寧東重點礦區環境地質問題調查分析

【摘 要】“綠色”是新發展理念的重要一環。進入高質量發展階段，生態環境的支撐作用越來越重要，隨著能源開發和基地建設，勢必引發一些新的環境地質問題：如占用、破壞土地資源、可能引發荒漠化程度加重，破壞植被，加重水土流失;廢石廢渣堆積經降雨淋濾、廢水排放造成環境污染、采空區塌陷造成地下水位下降，水資源漏失或污染，繼而產生新的地質災害，污染、破壞生態環境。

本文針對常見礦山地質環境問題，利用調查成果分析其成因、基本特征、發生發展、發育特征及其分布規律，評價發展趨勢，進而提出保護防治或適應對策建議，共同關注小康社會建設，為“綠色礦山建設”提供依據。

【關鍵詞】生態環境;礦區環境地質問題;生態效應

一、研究意義

寧東能源化工基地為我區資源優勢向經濟優勢轉化的重點開發區和循環經濟實驗區。位于鄂爾多斯盆地西緣，作為鄂爾多斯盆地能源基地一部分，蘊藏著豐富的煤炭、石油和天然氣資源，煤炭集中約占自治區87%的儲量，且煤質優良，開采條件好。基地建設的總投資規模超過3170億元，全部建設完成后，每年可新增工業增加值近765億元，成為推動我區經濟社會發展的重要力量。

資源開發帶動地區經濟的快速發展，是不爭的事實。但是，“綠色”是新發展理念的重要一環。進入高質量發展階段，生態環境的支撐作用越來越重要，隨著能源開發和基地建設，勢必引發一些新的環境地質問題：例如礦山開發占用、破壞土地資源、可能引發荒漠化程度加重，破壞植被，加重水土流失;廢石廢渣堆積經降雨淋慮、廢水排放造成環境污染、采空區塌陷造成地下水位下降，水資源漏失或污染，繼而在地勢低洼，排水不暢地帶產生新的地表鹽漬化等多個地質災害，污染、破壞生態環境。

本文針對如上礦山地質環境問題，利用調查成果分析其成因、基本特征、發生發展、發育特征及其分布規律，評價發展趨勢，進而提出保護防治或適應對策建議，提高地區生態環境質量，促進科學、合理開發利用礦產資源，保護礦山地質環境，共同關注小康社會建設，為綠色礦山建設保護與防治提供依據。

二、地質環境背景

能源基地主要包括位于寧東鎮的靈武礦區、石溝驛礦區、鴛鴦湖礦區。本文示范研究區范圍重點為鴛鴦湖礦區，南北長約31km，東西寬約8km，面積約251.8km2。公路網完善，交通方便。

1、地貌，研究區地處鄂爾多斯臺地與銀川平原的過渡帶。地貌形態主要表現為低山丘陵、緩坡丘陵和沖積平原。海拔高度為1288m-1490.00m，相對高差約202m。大部分地區為沙丘掩蓋，系固定、半固定沙丘地貌，地形低緩平坦，地面起伏不大。

2、氣象水文特點，區內氣候特點為典型的半干旱半沙漠大陸性氣候，冬寒夏熱，季風從平均風速為3.1m/s;年平均氣溫為9.4℃，年最大降水量為322.4mm，年最小降水量僅為116.9mm，年最大蒸發量高達1922.5mm，相對濕度為7.6～8.8%;全年無霜期短，最大凍土深度為0.72m。區內無常年地表逕流，在紅柳井田東北部外約2Km處的堿溝子有季節性水流，徑流量約為0.36 ～ 2.38 l/s，水質較差，不能飲用。清水營井田北端長城南側的邊溝有水流，上游平時無水，僅中、下游有細小水流，自東而西經橫城勘探區北端在臨河匯入黃河，徑流量一般為2.85～40.5升/秒，礦化度低，可供飲用。

3、地層，根據區域地質資料，區域地層主要是礦區地層，為桌子山-青龍山地層小區中生代拗陷區，以中生代地層最為發育。古生代地層被廣泛發育的中、新生代地層所掩蓋，埋藏較深。礦區鉆孔揭露有三疊系、侏羅系、白堊系、古近系、第四系。

4、構造，礦區屬華北地臺桌子山-橫山堡逆沖帶。由一系列走向NNW或近SN向的褶皺群及與之相伴的斷層組成。斷層發育破壞了褶曲的完整性。主體構造為鴛鴦湖背斜，走向近南北，向南傾伏。斷裂主要分布在南北兩端，南部的磁窯堡東側逆斷層和張家廟斷層構成礦區的西部邊界。斷裂構造控制煤層發育。

5、水文地質，區內含水層組主要劃分為孔隙潛水含水層組，裂隙、孔隙含水層組及巖溶裂隙含水層組。

1）富水性較好的含水層：為局部小型洼地及溝谷沖洪積層，如西天河流域溝谷、白芨灘山間洼地、邊溝一帶溝谷潛水等。地下水主要接受大氣降水及周圍沙丘水的補給，地下水礦化度變化較大，0.3～6.5g/l，以蒸發及徑流形式排泄，沿地形低洼處及溝谷匯入西天河。

富水性弱或極弱的含水層：主要為孔隙潛水，分布地區地形較高，寧東各井田均有分布。受地下水補給及排泄條件影響，富水性變化較大。

2）碎屑巖孔隙裂隙含水層組，由古近系、白堊系、侏羅系、三疊系、二疊系與石炭系等組成。

古近系含水層最大厚度220m左右，分布于井田北部及橫城礦區，其巖性為粉細砂巖、粘土巖與礫巖互層夾石膏。水量小水質差，多屬高礦化水。

白堊系含水層范圍較廣。清水營井田最大厚度為222.3m，巖性以砂礫巖為主。清水營井田抽水資料，單位涌水量為0.009～0.5l/s·m，泉水流量為0.1～0.32l/s，礦化度為0.35～1.21g/l。

侏羅系各組為煤系地層含水巖組，底部直羅組厚層粗粒砂巖含水層富水性較好（q=0.42～0.0036l/s·m）。煤系地層中的含水層均屬含水弱或極弱含水層，鉆孔單位涌水量為0.02414～0.000393l/s·m，礦化度為1.56～8.08g/l。

三疊系為含煤地層的下伏地層，含水層為中細粒砂巖，膠結較致密，透水性差。據碎石井田井抽水資料，單位涌水量為0.00159l/s·m，礦化度為4.34g/l。

二疊系與石炭系地層主要分布于橫城礦區，含煤地層。含水層巖性為砂巖，鉆孔單位涌水量為0.0166～0.0023l/s·m，水礦化度1.789～9.0g/l。

3）灰巖含水層組，該含水層組僅包括下古生界奧陶系灰巖為主的地層，橫城礦區有分布，馬鞍山北端黑山一帶有零星出露。具北方巖溶特點，灰巖裂隙溶洞不發育，至270m深度單位涌水量為0.0605l/s·m。

本區地表分水嶺與地下分水嶺基本一致，地下水接受降水補給后，向溝谷、洼地及地下水位低的溝谷運移，多以地表徑流排入溝谷。向西匯入黃河。

6、工程地質，礦山生產應用一般關注組成巖體的結構面和結構特征，按巖體結構類型區分為散體結構、碎裂結構、層狀結構和塊狀結構。

1）散體結構，指土質巖類、風化巖中最上部的強風化巖體，原生和次生結構面均呈無序狀，松散介質，容易引起較多的工程地質問題。

2）碎裂結構，由風化巖組成，包括現代風化層和古風化殼。巖體結構面間距一般小于0.5m，結構為大小不等、形態不同的巖塊，且呈不規則狀，飽和抗壓強度變化較大。為開采煤層覆巖的一部分，易造成頂板壓力增大和老頂初次及周期來壓步距的縮短。單軸抗壓強度小于10MPa，用鎬、鍬可挖動，受地下水影響，易出現潰砂現象。

3）層狀結構，砂巖、砂質泥巖巖組，微薄～中厚層結構，巖體分層多，厚度變化大，多構成煤層頂底板。有相對隔水層，易受地下水對巖石的軟化、崩解、離層等影響。受軟弱巖體影響，以離層或沿滑面滑脫失穩為主要表現形式。

4）塊狀結構，主要指巖體厚度較大、層理不甚發育的砂巖。分層厚度一般大于1.5m，為中厚～巨厚層狀。受地下水的影響較層狀結構巖體小，穩定性較好，是各種結構中巖體完整性和穩定性最好的。

三、環境地質問題

1、主要礦山環境地質問題

通過調查（調查方法采用了無人機遙感調查），與礦山開采相關的主要礦山環境地質問題表現為地面塌陷、地裂縫、煤矸石堆放等。礦區環境地質問題集中在采空區引起的地表塌陷，以及進一步誘發地質災害可能性。礦山開采一般持續時間較長、后期新建礦井較多，所以，其環境地質問題存在復雜性，普遍性。

根據遙感影像特征，共解譯圈定出地表沉陷區13個，面積約96.75公頃，平均每個沉陷區達7.44公頃，單區最大面積近29.6公頃。主要分布在羊腸灣礦區。根據地面塌陷的形態特征，劃分為塌陷坑、塌陷槽、裂縫、塌陷盆地類型。

塌陷坑：在開采薄基巖淺埋煤層時，地表會出現倒錐形漏斗和橢圓形塌陷坑。

塌陷槽：在開采薄基巖煤層時，會出現塌陷槽。這種塌陷槽類似于地塹，其兩側為松散層裂縫，中間下陷。下陷深度一般在十余厘米至幾米。

裂縫：裂縫是采空區地面塌陷的常見形式。塌陷裂縫一般長幾米至幾百米，寬幾厘米至幾十厘米。4、塌陷盆地：在開采薄基巖煤層時，地表常出現一種切落式塌陷盆地，其范圍一般比工作面大。在地形較平坦地區，塌陷深度一般在1-3m左右。

地裂縫（不包括沉陷型地裂縫）20條，總長度約7733.03m。最長地裂縫長度1106.5m，最短的有57.91m。最大寬度達2.1米，分布與地面沉陷區相似。

典型裂縫基本特征，主裂縫產狀地表上直立，主裂縫走向220°，主裂縫長度約200m，主裂縫寬度3.3m，主裂縫可測深度3.1m，地裂縫區面積1000m2。地表上地裂縫表現為上寬下窄，呈V形，地裂縫壁面多數粗糙不平、直立，裂面凹凸不平，裂縫中間有裂開成柱、塊狀的土體，裂縫有明顯垂直錯動跡象，錯距1.2m。地裂縫形態局部為直線形，整體呈環形。地面沉降進而引起地面變形，形成塌陷區。例如，石溝驛礦區塌陷坑總體為橢圓形，長2000m，寬500m，塌陷面積約4.14 km2，在陷坑北部邊緣，礦區居民房屋破壞程度較嚴重，房屋墻體及地面已開裂，裂縫寬2-8mm，受地面塌陷威脅的約822戶，已搬遷。

渣場和堆煤場，共解譯出60個渣場和13個堆煤場，面積達218.88公頃，最大堆煤場單體面積達67.62公頃，最小渣場面積為233.67平方米。

2、礦山環境地質問題主要危害

1）對土地資源的破壞

由于本區地表資源脆弱，土地利用類型主要為沙灘地、灌木林地和天然草地。耕地和林地所占的比例較小，所以，總體上講，煤炭開采及由此形成的地面塌陷對開采區的農田耕作和農作物生長產生不利影響。

2）對地面建（構）筑的破壞

由于地面塌陷，造成地表移動和變形，采空塌陷區內的地面建（構）筑物就時有開裂、傾斜、變形、甚至倒塌損毀的情況發生，直接危及村民的居住安全。途經采空塌陷區內的公路有開裂破壞現象。采空塌陷一方面直接破壞了地表的完整性，另一方面對含水層的破壞使地下水位下降，地表泉水干枯，局部地形低凹處的植被、樹木枯死或長勢變差，從而誘發或加劇了水土流失與土地沙化程度。

3）對地下水的影響

采空區地面塌陷引起地下水位下降，泉流量減小甚至干涸，水源地失去供水功能，地下水污染等一系列的環境水文地質問題。同時，礦坑排水對農田灌溉、村民飲用水亦造成一定影響。

4）生態效應

采煤對生態環境的影響主要包括植被生態退化（進而導致水土流失、土地荒漠化），湖淖和濕地面積萎縮，泉流量減小或干涸，河流斷流等。采煤對生態環境的影響主要是由于采煤導致地下水位下降而引起，地下水位下降并發湖淖和濕地面積萎縮，泉水干涸、河流斷流，植被生態退化;采空區地面塌陷會形成大小不等的條帶狀分布的地表裂縫，裂縫寬度10～120cm，深度2～8m之間，往往導致泉水干涸、河流斷流，同時致使土壤結構變松、含水抗蝕性降低，對植物生長產生不利影響。

區內植被以旱生植物為主，僅在泉群出露、河床及谷坡較低部位生長喜水的水生、濕生和中生植物，植被生態隨地下水位埋深呈現的分帶性明顯;煤礦資源開采溝通含水層，可導致地下水位快速下降，泉水和河流干涸，地下水位埋深較淺的河床及谷坡部位生長的喜水植物出現了干枯死亡和病態枯萎現象，而地下水位埋深較大的谷坡部位和黃土梁面上的耐旱的喬木和灌草則基本不受影響。

煤礦引起地面塌陷，或覆巖冒落等，導致地表水下滲量增加，河流流量減少或斷流，風沙灘地中的原有海子、水庫等水面面積萎縮或干枯。

另外，煤炭開采后，產生的冒落帶、裂隙帶發育到第四系含水層底部，甚至發育到地表，從而疏干第四系地下水。煤礦突水、排水使得支溝內原本通過泉或溢流形式天然排泄的地下水，轉而經過礦坑突水或人為排水進行排泄，影響和破壞了地下水的形成和賦存條件，對水資源造成較大程度的破壞。

同時，以煤矸石為主的固體廢棄物大量堆積，給礦區周邊環境帶來不良影響。在風化作用下，矸石堆表面的粉塵可通過風的搬運進入大氣，矸石中的可溶性金屬鹽可通過水的溶蝕和攜帶進入土壤和水體造成污染。

四、礦區環境地質問題綜合評價

1、評價因子選取

依據調查結果分析，確定礦山環境地質問題評價因子包括：煤層埋深、生態因子、地物地貌、地表水文等。煤層頂板埋深影響因子按影響等級可分級為<70米-冒落區，70米-115米-冒落裂隙區，115米-230米-不安全區，>230米-安全區。

環境因子影響評價指標包括定量指標和定性指標。根據寧東礦區地表地物地貌圖，提取其中的道路、村莊、耕地及林地、河流、水庫信息，以此作為綜合評判的基礎數據集（略）。

2、環境影響因子綜合評價

根據權重的設定，利用相關軟件圖層疊置分析功能，便可得到研究區煤層開采形成環境地質問題的綜合評價結果，按相關規范設區保護。

重點保護區，主要為高速公路及省道一線。高速公路與省道東西向近平行穿過研究區，周邊有村莊分布、植被指數較高、有農田分布，形成研究區煤層開采區的重點保護區域。

一般保護區，主要為村莊及清水營河周邊植被指數較高，耕地、林地分布較多的區域。

非保護區：環境影響評價因子未能覆蓋的區域和影響微弱的區域。

五、防治措施（建議）

根據寧東礦區地質環境問題發育類型與特征分析，其防治措施建議可考慮如下方面：

1、加強礦產資源開采動態管理，建立采掘圖紙交換制度，嚴格要求各礦山企業采掘圖紙必須定期到地質環境管理機構交換，隨時掌握各礦山企業動態。使礦山開采活動完全處于監督管理之下。堅決杜絕建筑、道路、水利工程設施等保護煤柱內的開采活動。

2、組織專門技術力量，查明不同時期采空區的具體分布范圍、變形情況，根據不同情況采取支護、禁采、采空區處理、建筑物保護等措施，以防止采空區塌陷地質災害。對于已發生災害的地區、建筑，建議繼續監測采空區變形情況，并做好災情預測預報工作。

3、煤炭資源的開發規劃應以“采煤保水”為原則，在保護水資源的前提下，實施煤炭資源開采;按照結論中給出的研究區煤層可開采性綜合評價分區結果進行煤炭資源開采規劃。

結語

1、研究區采煤冒落帶、導水裂隙帶安全高度分別為70米和115米。能夠保障生態、水資源和采煤安全的“三帶”安全高度為230m。

2、研究區采煤引起的環境地質問題主要為地面塌陷及其地質環境影響，主要表現在對公路、村莊、植被、河流水庫及地下水的影響。

作者簡介：

王新賀，男，1962年生人。水工環地質高級工程師。長期從事地質專業技術生產以及科研工作，先后完成水文、環境、工程地質專題項目成果報告近百項。公開發表《寧夏南部嚴重缺水地區找水經驗》，《處理高礦化、高氟水系列礦物材料的開發和應用》，《寧夏固原寨科風電場地質災害危險性調查評估及防治措施建議》等論文.合著出版《寧南地下水-寧南水資源評價與開發利用》（地質出版社2013）、《固原鹽化工基地水資源環境影響評價》、《中國北方巖溶水》（地科院巖溶所）等專著。

（作者單位：寧夏水文環境地質勘察院）