壽立永，張 亮，王 燾，吳 凱，陰建定

(中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心陜西總隊(duì)，陜西 西安 710003)

陜西省乾縣五峰山位于關(guān)中盆地北緣，乾縣縣城東北25 km處，東鄰禮泉縣、北扼永壽縣，該區(qū)賦存大量?jī)?yōu)質(zhì)石灰?guī)r礦產(chǎn)資源。近20年來(lái)，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)對(duì)石灰?guī)r礦產(chǎn)資源需求旺盛，該地區(qū)開設(shè)了20余處規(guī)模小、利用率低、資源浪費(fèi)大的采石礦山[1]。2015年以來(lái)，隨著陜西省開山采石專項(xiàng)整治工作的深入實(shí)施，大部分礦山被關(guān)停，相關(guān)部門大力推進(jìn)礦產(chǎn)資源集約利用與廢棄礦山生態(tài)修復(fù)工作。

節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境是我國(guó)的基本國(guó)策，統(tǒng)籌推進(jìn)“五位一體”總體布局對(duì)礦產(chǎn)資源開發(fā)也提出了更高的要求。本文對(duì)五峰山地區(qū)礦產(chǎn)資源開發(fā)存在的資源浪費(fèi)問(wèn)題、環(huán)境破壞問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)，在此基礎(chǔ)上，以解決存在的問(wèn)題為導(dǎo)向，通過(guò)礦產(chǎn)資源集約利用、分級(jí)利用、綜合利用實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源的高效利用；按照順應(yīng)自然、師法自然的理念，通過(guò)地形重塑、水土保持綜合治理、生物群落重建等措施，重新構(gòu)建礦區(qū)“山水林田湖草生命共同體”。旨在解決礦產(chǎn)資源開發(fā)與環(huán)境保護(hù)的矛盾，實(shí)現(xiàn)資源效益、生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，推動(dòng)該區(qū)域的礦業(yè)經(jīng)濟(jì)持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

五峰山石灰?guī)r礦床賦存于中奧陶統(tǒng)馬家溝組上段(O2m2)，巖性為淺灰色～深灰色灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，粒屑粉細(xì)晶結(jié)構(gòu)，中厚層塊狀構(gòu)造。礦體東西長(zhǎng)1 900 m，南北寬1 200 m，最大厚度278 m。礦區(qū)地層單斜構(gòu)造，總體產(chǎn)狀350°∠43°，斷層和褶皺均不發(fā)育，構(gòu)造簡(jiǎn)單，構(gòu)造活動(dòng)對(duì)礦體完整性和巖石的結(jié)構(gòu)無(wú)明顯破壞作用。礦體內(nèi)部有兩個(gè)高M(jìn)gO夾層，巖性為白云質(zhì)灰?guī)r，厚4～18 m；兩個(gè)高SiO2夾層，巖性為含硅質(zhì)條帶灰?guī)r，厚4～12 m。礦體直接頂板為更新統(tǒng)(Qp)黃土，厚0～83 m，黃土覆蓋層分布廣、厚度大，為礦床開采剝離物。

根據(jù)礦石質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)，礦區(qū)礦石工業(yè)類型可分為化工用灰?guī)r、水泥用灰?guī)rⅠ級(jí)品、建筑石料用白云質(zhì)灰?guī)r三類，初步估算遠(yuǎn)景資源量400 Mt(表1)。

表1 礦區(qū)資源儲(chǔ)量表Table 1 Statistical table of resource reserves

2 礦產(chǎn)資源開發(fā)利用存在的問(wèn)題

五峰山地區(qū)2002年以前僅有若干處小型民采點(diǎn)，基本保持了原始地貌景觀(圖1)，但由于缺乏科學(xué)的規(guī)劃，在2014年礦產(chǎn)資源開發(fā)鼎盛期，同一礦區(qū)、同一礦體設(shè)置了近20處小型礦山(圖2)，造成了礦產(chǎn)資源的嚴(yán)重浪費(fèi)和環(huán)境的嚴(yán)重破壞。

圖1 2002年五峰山地區(qū)遙感影像Fig.1 Remote sensing image in 2002 ofWufeng mountain area

圖2 2014年五峰山地區(qū)遙感影像Fig.2 Remote sensing image in 2014 ofWufeng mountain area

2.1 礦產(chǎn)資源浪費(fèi)問(wèn)題

五峰山地區(qū)賦存120 Mt化工用灰?guī)r，CaO平均含量55.12%，MgO平均含量0.32%，屬于稀缺資源，可廣泛用于化工、玻纖、高活性脫硫石灰、納米碳酸鈣等產(chǎn)業(yè)。但絕大部分礦山未對(duì)三種不同品級(jí)礦石進(jìn)行區(qū)分，簡(jiǎn)單用于建筑石料生產(chǎn)，使得“高質(zhì)低用”“高低混用”，降低了產(chǎn)品附加值。此外，同一礦體設(shè)置的多個(gè)采礦權(quán)，開采后形成諸多“隔墻”(圖3)，也浪費(fèi)了大量資源。

2.2 環(huán)境破壞問(wèn)題

五峰山地區(qū)環(huán)境問(wèn)題主要為“三廢”問(wèn)題、地形地貌景觀破壞和生態(tài)環(huán)境問(wèn)題、地質(zhì)災(zāi)害、土地資源占用和破壞(表2)，最嚴(yán)重的是地形地貌景觀破壞，此類破壞治理難度大，對(duì)廢棄礦山進(jìn)行景觀再造是亟待解決的難題[2-3]，礦山環(huán)境修復(fù)工作任重道遠(yuǎn)。

圖3 礦區(qū)現(xiàn)狀地形圖Fig.3 Current topographic map of mining area

表2 礦區(qū)環(huán)境問(wèn)題分析表Table 2 Analysis of environmental problems

3 礦產(chǎn)資源的集約利用

五峰山地區(qū)以往的礦產(chǎn)資源開發(fā)具有低利用、高排放的特點(diǎn)，要改變此種現(xiàn)狀，必須從根本上將粗放的資源利用方式轉(zhuǎn)為發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)。通過(guò)礦產(chǎn)資源的循環(huán)利用，減少礦產(chǎn)資源開發(fā)對(duì)環(huán)境造成的壓力，緩解資源短缺的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的平穩(wěn)可持續(xù)發(fā)展[4]。依據(jù)五峰山地區(qū)礦產(chǎn)資源特點(diǎn)，綜合考慮環(huán)境承載力，提出資源統(tǒng)籌規(guī)劃、集中開發(fā)，礦石優(yōu)質(zhì)優(yōu)用、分級(jí)利用，廢棄物綜合利用的資源利用模式。

3.1 統(tǒng)籌規(guī)劃、集中開發(fā)

五峰山地區(qū)礦產(chǎn)資源開發(fā)具有隨意性、盲目性的重要原因是缺少前瞻性的科學(xué)規(guī)劃，因此，必須提高全礦區(qū)地質(zhì)勘查程度，詳細(xì)查明礦產(chǎn)資源稟賦條件，在此基礎(chǔ)上科學(xué)劃定礦區(qū)范圍，集中開發(fā)，嚴(yán)格禁止“大礦小開”“一礦多開”等現(xiàn)象發(fā)生。

3.2 礦石優(yōu)質(zhì)優(yōu)用、分級(jí)利用

按照礦石稀缺性、潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值將礦石按化工用灰?guī)r、水泥用灰?guī)r、建筑石料用灰?guī)r三個(gè)級(jí)別分級(jí)利用。利用階梯：純度高的礦石用于化工原料、高活性石灰、納米碳酸鈣、玻纖等產(chǎn)業(yè)→質(zhì)量中等礦石作為鈣質(zhì)原料用于水泥生產(chǎn)→MgO含量超標(biāo)用作建筑石料用于生產(chǎn)混凝土骨料，從而實(shí)現(xiàn)石灰?guī)r礦產(chǎn)資源的高效利用。

3.3 廢棄物綜合利用

開采過(guò)程中剝離黃土和加工過(guò)程中產(chǎn)生的石粉是礦區(qū)主要固體廢棄物，通過(guò)廢棄物資源轉(zhuǎn)化可實(shí)現(xiàn)綜合利用。石粉可作為水泥原料綜合利用，剝離黃土可作為水泥硅質(zhì)原料綜合利用，剩余部分可用于廢棄采坑填充、土地復(fù)墾，從而實(shí)現(xiàn)固體廢物零排放(圖4)。

圖4 石灰?guī)r礦產(chǎn)階梯循環(huán)利用、綜合利用路線圖Fig.4 Limestone mineral recycling andcomprehensive utilization

4 礦區(qū)生態(tài)修復(fù)

礦區(qū)生態(tài)修復(fù)根據(jù)生態(tài)恢復(fù)學(xué)、景觀生態(tài)學(xué)等基礎(chǔ)理論進(jìn)行綜合規(guī)劃，按照順應(yīng)自然、師法自然的理念進(jìn)行整體保護(hù)、系統(tǒng)修復(fù)，實(shí)現(xiàn)重新構(gòu)建“山水林田湖草生命共同體”的目標(biāo)。 礦區(qū)修復(fù)后將具有生物生產(chǎn)、環(huán)境服務(wù)、文化支持等功能[5]，增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)能力[6-7]，實(shí)現(xiàn)景觀、生態(tài)環(huán)境與周邊協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

4.1 礦區(qū)生態(tài)修復(fù)的原則

1) 師法自然的原則。陜西渭北石灰?guī)r地區(qū)巖石大面積裸露，供植被生長(zhǎng)的土壤層薄，生態(tài)脆弱。原生地形地貌、生態(tài)環(huán)境是數(shù)萬(wàn)年形成的，經(jīng)歷了巖石風(fēng)化、土層堆積、土壤生成、植被群落形成的漫長(zhǎng)過(guò)程。礦山露天開采表土完全剝離，采礦活動(dòng)嚴(yán)重破壞了地形地貌，自然恢復(fù)時(shí)間將以萬(wàn)年計(jì)。生態(tài)修復(fù)過(guò)程模擬生態(tài)環(huán)境自然演化過(guò)程，通過(guò)人工干預(yù)實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的快速重建，達(dá)到景觀修復(fù)后與周邊自然景觀高度融合的效果。

2) 因地制宜的原則。不同礦區(qū)自然條件不同，面臨的環(huán)境問(wèn)題不同，礦區(qū)生態(tài)修復(fù)必須對(duì)土地資源、水資源、環(huán)境地貌景觀、地質(zhì)災(zāi)害、人口集聚度等要素進(jìn)行科學(xué)評(píng)估，以解決關(guān)鍵問(wèn)題為導(dǎo)向，有針對(duì)性地開展生態(tài)修復(fù)工作[8-9]。五峰山礦區(qū)位于人口稠密區(qū)、經(jīng)濟(jì)活躍區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)，屬于主要城鎮(zhèn)直觀可視范圍，要解決的關(guān)鍵問(wèn)題是消除環(huán)境景觀影響，改善人居環(huán)境。

3) 保留文化承載原則。五峰山連綿起伏，以五座山峰并峙而得名，也傳說(shuō)因棲息著五只鳳凰神鳥而得名，又名五鳳山，千百年來(lái)流傳著許多美麗動(dòng)人的傳說(shuō)，目前有寶泉寺、洋人房、石炕、鳳凰窩等十二處景觀。礦產(chǎn)資源開發(fā)要充分考慮對(duì)文化景觀的保護(hù)，保留礦區(qū)最高處五峰山西峰，對(duì)仍然有文化承載功能的景觀進(jìn)行保護(hù)，實(shí)現(xiàn)文化元素的持續(xù)和再生[10]。

4.2 生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)與重建

生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)與重建是指在不可能恢復(fù)原始生態(tài)系統(tǒng)的情況下通過(guò)人工干預(yù)營(yíng)造新的生態(tài)系統(tǒng)，使之實(shí)現(xiàn)自我維持[11-12]。生態(tài)環(huán)境重建的措施主要為地形重塑、水土保持綜合治理、植被系統(tǒng)重建。

4.2.1 地形重塑

目前生態(tài)修復(fù)普遍存在地形生硬、人工干預(yù)痕跡嚴(yán)重等問(wèn)題，嚴(yán)重影響了生態(tài)修復(fù)效果。研究區(qū)高差近300 m，目前地形支離破碎，通過(guò)統(tǒng)一規(guī)劃、科學(xué)開發(fā)將形成20余個(gè)采準(zhǔn)平臺(tái)。地形重塑是礦區(qū)生態(tài)重建過(guò)程中土壤重構(gòu)、植被重建的骨架，開采平臺(tái)外緣將采用曲線型設(shè)置，體現(xiàn)出微地形的坡度起伏，從而營(yíng)造出貼近自然的地貌景觀，使其與周邊的地形融為一體(圖5)。

4.2.2 水土保持綜合治理

礦區(qū)土地復(fù)墾按照宜林則林、宜田則田、宜草則草的原則進(jìn)行。 渭北地區(qū)年蒸發(fā)量1 200～1 600 mm，年降水量約600 mm，降水量年內(nèi)分配很不均勻，暴雨一次降水量占全年降水量10%～20%，因此減少水土流失、保水保肥、改善農(nóng)田生產(chǎn)條件對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)的重建非常重要[13]。具體措施是將采準(zhǔn)平臺(tái)整理成寬幅梯田，臺(tái)階陡坎整理成坡度小于30°田間防護(hù)林、草帶(圖6)。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步通過(guò)土地平整、土壤重構(gòu)等短期、快速的改良措施，實(shí)現(xiàn)良好的生態(tài)恢復(fù)效果[12]。

圖5 礦區(qū)規(guī)劃預(yù)測(cè)地形圖Fig.5 Future forecast topographic map of mining area

圖6 生態(tài)修復(fù)典型剖面圖Fig.6 Typical section of ecological restoration

4.2.3 植被系統(tǒng)重建

五峰山礦區(qū)生態(tài)修復(fù)難點(diǎn)在于臺(tái)階陡坎田間林草帶。目前露天礦山高陡邊坡生態(tài)修復(fù)普遍以草本植物為主，存在過(guò)度重視坡面“變綠”的短期效果問(wèn)題。這種“復(fù)綠”工程是有欠缺的，草本植物為主的植被系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)能力有限，暫時(shí)形成依賴人工維系的生態(tài)系統(tǒng)，長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，系統(tǒng)呈現(xiàn)一種衰退趨勢(shì)，同時(shí)管理成本也很高。五峰山礦區(qū)植被生態(tài)系統(tǒng)重建應(yīng)合理配置植物種類，優(yōu)先選用根系發(fā)達(dá)的鄉(xiāng)土草、樹種作為先鋒植物，做到落葉常綠結(jié)合、灌草結(jié)合、深淺根系植物結(jié)合，最終實(shí)現(xiàn)植被多樣性和群落自然演替的目標(biāo)。

5 效益分析

1) 資源效益。五峰山礦區(qū)賦存有近400 Mt石灰?guī)r礦產(chǎn)資源，充分考慮環(huán)境承載力，可采資源量約220 Mt，其中，化工用灰?guī)r66 Mt、水泥用灰?guī)r110 Mt、建筑石料用灰?guī)r44 Mt，為一處特大型石灰?guī)r礦山。按礦石類型應(yīng)用于不同的產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)了資源的優(yōu)質(zhì)優(yōu)用、梯級(jí)利用。通過(guò)固體廢棄物的資源化綜合利用，可實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源100%利用，實(shí)現(xiàn)礦山廢渣零排放，開發(fā)利用將會(huì)取得顯著的資源效益。

2) 生態(tài)效益。通過(guò)地形重塑和土地復(fù)墾，將消除采礦痕跡；通過(guò)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)與重建，將帶動(dòng)區(qū)域國(guó)土空間整體修復(fù)，有效改善當(dāng)?shù)厝司迎h(huán)境，生態(tài)景觀和生態(tài)功能將得到顯著提升，生態(tài)效益顯著。

3) 經(jīng)濟(jì)效益。五峰山礦區(qū)220 Mt石灰?guī)r礦產(chǎn)資源潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值超過(guò)80億元，開發(fā)利用過(guò)程中產(chǎn)生的黃土等廢棄物的綜合利用可節(jié)約固廢處理資金2億元。陜西關(guān)中地區(qū)經(jīng)濟(jì)活躍，石灰?guī)r資源消耗量大，礦產(chǎn)資源的綠色開發(fā)將取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

4) 社會(huì)效益。通過(guò)環(huán)境的綜合治理將消除礦區(qū)環(huán)境問(wèn)題，保護(hù)歷史文化遺產(chǎn)，美化周圍環(huán)境，提升當(dāng)?shù)厝司迎h(huán)境，有利于社會(huì)穩(wěn)定，充分體現(xiàn)“以人為本”的思想。通過(guò)土地復(fù)墾，將新增高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田119.06 hm2，新增林地3.87 hm2(表3)，增加了可耕種土地，控制水土流失，推進(jìn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件的改善[13]。

表3 礦區(qū)土地類型現(xiàn)狀、預(yù)測(cè)統(tǒng)計(jì)表Table 3 Land type status and prediction statisticsof mining area

6 結(jié) 語(yǔ)

石灰?guī)r礦產(chǎn)資源粗放式的開發(fā)破壞了環(huán)境，而環(huán)境的惡化又反過(guò)來(lái)制約礦產(chǎn)資源開發(fā)，唯有礦產(chǎn)開發(fā)與環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)才能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。目前我國(guó)經(jīng)濟(jì)正處在從高速增長(zhǎng)向高質(zhì)量增長(zhǎng)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵期，也是環(huán)境保護(hù)、污染防治的攻堅(jiān)期，礦產(chǎn)資源開發(fā)必須堅(jiān)持“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展理念。五峰山地區(qū)石灰?guī)r礦通過(guò)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，將實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源的集約高效利用；在礦產(chǎn)資源開發(fā)的同時(shí)進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，將實(shí)現(xiàn)資源效益、生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

陜西省關(guān)中地區(qū)經(jīng)濟(jì)活躍，石灰石資源需求量大，渭北“旱腰帶”地區(qū)存在大量類似礦山，今后應(yīng)持續(xù)加強(qiáng)礦產(chǎn)資源集約利用與生態(tài)修復(fù)研究工作，進(jìn)一步探索石灰?guī)r礦產(chǎn)資源開發(fā)與土地資源開發(fā)、地下空間利用等產(chǎn)業(yè)的融合發(fā)展，催生新的增長(zhǎng)點(diǎn)，為“美麗中國(guó)”建設(shè)提供技術(shù)支撐，推動(dòng)石灰?guī)r相關(guān)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。