渭北嵯峨山廢棄采石礦山開發式治理探討

王 燾，雷 鵬，壽立永，妙 超

(中國建筑材料工業地質勘查中心陜西總隊，陜西 西安 710003)

嵯峨山地處關中平原北山涇陽段，南距西安市35 km，現存唐振錫寺遺跡、大唐悟空禪師之塔、唐德宗李適陵(崇陵)等名勝古跡，嵯峨山還蘊含著豐富的石灰石資源，為關中城市群的建設做出了不可磨滅的貢獻。20世紀末至21世紀初，嵯峨山礦產資源開采強度加大，頻繁的開山采石活動嚴重破壞了區內的生態環境，形成青山綠水間一道醒目的“傷疤”，且位于西安市、咸陽市的機場主航線可視范圍之內，嚴重影響了黃河流域的生態安全和西安市的國際城市形象[1-3]。2015年以來，陜西省各級政府投入了大量的人力、財力開展了一批廢棄采石礦山治理工程項目，取得了一定的成效。以往針對廢棄采石礦山開展的治理，多限于平緩場地(采場底盤、工業場地等)的覆土綠化，開采區受損的地貌景觀未得到根本的改善，廢棄采礦用地也未得到充分的復墾利用。2020年3月，陜西省財政廳、陜西省自然資源廳下發了《關于設立陜西省秦嶺礦山生態修復基金有關事項的通知》(陜財辦基金〔2020〕1號)，提出積極構建“政府主導、政策扶持、社會參與、開發式治理、市場化運作”的礦山生態修復新模式，進一步拓展了礦山生態修復的技術思路。2020年6月，涇陽縣引進社會資本，探索性地推進嵯峨山一帶廢棄采石礦山生態修復，某企業計劃開展CK1采坑和CK2采坑廢棄采坑群的生態修復，治理后開發紅色旅游項目，與臨近安吳青年訓練班紀念館形成產業集群。該設計采用臺階式整治進行地貌重建，在此基礎上因地制宜，開展土地復墾，實現對廢棄采石礦山開發式治理。同時，修復工程產生的剩余石料依照相關規定通過政府公共交易平臺拍賣，回收的資金用于礦山生態修復工程，形成“修復-利用-資金回收”的閉環廢棄采石礦山修復模式，為渭北“旱腰帶”眾多的廢棄采石礦山生態修復提供了新的思路。

1 治理區自然地理及地質環境背景

1.1 自然地理

治理區地處涇陽縣安吳鎮嵯峨山南麓，地勢北高南低，跨越基巖山地和洪積扇兩個地貌單元。該區屬暖溫帶大陸性季風氣候，四季冷暖，干濕分明，平均降水量為481.9 mm，多年平均蒸發量為1 212 mm，多年平均氣溫為16.3 ℃。區內無常年流水，屬渭河支流冶峪河中游左岸。

1.2 地質環境背景

1.2.1 地層巖性

治理區出露地層有奧陶系和第四系地層[4]，具體情況如下所述。

1)奧陶系。屬奧陶系中統馬家溝組(O2m1)，為一套海相碳酸鹽巖沉積地層，主要巖性為灰巖、白云質灰巖、灰質白云巖，局部夾泥灰巖、泥巖，總厚度大于400 m，出露于治理區北部。

2)第四系。以黃土為主，采石區周邊零星分布人工堆積物。離石黃土為黃褐色亞黏土，夾有多層棕紅色、紅褐色古土壤，厚大于20 m；馬蘭黃土為淺灰黃色、淺黃色粉土質黃土，局部夾1～2層紅色古土壤，厚3～15 m，出露于治理區南部。

1.2.2 地質構造

治理區處于渭河地塹與鄂爾多斯臺塬褶皺帶的接觸部位，口鎮一關山斷裂(F1)自其南部穿過。該斷裂西起永壽北，向東經口鎮、魯橋至閻良東北，長約75 km，走向近EW，傾向S，傾角70°～80°，為高角度張性正斷層，構成了渭河盆地的北緣。

治理區地層整體呈單斜層狀產出，傾向南西，總體產狀205°～240°∠26°～47°。巖層(體)中節理、裂隙是主要的構造行跡，三組節理特征依次為：J1：110°～146°∠63°～79°，2～8條/m；J2：10°～42°∠40°～61°，0.4～3.0條/m；J3：310°～325°∠70°～80°，0.6～5.0條/m。節理面較平直，未填充或少量泥質填充。

2）材料部門應及時組織材料成本核算，為相關部門及本工程項目數據庫及時更新數據提供保障。建立材料使用臺賬，記錄使用和節超狀況并隨時錄入倉庫管理子系統。材料管理人員應對材料使用情況進行監督并建立監督記錄，按月對材料使用情況進行盤點和物料租賃費用的結算，對存在的問題應及時匯總分析并上報項目經理部。

1.2.3 新構造運動與地震

治理區地處渭河盆地北緣，新構造運動較為強烈。區內地震基本烈度為Ⅶ度，地震動峰值加速度0.15 g，場地設計特征周期值0.45 s[5]。

1.2.4 水文地質與工程地質

區內地下水劃分為第四系松散巖類孔隙水和奧陶系碳酸鹽巖類巖溶裂隙水。地下水由降水入滲補給，孔隙水沿基巖界面匯集依地形由高向低運移，在溝谷兩側以泉排泄；巖溶裂隙水沿層面或溶隙、裂隙向下徑流，補給深層地下水。地下水的排泄方式包括蒸發、人工開采和泉水排泄等。采石區位于當地侵蝕基準面以上，自然排水通暢。區內巖土體可分為半堅硬-堅硬的碳酸鹽巖和松散巖類碎石土、風積黃土。碳酸鹽巖飽和抗壓強度為47.28～84.26 MPa，平均70.31 MPa；風積黃土具有Ⅰ級(輕微)-Ⅱ級(中等)濕陷性。

1.2.5 人類工程活動

區內人類工程活動強烈，主要為以往露天礦山開采和礦山地質環境治理活動。

2 礦山地質環境問題及土地損毀現狀

涇陽縣嵯峨山一帶廢棄采石礦區東西向延伸約3.6 km，南北寬約1.0 km，現存廢棄采坑26處。前期，涇陽縣人民政府已對廢棄工業場地、廢渣堆進行了治理，遺留未治理的露天采場破壞面積約1.11 km2。

圖1 CK1和CK2廢棄采坑群航拍影像

2.1 礦山主要地質環境問題

2.1.1 采坑邊坡崩塌隱患

CK2采坑邊坡存在一處崩塌隱患，崩塌體高51 m，寬70 m，厚5 m。崩塌體主要由薄-中厚層狀白云質灰巖、泥灰巖組成，巖層產狀214°∠27°，坡向與巖層傾向同向，節理裂隙發育。在降雨、震動等條件下，有沿層面、節理開裂并滑塌的可能性，威脅治理活動中設備和人員的安全。

2.1.2 地形地貌景觀破壞

CK1采坑和CK2采坑廢棄采坑群歷史開采強度大，總占地面積9.95×104m2，開采深度178 m，采區范圍內地形破碎、邊坡高陡、基巖裸露、植被破壞(圖2)，采礦遺跡與周邊地貌、環境極不協調。其位于嵯峨山主峰南麓，直面關中城市群，在銀榕線(G211)、京昆線(G108)、西安咸陽機場航線俯視區可視范圍，對地方經濟發展和投資環境產生了負面影響。

圖2 嵯峨山廢棄采石礦山地形地貌景觀破壞現狀

2.2 土地損毀現狀

廢棄采石礦山對土地的損毀形式為挖損，損毀采礦用地8.45 hm2、其他草地1.50 hm2，損毀程度嚴重。

3 生態修復設計

3.1 規劃布局

以往同類采石礦山采用的治理措施主要包巖質坡面噴播、廢渣(建筑垃圾)回填等。巖質坡面噴播方案受坡度影響較大，且存在退化的可能性，該方法在渭北一帶的有效性尚未得到驗證。廢渣(垃圾)回填方案受底盤寬度、堆積高度限制，坡體上部植被覆蓋率低，另一方面，大量平地用于堆填造坡，恢復的土地價值相對較低[6-9]。根據縣域規劃及企業布局，CK1采坑和CK2采坑廢棄采坑治理片區優先用于發展旅游業，治理工程對景觀、安全要求較高。本次針對CK1采坑和CK2采坑廢棄采坑群進行系統的地貌重建設計，消除地質災害隱患，在此基礎上開展土地復墾，實現廢棄地再利用。

地貌重建設計結合破損地貌和外圍原始地貌特征，通過臺階式開挖、堆填消除殘存孤丘和地形突變，美化人工地貌景觀，體現“巧雕”原則。設計將治理區北段改造為溝坡，向南依次形成五級寬大平臺，總體形成“五臺五坡”的格局。地貌重建后形成的臺階狀邊坡修復為林草地，寬大平臺用作風景名勝設施用地(圖3和圖4)。

1-廢棄采坑及編號；2-崩塌隱患；3-地貌重建范圍；4-臺階坡頂/坡底線；5-植被修復；6-平整夯實；7-斷面位置

圖4 地貌重建斷面示意圖

3.2 地貌重建

3.2.1 臺階式刷坡

針對高陡巖質邊坡區，采用臺階式刷坡進行地貌整治，在邊坡安全、景觀和諧的前提下，要求刷坡量最小。臺階參數的確定應兼顧治理難度和安全性兩方面因素。

臺階復墾植被優選刺槐、迎春花。陜西渭北一帶刺槐自然生長14～16 a可達9 m，后期生長速度變慢；進行人工干預及時除萌定株，8～10 a可成材[10]。本地迎春花株高最大5 m，一般3 a可達1.2～1.5 m[11]。按照土地復墾優勢樹種的生長習性，建議臺階高度8～10 m，6～8 a基本可實現巖質邊坡全遮擋。

臺階邊坡角參照相關技術規范和資料[12-14]，并類比周邊同類礦山確定，石灰巖臺階坡面角一般60°～65°。臺階寬度應滿足機械生產的要求，建議不小于4 m，并依地形條件設置寬大平臺，提高邊坡的安全性，同時便于后期施工。設計坡面朝向時，避免開挖產生外傾結構面，如確實無法避免，可放緩臺階坡角至結構面傾角。

根據區內巖石結構特征，CK1采坑和CK2采坑廢棄采坑群治理設計刷坡臺階高度8 m，寬度4 m，非順層坡段臺階坡度65°，順層坡段按地層傾角(33°～39°)進行刷坡。臺階式刷坡區兩側應依地形調整邊坡走向、臺階坡角、寬度，與原始地形自然相接。

3.2.2 臺階式堆填

針對邊坡高度小于50 m，且不具備外擴條件的坡段，依地形進行分臺階渣方回填，修復地貌形態。堆填段臺階應與刷坡段臺階、周邊原始地貌自然銜接，實現總體景觀的協調。堆填坡面邊坡坡率不大于1.0∶1.5。

CK1采坑和CK2采坑治理設計填方臺階高度8 m，填方邊坡坡率1∶1.5，每隔兩個4 m寬臺階，設置一個寬6 m安全臺階。堆填物為刷坡產生的廢石，分層壓實，壓實度≥90%。為防止雨水對坡面的沖刷、增強邊坡坡體穩定性，在各臺階內側坡腳修筑生態排水溝(生態袋砌筑)。

3.3 土地復墾

整治后的地貌主要分為邊坡區和平臺區兩類單元。邊坡區為臺階狀折線坡，各臺階覆土80 cm(自然沉實厚度)，外側砌筑生態袋擋墻支擋，植刺槐、側柏，撒播草籽，復墾為有林地；坡腳栽植爬山虎、扶芳藤，坡口生態袋擋墻栽植迎春花。短期復綠效果要求較高的地段，建議對臺階邊坡進行植生混凝土噴播。治理后形成的五級寬大平臺按照當地土地利用總體規劃、項目總體規劃，復墾為耕地、園地、風景名勝設施用地等，實現開發式治理。

CK1采坑和CK2采坑廢棄采坑群治理形成的平地(平臺區)面積9.23×104m2，按照縣域規劃，復墾為風景名勝設施用地，用于后期旅游開發。

3.4 監測和管護

設計對治理后的高陡邊坡開展地表位移監測、地形地貌景觀監測，對復墾后的林、草地進行為期5 a 的管護。項目區東南距馮村水庫約10 km。馮村水庫有效庫容1 125×104m3，是一座以城市供水和農業灌溉為主，兼顧防汛的中型水庫，可以作為本項目管護期灌溉水源。

4 工程投資和資金回收

CK1采坑和CK2采坑廢棄采坑群治理工程投資額約8 700萬元，全部為社會資本投入。資金回收渠道主要包括剩余石料的銷售收益和新增風景名勝設施用地收益。地貌整治產生的剩余石料約80×104m3，合計216×104t(密度按2.7 t/m3)。《關于探索利用市場化方式推進礦山生態修復的意見》(自然資規〔2019〕6號)指出“對地方政府組織實施的歷史遺留露天開采類礦山的修復，因削坡減荷、消除地質災害隱患等修復工程新產生的土石料及原地遺留的土石料，可以無償用于本修復工程；確有剩余的，可對外進行銷售，由縣級人民政府納入公共資源交易平臺，銷售收益全部用于本地區生態修復，涉及社會投資主體承擔修復工程的，應保障其合理收益”。剩余石料由縣級人民政府納入公共資源交易平臺，潛在經濟價值約為人民幣6 480萬元(出售收益按30元/t計算)[15]。土地復墾新增風景名勝設施用地9.23 hm2，可用于后續旅游產業開發，潛在經濟價值預計2 769萬元。兩項主要收益合計9 249萬元，沖抵治理投資后，尚有約549萬元盈余。

5 結 語

本文生態修復工程對象CK1采坑和CK2采坑廢棄采坑群占地面積9.95×104m2，礦山主要地質環境問題包括：廢棄采坑高陡邊坡存在的崩塌地質災害隱患；采石礦區地形地貌景觀破壞嚴重，與周邊環境極不協調，且位于“三區兩線”可視范圍內；歷史開采對土地挖損損毀嚴重，造成土地廢棄。結合以往治理工程措施所存在的不足，為達到根治劣質地貌景觀，實現開發式治理目的，設計結合破損地貌和外圍原始地貌特征，通過臺階式挖、填方進行地貌重建，按照規劃利用方向復墾風景名勝設施用地、耕地或園地，實現開發式治理。剩余石料銷售、新增風景名勝設施用地收益再用于當地生態修復，形成“修復-利用-資金回收”閉環的廢棄采石礦山修復模式。該工程是對“十九大”精神的深入貫徹，是踐行“綠水青山就是金山銀山”的重要舉措，將帶動區域生態修復事業發展，改善周邊農村人居環境，促進當地旅游業向好發展，工程效益顯著。但系統地貌景觀重建會對采坑外圍造成一定程度的二次破壞，且治理工程實施過程中存在以生態修復名義開采資源的可能，對于監管的要求較高。然而，所謂“不破不立”，如果對廢棄采石礦山的治理限于既成破損地形，又何談對地形地貌景觀破壞的治理。這是目前廢棄采石礦山生態修復中值得思考的宏觀問題。建議自然資源主管部門完善配套的監管機制，推動渭北一帶廢棄采石礦區生態修復事業。