靈丘縣國營露天砂金礦礦山地質(zhì)環(huán)境問題及治理對策

李 超，樊子玉

(河南省地礦局 第二地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 鄭州 450001)

靈丘縣國營金礦位于山西省靈丘縣武陵鎮(zhèn)北部山區(qū)料眼村，開采礦種為砂金，露天開采。礦井生產(chǎn)規(guī)模4.80萬m3/a，面積為6.231 5 km2，開采深度為1 100～1 158 m，長達(dá)50余年的開采，帶來了一系列地質(zhì)環(huán)境問題[1]，企業(yè)與農(nóng)民糾紛時有發(fā)生，環(huán)境治理迫在眉睫。本文以靈丘縣地方國營金礦為研究對象，開展礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查，探討礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理的相關(guān)工程對策，以期為露天砂金礦山恢復(fù)治理工作提供參考。

1 自然地理

礦區(qū)屬溫帶大陸性氣候，四季分明，冬長夏短；年降水量大部集中在7—9月，占全年的 67.6%；年平均降水量為 433.3 mm，最大日降水量為 80.9 mm，小時最大降水量 38.3 mm，最大10 min降水量 15.8 mm；礦區(qū)內(nèi)河流屬海河流域大清河水系唐河一級支流，細(xì)分為澤水河和陳家?guī)X河2個季節(jié)性河流，常年干涸無水，只有雨季匯集雨水，向下游流出礦區(qū)；地貌屬侵蝕低中山區(qū)，有較明顯的山岳多層地形，地勢總體西北高東南低，切割強(qiáng)烈，溝谷發(fā)育，樹枝狀及羽毛狀支溝呈V形，主溝呈U形，溝谷內(nèi)有沖洪積砂礫石及以往開采形成的尾礦砂堆積，溝谷平時為干溝，雨季時形成徑流；屬溫帶森林草原亞地帶，主要發(fā)育有森林、草甸、草灌草原、草原和農(nóng)田等，植被發(fā)育，林草覆蓋度達(dá) 60%；土壤類型主要為黃土質(zhì)淡栗鈣土。

2 地質(zhì)環(huán)境

2.1 礦區(qū)地質(zhì)特征

礦區(qū)位于山西臺隆與燕山褶皺帶交界線附近，斷裂構(gòu)造不發(fā)育，地層表現(xiàn)為1組單斜構(gòu)造[2]。主要出露有上太古界五臺群金崗庫組黑云斜長片麻巖、黑云變粒巖夾磁鐵石英巖，莊旺組黑云變粒巖夾少量斜長角閃巖、淺粒巖、石英巖，新生界第四系下更新統(tǒng)半膠結(jié)砂礫層、中更新統(tǒng)砂礫層和紅色土，上更新統(tǒng)黃土及全新統(tǒng)砂礫層夾砂土、黃土和砂層。出露巖漿巖為呂梁期輝綠巖，走向北西—南東向，較陡立。

2.2 礦體特征

礦區(qū)共圈定金礦體19條(表1)，均分布于溝谷及其階地上的砂礫層中，細(xì)碎屑物中含金很少，含巨礫多的砂礫層含金較富。金富集程度雖差別很大，但總體品位變化有一定的遞變特征，砂金常呈線狀富集于谷底侵蝕最深的槽谷附近[2-4]。金的粒度有從上游向下游逐漸變小的趨勢；金的形態(tài)多呈不規(guī)則塊狀、條狀、粒狀、片狀、樹枝狀等，偶見完好的八面體晶形。

表1 礦體特征Tab.1 Characteristics of the mineral body

2.3 水文和工程地質(zhì)特征

礦區(qū)水文地質(zhì)可分為2類：①松散巖類孔隙水含水巖組；②變質(zhì)巖類裂隙含水巖組。前者主要分布于澤水溝、陳家?guī)X溝內(nèi)和近河邊階地上，松散層由沖洪積作用堆積的砂礫石、礫卵石、塊石、粗砂和細(xì)砂等組成，堆積厚度1～13 m，涌水量 0～2 L/s；后者廣泛分布于全礦區(qū)，主要為太古界五臺群莊旺組黑云斜長片麻巖、黑云變粒巖，近地表風(fēng)化裂隙較發(fā)育，強(qiáng)風(fēng)化裂隙發(fā)育深度為5～10 m，地下水賦存于風(fēng)化和巖石裂隙中，地下水位一般隨地形而起伏變化，地勢較高處水位埋藏較深，地勢較低處水位埋藏較淺，溝谷切割深處見泉水出露，流量為 0.003～0.150 L/s，屬弱富水含水層。含水層地下水主要接受地表大氣降水入滲和上游巖石裂隙地下水補(bǔ)給，沿溝谷或地表向下游徑流排泄；礦床充水水源主要有大氣降水、地表水、地下水；無地表積水，只在暴雨后會出現(xiàn)短暫地表徑流。礦體位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以上，地形有利于自然排水，松散層含水性較弱，地下水補(bǔ)給條件差，水文地質(zhì)條件簡單。

礦體分布于河床砂礫層中，結(jié)構(gòu)疏散，礦體主要為松散軟弱巖層，砂礫層厚度一般小于20 m，沉積物最厚達(dá)30 m，開采邊坡易發(fā)生滑移，溝谷暴雨后會出現(xiàn)短暫地表徑流，工程地質(zhì)條件復(fù)雜。

2.4 人類工程活動

礦山目前處于停產(chǎn)中，但礦山已修建了工業(yè)場地、辦公生活區(qū)、礦山道路和以往開采形成CK1、CK2兩個露天采坑等破壞了原有的地形地貌；河床內(nèi)堆放的尾礦砂形成泥石流的潛在物源；農(nóng)民耕種和放牧也影響了植被的發(fā)育。總體人類工程活動“一般”，對地質(zhì)環(huán)境的影響小，破壞小。

3 地質(zhì)環(huán)境問題

3.1 地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀

礦區(qū)自20世紀(jì)60年代開始采礦，2007年停產(chǎn)，前期采礦形成的采坑大部分已回填，僅在礦區(qū)北部存在2個采坑(CK1、CK2)未回填，少量尾礦砂石堆積于河谷中河道及兩側(cè)，礦區(qū)基本保持原貌。

(1)崩塌和滑坡。區(qū)內(nèi)發(fā)育2個露頭采坑和3個邊坡，具有一定的崩塌和滑坡安全隱患。①露天采坑：CK1和CK2 露天采坑均位于礦區(qū)北部河床內(nèi)，呈長條狀，為以往開采砂金礦所形成。巖性為現(xiàn)代溝谷及階地沖積洪積層，以砂礫層含巨礫砂礫層為主，夾有砂土黃土及砂層透鏡體。前者平均深度10 m，長約 450 m，寬約 85 m，占地面積4.640 4 hm2；后者平均深度15 m，長約430 m，寬約70 m，占地面積2.935 2 hm2；坑內(nèi)局部地段存在45°～65°的邊坡；現(xiàn)狀條件下未發(fā)現(xiàn)崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害及其他的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象，但存在崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害隱患[5-6]，地質(zhì)災(zāi)害影響程度為“較輕”。②邊坡：BP1位于工業(yè)場地西部緊靠山體，存在人工切坡，長約300 m，呈直線狀，坡面傾向東，邊坡高10 m，坡角50°；BP2位于堆料場，長約150 m，呈折線狀，高度10 m，坡角為55°；BP3位于辦公生活區(qū)北部，存在人工切坡，長約15 m，呈直線狀，坡面傾向南，邊坡高3～5 m，坡角35°。邊坡巖性為上部為厚10～20 cm的第四系松散層，下部為黑云母變粒巖和斜長角閃巖。邊坡巖石較為完整，現(xiàn)狀條件下較穩(wěn)定，未發(fā)生崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，但局部裂隙發(fā)育，巖體較破碎，存在危巖體，存在崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害隱患[7]，地質(zhì)災(zāi)害影響程度為“較輕”。

此外，礦山道路和廢棄場地兩側(cè)不存在邊坡，地勢平緩，山坡總體坡角為35°～45°，植被發(fā)育，現(xiàn)狀未發(fā)生崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，地質(zhì)災(zāi)害影響程度為“較輕”(圖1(a))。

圖1 地質(zhì)災(zāi)害和地形地貌景觀現(xiàn)狀評估Fig.1 Assessment assessment of geological disaster and topographic landscape

(2)泥石流。區(qū)內(nèi)溝谷較發(fā)育，涉及到采礦活動的為澤水溝和陳家?guī)X溝。前者溝谷走向近東西，溝谷橫斷面呈U形，溝谷長約1 800 m，縱坡降 182‰，上游較窄，下游開闊，匯水面積 2.1 km2，兩側(cè)坡角 25°～45°，溝谷邊坡基巖為上太古界五臺群莊旺組黑云變粒巖夾斜長角閃巖，溝底礫石成分以灰?guī)r為主，無松散堆積物，植被覆蓋率約 60%；后者溝谷走向近南北，主溝橫斷面呈U形，支溝呈樹枝狀及羽毛狀分布呈V形，溝谷長約 6 000 m，縱坡降 240‰，上游較窄，中下游較開闊，匯水面積 10.5 km2，兩側(cè)坡角25°～55°，溝谷邊坡基巖為上太古界五臺超群石咀群金崗庫組斜長角閃巖，溝底礫石以各種片麻巖為主，其次為各種巖漿巖及石英塊、石英砂巖、灰?guī)r等，植被覆蓋率約 60%，溝谷內(nèi)有少量以往采礦形成堆積物，溝谷內(nèi)兩側(cè)邊坡巖性為黑云母變粒巖、斜長角閃巖和黃土。總之，2個溝谷無常年流水，僅在雨后有短暫洪流，歷史上未發(fā)生過泥石流地質(zhì)災(zāi)害，危險性小，危害程度為“較輕”，影響程度為“較輕”。

3.2 含水層破壞現(xiàn)狀

區(qū)內(nèi)基巖淺部風(fēng)化裂隙水地下水位一般隨地形而起伏變化，地勢較高處水位埋藏較深，地勢較低處水位埋藏較淺，補(bǔ)給條件差，富水性弱；第四系松散巖類孔隙含水層地下水主要接受地表大氣降水入滲和上游巖石裂隙地下水補(bǔ)給，無穩(wěn)定的水位標(biāo)高，富水性弱。2 個露天采坑最低標(biāo)高遠(yuǎn)高于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面標(biāo)高[8]，無涌水現(xiàn)象，未揭露地下含水層，未對含水層造成破壞，礦山開采只是對地層造成了破壞，改變了地表降水對裂隙水的補(bǔ)給入滲條件，不會引起裂隙水水位下降、含水層疏干和破壞，對居民生活用水無影響，對含水層影響程度為“較輕”。

3.3 地形地貌景觀破壞現(xiàn)狀

評估區(qū)不屬于各類自然保護(hù)區(qū)，不在主要干道的可視范圍之內(nèi)，采礦活動對地形地貌景觀的影響主要表現(xiàn)為以往露天采坑、工業(yè)場地、堆料場、辦公生活區(qū)、礦山道路及廢棄場地破壞了原生的地形地貌(圖1(b))，改變了山體形態(tài)[9-10]。

露天采坑 CK1 和 CK2直接破壞了原生地形地貌景觀，改變了地面標(biāo)高，對原生的地形地貌景觀破壞程度較大，破壞面積7.575 6 hm2；廢棄場地為以往礦山開采所建廠房及臨時工棚，場地依地勢修建，進(jìn)行了簡單的整平工程，場地的修建改變了原始地貌，對地表植被破壞殆盡，面積 19.150 4 hm2；影響程度為“嚴(yán)重”。工業(yè)場地和辦公生活區(qū)的地基清理和修建形成的人工切坡，破壞了原生地貌景觀，破壞面積 3.167 6 hm2；堆料場依山勢修建，部分地段形成人工切坡，并進(jìn)行了整平，改變了原有的地形地貌景觀，占地面積0.936 1 hm2；礦山修建道進(jìn)行了少量挖方及整平，破壞了地表植被，改變了原有的地形地貌景觀，占地面積 4.324 9 hm2；影響程度為“較嚴(yán)重”。其他區(qū)域沒有進(jìn)行地表建筑工程的相關(guān)活動，面積為590.854 hm2，對地形地貌景觀影響程度為“較輕”。

3.4 損毀土地現(xiàn)狀

區(qū)內(nèi)已損毀土地面積 23.634 6 hm2，損毀土地類型為其他草地、裸地、內(nèi)陸灘涂和采礦用地(表2)。

表2 已損毀土地分類Tab.2 Classification of damaged land hm2

(1)壓占損毀土地。主要包括堆料場、辦公生活區(qū)、工業(yè)場地、已有礦山道路及廢棄場地3，損毀土地面積 16.059 hm2，大部分損毀土地類型為其他草地、內(nèi)陸灘涂和裸地，僅廢棄場地3損毀土地類型為采礦用地，壓占損毀程度均為“重度”[11]。

(2)挖損損毀土地。主要為2處露天采坑CK1和CK2，位于礦區(qū)北部河床內(nèi)，損毀土地類型為內(nèi)陸灘涂，損毀程度均為“重度”。

3.5 環(huán)境污染與生態(tài)破壞現(xiàn)狀

(1)環(huán)境污染現(xiàn)狀。區(qū)內(nèi)TSP日均濃度為 0.144～0.334 mg/m3、PM10日均濃度0.088～0.241 mg/m3，均有一定程度的超標(biāo)，但污染不嚴(yán)重，滿足二級標(biāo)準(zhǔn)[12]；礦山和礦區(qū)處于停產(chǎn)期，無生產(chǎn)廢水和生活廢水產(chǎn)生；固體廢棄物主要為以往采礦廢石和少量生活垃圾；噪聲源包括采區(qū)挖掘機(jī)、破碎設(shè)備以及運輸車輛等設(shè)備產(chǎn)生噪聲。

(2)生態(tài)破壞現(xiàn)狀。以往開采形成 CK1 和 CK2 兩處露天采坑，破壞了河漫灘草甸；堆料場破壞了草叢、河漫灘草甸等；工業(yè)場地破壞了草叢、河漫灘草甸等；辦公生活區(qū)破壞了草叢；現(xiàn)有道路破壞了草叢、 河漫灘草甸等；3處廢棄場地現(xiàn)已拆除，地表無建筑物及人員居住，破壞了其他植被。

4 恢復(fù)治理工程

4.1 地質(zhì)災(zāi)害治理

2個露天采場開采階段高度為 5 m，開采深度為45 m，形成9個終了平臺，最終邊坡角 30°，終了邊坡發(fā)生崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害可能性大，危害對象為平臺生產(chǎn)機(jī)械若干臺，預(yù)計受威脅直接經(jīng)濟(jì)損失約 200萬元；3個人工切坡邊坡，降低邊坡角25°～30°，風(fēng)化作用和雨水沖刷等多種因素影響下可能導(dǎo)致邊坡上面的松散土石在重力的作用下向下崩落，從而引起崩塌或滑坡地質(zhì)災(zāi)害，威脅對象為礦山工作人員，可能造成的經(jīng)濟(jì)損失小于 50萬元。

4.2 地形地貌景觀影響和破壞治理

用露天開采的廢渣對采坑進(jìn)行填埋并壓實，填埋后清理恢復(fù)為內(nèi)陸灘涂；礦山閉坑后堆料場清理，覆土，恢復(fù)植被；礦山閉坑后工業(yè)場地、辦公生活區(qū)建筑物拆除、清理，覆土，恢復(fù)植被；礦山道路恢復(fù)為鄉(xiāng)村道路，占用地類為內(nèi)陸灘涂和裸地的礦山道路兩側(cè)不進(jìn)行復(fù)墾，占用地類為其他草地的礦山道路在道路兩側(cè)植樹；礦山閉坑后，取土場覆土，恢復(fù)植被。

4.3 土地復(fù)墾

覆土工程主要針對工業(yè)場地、辦公生活區(qū)、礦山公路、以往露天采坑、廢棄場地等，覆土土源首先來自于表土堆場，如剝離土量不夠則需另設(shè)取土場。按照復(fù)墾標(biāo)準(zhǔn)[13-15]，旱地覆土 0.8 m、灌木林地覆土厚度 0.4 m、有林地覆土厚度 0.6 m，需土量總計 14.37萬 m3(表3、表4)。

表3 復(fù)墾工程土方平衡分析(需土分析)Tab.3 Earthwork balance analysis of reclamationengineering (soil demand analysis)

表4 復(fù)墾工程土方平衡分析(供土分析)Tab.4 Earthwork balance analysis of reclamationengineering (Soil supply analysis)

5 結(jié)論

(1)靈丘縣國營金礦地質(zhì)災(zāi)害主要以崩塌和滑坡為主；露天采坑和廢棄場地對地形地貌景觀破壞嚴(yán)重；工業(yè)場地、辦公生活區(qū)、堆料場和礦山道路對地形地貌景觀破壞較嚴(yán)重；堆料場、辦公生活區(qū)、工業(yè)場地、已有礦山道路及廢棄場壓占損毀土地重度；露天采坑CK1和CK2挖損損毀土地重度。

(2)露天采場消減邊坡角，形成終了平臺；采坑填埋、堆料場清理，工業(yè)場地、辦公生活區(qū)建筑物拆除，覆土，恢復(fù)植被；礦山道路恢復(fù)為鄉(xiāng)村道路，道路兩側(cè)植樹等治理措施能恢復(fù)治理礦區(qū)環(huán)境問題，提高土地資源利用率，改善人居生態(tài)環(huán)境，保障人民群眾生命財產(chǎn)安全。