李 超

(河南省地礦局第二地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 鄭州 450001)

0 前 言

襄汾縣恒鑫鐵礦位于襄汾縣城直距為13 km 的姜家莊村，采用全段面房柱式采礦方法進(jìn)行開采，斜井開拓，生產(chǎn)能力3萬t/a，主要開采Ⅰ、Ⅵ號(hào)礦體，累計(jì)查明資源儲(chǔ)量89.63萬t，其中保有333資源量38.37萬t，消耗資源儲(chǔ)量 51.26萬t。近10余年的開采，帶來了不穩(wěn)定斜坡、地面塌陷、含水層破壞、地形地貌景觀破壞和土地?fù)p毀等一系列地質(zhì)環(huán)境問題，環(huán)境治理迫在眉睫。

1 概 況

礦區(qū)位于塔兒山西側(cè)，屬低中山區(qū)，地勢(shì)東高西低，地形切割較強(qiáng)烈，溝谷發(fā)育；屬暖溫帶半干旱大陸季風(fēng)氣候區(qū)，年平均降水量為500 mm，年降水量集中在7月、8月、9月 3個(gè)月，占全年的60%；屬黃河流域汾河水系，主要溝谷為姜家溝，溝內(nèi)無常年性地表水體，暴雨時(shí)有短暫洪水匯入溝中排出區(qū)外，向北西注入汾河，再匯入黃河；姜家溝溝谷長度 3 970 m，山坡坡度20°～50°，上游大部為基巖裸露區(qū)，主要有奧陶系中統(tǒng)大理巖化灰?guī)r和斑狀閃長巖， 溝谷狹窄，呈“V”形，下游為黃土出露區(qū)，溝谷較寬闊；屬北溫帶落葉闊葉林地帶的山地丘陵區(qū)，自然植被類型主要有油松林、荊條、酸棗、三裂繡線菊、白羊草等組成的灌草叢和草叢，植被覆蓋率40%；土壤屬褐土，土質(zhì)疏松，團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，通透性好，適宜林木生長；礦區(qū)面積為0.388 8 km2，土地類型主要有耕地、草地、交通運(yùn)輸用地、其他土地、城鎮(zhèn)村及工礦用地等。

2 地質(zhì)環(huán)境特征

2.1 地質(zhì)特征

礦區(qū)位于臨汾斷陷盆地的東部邊緣，塔兒山-二峰山隆起帶西部，構(gòu)造主要有褶皺和接觸帶。褶皺發(fā)育，對(duì)地層分布影響較大，產(chǎn)狀變化較大；接觸帶極其發(fā)育，主要為石炭、奧陶系的碳酸鹽與閃長巖接觸交代，有帶狀的矽卡巖或鐵礦生成，是矽卡巖型礦床的重要控礦構(gòu)造；后期巖漿的破壞作用強(qiáng)烈，規(guī)模較小，分布凌亂，地表接觸帶規(guī)模一般數(shù)米到幾十米。地震基本烈度為Ⅷ度區(qū)，地震加速度為0.20g，反應(yīng)譜特征周期為0.35 s。

南部出露中奧陶統(tǒng)海相峰峰組和上馬家溝組，北部第四系廣泛分布。馬家溝組分為三段，下段厚70 m，為灰綠、黃褐色礫狀泥巖、含泥質(zhì)大理巖夾大理巖；中段厚76 m，為灰、深灰色厚層豹皮狀大理巖、灰白色厚層大理巖；上段厚90 m，為灰白、淺黃色厚層大理巖、泥質(zhì)大理巖。峰峰組分為兩段，下段厚66 m，為灰綠、黃褐色含泥質(zhì)大理巖、角礫狀泥質(zhì)大理巖夾大理巖；上段處于侵蝕面附近，各處厚度不等，3～8 m，為灰、深灰色厚層大理巖。第四系上更新統(tǒng)厚0～40 m，為灰黃色砂土、黏土。區(qū)內(nèi)主要出露斑狀閃長巖，少部分斑狀正長巖和二長巖。

2.2 礦床特征

恒鑫鐵礦礦體主要分布于斑狀閃長巖與中奧陶統(tǒng)馬家溝組白云質(zhì)灰?guī)r或鈣質(zhì)白云巖接觸帶上，屬矽卡巖型鐵礦床；共發(fā)現(xiàn)有3個(gè)隱伏小型礦體，呈透鏡狀、似層狀產(chǎn)出，形態(tài)較復(fù)雜，受侵入接觸構(gòu)造控制；礦石類型為磁鐵礦石，礦石礦物主要為磁鐵礦、假象赤鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦、黃鐵礦等；礦石TFe 品位為25.96%～61.75%，平均為 44.80%；mFe品位為23.92%～50.08%，平均為 45.12%；主要有害成分為硫、磷。

1)Ⅰ號(hào)礦體：位于礦區(qū)中部，以透鏡狀或似層狀產(chǎn)出；礦傾向?yàn)楸蔽?，傾角為 20°～27°；礦體走向延長 100 m，傾向延深 200 m；礦體真厚度 1.37～1.82 m，平均為 1.62 m；頂板為矽卡巖、大理巖，底板為矽卡巖、斑狀閃長巖；TFe品位為39.24%～41.52%，平均為 40.65%；mFe 品位為33.76%～35.94%，平均為34.57%。

2)Ⅵ號(hào)礦體：位于礦區(qū)北部，以透鏡狀或似層狀產(chǎn)出；礦體走向北東，傾向北西，傾角10°～30°，平均傾角18°；長約190 m，延深180 m；礦體真厚度1.71～12.61 m，平均為4.60 m；頂板為矽卡巖、大理巖，底板為矽卡巖、大理巖；TFe品位為31.09%～61.75%，平均為46.06%； mFe品位為23.92%～50.08%，平均為39.60%；S含量0.018%～0.956%，平均為0.229%； P含量0.007%～0.017%，平均為0.011%；礦體沿走向有向北東側(cè)伏的趨勢(shì)。

3)Ⅶ號(hào)礦體：位于礦區(qū)南部，呈透鏡狀或似層狀產(chǎn)出；礦體產(chǎn)狀291°∠25°，延長 335 m，延深100 m；礦體真厚度1.00～13.11 m，平均為5.06 m；頂板為矽卡巖、大理巖，底板為斑狀閃長巖；TFe品位為25.96%～51.61%，平均為43.72%；S含量0.010%～1.025%，平均為0.094%；P含量0.005%～0.024%，平均為0.010%。

2.3 水文地質(zhì)條件

區(qū)內(nèi)水系發(fā)育一般，溝谷內(nèi)的水流量隨雨量大小而異，地表排泄條件好，部分溝谷發(fā)育間歇性小溪。礦區(qū)東北部發(fā)育有南北向溝谷一條，面積0.15 km2，河流縱坡12‰，形態(tài)呈“V”形；西部有北西向溝谷一條，流域面積0.24 km2，河流縱坡16‰，溝谷形態(tài)呈“V”形。

地下水劃分為第四系松散層孔隙含水層、中奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖裂隙巖溶含水層和巖漿巖裂隙含水層3種類型。前者巖性為粉土、粉質(zhì)黏土，垂直節(jié)理發(fā)育，透水性較好，富水性弱，最大厚度50 m，流量在10～100 t/d；中者巖性為灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖等，巷道所見巖溶不發(fā)育，只在層間裂隙及風(fēng)化裂隙含水，隨埋深加大而減弱；后者閃長巖本身不含水，是良好的深部隔水層，但侵入過程中由于頂推穿刺或旋轉(zhuǎn)過程中使圍巖產(chǎn)生網(wǎng)狀裂隙系統(tǒng)，加大了周圍巖層的富水性，面積不大，泉水出露少，且流量小，泉流量?jī)H0.1～0.2 L/s。

礦區(qū)地下水一部分接收大氣入滲補(bǔ)給，一部分接收上覆第四系松散層孔隙含水層的垂向補(bǔ)給，地下水由北東向南西方向徑流，并向新絳縣古堆泉排泄；礦體開采標(biāo)高均高于奧陶系灰?guī)r水位標(biāo)高，不存在帶壓開采，未發(fā)現(xiàn)導(dǎo)水?dāng)鄬拥拇嬖?，水文地質(zhì)條件中等。

2.4 工程地質(zhì)條件

1)土體工程地質(zhì)特征：第四系松散層廣泛分布，主要由黃色粉土、粉質(zhì)黏土和砂礫石層夾棕紅色古土壤層組成，稍濕，稍密-中密，具中-低壓縮性，中等-弱濕陷性，垂直節(jié)理發(fā)育，工程地質(zhì)條件中等。

2)巖體工程地質(zhì)特征：礦區(qū)開采對(duì)象為馬家溝組與斑狀閃長巖接觸帶上磁鐵礦體，礦體的頂?shù)装鍨榛規(guī)r、斑狀閃長巖、大理巖、矽卡巖等，巖石性質(zhì)屬中等堅(jiān)硬較穩(wěn)固性巖石。其中，石英巖巖體質(zhì)量為Ⅰ類，矽卡巖巖體質(zhì)量為Ⅱ類，硅化大理巖、大理巖、二長巖和閃長巖巖體質(zhì)量為Ⅲ類，鐵礦體巖體質(zhì)量達(dá)Ⅳ級(jí)。

3 地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀和預(yù)測(cè)

3.1 地質(zhì)災(zāi)害

1)采空區(qū)特征

礦山自2011年底參與整合以來，僅2019年進(jìn)行了生產(chǎn)活動(dòng)，主要開采礦體為Ⅵ礦體，開采區(qū)域位于礦體西北部，采出礦石量為0.45 萬t；南部Ⅶ號(hào)礦體礦界范圍內(nèi)資源量在資源整合以前已采空，其余礦體未進(jìn)行任何開采活動(dòng)。Ⅵ號(hào)礦體采空區(qū)有3處，采高4.68 m，采空區(qū)面積約18 925 m2；Ⅶ礦體采空區(qū)1處，采高5.51 m，采空區(qū)面積約73 071 m2；采空區(qū)總面積為91 996 m2。

2)地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀

區(qū)內(nèi)發(fā)育不穩(wěn)定斜坡1處，泥石流1處，已修復(fù)地面塌陷4處，無地面裂縫及下沉跡象。

不穩(wěn)定斜坡XP1：位于礦區(qū)北部姜家溝內(nèi)，工業(yè)廣場(chǎng)東部為溝谷邊坡(見圖1a)，邊坡高約6 m，坡長約50 m，坡度約65°；裂隙發(fā)育，上部為上更新統(tǒng)黃土，底部有鈣質(zhì)結(jié)核；下部為中更新統(tǒng)淡紅色黏土，現(xiàn)狀條件下邊坡穩(wěn)定性較好，存在崩塌、滑坡隱患，造成可能經(jīng)濟(jì)損失小于100萬元，受威脅人數(shù)小于10人。

圖1 不穩(wěn)定斜坡和廢石場(chǎng)

姜家溝泥石流：位于塔兒山西北坡的姜家溝，溝谷橫截面呈“V”形?；鶐r裸露，主要為奧陶系大理巖化灰?guī)r，其次為斑狀閃長巖，少量松散堆積物；下游主要為黃土覆蓋區(qū)，溝谷內(nèi)松散堆積物大面積分布，厚度較大；溝內(nèi)有廢石場(chǎng) 1處，位于主井工業(yè)廣場(chǎng)西部溝內(nèi)，現(xiàn)狀調(diào)查形成的廢石堆積斜坡坡高約4.5 m，坡長31 m，坡度約75°，修建有水泥砂漿塊石砌筑結(jié)構(gòu)擋土墻(見圖1b)，廢石存量11 516 m3；溝谷內(nèi)無常年性地表水體，在暴雨時(shí)有短時(shí)洪流，溝谷溝口無泥石流堆積的痕跡，歷史上未發(fā)生過泥石流地質(zhì)災(zāi)害，由于溝內(nèi)有大量廢石堆積，不排除暴雨時(shí)發(fā)生泥石流地質(zhì)災(zāi)害可能[1-2]。

此外，礦區(qū)范圍內(nèi)共存在4個(gè)采空區(qū)，企業(yè)已對(duì)采空區(qū)進(jìn)行充填治理并通過驗(yàn)收，目前已有采空區(qū)上部地表沒有明顯地面裂縫和下沉跡象，采空區(qū)底部沒有積水。

3)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)

主副井工業(yè)場(chǎng)地、廢石場(chǎng)、回風(fēng)斜井工業(yè)場(chǎng)地遭受崩塌、滑坡和泥石流地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性較大，影響程度較嚴(yán)重，面積1.6 hm2；Ⅵ號(hào)礦體開采范圍內(nèi)引發(fā)地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性較大，影響程度較嚴(yán)重，減去重疊主副井工業(yè)廣場(chǎng)面積1.12 hm2，較嚴(yán)重面積10.203 hm2；Ⅰ號(hào)礦體開采影響范圍引發(fā)地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性較小，影響程度較輕，面積4.256 hm2；其他范圍地質(zhì)災(zāi)害影響較輕，面積30.737 hm2。

總之，現(xiàn)狀條件下，地面塌陷、地裂縫地質(zhì)災(zāi)害不發(fā)育，未發(fā)生過崩塌、滑坡和泥石流地質(zhì)災(zāi)害，存在崩塌、滑坡和泥石流地質(zhì)災(zāi)害隱患[2-3]，地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性較輕(見圖2a)。預(yù)測(cè)后期工業(yè)場(chǎng)地遭受崩塌、滑坡和泥石流地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性較大，影響程度較嚴(yán)重；Ⅵ號(hào)礦體開采范圍引發(fā)地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性較大，影響程度較嚴(yán)重；其他范圍地質(zhì)災(zāi)害影響較輕(見圖2b)。

圖2 地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀和預(yù)測(cè)評(píng)估

3.2 含水層現(xiàn)狀

區(qū)內(nèi)Ⅵ號(hào)礦體存在采空區(qū)3處，主要分布于礦區(qū)中部，采高4.68 m，采空區(qū)面積約18 925 m2；Ⅶ礦體采空區(qū)1處，分布于礦區(qū)西南部，采高5.51 m，采空區(qū)面積約73 071 m2。礦山開采對(duì)采空區(qū)以上的含水層均造成了一定的破壞。

1)含水層現(xiàn)狀

Ⅵ號(hào)礦體開采對(duì)采空區(qū)以上的新生界第四系松散巖類孔隙含水層造成了一定的破壞，改變上部含水層儲(chǔ)水結(jié)構(gòu)，局部疏干上部含水層，對(duì)第四系松散巖類孔隙含水層地下水影響較嚴(yán)重；中奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖巖溶裂隙含水層地下水位標(biāo)高約為480 m，礦區(qū)最低開采標(biāo)高530 m，位于奧陶系碳酸鹽巖巖溶裂隙含水層地下水位以上，礦床開采對(duì)奧陶系中統(tǒng)碳酸鹽巖巖溶裂隙含水層地下水影響程度較輕；礦床開采使巖漿巖裂隙含水層部分地段結(jié)構(gòu)被破壞，水位下降，由于巖漿巖裂隙含水層富水性弱，沒有統(tǒng)一的地下水位，礦床開采對(duì)巖漿巖裂隙含水層影響程度較輕[5-6]。

礦井涌水量較小，評(píng)估區(qū)無村莊分布，該礦現(xiàn)處于停產(chǎn)狀態(tài)，采礦活動(dòng)對(duì)礦區(qū)及當(dāng)?shù)鼐用裆a(chǎn)生活用水影響較小；礦區(qū)生產(chǎn)和生活用水取自礦區(qū)以外，礦床開采對(duì)生產(chǎn)生活用水影響較輕。

總之，現(xiàn)狀條件下采礦對(duì)區(qū)內(nèi)各類含水層影響程度分為“較嚴(yán)重區(qū)”和“較輕區(qū)”(見圖3a)。其中“較嚴(yán)重區(qū)”主要位于采空區(qū)，影響第四系松散巖類孔隙含水層地下水結(jié)構(gòu)和地下水水位，面積為8.552 1 hm2；其他區(qū)域含水層未受到采礦活動(dòng)影響，影響與破壞程度“較輕”，面積為32.388 hm2。

2)含水層預(yù)測(cè)

隨著采礦范圍的擴(kuò)大，對(duì)含水層的破壞與現(xiàn)狀類似，但面積有所擴(kuò)大(見圖3b)，其中，含水層破壞程度“較嚴(yán)重區(qū)”，面積為15.572 hm2；含水層破壞程度“較輕區(qū)”，面積為25.368 hm2。

圖3 含水層現(xiàn)狀和預(yù)測(cè)評(píng)估

3.3 地形地貌景觀

1)地形地貌景觀現(xiàn)狀

現(xiàn)狀條件下，區(qū)內(nèi)形成的采空區(qū)主要有4處，但未在地表形成地面塌陷區(qū)。對(duì)地形地貌景觀產(chǎn)生影響主要為工業(yè)場(chǎng)地的修建。2處工業(yè)場(chǎng)地、2處運(yùn)礦道路和1處廢石場(chǎng)對(duì)地形地貌景觀影響和破壞程度為“較嚴(yán)重”(見表1)，面積為1.6 hm2；其余范圍對(duì)地形地貌景觀影響和破壞程度“較輕”，面積39.78 hm2(見圖4a)。

表1 地形地貌景觀現(xiàn)狀一覽

2)地形地貌景觀預(yù)測(cè)

礦山開采后將形成整體塌陷或下沉變形，地面將出現(xiàn)沉陷及地裂縫現(xiàn)象，進(jìn)一步引起加速侵蝕、植被退化、土地退化等荒漠化危害，結(jié)合相似礦山經(jīng)驗(yàn)、礦體厚度、頂板巖性、回采工藝等[7-9]，預(yù)測(cè)地形地貌損毀程度為“較嚴(yán)重”，面積15.947 hm2；其他范圍地形地貌損毀程度為“較輕”，面積24.993 hm2(見圖4b)。

圖4 地形地貌影響現(xiàn)狀和預(yù)測(cè)評(píng)估

3.4 損毀土地

1)損毀土地現(xiàn)狀

區(qū)內(nèi)土地利用現(xiàn)狀主要有旱地和其他草地，屬崇實(shí)村集體所有，其次為采礦用地。礦山為地下開采，對(duì)地表原有植被破壞較小，但是廢石堆放、工業(yè)場(chǎng)地等工程活動(dòng)不同程度地破壞土地。

現(xiàn)狀損毀土地主要為壓占損毀，主要有已有主副井工業(yè)場(chǎng)地、回風(fēng)斜井、廢石場(chǎng)、臨時(shí)用地、運(yùn)礦道路及廢棄采礦用地(見表2)，占地類型為其他草地、采礦用地、農(nóng)村道路和村莊等，損毀程度為重度。

表2 已損毀土地情況一覽

2)損毀土地預(yù)測(cè)

在礦山服務(wù)年滿后，對(duì)各個(gè)損毀單元進(jìn)行復(fù)墾，部分損毀單元需要進(jìn)行覆土，覆土土源來自設(shè)計(jì)取土場(chǎng)，本次取土場(chǎng)面積為0.06 hm2，表現(xiàn)為挖損損毀占地類型為其他草地。

3.5 環(huán)境污染

空氣污染主要有原礦堆場(chǎng)粉塵和運(yùn)輸?shù)缆窊P(yáng)塵；廢水污染主要為礦井水和生活污水；固體廢物污染為廢石和生活垃圾；噪聲污染為提升機(jī)、通風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)、水泵和運(yùn)輸車輛等。

3.6 生態(tài)破壞

1)生態(tài)破壞現(xiàn)狀

工業(yè)廣場(chǎng)主要占地類型為采礦用地，占地面積1.12 hm2；廢石場(chǎng)平均堆積厚度4 m，堆放量11 516 m3，占地類型為采礦用地；廢棄工業(yè)場(chǎng)地為原襄汾縣陶寺鄉(xiāng)鑫昌達(dá)鐵礦工業(yè)場(chǎng)地不再利用，占地類型為采礦用地，面積為10.65 hm2；植被類型均屬于無植被區(qū)。

2)生態(tài)破壞現(xiàn)狀預(yù)測(cè)

擬建取土場(chǎng)有1處，選在礦區(qū)西部，占地0.06 hm2，占地類型為其他草地，會(huì)進(jìn)行一定量的挖方工作，破壞草叢，使占地范圍內(nèi)土地利用的結(jié)構(gòu)和類型發(fā)生變化，原有的植被類型的結(jié)構(gòu)和分布將發(fā)生一定變化，從而增加了水土流失。

4 環(huán)境保護(hù)與土地復(fù)墾

4.1 地質(zhì)災(zāi)害防治

未來采礦活動(dòng)可能引發(fā)的不穩(wěn)定邊坡的崩塌，擬對(duì)邊坡較陡或土質(zhì)邊坡采取削坡減載、減緩坡度、修建截排水系統(tǒng)的措施，并加強(qiáng)邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)。地面塌陷和地裂縫主要以局部整平、恢復(fù)土地功能為主。即地表塌陷就近取土，進(jìn)行塌陷坑的填埋、整平；地裂縫以填埋為主，對(duì)不同的地類實(shí)施差異的土地復(fù)墾手段，以恢復(fù)土地的原有功能。

4.2 含水層破壞防治

鐵礦采礦活動(dòng)對(duì)含水層的破壞主要為鐵礦開采對(duì)含水層結(jié)構(gòu)的破壞，主要采取回填采空區(qū)、修補(bǔ)含水層等工程。含水層破壞以自然恢復(fù)水位為主，加強(qiáng)周邊水井地下水水位、水質(zhì)、水量監(jiān)測(cè)。

4.3 地形地貌景觀防治

鐵礦采礦活動(dòng)影響地形地貌景觀的單元為廢石場(chǎng)、工業(yè)場(chǎng)地等。工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)建筑物在礦山服務(wù)期滿后留續(xù)使用；地形地貌景觀防治主要集中在廢石場(chǎng)、取土場(chǎng)。取土場(chǎng)先采用回填、覆土等簡(jiǎn)單工程措施[10]；之后根據(jù)不同的地類實(shí)施差異的土地復(fù)墾手段[11]，基本恢復(fù)原有地形地貌和土地的原有功能。

4.4 水土環(huán)境污染防治

采礦活動(dòng)可能引起的水土污染，以監(jiān)測(cè)預(yù)防為主，定期取樣對(duì)地下水水質(zhì)及地表土壤污染情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)生活污水的管理，污水必須通過處理達(dá)標(biāo)后才可排放。工業(yè)場(chǎng)地及廢石場(chǎng)采用修筑截排水溝，廢石場(chǎng)底部修建排水涵洞，礦坑水收集再利用，工業(yè)場(chǎng)地生活污水處理后再利用。

5 結(jié) 論

襄汾縣恒鑫鐵礦現(xiàn)狀地質(zhì)環(huán)境問題不穩(wěn)定斜坡、含水層破壞和地下水位下降、地形地貌景觀破壞和壓占損毀土地；預(yù)測(cè)地質(zhì)環(huán)境問題為地面塌陷、崩塌、滑坡和泥石流、含水層和地形地貌損毀面積進(jìn)一步增大和取土場(chǎng)的挖損損毀土地等；削坡邊坡、修建截排水，填埋和整平地表塌陷，回填和覆土取土場(chǎng)，再選擇合適的土地復(fù)墾和植被綠化措施，恢復(fù)原有的地形地貌景觀和土地的原有功能，以期為井下金屬礦提供生產(chǎn)、修復(fù)和保護(hù)的理論依據(jù)。