭資源開(kāi)發(fā)誘發(fā)的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題——以陜西省神木縣大柳塔煤礦區(qū)為例[J].地質(zhì)通報(bào),2008,27(8):1344-1350.

[21] 李智佩,徐友寧,郭 莉,等.陜北現(xiàn)代化煤炭開(kāi)采區(qū)土地沙漠化影響及原因——以大柳塔—活雞兔礦區(qū)為例[J].地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報(bào),2010,32(4):398-403.

[22] 徐友寧,陳社斌,陳華清,等.大柳塔煤礦開(kāi)發(fā)土壤重金屬污染響應(yīng)研究[J].中國(guó)礦業(yè),2007,16(7):47-50.