開展洛陽市礦山地質環境脆弱性調查與評價方法探討

呂志濤,吳建軍,聶昊天,

(1.河南省地質調查院,河南 鄭州 450000;2.河南省有色地質三隊,河南洛陽 471000;3.河南省地礦局第一地質工程院,河南 駐馬店 463000)

開展洛陽市礦山地質環境脆弱性調查與評價方法探討

呂志濤1,吳建軍2,聶昊天3,

(1.河南省地質調查院,河南 鄭州 450000;2.河南省有色地質三隊,河南洛陽 471000;3.河南省地礦局第一地質工程院,河南 駐馬店 463000)

洛陽市礦產十分豐富。礦產開發利用易引發地面塌陷、地裂縫、崩塌、滑坡、泥石流等地質災害,并引發含水層破壞及地形地貌景觀破壞等地質環境問題。在充分收集前人資料,以填表調查為主,選取典型礦山特采取實地核查,輔以遙感解譯、物化探等措施,以取得真實可靠的調查結果。通過資料綜合分析、歸納整理,對礦山地質環境現狀進行評估,分析礦山地質環境問題發展趨勢,提出礦山地質環境保護及礦山生態環境恢復治理的對策建議。

礦山地質環境;技術方法探討;地質環境保護

1 地質背景概況

1.1 自然地理

1.1.1 工作區位置

洛陽位于河南省西部,地理坐標東經 11 0°7′59″～112°58′52″,北緯 33°33′27 ″～ 35 °04 ′34 ″。 總面積 15 208 km2。下轄九縣(市)六區,人口 600余萬。是我國著名新興工業城市,素有“九朝古都”美稱。隴海、焦枝兩鐵路及 G 310、G 207兩條公路交匯于此,連霍高速公路橫貫于市區北部,洛(陽)界(首)高速公路從市區東部穿過,是鐵路、公路重要交通樞紐。“洛陽牡丹甲天下”,以花為“媒”,連續舉辦牡丹花會,為洛陽旅游業的蓬勃發展提供基礎。

1.1.2 氣象、水文

洛陽市屬暖溫帶大陸性半濕潤半干旱季風氣候區,具有四季分明年平均氣溫 14.7℃,年平均降水量 606.9mm,多年平均蒸發量為 1 829.1mm。

境內河渠密布,分屬黃河、淮河、長江三大水系。洛河為黃河一級支流,由宜陽縣境流入市區,全長 447 km,流域面積12 840 km2。多年平均流量 69.13m3/s,最大流量 7 230m3/s,年平均徑流量 21.8億 m3。

1.2 地質背景

1.2.1 地形地貌

洛陽地處豫西山區,東接嵩山,西依秦嶺,北靠太行、黃河,南望伏牛山,總地勢西高東低,呈扇形向東展開,海拔 500～2 000m。境內山川丘陵交錯,地形錯綜復雜,其中山區45.51%,丘陵 40.73%,平原占 13.8%。

1.2.2 地層

本區地層分屬華北地層區豫西分區,熊耳山小區、澠池-確山小區及嵩箕小區。區內地層自太古界至新生界,除缺失志留系,泥盆系外,其余各系均有出露。

1.2.3 構造

本區位于中朝準地臺華熊臺緣坳陷內,東部小部分位于嵩箕臺隆的西部。自太古代以來,本區曾經受了嵩陽、中條、王屋山、印支、燕山、喜山等多期構造運動。這些構造運動除中岳期應力方向為近東西向外,其它各期多為南北向,從而生成了本區以東西向為主的構造形跡。

1.2.4 水文地質條件

地下水類型為松散巖類孔隙水、碎屑巖類空隙裂隙水、碳酸鹽巖類裂隙巖溶水和基巖裂隙水。松散巖類孔隙水主要分布于洛陽盆地平原區,以及黃河、汝河.洛河、伊河及其較大支流主河道帶內,含水介質為砂及砂卵石,富水性中等-強;在局部地區含水介質為粘性土,富水性弱。碎屑巖類空隙裂隙水分布于河谷兩側,含水介質為白堊系和古近系砂礫巖、砂巖、泥質粉砂巖及粘土巖,富水性弱。碳酸鹽巖類裂隙巖溶水分布于新安西北、洛寧、宜陽南,嵩縣、欒川的山區,含水介質為寒武系、奧陶系、石炭系灰巖、白云質灰巖、白云巖,巖溶較發育,富水性強 -中等。基巖裂隙水主要分布于南部中山區和中部低山區,含水介質為巖漿巖、變質巖、沉積巖裂隙,富水性弱。

大氣降水滲入為區域地下水的主要補給來源。區內大部分地區地勢起伏,溝谷水系發育。這種自然地理條件對地下水補給較為不利,但有利于地下水的徑流和排泄。

2 礦產資源概況

2.1 礦產資源分布

洛陽市地處東秦嶺成礦帶,成礦地質條件優越,礦產十分豐富。所轄的熊耳山 -外方山地區地礦是部在全國范圍內所選固體礦產勘查“跨世紀工程”25個重點區帶之一。南部為內生礦產分布區,金、銀、鉛、鋅、銅、鉬、鎢多金屬及水晶、螢石、熱液鐵礦等均勻分布于此;北部為沉積礦產分布區,集中分布有鋁、沉積鐵、鉛鋅、煤、耐火粘土、熔劑灰巖、白云巖及建材料礦產。

礦產資源具儲量大、品位高、品種多、埋藏淺,易于開采利用等特點。豐富的礦產資源為洛陽能源、冶金、建材、化工等行業的發展奠定了良好的物質基礎。

2.2 礦產資源開發利用現狀

工作區內礦業經濟較發達,共有各種類型的礦山企業1500余家。主要開發利用礦產 4種,即煤、鋁、金、鉬、鉛鋅等礦產,貧礦多,富礦少,以小型規模為主礦山企業開發為主。

3 礦山地質環境問題

目前開發利用礦產主要為煤、金、鋁、鉬、鉛鋅礦等,受開采面積、深度、規模、開采手段、技術等因素影響,易引發地面塌陷、地裂縫、崩塌、滑坡、泥石流等地質災害,并引發含水層破壞及地形地貌景觀破壞等地質環境問題,嚴重威脅當地居民生命財產安全。

3.1 礦山地質災害

煤炭礦山地質災害以地面塌陷、地裂縫為主,例如,新安縣、宜陽縣煤礦開采歷史悠久,地面塌陷、地裂縫對農田、道路、建筑物破壞較嚴重;非煤礦山在開采過程中,經常發生邊坡失穩、滑坡、崩塌和地面裂縫、地面塌陷及泥石流等災害。礦山排出大量礦渣及尾礦的堆放,經常發生崩塌、滑坡、泥石流,尤其是一些鄉鎮集體和個人采礦場,在河床、公路兩側開山采礦,亂采濫挖,亂堆亂放,經常把矸石甚至礦石堆放在河床、河口、公路邊等處,一遇暴雨造成水土流失,崩塌、滑坡、泥石流等地質災害頻繁發生,把其尾礦、矸石等沖入河道,造成河道淤塞、甚至沖毀公路而中斷交通,給國民經濟造成嚴重損失。例如:欒川 -洛寧 -嵩縣多金屬礦產開發過程中。固體廢棄物年排放量約 750萬 t,累計排放量 6 600萬 t,廢土石沿坡堆放,汛期以引發地質災害發生;礦山采空區易引發地面塌陷,進一步導致山體崩塌、滑坡的發生;尾礦庫數目眾多,部分尾礦庫工程簡單,部分超期服役或帶病服役,如遇暴雨、山洪,極有可能潰決,而尾礦庫潰決引發的往往是大型泥石流。1996年 8月嵩縣祁雨溝泥石流沖毀房屋 500間,汽車16輛,沖走金精粉 56 t,溝內耕地 4.67萬 m2,正在開會的 36位職工死亡,4人重傷,經濟損失 1 260多萬元。

3.2 含水層破壞

礦山開發對地下水資源影響較大,主要表現在已下幾方面:

3.2.1 改變了地下水自然流場及補、徑、排條件

由于礦產與水資源共存于一個地質體中,在天然條件下,各有自身賦存條件及變化規律,礦產開采(尤其煤礦開采)打破了地下水原有的自然平衡,局部由承壓轉為無壓,導致煤系地層以上裂隙水受到明顯的破壞,使原有的含水層變為透水層,原有的水井干枯,泉水斷流。

3.2.2 改變了“三水”轉化關系

在自然狀態下,降水、地表水與地下水存在一定的補排關系,由于礦坑排水在淺部地段,導致“三帶”連通,使地表水轉化為地下水,涌入礦坑再排出,在下游轉化為地下水,地表水、地下水互相轉化,相互補給,改變了原有狀態下的循環過程。

3.2.3 地下水質惡化

隨著礦山的開發,礦區排放大量的廢水。值得說明的是,部分金礦山利用氰化物提金技術,雖然這種技術工藝簡單,技術成熟,但在生產中拍出的廢水、廢氣和廢渣中含有劇毒氰化物,對環境污染尤其嚴重。礦山建設和生產過程中的礦坑排水,洗礦過程中加入有機和無機藥劑而形成的尾礦水,露天礦、排礦堆、尾礦及矸石堆受雨水淋濾、滲透溶解礦物中可溶成份的廢水,礦區其他工業和醫療、生活廢水等。這些受污染的廢水,大部分未經處理,排放后又直接或間接地污染了地表水、地下水。

3.2.4 地下水位下降

形成大面積的水位下降漏斗區,導致部分水源枯竭。

3.3 地形地貌景觀破壞

3.3.1 造成土地毀壞

采礦業占用和破壞土地,包括采礦活動所占用的土地(如廠房、工業廣場、堆礦場),露天采礦場、為采礦服務的交通設施、采礦生產過程中堆放的大量固體廢棄物所占用的土地,以及因礦山開采而產生地面裂縫、變形及地表大面積的塌陷等。廢水、廢渣的排放對土壤資源造成了嚴重污染。間接地污染了地表水、地下水和周圍農田、土地,造成土地資源的大量毀損。

區境內山地占總面積的 45.5%,丘陵區占總面積40.7%,平原區僅占總面積的 13.8%,顯示耕地是有限的,礦山開發礦渣占壓耕地常引發礦群緊張的矛盾關系。

3.3.2 山體破損及植被破壞

工作區為重要的旅游勝地,礦山開發對地貌景觀破壞性影響十分突出,尤其是在交通沿線、城區、旅游區、自然人文景觀保護區,顯得更為扎眼。露天采礦對自然地貌景觀破壞更為嚴重,破壞了旅游資源。如:由于人類工程活動引起自然環境改變從而導致龍門石窟周邊地區和窟區存在較多地質環境問題,主要為對景區造成污染和安全隱患的石灰窯、采石場和廢棄的水坑。龍門石窟周邊地區大部分出露的都是碳酸鹽巖,風化和巖溶作用都很強烈,尤其是前些年的開山采石的興起,亂開亂采現象較為嚴重,不僅影響了景區的總體形象,而且還破壞了巖石的整體結構,為地表水的下滲提供了新的路徑,加劇了窟區的巖溶和風化作用。

但隨著礦產資源開發利用,尤其小礦山無序開采,礦坑、平硐裸露,礦渣隨意堆放,存在眾多不安全隱患;同時,礦渣在景區內留下滿目倉夷,似景區亮麗風景下的瘡疤,嚴重影響景區的景觀質量,在一定程度上阻礙了區內旅游業的發展。區內旅游業發展較快,已審批河南洛陽黛眉山世界級地質公園。以龍門石窟為典型代表的人文旅游資源聞名中外,以嵩縣白云山花崗巖地貌、欒川地下溶洞-雞冠洞以及黛眉山世界級地質公園黛眉山、青要山沉積巖地貌等地質資源更具有重要旅游觀光價值。產生了較好的社會效益和經濟效益,促使旅游業在洛陽市國民經濟發展占有舉足輕重的地位。

4 工作方法與評價方法探討

4.1 技術路線

總體工作技術路線部署遵循“由面到點,先面后點,點面結合”的原則。充分收集前人資料,以填表調查為主,選取典型礦山特采取實地核查,輔以遙感解譯、物化探等措施,以取得真實可靠的調查結果。通過資料綜合分析、歸納整理,對礦山地質環境現狀進行評估,分析礦山地質環境問題發展趨勢,提出礦山地質環境保護及礦山生態環境恢復治理的對策建議。條件允許情況下,選取欒川 -洛寧 -嵩縣一線多金屬礦區等礦山地質問題較嚴重區域進行有針對性的專題調查研究。

4.2 工作方法與評價方法

1)查明礦山地質環境背景條件及礦山開發和綜合整治現狀。

2)查明礦山開發引起的地質環境問題及危害,查明礦山地質災害類型、發育特征、分布規律、形成條件及誘發因素和對環境造成的危害;查明礦業開發對地下水系統的影響與破壞及對土地資源和地質地貌景觀的影響與破壞因素等。

3)建立資源毀損、地質災害、環境污染三要素指標體系,對礦山地質環境質量進行評價。評價方法:本次工作以單個礦山為主要評價對象,以礦業開發產生地質環境問題的危害和災害損失程度作為評價分級的指標,運用系統控制論建立包括礦區地質災害、含水層破壞及地形地貌景觀破壞三要素及權系數評價系統,采用數學方法計算,最終評價等級。

4)選取地質環境背景條件、區域地質環境問題、地質災害和人類工程活動強度為子系統,對礦山地質環境發展趨勢進行預測。區域地質環境問題與地質災害的發育程度是地質環境質量的直接指標,地質環境背景條件和人類工程活動是蘊育和促進地質環境問題與地質災害發生的潛在條件,將三者合并考慮有助于地質環境發展趨勢預測。預測方法:仍以單個礦山為主要預測對象,選取地質環境背景條件、區域地質環境問題與地質災害和人類工程活動程度作為預測子系統,用數學方法計算最終預測結果。

5)提出礦產資源合理開發利用與礦山地質環境整治、礦山生態恢復與重建規劃;

6)建立礦山地質環境信息系統。

5 結語

1)通過開展洛陽市礦山地質環境現狀調查與評價,查明因礦山開采所產生的地質環境問題和危害,及其對區域地質環境的影響,同時為區內地質公園建設、景區建設以及合理開發礦產資源、保護礦山地質環境、礦山環境整治、礦山生態恢復與重建、實施礦山地質環境監督管理提供基礎地質依據。

2)礦山地質環境調查與評價工作屬公益性、社會性項目,其價值具有間接性、潛在性和長久性的特點,主要表現在減災、防災效益和社會經濟效益。礦山地質環境治理工程的實施,改善人居環境和旅游環境,是當地政府建設“碧水藍天、青山綠地”工程的一部分,必將取得良好的社會效益和經濟效益。具有很好的安撫民心效應,體現當地政府打造和諧社會的重要舉措。

[1]吳國昌,甄習春.河南省礦山環境問題研究.中國大地出版社,2007.

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1004-1184(2011)01-0145-03

2010-04-01

呂志濤(1968-),男,河南淮濱人,高級工程師,主要從事水工環地質勘查與研究工作。