王 讓，尚佳楠，崔朋濤，蘇永江

(河南省地質局礦產資源勘查中心，河南 鄭州 450000)

0 前 言

勘查區(qū)距西和縣城約8 km，面積0.039 km2，交通較方便(見圖1)。該礦區(qū)開采主要為周邊修建公路提供建筑用石料，由于礦山開采范圍大，特別是開采后，未對開采面進行任何處理，且開采方式造成該礦山基巖大面積裸露，臨空面大大增加，開采面坡勢陡峭近似直立，人工堆積棄渣遍布整個礦區(qū)，挖損、占壓土地面積較大，對礦區(qū)地形地貌景觀影響嚴重[1-3]。區(qū)域內渣堆多且量大，不利于植被生長，造成該礦區(qū)植被覆蓋率較低，生態(tài)環(huán)境逐漸惡化。研究重點對礦山開采形成的開挖掌子面、采坑和渣堆的特征、邊坡穩(wěn)定狀態(tài)及對地形地貌景觀、土地資源、植被資源等受損破壞現狀進行調查，分析礦區(qū)地質災害特征、危害對象與危害程度，分析礦區(qū)采礦活動對地下水含水層、地形地貌景觀、土地與植被資源的影響和破壞情況等，闡明礦山地質環(huán)境問題。在此基礎上提出礦山地質環(huán)境恢復方案，做到社會效益、經濟效益和環(huán)境效益的可持續(xù)發(fā)展[4-8]。

圖1 采石場遙感影像

1 地質環(huán)境特征

1.1 地形地貌

勘查區(qū)地處西禮盆地中部，區(qū)內地貌根據地表形態(tài)特征和成因類型，屬于構造剝蝕低山、黃土丘陵溝壑區(qū)。

構造剝蝕低山、黃土丘陵溝壑區(qū)：分布于漾水河及其支流兩岸山地及馬元河、洛峪河上游一帶，占全縣總面積的39%，海拔1 500～2 000 m，相對高差一般200～300 m，個別達500 m，該區(qū)為黃土覆蓋，溝壑縱橫，山坡平緩，坡度為6°～25°。沖溝較發(fā)育，多呈“V”字形，土質瘠薄，植被破壞嚴重，水土流失嚴重。

1.2 地層巖性

區(qū)內分布出露的地層主要為中上泥盆統西漢水群黃家溝組，由細晶灰?guī)r組成，分布于勘查區(qū)大部，部分被第四系所覆蓋，在山坡邊緣陡坎一帶有出露，地層產狀285°∠80°，厚度約105 m，巖性較為穩(wěn)定，石灰?guī)r質量較好，是礦區(qū)建筑石料用石灰?guī)r的賦礦層位。第四系巖層主要為上更新統風積黃土及人工堆積體。

1.3 地質構造與地震

1)地質構造

勘查區(qū)位于西秦嶺東西向緯向構造體系和武都山字型構造體系的復合部位。勘查區(qū)西南處于秦嶺東西緯向構造帶東沿部分和武都山字型構造前弧東翼，單斜構造線呈東西轉北東向；北部、西部受早期或近期喜山運動，形成東北寬、西南窄的楔形紅層盆地。西和-禮縣一帶，巖層構造呈北西西向，西段以龐集為中心，呈半環(huán)形旋卷構造。

2)新構造運動與地震

第四紀下更新世初期，由于喜山運動的影響，新第三系紅層盆地產生了寬緩的褶皺和斷裂，在鐵古下坪、柳樹灣一帶還伴隨有巖漿侵入和火山噴發(fā)。中更新世時期，區(qū)內經歷了兩次較大的升降運動，溝谷普遍深切。上更新世時，震蕩性的升降運動使河谷區(qū)普遍堆積了Ⅲ、Ⅳ階地。全新世時，地殼仍以震蕩性的升降運動為主。

有史以來，區(qū)內地震烈度Ⅴ～Ⅵ度地震共發(fā)生6次，Ⅶ～Ⅹ度地震發(fā)生1次?？辈閰^(qū)地震設防烈度為Ⅷ度，屬第一組，設計基本地震加速度為0.30g，地震動反譜特征周期值為0.40 s[5]。

2 水文地質、工程地質條件

2.1 水文地質條件

根據地下水的分布、賦存條件和含水介質性質，區(qū)內地下水主要為松散巖類孔隙水，分布于黃土粱峁區(qū)，下伏基巖為相對隔水層，該含水巖組富水性弱，主要接受大氣降水補給；基巖裂隙水，分布于黃家溝組灰?guī)r中，以潛水為主，賦存在構造及風化裂隙帶內，泉流量0.01～0.1 L/s，枯水期徑流模數小于0.01 L/(s·km2)；碳酸鹽巖溶水，分布于整個礦區(qū)，屬碳酸鹽巖類裂隙巖溶巖組，控制層厚105 m，淺部溶蝕現象比較發(fā)育，深部溶蝕現象減弱。礦床地下水化學成分為HCO3-Ca型微硬水。

2.2 工程地質條件

勘查區(qū)出露的基巖巖性以碳酸鹽巖建造為主，薄、中厚層塊狀堅硬灰?guī)r巖組，產狀285°∠80°，干抗壓強度54～94 MPa。

勘查區(qū)土體分布于表層，巖性為粉土，淺黃色，干燥松散，裂隙較發(fā)育。天然含水量9.0%～18.0%，孔隙比0.95～1.15，液限23%～28%，塑性指數8.0～11.0，內磨擦角27°～30°，承載力特征值110～120 kPa，濕陷性系數0.027～0.090，屬于弱濕陷性黃土。

3 礦區(qū)環(huán)境地質現狀及評估

3.1 不穩(wěn)定斜坡

3.1.1 不穩(wěn)定斜坡基本特征

經現場調查，西和縣興隆牟山采石場礦區(qū)采礦形成的露天采場內，從南向北形成了4處不穩(wěn)定斜坡地質災害，編號依次為X1、X2、X3及X4(見圖2)。

圖2 采石場不穩(wěn)定斜坡地貌特征

1)不穩(wěn)定斜坡X1

不穩(wěn)定斜坡X1位于礦區(qū)西南側(掌子面)區(qū)域，坡高10.0～95.0 m，坡寬377.0 m，坡度50°～70°，坡面形態(tài)呈“圓”形，坡面基巖節(jié)理裂隙較發(fā)育，受采礦開挖影響坡體基巖結構較松散?，F狀坡腳臨空，坡體坡面裂縫較發(fā)育?，F狀坡體整體的穩(wěn)定性較好，主要威脅因素為危巖體，可能發(fā)生的變形方式為落石、掉塊。

2)不穩(wěn)定斜坡X2

不穩(wěn)定斜坡X2位于礦區(qū)西側區(qū)域，坡高5.0～30.0 m，坡寬177.0 m，坡度50°～60°，坡面形態(tài)呈“圓弧”形，坡體類型為土質-巖質邊坡，上部為風積黃土，層厚3～6 m，底部基巖為中上泥盆統西漢水群黃家溝組灰?guī)r。依據調查，受早期采礦開挖影響坡體基巖結構較松散，節(jié)理裂隙發(fā)育，坡面裂縫較發(fā)育，局部發(fā)育大塊危巖體。成因主要為早期采礦開挖及后期降雨和地震等因素；現狀坡體整體的穩(wěn)定性較差，在地震或強外力作用下可能發(fā)生的變形方式為上部土體崩塌和下部基巖區(qū)坡面的落石等。

3)不穩(wěn)定斜坡X3

不穩(wěn)定斜坡X3位于礦區(qū)東側區(qū)域，坡高3.0～15.0 m，坡寬284.0 m，坡度30°～50°，坡面形態(tài)呈“直線”形，坡體類型為土質-巖質邊坡，上部為風積黃土和局部的人工棄渣，底部基巖為中上泥盆統西漢水群黃家溝組灰?guī)r。依據調查，主要受早期安置設備及選料進行的修整，開挖成臺階狀，坡腳臨空，受雨水沖刷坡面局部坍塌，堆積體均為碎石土?，F狀坡體整體的穩(wěn)定性較差，在地震或強外力作用下可能發(fā)生的變形方式為崩塌。

4)不穩(wěn)定斜坡X4

不穩(wěn)定斜坡X4位于礦區(qū)北側區(qū)域，坡高5.0～15.0 m，坡寬123.0 m，坡度30°～45°，坡面形態(tài)呈“圓弧”形，坡體類型為人工邊坡，巖性為碎石土，為礦山開采形成的棄渣堆積而成。依據調查，坡面受降雨沖刷，坡面破碎、松散；坡面中部破段設置開采設備，并設有漿砌塊石構筑物；現狀坡腳臨空?，F狀坡體整體的穩(wěn)定性差，在地震或強外力作用下可能發(fā)生的變形方式為崩塌及滑坡。

3.1.2 不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性分析

根據不穩(wěn)定斜坡所處的地質環(huán)境條件，依據變形跡象，并與以往同類災害發(fā)生條件進行類比，參照斜坡穩(wěn)定性判別要素判定其穩(wěn)定性。采石場礦山不穩(wěn)定斜坡(X1～X4)發(fā)生災害的可能性見表1。

表1 不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性判定一覽

3.1.3 不穩(wěn)定斜坡對礦山地質環(huán)境影響程度評價

礦區(qū)內的不穩(wěn)定斜坡發(fā)生的可能性較大，損失小，危險性小，對礦山地質環(huán)境影響程度均較輕，因區(qū)內無耕地、居住區(qū)，其威脅對象主要為礦區(qū)后期治理期施工人員，預計威脅人數及可能造成的經濟損失見表2。

表2 不穩(wěn)定斜坡對地質環(huán)境影響程度

3.2 泥石流

礦區(qū)發(fā)育N1泥石流溝谷，橫穿整個礦區(qū)。該泥石流溝谷流域面積為0.496 km2，溝谷長1.4 km，流域內最高點高程為1 900.0 m，最低處海拔為1 600.0 m，相對高差300.0 m，主溝谷縱比降為214.3‰，兩側溝谷坡度為45°(見圖3)。

1)泥石流形成條件

地形地貌條件：N1泥石流流域平面形態(tài)呈“漏斗狀”，溝道中上游部分區(qū)域坡面基巖裸露，覆蓋層以殘破積含礫粉土為主，溝道縱比降較大，且泥石流溝溝道順直束窄，匯水迅速，流域的形態(tài)有利于降水在短期內匯集，為區(qū)內泥石流的形成和流動提供足夠的能量。

固體物質條件：勘查區(qū)內泥石流溝流域內松散固體物質較為豐富，主要是礦山棄渣，為泥石流的發(fā)生提供了較為充分的物質條件。

降水條件：流域區(qū)內短歷時大強度的降水為區(qū)內泥石流的形成提供了充足的水源條件，成為區(qū)內泥石流形成的主要誘發(fā)因素。

2)泥石流對礦山地質環(huán)境影響程度評價

勘查區(qū)發(fā)育的N1泥石流溝道，其威脅對象均為礦區(qū)周邊的村民、溝道下游岐山河、耕地等；由于溝道中游主要為棄渣占堆積區(qū)，現狀區(qū)內活動人員少，重點威脅區(qū)域為溝道下游出口上廟村村民。

現場調查，現狀泥石流溝未對棄渣進行攔擋防護，只在棄渣坡腳采取土方回填的方式進行壓腳，不能有效對棄渣進行攔擋。對泥石流綜合評價，預計威脅人數約10人，潛在經濟損失約100萬元。泥石流發(fā)生的可能性中等，損失小，危險性小，對礦山地質環(huán)境影響程度較嚴重[5-7]。

3.3 礦業(yè)活動對土地資源破壞

采礦活動對土地與植被資源的影響和破壞主要表現在采坑(采場)區(qū)、棄渣堆、工業(yè)廣場3個方面。

1)采坑(掌子面)挖損破壞

礦區(qū)屬露天采礦，由于前期開采時間長，采礦隨意性大，采礦不合理、亂挖濫采現象嚴重。據統計，礦區(qū)開挖共計形成1處采坑和1處掌子面(采場)，掌子面邊坡50°～70°，局部近似呈直立狀，影響和破壞土地面積共計約3.32 hm2。

2)棄渣堆倒占壓破壞

礦區(qū)開采較隨意，采礦不合理，棄渣隨意堆倒形成了大量的棄渣棄土，堆積于原始溝道，總計壓占破壞土地與植被面積3.55 hm2。

3)工業(yè)廣場壓占破壞

礦區(qū)面積較小，開采范圍也較小，主要工業(yè)廣場遺留主要為廠房及部分設備等，現場實地調查，現狀已有工業(yè)廣場壓占土地與植被面積0.20 hm2。

3.4 礦區(qū)采礦活動對水土污染影響破壞

1)水污染

西和縣興隆牟山采石場礦山屬露天開采，礦山用水主要是生產、生活用水，礦山的開采對水資源需求量較小，之前生產時產生的廢水主要為沖洗地面和機械設備清洗廢水，產生的廢水量較少且不外排，隨著礦山停采，已不存在該種污染。礦區(qū)內無地表水分布，礦山的開采高于當地最低侵蝕基準面，對地下水基本無影響。

2)土壤污染

采石場之前開采時淋濾水及礦區(qū)大量粉塵、廢氣的沉降、生活垃圾等可能會對周圍土壤造成污染。土壤污染主要為采石場的棄渣和棄土，棄土、掘進廢石淋濾水沉淀或侵入土壤，會使土壤板結、硬化，破壞土壤結構，影響植物生長。礦區(qū)粉塵、廢氣的沉降主要為礦物質粉粒，會對表層土壤造成污染，遇降水會致使土壤表層板結、硬化；生活垃圾集中處理，屬一般污染物。在礦山停采后，土壤污染已明顯減輕，并隨著自然恢復等，部分表層土壤已開始好轉。綜合分析現狀對土壤的污染程度較小。

4 礦區(qū)地質環(huán)境防治

針對西和縣興隆牟山采石場歷史遺留礦山地質環(huán)境問題，采用場地整理+渣堆平整+截排水工程+覆土綠化工程等綜合治理措施，在改善礦山地質環(huán)境問題的同時消除地質災害隱患[9-10]。

1)場地整理工程

依據調查，礦區(qū)在早期開挖采礦過程中形成了1處開挖掌子面和采坑，以及遺留的工業(yè)廣場的廠房、設備，礦區(qū)存在4處不穩(wěn)定斜坡，坡面危巖體較發(fā)育，在后期恢復治理前存在嚴重安全隱患，為保證治理的施工安全，在施工前期進行廠房、設備拆除、危巖清理、清除坡面的浮土等，為后期工程治理提供施工條件。

2)渣堆平整工程

現狀礦區(qū)存在1處棄渣堆，結合礦區(qū)地形對渣堆進行原地開挖平整，采取分級平整及多余棄渣回填采坑等形式進行整平，盡可能使現狀堆積坡體與周邊原始坡體坡面相協調。

3)截排水工程

因該礦區(qū)內存在泥石流地質災害隱患，需對誘發(fā)泥石流的主要因素形成的地表徑流進行治理，擬采用截排水工程，將區(qū)內匯水統一匯集排導，防止對棄渣的沖刷、掏蝕，從而誘發(fā)泥石流，同時防治水土流失。

4)覆土綠化工程

渣堆平整工程結束后，表層進行覆土并綠化，采取人工種植與當地土壤、氣候相適應的植被。

5 效益分析

通過礦山地質環(huán)境調查，大致查明了礦山地質環(huán)境危害現狀，采取有效工程手段進行地質生態(tài)環(huán)境恢復治理，不僅可美化景觀，還可控制水土流失，優(yōu)化區(qū)域生態(tài)條件，改善人民生活環(huán)境，提高人民生活質量，而且可以留青山綠水于后代，做到社會效益、經濟效益和環(huán)境效益的可持續(xù)發(fā)展，構建文明富裕、和諧進步的社會，增加當地社會經濟效益。

6 結 論

1)采石場在采礦過程中引發(fā)地質災害隱患、造成地形地貌景觀破壞、土地的挖損壓占破壞等嚴重破壞了區(qū)內地質環(huán)境和生態(tài)環(huán)境。

2)通過礦區(qū)地質環(huán)境影響評估，采礦活動對礦區(qū)水土污染、植被資源破壞的影響程度較嚴重；不穩(wěn)定斜坡對地質環(huán)境影響程度較輕，地質災害引發(fā)的可能性較大；泥石流對地質環(huán)境影響程度較嚴重，地質災害引發(fā)的可能性較大。

3)礦區(qū)通過場地整理+渣堆平整+截排水工程+覆土綠化工程等綜合治理措施，可有效恢復區(qū)內地質環(huán)境和生態(tài)環(huán)境條件，做到社會效益、經濟效益和環(huán)境效益的可持續(xù)發(fā)展。