邢 佳，王建國*，巨克平，劉建偉，張世珍

(1.青海大學(xué) 地質(zhì)工程系，西寧 810016；2.青海領(lǐng)盛工程信息咨詢有限公司，西寧 810013；3.青海大學(xué) 教務(wù)處，西寧 810016；4.甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，蘭州730050)

研究區(qū)位于鄂拉山構(gòu)造成礦帶與柴北緣構(gòu)造帶的復(fù)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(chǎn)資源豐富，金、銀、鉛、建筑石料等礦產(chǎn)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(dǎo)致一些環(huán)境地質(zhì)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(xué)者的研究重點主要集中在該地區(qū)的礦產(chǎn)勘查與開發(fā)領(lǐng)域，而對存在的地質(zhì)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(yīng)的解決方案[3]。該討論內(nèi)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(jīng)98°06′，北緯36°14′，國道109線西側(cè)，海拔3 198～3 346 m(圖1)。地屬高原大陸性氣候，具有嚴寒、大風(fēng)、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(fēng)化嚴重，基巖大多裸露在外，無常年地表徑流。區(qū)內(nèi)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(nèi)土壤類型主要為栗鈣土，有機質(zhì)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(zhì)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(nèi)昆中斷裂北側(cè)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(nèi)造山環(huán)境下的產(chǎn)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(jié)構(gòu)；安山巖呈灰、灰白色，具交織結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)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(jié)構(gòu)，流紋狀或斑狀構(gòu)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(gòu)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(gòu)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(nèi)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(zhì)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(zhì)災(zāi)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(zhì)災(zāi)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(yīng)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(jié)構(gòu)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(dǎo)致坡體結(jié)構(gòu)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(zhì)災(zāi)害。分析認為，目前礦山存在的三條不穩(wěn)定邊坡應(yīng)加強監(jiān)測，并有必要采取相應(yīng)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(chǎn)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(chǎn)生量很小，污染也很輕微，并且經(jīng)過實地檢測，礦山的生產(chǎn)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(chǎn)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(yīng)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(nèi)及其附近并未發(fā)現(xiàn)地質(zhì)遺跡、人文景觀、自然保護區(qū)和風(fēng)景旅游區(qū)。目前，礦區(qū)已經(jīng)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(shè)在礦區(qū)西北側(cè)的工業(yè)場地、生活園區(qū)、生產(chǎn)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(yīng)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(nèi)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(nèi)進行的小規(guī)模的開采活動；2)礦山生產(chǎn)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(dǎo)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(chǎn)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(shè)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(chǔ)上繼續(xù)開挖土地，其面積預(yù)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(shè)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(dǎo)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(yù)計會達到5.889 hm2。分析認為，應(yīng)采取相應(yīng)的防護治理措施。

3 恢復(fù)治理措施及治理現(xiàn)狀

3.1 恢復(fù)治理措施

由于察汗烏蘇建筑用石料礦山目前仍處于生產(chǎn)作業(yè)狀態(tài)，因此對礦山環(huán)境地質(zhì)的治理就必須將生產(chǎn)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(shè)、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(nèi)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(yīng)對其及時采取措施。清理時應(yīng)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(yīng)先使用風(fēng)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(nèi)存在的不穩(wěn)定邊坡是礦區(qū)內(nèi)最具威脅性的地質(zhì)災(zāi)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(fù)雜，所以，應(yīng)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(jīng)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(fēng)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(jīng)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(shè)。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(zhuǎn)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(shè)排水溝是非常有效的防治手段。根據(jù)礦區(qū)實地地形，設(shè)計縱向排水溝，排水溝截面為梯形溝(圖5)，排水溝內(nèi)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(nèi)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(jīng)開采完畢的露天礦坑內(nèi)，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(zhì)問題[14]，節(jié)約了大量的經(jīng)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(shè)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(nèi)生活著一定數(shù)量的工作人員，網(wǎng)圍欄與警示牌的設(shè)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(shè)置網(wǎng)圍欄與警示牌，圍欄網(wǎng)高度應(yīng)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(fù)土地植被資源[12]。由于礦區(qū)內(nèi)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(shè)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(jié)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(shè)完成后加固鋼絲網(wǎng)。

圖6 植生袋和標準扣擺設(shè)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(zhì)治理中最為重要的一步，其對防治土壤水蝕和風(fēng)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(fù)的植物類型，植物特征見表1，其草種質(zhì)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(zhì)和種子噴灑到需要植被恢復(fù)重建的地段，并在最終結(jié)束后進行為期2年的養(yǎng)護作業(yè)[3]。

表1 恢復(fù)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(chǎn)理念，其結(jié)合以上7種治理措施，對現(xiàn)階段產(chǎn)生的各種環(huán)境地質(zhì)問題開展了一定的治理工作。目前礦區(qū)內(nèi)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(fù)了一部分的地形地貌景觀(圖7A)，對礦區(qū)部分生產(chǎn)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(nèi)除必要生產(chǎn)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(fù)治理措施達到了預(yù)期目標，相關(guān)治理措施也均表現(xiàn)出了較好的效果，礦區(qū)的相關(guān)環(huán)境地質(zhì)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(zhì)問題治理效果圖

4 結(jié)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(zhì)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(fù)方向為恢復(fù)到當?shù)刈匀粭l件下的同等水平，選取的恢復(fù)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(zhì)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(shè)、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(fù)治理措施達到了預(yù)期目標，相關(guān)治理措施也均表現(xiàn)出較好的效果。