戴 興，郭立霞，景麗媛

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局 第二地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 鄭州 450001)

河南省由于人均空間、資源相對(duì)較為貧乏，所以地質(zhì)環(huán)境治理問(wèn)題更顯得尤為重要。本文選取焦作周窯村廢棄礦山的地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題為研究重點(diǎn)，提出治理對(duì)策，對(duì)在該區(qū)域開(kāi)展產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)的地質(zhì)環(huán)境治理有一定的參考意義。研究區(qū)位于大沙河(衛(wèi)河)流域的西南部，焦作市中站區(qū)西北6.2 km，研究區(qū)地理坐標(biāo)東經(jīng)113°07′51″～113°08′14″，北緯35°16′36″～35°17′57″，南1.0 km為X020縣道，研究區(qū)有水泥路與X020縣道相連，交通較為便利。

1 自然地理

1.1 氣象水文

根據(jù)焦作市氣象局1952-2018年統(tǒng)計(jì)資料，年平均氣溫14.9℃，日絕對(duì)最高氣溫43.3℃，最低-16.9℃；年平均降雨量607.9 mm，多集中在7～9月份；年平均蒸發(fā)量2 048.8 mm，多集中在5～8月份；全年無(wú)霜期223天；年平均風(fēng)速3.1 m/s，春季以東南風(fēng)為主，夏秋季以西南風(fēng)為主，冬季多西北風(fēng)。

研究區(qū)屬大沙河(衛(wèi)河)流域，西部距離大沙河約4.3 km。大沙河(衛(wèi)河)是海河一級(jí)支流，發(fā)源于山西省陵川縣奪火鄉(xiāng)，流經(jīng)焦作、新鄉(xiāng)，全長(zhǎng)344.50 km。其支流有蔣溝河、幸福河、新河、大獅澇河、峪河、東孟姜女河、西孟姜女河、淇河等11條河流，二級(jí)支流有白馬門河、閻河、甕間河、運(yùn)糧河、滄河等7條河流。研究區(qū)附近地表水系不發(fā)育，附近無(wú)水體。溝谷內(nèi)干涸無(wú)水，僅雨季有短暫雨水通過(guò)，為地表水排泄的重要通道，雨后即干，項(xiàng)目區(qū)植樹養(yǎng)護(hù)時(shí)，需要靠拉水解決。

1.2 地形地貌

中站區(qū)地處太行山脈與豫北平原的過(guò)渡地帶，地貌由平原與山區(qū)兩大基本結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成，地勢(shì)由北向南傾斜，由北向南漸低，從北部山區(qū)到南部平原呈階梯式變化，層次分明[1-2]。研究區(qū)地貌屬侵蝕—?jiǎng)兾g低山丘陵區(qū)，海撥305～391 m，相對(duì)高差86 m，山頂多呈渾圓狀，山脊線圓滑，山頂平緩。由于采礦活動(dòng)，導(dǎo)致研究區(qū)采礦邊坡裸露，巖性以石炭系太原組灰?guī)r及本溪組泥巖、砂巖、砂頁(yè)巖、粘土巖為主。研究區(qū)陡坎發(fā)育，危巖突出，有發(fā)生崩塌地質(zhì)災(zāi)害的可能性；同時(shí)部分廢渣隨意堆砌在邊坡上部，對(duì)原始地形地貌破壞嚴(yán)重，亟待進(jìn)行治理，恢復(fù)地形地貌景觀。

1.3 土壤

研究區(qū)北部為太行山脈，南部為黃河、沁河、蟒河沖積平原，受地形、地貌、氣候、生物等因素影響，流域內(nèi)土壤類型主要有褐土、潮土和棕壤3大類。其中潮土是面積最大的土類，是平原區(qū)最重要的耕作土壤，廣泛分布在山前交接洼地，黃河、沁河及蟒河沖積平原及黃河河漫灘，太行山區(qū)的土壤多為砂土、壤土，研究區(qū)大部分為丘陵區(qū)，土壤類型多為粘壤土、黃土。根據(jù)調(diào)查，研究區(qū)大部分基巖裸露，土壤覆蓋層厚度較薄，沒(méi)有土源作為施工用土，需要調(diào)運(yùn)客土。

2 地質(zhì)環(huán)境特征

研究區(qū)地表出露地層主要為奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組和峰峰組，石炭系上統(tǒng)本溪組和太原組，第四系黃土及泥質(zhì)、砂質(zhì)坡積、沖積礫石。研究區(qū)位于華北地層區(qū)，山西分區(qū)太行山小區(qū),南側(cè)為鳳凰嶺斷層，北側(cè)為趙莊斷層和朱村斷層[3](見(jiàn)圖1)。

圖1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造

焦作市及附近歷史上曾發(fā)生過(guò)多次4.5級(jí)以下地震，根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306-2015)，研究區(qū)地震反應(yīng)譜特征周期為0.40 s，地震峰值加速度為0.1 g，地震基本烈度為Ⅶ度[4]。

3 水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件

3.1 水文地質(zhì)條件

研究區(qū)位于焦作市西北部，地表出露巖性為奧陶系、石炭系、第四系地層，石炭系地層大部分分布于山頂及山梁頂部，不能形成完整的含水層，因此研究區(qū)及附近地下水類型主要為松散層孔隙水、碳酸鹽巖類裂隙巖溶水。

松散巖類孔隙水：含水巖組主要由第四系中更新統(tǒng)、上更新統(tǒng)、全新統(tǒng)之殘積、坡積、洪積而成的碎石層、砂層、砂礫石層和礫卵石層組成,由于含水層顆粒粗，但厚度不大，孔隙率高，直接接受大氣降水補(bǔ)給，多透水而不含水,地下水化學(xué)類型為HCO3-Ca·Mg型水。地下水補(bǔ)給以大氣降水入滲補(bǔ)給為主，消耗于人工開(kāi)采和徑流排泄。

碳酸鹽巖類裂隙巖溶水：該類型地下水分布范圍大，地下水類型為HCO3-Ca型，礦化度小于0.3 g/L；含水層巖性為奧陶系中、下統(tǒng)和寒武系上、中統(tǒng)灰?guī)r，總厚度大于200 m左右，地下水位埋深在200～300 m，構(gòu)造裂隙及巖溶發(fā)育，以徑流補(bǔ)給為主，基巖裸露地區(qū)也接收大氣降水補(bǔ)給，排泄方式主要為人工開(kāi)采和地下徑流，受斷層構(gòu)造影響，斷層兩側(cè)巖溶水水位及動(dòng)態(tài)明顯不同，北側(cè)為高水位區(qū)，斷層南側(cè)為低水位區(qū)，斷層兩側(cè)水位相差70～240 m。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，研究區(qū)松散巖類孔隙水富水性一般，但碳酸鹽巖類裂隙巖溶水富水性好，研究區(qū)北側(cè)的周窯村有深度約500 m的巖溶水井，水量充足(出水量20 m3/h)，水質(zhì)亦滿足要求，可作為本研究區(qū)養(yǎng)護(hù)水源。

3.2 工程地質(zhì)條件

區(qū)內(nèi)分布奧陶系和石炭系，根據(jù)巖土體力學(xué)強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)類型的差異性和相似性，劃分為3個(gè)工程地質(zhì)巖組，其特征如下。

厚層狀致密灰?guī)r夾灰色中厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r巖組：該巖組主要為奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組和石炭系上統(tǒng)太原組內(nèi)的地層，主要巖性為灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、角礫狀泥質(zhì)灰?guī)r,該巖組主要為硬質(zhì)巖石。其物理力學(xué)指標(biāo)：干容重為2.59～2.66 g/cm3，飽和極限抗壓強(qiáng)度71.2～137.9 MPa，地基承載力特征值1 000～2 000 kPa，巖體完整、堅(jiān)硬致密，抗壓強(qiáng)度高，抗風(fēng)化能力較強(qiáng)。

薄層狀灰色粘土巖、鐵質(zhì)粘土巖巖組：該巖組主要為石炭系上統(tǒng)本溪組的巖石和太原組粘土頁(yè)巖，主要巖性為灰色粘土巖、鐵質(zhì)粘土巖、粘土質(zhì)粉砂巖、粘土頁(yè)巖,該巖組主要為軟質(zhì)巖石。其物理力學(xué)指標(biāo)：飽和極限抗壓強(qiáng)度26.2～36.5 Mpa，地基承載力特征值500～1 000 kPa，抗壓強(qiáng)度較高，但抗風(fēng)化能力弱，易破碎風(fēng)化，在條件具備時(shí)易產(chǎn)生崩塌、滑坡。

中厚層狀泥化夾層灰?guī)r砂巖組：該巖組以石炭系地層為主，巖性為灰?guī)r、砂巖、鋁土質(zhì)頁(yè)巖，在研究區(qū)分布較廣，含鐵礦、鋁土礦[5-6]。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，研究區(qū)巖土軟硬相間，地表粘土巖、泥巖等風(fēng)化較嚴(yán)重，后期進(jìn)行植樹、種草綠化時(shí)，利于涵養(yǎng)水分，植被成活率高。

3.3 人類工程活動(dòng)

研究區(qū)的人類活動(dòng)主要有采礦活動(dòng)、種植側(cè)柏綠化等人類工程活動(dòng)，項(xiàng)目區(qū)南部有居民的少量墓地。研究區(qū)以往的人類工程活動(dòng)主要為開(kāi)采高嶺土、耐火黏土礦等。近年來(lái)，亂采亂挖粘土巖、高嶺土礦的活動(dòng)已得到制止，個(gè)別挖運(yùn)廢渣活動(dòng)也漸趨停止。目前僅有少量當(dāng)?shù)亓謽I(yè)部門種植的側(cè)柏、椿樹等，且長(zhǎng)勢(shì)良好，生態(tài)環(huán)境效益顯著。因此本研究區(qū)恢復(fù)治理時(shí)，應(yīng)盡量選擇以側(cè)柏為主，局部可撒播椿樹等混合灌草籽，恢復(fù)地形地貌景觀。

4 主要礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題

研究區(qū)地形地貌景觀的破壞主要表現(xiàn)為采礦邊坡、采礦平臺(tái)和渣堆破壞占用土地，雖經(jīng)過(guò)多年自然恢復(fù)，但效果很差，根據(jù)調(diào)查，研究區(qū)共發(fā)現(xiàn)崩塌地質(zhì)災(zāi)害3處，不穩(wěn)定邊坡5處，渣堆9處和露天采坑8處(見(jiàn)圖2)。

圖2 研究區(qū)主要環(huán)境問(wèn)題示意

4.1 崩塌

研究區(qū)內(nèi)的崩塌B1位于邊坡BP1邊坡中部，邊坡坡腳處有崩積物堆積，發(fā)生時(shí)間2017年11月，體積64 m3。邊坡上部存在危巖體，危巖體距離地面高度約6～10 m，巖體破碎，巖性為灰?guī)r，目前危巖體上部裂隙發(fā)育，坡面近直立，部分巖體與母巖脫離，穩(wěn)定性差，危巖體長(zhǎng)16 m，寬4.8 m，厚度約3 m，危巖體體積約230 m3，規(guī)模小型，現(xiàn)狀條件下，未造成經(jīng)濟(jì)損失，地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性小。同時(shí)邊坡BP1坡面上部有碎石堆積，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛簿坝^，體積約600 m3。

研究區(qū)內(nèi)的崩塌B2位于采坑4中部，邊坡坡腳處有崩積物堆積，發(fā)生時(shí)間不詳，體積312 m3，巖塊粒徑0.05 m×0.1 m×0.3 m～2.2 m×1.8 m×0.9 m?，F(xiàn)狀條件下，無(wú)威脅對(duì)象，未造成經(jīng)濟(jì)損失，地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性小。采坑上部存在危巖體，危巖體距離地面高度約6～10 m，巖性為泥質(zhì)砂巖、砂質(zhì)泥巖等，目前危巖體上部裂隙較發(fā)育，邊坡整體坡面較破碎，坡面近直立，危巖體長(zhǎng)22 m，寬3.4 m，厚度約1.2 m，危巖體體積約90 m3，規(guī)模小型。

研究區(qū)內(nèi)的崩塌B3位于采坑6南部，邊坡坡腳處有崩積物堆積，發(fā)生時(shí)間2018年初，體積240 m3?，F(xiàn)狀條件下，未造成經(jīng)濟(jì)損失，地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性小,危巖體距離地面高度約8～12 m，巖塊粒徑0.2 m×0.1 m×0.3 m～1.1 m×0.5 m×0.83 m不等，巖性為泥質(zhì)砂巖、砂質(zhì)泥巖等，目前危巖體上部裂隙發(fā)育，邊坡整體坡面較破碎，坡面近直立，部分巖體與母巖脫離，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，危巖體長(zhǎng)45 m，寬6.5 m，厚度約4.5 m，危巖體體積約1 316 m3，規(guī)模小型，同時(shí)坡面上部有碎石堆積，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛簿坝^，體積約1 000 m3。

4.2 不穩(wěn)定邊坡

研究區(qū)發(fā)現(xiàn)不穩(wěn)定邊坡5條，總面積16 604 m2，同時(shí)部分邊坡上部存在危巖體和松散碎石，松散石塊總體積約19 049 m3，危巖體方量375 m3。采礦邊坡特征見(jiàn)表1。

表1 研究區(qū)采礦邊坡特征一覽

4.3 渣堆

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，本研究區(qū)共發(fā)現(xiàn)渣堆9個(gè)，平面面積376～6 436 m2，厚度0.5～4.2 m，體積660～6 698 m3，呈圓形—不規(guī)則狀，分布于山坡、采礦平臺(tái)、溝谷及岸坡等處，局部無(wú)植被，部分生長(zhǎng)雜草和少量側(cè)柏。研究區(qū)渣堆特征見(jiàn)表2。

表2 研究區(qū)渣堆特征一覽

4.4 采坑

根據(jù)本次調(diào)查，現(xiàn)狀條件下發(fā)現(xiàn)露天采坑8個(gè)，面積507～2 915 m2，呈不規(guī)則狀，分布于山坡、溝谷等處，破壞土地面積38 481 m2，植被稀少，邊緣少量生長(zhǎng)雜草和灌木。研究區(qū)采坑特征見(jiàn)表3。

表3 研究區(qū)采坑特征一覽

5 治理對(duì)策

5.1 治理原則

1)地形地貌景觀恢復(fù)與消除崩塌等隱患為主、因地制宜、因?yàn)?zāi)設(shè)防、重點(diǎn)突出，生物措施為主，工程措施為輔的原則。區(qū)治理內(nèi)容主要包括：消除3處崩塌隱患，對(duì)BP1、BP4、CK4和CK6上部的危巖體進(jìn)行清理，對(duì)BP1、BP3上部的廢渣進(jìn)行清除，同時(shí)對(duì)渣堆ZD1、ZD2、ZD4、BP2和采坑CK2、CK3補(bǔ)種側(cè)柏，其他區(qū)域種植灌草等植物，恢復(fù)原始地形地貌景觀。

2)因地制宜、科學(xué)規(guī)劃、注重效益，分區(qū)、分段治理，治理過(guò)程中，充分考慮到所選樹種與當(dāng)?shù)丨h(huán)境的適應(yīng)性，根據(jù)調(diào)查項(xiàng)目區(qū)以往林業(yè)部門種植的側(cè)柏在研究區(qū)生長(zhǎng)形勢(shì)良好，本次選擇樹種為側(cè)柏和核桃樹。同時(shí)對(duì)縣道X020兩側(cè)可視范圍內(nèi)盡量種植喬木，消除坡面視覺(jué)污染，大大改善“三區(qū)兩線”范圍內(nèi)的地形地貌景觀。

3)有效利用廢棄碎石、渣土作為施工原材料，對(duì)研究區(qū)的渣土就地回填采坑，有效利用廢棄碎石、渣土作為施工原材料，降低成本。

4)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)、美觀、適宜當(dāng)?shù)丨h(huán)境的藤、樹、灌、草相結(jié)合立體綠化系統(tǒng)，對(duì)研究區(qū)三區(qū)兩線可視范圍內(nèi)地形地貌景觀破壞區(qū)，種植高大喬木如側(cè)柏等，盡量恢復(fù)原始地貌景觀，對(duì)研究區(qū)的采坑，由于回填方量巨大，底部種植灌木、植草恢復(fù)植被。

5.2 總體思路

通過(guò)危巖清除工程、覆土、整平工程消除或減弱研究區(qū)內(nèi)威脅施工安全的地質(zhì)災(zāi)害或不良地質(zhì)現(xiàn)象,通過(guò)回填、廢渣清理、采場(chǎng)平臺(tái)平整工程，對(duì)于能夠自然恢復(fù)的區(qū)域優(yōu)先進(jìn)行自然恢復(fù)；通過(guò)覆土工程、植物綠化工程恢復(fù)采場(chǎng)平臺(tái)的地貌景觀、林草資源、生物多樣性；進(jìn)而改善研究區(qū)生態(tài)環(huán)境、提升土地資源利用價(jià)值、達(dá)到生態(tài)環(huán)境修復(fù)的目的。

1)對(duì)研究區(qū)內(nèi)4處斜坡上的危巖體和3處崩塌B1、B2、B3進(jìn)行清理，消除地質(zhì)災(zāi)害隱患,清理完以后，對(duì)坡腳處的礦渣進(jìn)行壓坡腳，降低坡度，栽種側(cè)柏或撒播草籽恢復(fù)植被，盡可能形成防護(hù)林網(wǎng)。這樣設(shè)計(jì)既阻止人員太靠近高陡邊坡，又對(duì)偶然落石起到緩沖作用。

2)對(duì)于研究區(qū)內(nèi)的渣堆，對(duì)渣堆ZD5地形進(jìn)行局部修整后種植核桃樹側(cè)柏綠化；對(duì)渣堆ZD1、渣堆ZD2、渣堆ZD3、渣堆ZD4進(jìn)行清理，回填至附近的CK1；然后補(bǔ)種側(cè)柏或撒播草籽綠化、恢復(fù)地形地貌景觀。

3)其他區(qū)域：對(duì)采坑CK2、采坑CK3底部平臺(tái)進(jìn)行整平，種植側(cè)柏，同時(shí)對(duì)采坑設(shè)立警示牌工程。對(duì)研究區(qū)其他區(qū)域包括渣堆邊坡、采坑等，采用場(chǎng)地平整、綠化措施，進(jìn)行灌草樹木混合籽撒播覆土。

5.3 治理對(duì)策

其具體目標(biāo)為治理崩塌地質(zhì)災(zāi)害3處，清除危巖體4處，治理礦渣堆9處，不穩(wěn)定邊坡5處，露天采坑8處，增加林地214畝。

1)危巖清理：通過(guò)工程治理措施將坡體表面危巖體清除，之后將清理后的碎石堆積在坡腳，并回填一部分礦渣，從而降低邊坡的高度，提高邊坡穩(wěn)定性，減輕或消除地質(zhì)災(zāi)害隱患，根據(jù)調(diào)查，對(duì)勘察區(qū)BP1、BP4、CK4、CK6上部的危巖體進(jìn)行清理，預(yù)計(jì)清理危巖1 781.0 m3，消除地質(zhì)災(zāi)害隱患。

2)渣堆整理：對(duì)于渣堆ZD1、ZD2、ZD3、ZD4進(jìn)行清理回填至采坑CK1，同時(shí)對(duì)渣堆ZD5及渣堆ZD9處的渣堆進(jìn)行整理，局部回填至采坑CK1，使CK1形成一緩坡，降低坡度，恢復(fù)植被。同時(shí)對(duì)渣堆ZD6進(jìn)行清理或平整，清理邊坡BP1、BP3上部存在的碎石，露出原始邊坡，恢復(fù)植被。

3)場(chǎng)地整理：根據(jù)研究區(qū)現(xiàn)狀地形，在整齊、美觀的基礎(chǔ)上，根據(jù)研究區(qū)平臺(tái)和渣堆的分布情況，隨坡就勢(shì)的將研究區(qū)設(shè)計(jì)成若干個(gè)不同高度、坡度的面，根據(jù)設(shè)計(jì)高程進(jìn)行場(chǎng)地整理，整理區(qū)域包括ZD5、ZD8、ZD9和采坑CK1、采坑CK2、采坑CK7等，總面積約18 124 m2。

4)綠化：在較平整的地段種植側(cè)柏、核桃樹，在其余地段撒播榆樹、荊棘、狗尾草、藎草、椿樹、榆樹等灌草樹種混合籽，以達(dá)到更好的復(fù)綠效果，綠化面積約14.25 hm2，恢復(fù)地形地貌景觀，改善生態(tài)環(huán)境。

6 結(jié) 語(yǔ)

礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害一直是制約部分地區(qū)發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。本文以人口較為密集的河南省焦作市中站區(qū)周窯村廢棄礦山為研究對(duì)象，總結(jié)了研究區(qū)內(nèi)比較典型的地質(zhì)環(huán)境、地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題，主要類型有崩塌、不穩(wěn)定邊坡、渣堆、采坑等，并且根據(jù)研究區(qū)特點(diǎn)提出綜合治理的原則、思路和具體對(duì)策。