都兰察汗乌苏石料矿山环境地质分析及生态修复治理

邢 佳，王建国*，巨克平，刘建伟，张世珍

(1.青海大学 地质工程系，西宁 810016；2.青海领盛工程信息咨询有限公司，西宁 810013；3.青海大学 教务处，西宁 810016；4.甘肃省地质矿产勘查开发局第三地质矿产勘查院，兰州730050)

研究区位于鄂拉山构造成矿带与柴北缘构造带的复合部位，成矿区带上属于东昆仑-西秦岭铁(钨、锡)多金属成矿带。该地区矿产资源丰富，金、银、铅、建筑石料等矿产在该地均有发现，但对资源的开发利用不可避免的会导致一些环境地质问题[1-2]，尤其是一些矿山采用露天开采方式，对生态环境的影响更为明显。目前，诸多学者的研究重点主要集中在该地区的矿产勘查与开发领域，而对存在的地质环境问题研究相对匮乏[2-4]。本文以都兰察汗乌苏地区建筑用石料矿为研究对象，对开发过程中造成的环境问题加以研究分析，并给出相应的解决方案[3]。该讨论内容对于解决察汗乌苏地区生态环境问题具有一定的借鉴意义。

1 矿山概况

1.1 自然地理

察汗乌苏建筑用石料矿山位于都兰察汗乌苏镇上庄村南部地区，地理坐标为：东经98°06′，北纬36°14′，国道109线西侧，海拔3 198～3 346 m(图1)。地属高原大陆性气候，具有严寒、大风、昼夜温差大、冻期长、干旱等特点[3]，每年的8～9月存在暴雨期，平均气温为3 ℃，最高气温可达29 ℃，最低气温为-30℃，年封冻期为4个月，最大冻土深度为1.2 m。其地势南东高西北低，地形陡峭，风化严重，基岩大多裸露在外，无常年地表径流。区内植物主要以草地为主，广泛生长垂猪毛蒿草、针矛、穗披碱草和垂穗披碱草，植被覆盖率平均为20%～30%，部分地区可达40%。区内土壤类型主要为栗钙土，有机质含量较低，厚度较薄，一般小于0.5 m。

图1 矿山地理位置图

1.2 矿山环境地质条件

矿区地处昆仑山系布尔汗布达山支脉的扎麻山南部地区，属于秦祁昆晚加里东造山系，东昆仑造山带内昆中断裂北侧伯喀里克—香日德元古宙古陆块体南缘。研究区出露地层以晚三叠世鄂拉山组地层(T3e)和第四系地层(Q)为主。矿区中主要出露的地层为晚三叠世鄂拉山组地层(T3e)，呈东西向分布，为陆相的中心式喷发中酸性火山岩建造，是陆内造山环境下的产物，鄂拉山组地层(T3e)岩相变化较为丰富，有英安岩、安山岩、流纹岩等岩相发育，其中还夹杂部分凝灰岩。英安岩呈灰红色、浅紫红色，具斑状结构；安山岩呈灰、灰白色，具交织结构，块状构造，围岩蚀变以硅化、矽卡岩化为主要蚀变类型；流纹岩呈灰色、灰紫色、粉红色，具霏细结构，流纹状或斑状构造。第四系地层(Q)一般分布在矿区东部的山坡下，主要成分为残积碎石，厚度小于2 m。研究区构造活动主要受昆中断裂控制，以东西向最为常见，北西西向次之，同时矿区发育有新构造运动期形成的振荡式隆升现象，并在时间上、空间上表现出不同的差异性和间歇性[3]。矿区内岩浆侵入活动较为常见，以印支期为主要侵入期，形成大量闪长岩，呈岩株状南西向侵入于晚三叠世鄂拉山组地层(T3e)中。

2 矿山环境地质问题

2.1 不稳定采矿边坡影响分析

研究区共发现有显性采矿不稳定边坡一条(Q-1)，隐性采矿不稳定边坡三条(QL-1，QL-2，QL-3)。Q-1采矿不稳定边坡位于矿区东北部方向，为人工开挖形成的不稳定边坡，坡体长度为213 m，高度为10～30 m，坡度50°～70°，局部坡体近乎垂直地面，坡面倾向320°～340°(图2)。坡体主体由闪长岩组成，部分由第四系沉积物组成。边坡总体较为稳定，但多处岩体由于爆破的影响形成了较多的次生裂隙和危岩体，容易在外力、重力或雨水的作用下发生崩塌滑落等地质灾害，另外边坡也可能在未来形成大量松散堆积物，在暴雨季节形成泥石流等地质灾害[5]。故分析认为该边坡发育程度大，危害程度高、危险性大，应采取一定的防护治理措施。

图2 Q-1不稳定边坡野外照片

QL-1隐性不稳定采矿边坡位于矿区北东方向，为人工开挖形成。QL-2隐性不稳定采矿边坡位于矿区南东方向，也为人工开挖形成。QL-3隐性不稳定采矿边坡位于矿区南西方向，为自然形成的边坡。这三条不稳定采矿边坡都是由闪长岩组成，并且目前坡体结构稳定，次生裂隙较少，但由于该矿区仍然处于开采状态，后期的开采爆破活动必然会导致坡体结构发生破坏，形成更多的次生裂隙、危岩体以及松散堆积物等[6-7]，造成潜在的地质灾害。分析认为，目前矿山存在的三条不稳定边坡应加强监测，并有必要采取相应的治理措施。

2.2 矿区含水层破坏影响分析

矿山的采矿活动对矿区水源的影响主要分为两部分，地上水和地下水。由于该矿山的采矿区域位于闪长岩矿区，并且采矿层位在该区域含水层之上，在开采过程中也并无污水的排放，矿石在该地区的加工过程也只涉及破碎、筛分，几乎不产生污水。同时该矿山在进行开采作业时也无疏干水的形成，生活污水的产生量很小，污染也很轻微，并且经过实地检测，矿山的生产过程中，矿区及其附近的地表水并未漏失[8]。因此，分析认为该矿山的生产活动对于该区域的地下水和地表水影响较小，矿山开采完成后可依据当时实际情况采取相应的治理措施。

2.3 矿区地形地貌景观破坏影响分析

矿区内及其附近并未发现地质遗迹、人文景观、自然保护区和风景旅游区。目前，矿区已经开展了一定程度的作业活动，形成了边坡北东-南西长度达146 m、北西-南东长度达125 m、整体高度约30 m的簸箕型采场，挖损面积为2.5 hm2。该采场没有按照规范台阶式开采，造成开采坡面层次参差不齐，坡面碎石较多，对该地原有的地形地貌造成了较大的破坏[9]。同时建设在矿区西北侧的工业场地、生活园区、生产园区、堆矿场、矿石加工厂以及遍布矿区的道路也对该地原有的地形地貌造成了较为严重的影响，分析认为，应采取一定的防护治理措施。

2.4 矿区土地资源破坏影响分析

矿区内对土地的破坏主要分为两大类：1)民间以往在矿区范围内进行的小规模的开采活动；2)矿山生产作业活动。民间以往的开采活动由于缺乏一定的规范和开采时间持续较长，导致其对该地区原有的土地造成了较大程度的破坏[10]，形成了大大小小、深浅不一的各类挖沟、小采场、道路等，破坏的土地类型为草地[3]，破坏土地面积达2.51 hm2。矿山的生产作业活动对土地的破坏形式主要为露天采场的采掘工作和建设工业场地、矿石加工场地、矿石堆积场地、员工生活区、排土场、矿山道路等。矿山的露天采掘工作是在原有的基础上继续开挖土地，其面积预计将达到6.65 hm2。会形成大量的裂隙、碎石块、松散堆积物等，对该地区的土地资源造成严重的破坏影响[11]。建设工业场地、矿石加工场地、矿石堆积场地、员工生活区、排土场、矿山道路等行为是在一定的规范指导下进行的，其对土地资源的破坏影响属于中等程度，其面积预计会达到5.889 hm2。分析认为，应采取相应的防护治理措施。

3 恢复治理措施及治理现状

3.1 恢复治理措施

由于察汗乌苏建筑用石料矿山目前仍处于生产作业状态，因此对矿山环境地质的治理就必须将生产生活因素考虑进来[12-14]。针对目前矿山存在的诸多问题，根据治理的思路和条件，采取的治理手段主要包括：危岩体及碎石清理、边坡的削坡反压、排水沟建设、场地回填平整、网围栏与警示牌工程、覆土工程以及植被重建工程等。

1)危岩体及碎石清理。矿区内存在的不稳定边坡及采场边坡均存在一定数量的危岩体及碎石，其崩塌滑落会造成严重的安全事故[13]，所以应对其及时采取措施。清理时应采用机器为主、人工辅助的作业方式，在作业期间做好安全防护，对于较大的危岩体应先使用风镐或小规模定向爆破等方式破碎后再开始清理工作。

2)边坡的削坡反压。矿区内存在的不稳定边坡是矿区内最具威胁性的地质灾害之一，其长度大、高度高、坡度陡，一旦发生安全事故将造成不可估量的危害，目前采取的主要治理方式为削坡反压。由于坡体长度为213 m，高度为10～30 m，坡度50°～70°，局部坡体近乎垂直地面，工作量较大，工作方法较复杂，所以，应采用机械为主、人工辅助的作业方式，并且在进行削坡处理之前，要确定岩体斜坡的稳定性[12]。削坡作业可以直接消除坡面上潜在的已经发育的岩体、岩块，降低坡面负载，提高坡体稳定性，减小坡体发生崩塌滑落的风险。反压作业一方面将坡体上削落的岩体土块就地进行了处理，节省了大量的经济和时间成本(图3)，另一方面，压实的土体也会对边坡提供一定的支撑力[15-16]，使得坡体的稳定程度得到极大的加强和提升(图4)。由于坡体主体为闪长岩，其岩石强度和稳定性较高，因此削坡后的坡面角可放宽到小于45°。

图3 削坡反压前边坡示意图

图4 削坡反压后边坡示意图

3)排水沟建设。由于矿区采场地势南东较高，北西较低，在雨季时雨水流入采场中会造成边坡被雨水冲刷，从而使得稳定的边坡向不稳定边坡转变。同时流入采场的雨水也会对采矿工作造成一定的影响[11]，所以建设排水沟是非常有效的防治手段。根据矿区实地地形，设计纵向排水沟，排水沟截面为梯形沟(图5)，排水沟内壁为水泥砂浆层，外壁为砖砌层，其规格为底部宽0.6 m，渠深0.6 m，内渠壁厚度为0.15 m，外渠壁厚度为0.35 m。

图5 排水沟断面图(单位：m)

4)场地回填平整。场地回填平整是将渣堆或者其他岩土体回填到已经开采完毕的露天矿坑内，利用一项措施同时解决了渣土堆放和露天矿坑两个环境地质问题[14]，节约了大量的经济和时间成本。场地回填平整要求回填时岩土体必须分层进行压实操作，设计每回填1.5 m岩土体就必须进行压实操作，并且确保压实系数不小于0.9[3]。

5)网围栏与警示牌工程。目前该矿山仍然处于开采作业状态，矿区内生活着一定数量的工作人员，网围栏与警示牌的设置就是必不可少的工作。要求在进入开采矿场的道路上、矿场边坡坡脚、未及时进行处理的不稳定边坡和危岩体下设置网围栏与警示牌，围栏网高度应不低于1.5 m，警示牌规格为45 cm×35 cm×0.1 cm[3]。

6)覆土工程。覆土工程是在场地回填平整后，在原有场地上进行覆土作业，用来恢复土地植被资源[12]。由于矿区内多数地区植被类型为草地，并参考当地实际植被情况，设计覆土厚度为0.3 m，土源取自附近区域，覆土方式采用平地上直接覆土，边坡坡面上采用植生袋结合植生袋标准扣的方式进行覆土(图6)，并在坡面植生袋布设完成后加固钢丝网。

图6 植生袋和标准扣摆设步骤图

7)植被重建工程。植被重建工程是进行矿山环境地质治理中最为重要的一步，其对防治土壤水蚀和风蚀的发生，保持水土具有重要的作用[7]。参考都兰周边生态环境和植物群落，选择禾本科和菊科的寒冷半干旱高寒草原植物三种，分别为针矛、垂穗披碱草和蒿草作为植被恢复的植物类型，植物特征见表1，其草种质量配比按照1∶1∶1的比例进行混合。播种方式选用喷播的方式，将事先配比好的营养基质和种子喷洒到需要植被恢复重建的地段，并在最终结束后进行为期2年的养护作业[3]。

表1 恢复植物类型特征表

3.2 治理现状

察汗乌苏石料矿山采取了“边开采，边治理”的生产理念，其结合以上7种治理措施，对现阶段产生的各种环境地质问题开展了一定的治理工作。目前矿区内重要道路及开采场地的大块碎石和危岩体均被清除，并进行了一定程度的覆土和栽植灌木，恢复了一部分的地形地貌景观(图7A)，对矿区部分生产场地也进行了一定的场地回填和平整作业(图7B)，矿区内除必要生产生活所必须的场地外，绝大多数前期破坏的耕地和草地也均进行了一定程度的植被重建工程(图7C)，开采完毕的不稳定采矿边坡也进行了一定程度的削坡反压、覆土及植被重建工程(图7D)。综上，察汗乌苏石料矿山目前所采取的恢复治理措施达到了预期目标，相关治理措施也均表现出了较好的效果，矿区的相关环境地质问题得到了一定程度的改善，也间接的保护了矿区周围的生态环境。

图7 矿区环境地质问题治理效果图

4 结论

1)都兰察汗乌苏建筑用石料矿矿山的开采方式为露天开采，造成的环境地质问题主要有形成显、隐性不稳定采矿边坡、含水层破坏、地形地貌景观破坏和土地资源破坏，其中显性不稳定采矿边坡、地形地貌景观破坏和土地资源破环的影响较为严重。

2)都兰察汗乌苏建筑用石料矿矿山植被恢复方向为恢复到当地自然条件下的同等水平，选取的恢复植物类型对当地环境无额外负面影响。

3)都兰察汗乌苏建筑用石料矿矿山环境地质问题的治理方式主要为危岩体及碎石清理、边坡的削坡反压、排水沟建设、场地回填平整、网围栏与警示牌工程、覆土工程和植被重建工程等方式，并且当前所采取的恢复治理措施达到了预期目标，相关治理措施也均表现出较好的效果。