渭北嵯峨山废弃采石矿山开发式治理探讨

王 焘，雷 鹏，寿立永，妙 超

(中国建筑材料工业地质勘查中心陕西总队，陕西 西安 710003)

嵯峨山地处关中平原北山泾阳段，南距西安市35 km，现存唐振锡寺遗迹、大唐悟空禅师之塔、唐德宗李适陵(崇陵)等名胜古迹，嵯峨山还蕴含着丰富的石灰石资源，为关中城市群的建设做出了不可磨灭的贡献。20世纪末至21世纪初，嵯峨山矿产资源开采强度加大，频繁的开山采石活动严重破坏了区内的生态环境，形成青山绿水间一道醒目的“伤疤”，且位于西安市、咸阳市的机场主航线可视范围之内，严重影响了黄河流域的生态安全和西安市的国际城市形象[1-3]。2015年以来，陕西省各级政府投入了大量的人力、财力开展了一批废弃采石矿山治理工程项目，取得了一定的成效。以往针对废弃采石矿山开展的治理，多限于平缓场地(采场底盘、工业场地等)的覆土绿化，开采区受损的地貌景观未得到根本的改善，废弃采矿用地也未得到充分的复垦利用。2020年3月，陕西省财政厅、陕西省自然资源厅下发了《关于设立陕西省秦岭矿山生态修复基金有关事项的通知》(陕财办基金〔2020〕1号)，提出积极构建“政府主导、政策扶持、社会参与、开发式治理、市场化运作”的矿山生态修复新模式，进一步拓展了矿山生态修复的技术思路。2020年6月，泾阳县引进社会资本，探索性地推进嵯峨山一带废弃采石矿山生态修复，某企业计划开展CK1采坑和CK2采坑废弃采坑群的生态修复，治理后开发红色旅游项目，与临近安吴青年训练班纪念馆形成产业集群。该设计采用台阶式整治进行地貌重建，在此基础上因地制宜，开展土地复垦，实现对废弃采石矿山开发式治理。同时，修复工程产生的剩余石料依照相关规定通过政府公共交易平台拍卖，回收的资金用于矿山生态修复工程，形成“修复-利用-资金回收”的闭环废弃采石矿山修复模式，为渭北“旱腰带”众多的废弃采石矿山生态修复提供了新的思路。

1 治理区自然地理及地质环境背景

1.1 自然地理

治理区地处泾阳县安吴镇嵯峨山南麓，地势北高南低，跨越基岩山地和洪积扇两个地貌单元。该区属暖温带大陆性季风气候，四季冷暖，干湿分明，平均降水量为481.9 mm，多年平均蒸发量为1 212 mm，多年平均气温为16.3 ℃。区内无常年流水，属渭河支流冶峪河中游左岸。

1.2 地质环境背景

1.2.1 地层岩性

治理区出露地层有奥陶系和第四系地层[4]，具体情况如下所述。

1)奥陶系。属奥陶系中统马家沟组(O2m1)，为一套海相碳酸盐岩沉积地层，主要岩性为灰岩、白云质灰岩、灰质白云岩，局部夹泥灰岩、泥岩，总厚度大于400 m，出露于治理区北部。

2)第四系。以黄土为主，采石区周边零星分布人工堆积物。离石黄土为黄褐色亚黏土，夹有多层棕红色、红褐色古土壤，厚大于20 m；马兰黄土为浅灰黄色、浅黄色粉土质黄土，局部夹1～2层红色古土壤，厚3～15 m，出露于治理区南部。

1.2.2 地质构造

治理区处于渭河地堑与鄂尔多斯台塬褶皱带的接触部位，口镇一关山断裂(F1)自其南部穿过。该断裂西起永寿北，向东经口镇、鲁桥至阎良东北，长约75 km，走向近EW，倾向S，倾角70°～80°，为高角度张性正断层，构成了渭河盆地的北缘。

治理区地层整体呈单斜层状产出，倾向南西，总体产状205°～240°∠26°～47°。岩层(体)中节理、裂隙是主要的构造行迹，三组节理特征依次为：J1：110°～146°∠63°～79°，2～8条/m；J2：10°～42°∠40°～61°，0.4～3.0条/m；J3：310°～325°∠70°～80°，0.6～5.0条/m。节理面较平直，未填充或少量泥质填充。

2）材料部门应及时组织材料成本核算，为相关部门及本工程项目数据库及时更新数据提供保障。建立材料使用台账，记录使用和节超状况并随时录入仓库管理子系统。材料管理人员应对材料使用情况进行监督并建立监督记录，按月对材料使用情况进行盘点和物料租赁费用的结算，对存在的问题应及时汇总分析并上报项目经理部。

1.2.3 新构造运动与地震

治理区地处渭河盆地北缘，新构造运动较为强烈。区内地震基本烈度为Ⅶ度，地震动峰值加速度0.15 g，场地设计特征周期值0.45 s[5]。

1.2.4 水文地质与工程地质

区内地下水划分为第四系松散岩类孔隙水和奥陶系碳酸盐岩类岩溶裂隙水。地下水由降水入渗补给，孔隙水沿基岩界面汇集依地形由高向低运移，在沟谷两侧以泉排泄；岩溶裂隙水沿层面或溶隙、裂隙向下径流，补给深层地下水。地下水的排泄方式包括蒸发、人工开采和泉水排泄等。采石区位于当地侵蚀基准面以上，自然排水通畅。区内岩土体可分为半坚硬-坚硬的碳酸盐岩和松散岩类碎石土、风积黄土。碳酸盐岩饱和抗压强度为47.28～84.26 MPa，平均70.31 MPa；风积黄土具有Ⅰ级(轻微)-Ⅱ级(中等)湿陷性。

1.2.5 人类工程活动

区内人类工程活动强烈，主要为以往露天矿山开采和矿山地质环境治理活动。

2 矿山地质环境问题及土地损毁现状

泾阳县嵯峨山一带废弃采石矿区东西向延伸约3.6 km，南北宽约1.0 km，现存废弃采坑26处。前期，泾阳县人民政府已对废弃工业场地、废渣堆进行了治理，遗留未治理的露天采场破坏面积约1.11 km2。

图1 CK1和CK2废弃采坑群航拍影像

2.1 矿山主要地质环境问题

2.1.1 采坑边坡崩塌隐患

CK2采坑边坡存在一处崩塌隐患，崩塌体高51 m，宽70 m，厚5 m。崩塌体主要由薄-中厚层状白云质灰岩、泥灰岩组成，岩层产状214°∠27°，坡向与岩层倾向同向，节理裂隙发育。在降雨、震动等条件下，有沿层面、节理开裂并滑塌的可能性，威胁治理活动中设备和人员的安全。

2.1.2 地形地貌景观破坏

CK1采坑和CK2采坑废弃采坑群历史开采强度大，总占地面积9.95×104m2，开采深度178 m，采区范围内地形破碎、边坡高陡、基岩裸露、植被破坏(图2)，采矿遗迹与周边地貌、环境极不协调。其位于嵯峨山主峰南麓，直面关中城市群，在银榕线(G211)、京昆线(G108)、西安咸阳机场航线俯视区可视范围，对地方经济发展和投资环境产生了负面影响。

图2 嵯峨山废弃采石矿山地形地貌景观破坏现状

2.2 土地损毁现状

废弃采石矿山对土地的损毁形式为挖损，损毁采矿用地8.45 hm2、其他草地1.50 hm2，损毁程度严重。

3 生态修复设计

3.1 规划布局

以往同类采石矿山采用的治理措施主要包岩质坡面喷播、废渣(建筑垃圾)回填等。岩质坡面喷播方案受坡度影响较大，且存在退化的可能性，该方法在渭北一带的有效性尚未得到验证。废渣(垃圾)回填方案受底盘宽度、堆积高度限制，坡体上部植被覆盖率低，另一方面，大量平地用于堆填造坡，恢复的土地价值相对较低[6-9]。根据县域规划及企业布局，CK1采坑和CK2采坑废弃采坑治理片区优先用于发展旅游业，治理工程对景观、安全要求较高。本次针对CK1采坑和CK2采坑废弃采坑群进行系统的地貌重建设计，消除地质灾害隐患，在此基础上开展土地复垦，实现废弃地再利用。

地貌重建设计结合破损地貌和外围原始地貌特征，通过台阶式开挖、堆填消除残存孤丘和地形突变，美化人工地貌景观，体现“巧雕”原则。设计将治理区北段改造为沟坡，向南依次形成五级宽大平台，总体形成“五台五坡”的格局。地貌重建后形成的台阶状边坡修复为林草地，宽大平台用作风景名胜设施用地(图3和图4)。

1-废弃采坑及编号；2-崩塌隐患；3-地貌重建范围；4-台阶坡顶/坡底线；5-植被修复；6-平整夯实；7-断面位置

图4 地貌重建断面示意图

3.2 地貌重建

3.2.1 台阶式刷坡

针对高陡岩质边坡区，采用台阶式刷坡进行地貌整治，在边坡安全、景观和谐的前提下，要求刷坡量最小。台阶参数的确定应兼顾治理难度和安全性两方面因素。

台阶复垦植被优选刺槐、迎春花。陕西渭北一带刺槐自然生长14～16 a可达9 m，后期生长速度变慢；进行人工干预及时除萌定株，8～10 a可成材[10]。本地迎春花株高最大5 m，一般3 a可达1.2～1.5 m[11]。按照土地复垦优势树种的生长习性，建议台阶高度8～10 m，6～8 a基本可实现岩质边坡全遮挡。

台阶边坡角参照相关技术规范和资料[12-14]，并类比周边同类矿山确定，石灰岩台阶坡面角一般60°～65°。台阶宽度应满足机械生产的要求，建议不小于4 m，并依地形条件设置宽大平台，提高边坡的安全性，同时便于后期施工。设计坡面朝向时，避免开挖产生外倾结构面，如确实无法避免，可放缓台阶坡角至结构面倾角。

根据区内岩石结构特征，CK1采坑和CK2采坑废弃采坑群治理设计刷坡台阶高度8 m，宽度4 m，非顺层坡段台阶坡度65°，顺层坡段按地层倾角(33°～39°)进行刷坡。台阶式刷坡区两侧应依地形调整边坡走向、台阶坡角、宽度，与原始地形自然相接。

3.2.2 台阶式堆填

针对边坡高度小于50 m，且不具备外扩条件的坡段，依地形进行分台阶渣方回填，修复地貌形态。堆填段台阶应与刷坡段台阶、周边原始地貌自然衔接，实现总体景观的协调。堆填坡面边坡坡率不大于1.0∶1.5。

CK1采坑和CK2采坑治理设计填方台阶高度8 m，填方边坡坡率1∶1.5，每隔两个4 m宽台阶，设置一个宽6 m安全台阶。堆填物为刷坡产生的废石，分层压实，压实度≥90%。为防止雨水对坡面的冲刷、增强边坡坡体稳定性，在各台阶内侧坡脚修筑生态排水沟(生态袋砌筑)。

3.3 土地复垦

整治后的地貌主要分为边坡区和平台区两类单元。边坡区为台阶状折线坡，各台阶覆土80 cm(自然沉实厚度)，外侧砌筑生态袋挡墙支挡，植刺槐、侧柏，撒播草籽，复垦为有林地；坡脚栽植爬山虎、扶芳藤，坡口生态袋挡墙栽植迎春花。短期复绿效果要求较高的地段，建议对台阶边坡进行植生混凝土喷播。治理后形成的五级宽大平台按照当地土地利用总体规划、项目总体规划，复垦为耕地、园地、风景名胜设施用地等，实现开发式治理。

CK1采坑和CK2采坑废弃采坑群治理形成的平地(平台区)面积9.23×104m2，按照县域规划，复垦为风景名胜设施用地，用于后期旅游开发。

3.4 监测和管护

设计对治理后的高陡边坡开展地表位移监测、地形地貌景观监测，对复垦后的林、草地进行为期5 a 的管护。项目区东南距冯村水库约10 km。冯村水库有效库容1 125×104m3，是一座以城市供水和农业灌溉为主，兼顾防汛的中型水库，可以作为本项目管护期灌溉水源。

4 工程投资和资金回收

CK1采坑和CK2采坑废弃采坑群治理工程投资额约8 700万元，全部为社会资本投入。资金回收渠道主要包括剩余石料的销售收益和新增风景名胜设施用地收益。地貌整治产生的剩余石料约80×104m3，合计216×104t(密度按2.7 t/m3)。《关于探索利用市场化方式推进矿山生态修复的意见》(自然资规〔2019〕6号)指出“对地方政府组织实施的历史遗留露天开采类矿山的修复，因削坡减荷、消除地质灾害隐患等修复工程新产生的土石料及原地遗留的土石料，可以无偿用于本修复工程；确有剩余的，可对外进行销售，由县级人民政府纳入公共资源交易平台，销售收益全部用于本地区生态修复，涉及社会投资主体承担修复工程的，应保障其合理收益”。剩余石料由县级人民政府纳入公共资源交易平台，潜在经济价值约为人民币6 480万元(出售收益按30元/t计算)[15]。土地复垦新增风景名胜设施用地9.23 hm2，可用于后续旅游产业开发，潜在经济价值预计2 769万元。两项主要收益合计9 249万元，冲抵治理投资后，尚有约549万元盈余。

5 结 语

本文生态修复工程对象CK1采坑和CK2采坑废弃采坑群占地面积9.95×104m2，矿山主要地质环境问题包括：废弃采坑高陡边坡存在的崩塌地质灾害隐患；采石矿区地形地貌景观破坏严重，与周边环境极不协调，且位于“三区两线”可视范围内；历史开采对土地挖损损毁严重，造成土地废弃。结合以往治理工程措施所存在的不足，为达到根治劣质地貌景观，实现开发式治理目的，设计结合破损地貌和外围原始地貌特征，通过台阶式挖、填方进行地貌重建，按照规划利用方向复垦风景名胜设施用地、耕地或园地，实现开发式治理。剩余石料销售、新增风景名胜设施用地收益再用于当地生态修复，形成“修复-利用-资金回收”闭环的废弃采石矿山修复模式。该工程是对“十九大”精神的深入贯彻，是践行“绿水青山就是金山银山”的重要举措，将带动区域生态修复事业发展，改善周边农村人居环境，促进当地旅游业向好发展，工程效益显著。但系统地貌景观重建会对采坑外围造成一定程度的二次破坏，且治理工程实施过程中存在以生态修复名义开采资源的可能，对于监管的要求较高。然而，所谓“不破不立”，如果对废弃采石矿山的治理限于既成破损地形，又何谈对地形地貌景观破坏的治理。这是目前废弃采石矿山生态修复中值得思考的宏观问题。建议自然资源主管部门完善配套的监管机制，推动渭北一带废弃采石矿区生态修复事业。