秦 沛

（北京市地質工程設計研究院，北京密云 101500)

1 礦山地質環(huán)境

1.1 現(xiàn)狀

北京礦產資源開采歷史悠久，遺留問題較為突出。2004年至2012年，累計關閉固體礦山808家。自2003年起開展廢棄礦山地質環(huán)境治理，效果顯著。但礦山廢水(渣)、崩塌、采空塌陷、占用、損壞土地資源及地形地貌景觀破壞等，對環(huán)境影響仍然較大。

1443(含在生產34)處礦山中，已經治理407處；改建成道路、公園、房屋、池塘等綜合利用289處；可以自然恢復121處；未治理且存在礦山地質環(huán)境問題538處；局部治理、待進一步治理88處。

（1）已治理的礦山

共治理礦山4511.68ha。其中：實施礦山地質環(huán)境治理項目58個；21家礦山企業(yè)編制了《礦山地質環(huán)境保護與治理恢復方案》并實施保護與治理工程。

（2）已綜合利用的礦山

部分關閉廢棄的礦山根據當?shù)爻擎?zhèn)發(fā)展規(guī)劃已經進行了綜合利用，主要是砂石坑及磚瓦用粘土礦礦區(qū)修建或改造成道路、公園、廠房、魚塘、大棚菜種植等，廢棄礦山經過平整后增加了農林業(yè)或工業(yè)用地，使廢棄礦山的土地得到了有效利用，給當?shù)貛磔^好的經濟效益和社會效益。

（3）可自然恢復的礦山情況

部分粘土礦、建筑用砂、金礦在現(xiàn)階段可自然恢復。面積共計439.50ha。

（4）待治理的礦山情況

經統(tǒng)計，共有13351.41ha需要治理。其中538處礦山未進行過治理；88處礦山局部治理，尚需進一步治理。

1.2 礦山地質環(huán)境特點

北京市礦山地質環(huán)境問題具有：類型齊全、破壞面廣、分區(qū)明顯的特點。

（1）類型齊全：包括地形地貌破壞，采空塌陷、地裂縫、崩塌、滑坡、泥石流等地質災害，廢渣石、煤矸石等壓占土地；水土污染等均有不同程度的發(fā)育；

（2）破壞面廣：北京市礦種齊全，分布廣泛。京西的煤礦以及密懷平的鐵礦、金礦的大量開采，造成山區(qū)礦山地質環(huán)境破壞，平原區(qū)廣泛分布的優(yōu)質砂礫石資源，在帶來大量的經濟利益的同時，也使地質環(huán)境不可避免的遭受破壞，造成破壞耕地、揚沙揚塵等；

（3）分區(qū)明顯：北京市礦種分布比較集中，由此造成的地質環(huán)境問題也相對集中，形成不同地質環(huán)境問題分區(qū)。

①山區(qū)主要有密云鐵礦，房山、門頭溝的煤礦，平谷、懷柔及昌平的貴金屬及各類石灰?guī)r。主要有崩塌、泥石流、滑坡、采空塌陷、地裂縫、煤矸石壓占土地、地形地貌破壞等。

②平原區(qū)建筑用砂、磚瓦用粘土等，砂石料主要分布于潮白河、清水河、南獨樂河、泃河、永定河等河道附近。粘土礦主要分布于各區(qū)縣山前平原區(qū)地帶。主要問題有占用破壞土地，破壞植被，甚至改變本區(qū)的地形地貌及土地結構，采場未及時恢復，使土肥能力降低，長期裸露使土地沙化等。

1.3 礦山地質環(huán)境問題

主要有：地形地貌景觀的破壞、壓占破壞土地資源、礦山地質災害及隱患、環(huán)境污染、地下含水層破壞等。

（1）礦山地質災害

北京市礦山地災及隱患共139處，其中崩塌73處、滑坡4處、采空塌陷39處、地裂縫8處、潛在泥石流溝15處。主要分布在房山、門頭溝、延慶、平谷、順義、懷柔和密云等區(qū)縣。見圖1、圖2。

圖1 采空塌陷區(qū)房屋變形

圖2 溝谷內的大量廢渣

（2）地形地貌景觀破壞及占用損壞土地資源。

由于礦山開采方式多為露天開采，由此造成了對地形地貌的改變、地貌景觀的破壞、占用損壞土地資源。主要表現(xiàn)為礦山采場、固體廢棄物、尾礦壓占土地資源。見圖3、圖4。

圖3 鐵礦開采對地形地貌的影響

圖4 煤矸石堆積占用土地

目前全市因采礦占用破壞仍需治理的土地總面積為13351.41ha。按照2011年劃分的地類統(tǒng)計,破壞的主要土地地類是采礦用地、灌木林地及其他草地。

（3）礦山廢水、廢渣對環(huán)境的影響

①廢水：礦山廢水主要是指在生產礦山企業(yè)的礦坑水、選礦廢水及生活污水，主要為煤礦和鐵礦。近幾年，礦山企業(yè)加大了對廢水的循環(huán)利用，均建有污水處理系統(tǒng)，生產及生活廢水基本不會對礦山地質環(huán)境造成危害。

②廢渣：礦山廢渣分為廢石（土）、尾礦、煤矸石3類，廢石（土）分布零散，各區(qū)縣均有分布，尾礦主要分布在密云鐵礦區(qū)，煤矸石主要分布在房山及門頭溝煤礦區(qū)。廢渣排放去向主要堆積在山谷坡地上不僅占用破壞土地、為泥石流提供物源，而且污染水土環(huán)境和污染大氣等。目前，關閉廢棄礦山遺留廢渣石415萬m3，煤矸石1107萬m3，合計1522萬m3。

③水土環(huán)境：在白馬關河、牤牛河流域和潮河流域地表水均達到了地表水二類標準及以上。其他Ca、SO42-、HCO3-水樣中含量相對較高。

經分析測試，約80%的樣品中重金屬含量均接近于北京市土壤背景值。但部分地區(qū)土壤重金屬超標嚴重,個別點Cd、Pb、As最高超出背景值數(shù)百倍,Hg最高超出背景值達千倍。

金屬(尤其是金)礦區(qū)是重金屬富集的主要來源。初步分析，As、Pb、Cu等重金屬元素與金伴生，Hg元素超標主要是使用混汞提金法和氰化物噴淋法采選工藝，造成金礦尾砂及周邊土壤中汞的嚴重富集。

（4）對地下含水層的影響

主要是煤礦深部及部分鐵礦地下開采改變了含水層原有的補、徑、排條件，致使水位下降，局部由承壓轉為無壓，形成大面積的下降漏斗區(qū)。

老窯、小窯煤礦開采層較淺且部分疏干的含水層通過大氣降水、廢棄巷道積水及其他通過相互貫通的水力通道補給，部分采空區(qū)及部分含水層已經充水，地下水位有一定的回升。據探測，門頭溝龍泉鎮(zhèn)地區(qū)的歷史小窯開采深度均在50m以下，目前已充水處于穩(wěn)定。

2 礦山地質環(huán)境評價

2.1 評價原則及評價方法的選擇

（1）評價原則

①統(tǒng)籌兼顧：以開發(fā)所引起的礦山地質環(huán)境問題和治理情況為主兼顧礦山的自然地理位置、地形地貌及水工地質等地質環(huán)境背景條件。

②綜合分析：分析各種因素，綜合考慮不同的礦種、不同的開采方式所引發(fā)的環(huán)境地質問題不同它們之間的聯(lián)系。

③以人為本：綜合評估中，要著重考慮對生命財產安全和人居環(huán)境造成嚴重威脅的地質災害等不利因素及能改善人居環(huán)境的積極因素要。

④結合實際：按照《全國礦山地質環(huán)境調查技術要求實施細則（試用稿）》,“以采礦對礦山地質環(huán)境造成的影響為主”，結合北京實際：97.6%礦山已經閉坑；50%的礦山已經治理或可自然恢復。因此，從評估因子、指標權重、評估分級等方面充分考慮上述情況。

（2）評價指標選取方法

依上述原則選取評價指標：一是從引起礦山地質環(huán)境問題的原因方面選取指標，即成因指標；二是從礦產開發(fā)所引起的礦山地質環(huán)境問題方面選取指標，即結果表現(xiàn)指標。

（3）數(shù)據處理方法

ArcGIS 具有強大的空間信息處理、分析、存貯和管理功能，在ArcGIS支持下可以實現(xiàn)礦山地質環(huán)境的空間評估。因此,應用ArcGIS進行數(shù)據處理。

（4）評價指標量化分級方法

按照一定的標準分級，消除指標間量綱不同的影響。把地形地貌、巖土體工程地質條件、采礦方式和危害與損失等4個指標劃分為3個等級。依據采礦破壞影響對象的性質及重要程度、采空區(qū)面積的大小、占用破壞土地面積的多少、所產生災害數(shù)量的多少、災害規(guī)模及礦山未治理面積，分別將破壞影響對象、采空區(qū)面積、占用破壞土地面積、災害數(shù)量、災害規(guī)模、危害與損失和治理情況等6個指標劃分為4個等級，以表明采礦所帶來的不同數(shù)量、規(guī)模、危害程度的地質災害，對地質環(huán)境的不同影響以及不同的治理面積對改善地質環(huán)境的不同效果。

（5）評估指標權重確定方法

評估指標權重通過層次分析法確定。計算出各要素的權重，并進行一致性檢驗，當CR（隨機一致性比率）＜0.1時，判斷矩陣具有滿意的一致性，否則就需要調整，直到達到滿意的一致性為止。

（6）礦山地質環(huán)境指數(shù)計算方法

礦山地質環(huán)境綜合評估需要將成因指標和結果表現(xiàn)指標，通過一定的數(shù)學模型加以計算，得到一系列連續(xù)數(shù)值，以此數(shù)值來反映地質環(huán)境狀況。地質環(huán)境質量與數(shù)值大小呈反相關，即數(shù)值越大，地質環(huán)境質量越差。本次采用綜合指數(shù)法建立評估數(shù)學模型，公式如下：

式中，GEI為地質環(huán)境指數(shù)，數(shù)值由小到大表示地質環(huán)境質量由好至差；wi為評估指標權重；GEI為評估指標等級；n為評估指標個數(shù)。

（7）礦山地質環(huán)境分級方法

上述公式計算得到的GEI是一系列連續(xù)數(shù)值，在ArcGIS軟件支持下，使用“natural breaks”（自然斷點法）將GEI分成3級，分別代表礦山地質環(huán)境影響嚴重區(qū)(Ⅰ）、較嚴重區(qū)(Ⅱ）和輕微區(qū)(Ⅲ)。

2.2 評價結果

（1）評價指標的確定

評估指標選取的方法，首先從成因方面選取指標，包括自然成因因子和人為成因因子。地形地貌和巖土體工程地質條件是礦山地質環(huán)境問題產生的重要自然因子；采礦方式有井下開采、露天開采及井下和露天聯(lián)合開采3種方式，不同的采礦方式引起的地質環(huán)境問題的數(shù)量、規(guī)模、表現(xiàn)方式不同；礦山地質環(huán)境治理情況表明當前情況下，用于改善礦山地質環(huán)境所投入的治理資金的大小，反映了政府對礦山治理的力度。其次從采礦對礦山地質環(huán)境造成的不良后果即結果表現(xiàn)方面選取指標。破壞影響對象、采空區(qū)面積、占用破壞土地面積、災害數(shù)量、災害規(guī)模、危害與損失這些指標表明了采礦對地質環(huán)境影響破壞的狀況和程度（圖5）。

（2）量化分級

采用上述方法，在ArcGIS支持下，將上面確定的10個指標進行處理，依據上面確定的量化分級方法，將各指標量化分級。

圖5 礦山地質環(huán)境評估指標

在ArcGIS中，將上述量化分級結果以空間圖的形式表現(xiàn)出來，得到單個評估指標分布(分區(qū))圖。

（3）評估指標權重

采用上面確定的層次分析法，首先構造兩兩比較的判斷矩陣。然后計算各指標權重，最后，檢驗判斷矩陣的隨機一致性，計算結果為：CR =0.06<0.1，表明判斷矩陣具有滿意的一致性，不需重新調整。

（4）礦山地質環(huán)境指數(shù)計算結果

計算得到 ，并生成GEI數(shù)值柱狀分布圖（圖6）?？梢钥闯觯珿EI數(shù)值呈偏態(tài)分布，表明礦山地質環(huán)境影響輕微區(qū)面積相對較小。計算所得GEI是一系列連續(xù)的數(shù)值，介于0.7～2.8之間，斷點分別位于1.1和1.6處，據此，在AcrGIS中使用自然斷點法，將GEI分成3類，分別為礦山地質環(huán)境影響嚴重區(qū)(Ⅰ)、影響較嚴重區(qū)(Ⅱ)和影響輕微區(qū)(Ⅲ)。評估分區(qū)標準見表1。

圖6 GEI數(shù)值柱狀分布圖

表1 礦山地質環(huán)境綜合評估分區(qū)標準

根據ArcGIS中生成的評價分區(qū)圖，北京市礦山地質環(huán)境影響嚴重區(qū)79.05km2，主要分布在門頭溝、房山、懷柔和密云等地區(qū)；較嚴重區(qū)64.58 km2，主要分布在房山、昌平、平谷、懷柔和密云等地區(qū)，順義有少量分布；輕微區(qū)12.08 km2，主要分布在房山、懷柔和延慶等地區(qū)，平谷有少量分布（見圖7）。

圖7 北京市礦山地質環(huán)境影響評價圖

3 結論

通過調查，詳細查明了北京市礦山地質環(huán)境現(xiàn)狀及對生態(tài)環(huán)境的影響。為合理開發(fā)礦產資源、保護礦山地質環(huán)境、恢復礦山生態(tài)，提供了基礎資料；為加強礦山地質環(huán)境的監(jiān)管、加快礦山地質環(huán)境恢復治理、實施礦山地質環(huán)境監(jiān)測，提供了基礎資料和科學依據。同時表明：礦山(主要是關閉礦山)地質環(huán)境歷史遺留問題較突出，缺乏對礦山地質環(huán)境的全面監(jiān)測，治理工作仍需加強。

（1）關閉(廢棄)礦山地質環(huán)境歷史遺留問題較突出

廢棄礦山占礦山總數(shù)的97.6%，廢棄礦山中94.6%礦山仍未治理；礦山地質環(huán)境問題類型齊全、破壞面廣，既有關閉廢棄礦山采空塌陷等地質災害、地形地貌破壞、廢渣(煤矸石)等壓占土地。又有水土污染、大氣污染等；全市因采礦占用破壞仍需治理的土地總面積為13351.41ha，其中廢棄礦山11531.81ha，占86.4%。在生產礦山1819.6ha，占13.6%。廢棄礦區(qū)及溝谷內有廢渣石約425萬m3，煤矸石約1111萬m3；各礦山廢水、淋濾水和礦區(qū)內水樣品測試中未有發(fā)現(xiàn)明顯的水質污染，但金礦礦山的土壤樣品測試中存在明顯的重金屬污染，局部達到重度污染程度；廢棄礦山分布范圍廣，治理任務依然艱巨。分布在道路、湖泊、風景名勝區(qū)的建材類固體礦山因治理措施復雜、治理費用較高，成為治理工作的重點和難點。

（2）礦山地質環(huán)境問題總體影響范圍較小，但嚴重區(qū)、較嚴重區(qū)比例較高。

采用地質環(huán)境指數(shù)法進行評估，利用ArcGIS軟件，使用“natural breaks”（自然斷點法）分級，對礦山地質環(huán)境問題進行綜合評價。

將礦山地質環(huán)境影響區(qū)分為3個區(qū)：礦山地質環(huán)境影響嚴重區(qū)(Ⅰ)7個、影響較嚴重區(qū)(Ⅱ)14個和影響輕微區(qū)(Ⅲ)13個。礦山地質環(huán)境影響嚴重區(qū)面積為79.05km2，主要分布在門頭溝、房山、懷柔和密云等地區(qū)；礦山地質環(huán)境影響較嚴重區(qū)面積為64.58 km2，主要分布在房山、昌平、平谷、懷柔和密云等地區(qū)，順義有少量分布；礦山地質環(huán)境影響輕微區(qū)面積為12.08 km2，主要分布在房山、懷柔和延慶等地區(qū)，平谷有少量分布。

[1]北京市地質工程設計研究院.《北京市礦山地質環(huán)境現(xiàn)狀調查評估及治理對策研究成果報告》北京，2014.

[2]《北京市區(qū)域地質志》.北京市地質礦產局,1991.

[3]《典型礦山調查報告》.北京市地質工程設計研究院、北京市環(huán)境保護監(jiān)測,2002年.

[4]《縣市地質災害調查與區(qū)劃細則》.國土資源部，2006年.

[5]《北京市廢棄礦井調查報告》，北京市地質研究所、北京市地質礦產勘查開發(fā)總公司、北京市地質工程設計研究院，2008年.

[6]《北京市在生產礦山地質環(huán)境調查及治理對策研究報告》，北京市地質研究所、北京市地質工程設計研究院，2009年.

[7]《北京市治理礦山地質環(huán)境現(xiàn)狀調查》，北京市地質工程設計研究院，2011年.

[8]《北京市礦產資源集中開采區(qū)礦山地質環(huán)境調查》，北京市地質環(huán)境監(jiān)測總站，北京市地質工程設計研究院，2012年.