廢棄礦山地質環境問題及生態恢復方案
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摘要：20世紀八九十年代的砂金礦開采，造成了嚴重的地質環境問題，留下了廢渣、采坑、危巖、地面塌陷、基巖裸露、植被覆蓋度下降、揚塵等嚴重的礦山地質和生態環境問題。為改善礦山生態環境，恢復自然生態系統，使區域生態系統具有自我維系和調節能力，促進自然環境承載力提升，助力生態文明示范區建設，以川西高原某礦區為例，分析了廢棄礦區存在的地質及生態環境問題，結合區域自然條件和生態環境，提出針對性的生態修復措施，為廢棄礦山修復提供了技術支撐，對區域礦山修復及環境改善提供了參考。
1.礦區概況
項目區在20世紀80年代和90年代初，當地村民利用江河水系發育，沿達曲河、尼曲河以及鮮水河的砂金礦進行了大規模的開采，開采范圍達1.85km2。1999年砂金開采活動被當地政府勒令停止，所有采礦區均已經停止開采，經過十幾年的亂采亂挖，達曲河、尼曲河以及鮮水河的河漫灘和河流階地內采坑、渣堆無序分布，本身脆弱的生態環境遭到嚴重破壞；其中C2、C3、C4、C11號采礦區歷史采坑較多,C5區現已由農業局組織治理，已經恢復為耕地。其他采礦區由于歷史上采砂金礦破壞，后期又經過河道采砂石等生產，建材和砂石渣堆常年壓占和影響，造成采礦區內生態自然環境恢復緩慢，河道生態環境破壞壞嚴重，水土流失不斷加劇。目前，為了維持城市、鄉鎮建設發展需要，仍有C1、C6、C7、C8、C10號采礦區進行建筑材料采取利用及轉運的相關工作。
2.地質環境背景
2.1氣象和水文
礦區屬高原寒溫帶、亞熱帶半干旱大陸性季風氣候，冬長夏短，春秋同季。年平均氣溫為6.4℃，1月份平均氣溫為-3.6℃，7月份平均氣溫為14.5℃，歷年的極端最高氣溫為31.0℃，極端最低氣溫為-24.0℃。年平均無霜期為91天，河谷地區霜凍亦可達9個月左右。氣溫具有年變化小、日變化大的特點。在夏季，受地理差異引發的小范圍陣性天氣多有發生，成為局部泥石流爆發的重要因素。一年中降水分布極不均勻，降水量呈明顯正態分布，在雨季多夜雨，雨季出現在6月上旬，結束于9月中旬，整個雨季集中了全年降水量的80%，多年平均降水量為651.4mm，最大日降水量53.0mm，最大小時降水量23.8mm。
2.2地形地貌
礦區的C1～C5區位于高山冰凍寒漠地貌區，微地貌單元為河谷地貌，河道兩側發育有高山相對高差200m以上，C1位于河道左側河漫灘和一級階地，較為平緩，平均坡度5°~20°，C2、C3、C4和C5發育在河流一級階地上，稍緩，坡度10°~25°。C6～C13區位于高山冰凍寒漠地貌區，微地貌單元為河谷地貌，河道兩側發育有高山相對高差200m以上，C9位于河道左側河漫灘和河道右側階地，C10位于河道右側階地，較為平緩，平均坡度5°~20°，C11、C12、C13發育在河流河漫灘和一級階地上，平緩，坡度5°~10°。
2.3礦區地層與地質構造
2.3.1礦區地層
礦區主要出露地層為第四系全新統殘坡積物（Q4eld）主要沿山坡坡腳及坡體相對平緩地帶分布，為含砂土、碎石土組成；第四系沖洪積層（Q4al+pl）位于爐霍達曲河、尼曲河以及鮮水河的河床、河漫灘及一級階地上，主要為礫石和粉砂；三疊系上統兩河口組下段（T3ln1）主要為變質鈣質石英細砂巖，長石石英細砂巖夾粉砂質絹云板巖；三疊系上統如年各組上段（T3r2）灰綠、紫紅色枕狀橄欖玄武巖、玄武巖、玄武質火山角礫巖；三疊系上統新都橋組（T3x）主要為灰黑色絹云母板巖夾薄層變質石英細砂巖及粉砂巖結核；三疊系上統侏倭組（T3zh）灰黑色薄—厚層變質石英砂巖、長石砂巖；二疊系上統（P2）灰綠色蝕變橄欖玄武巖、玄武質火山角礫巖。
2.3.2地質構造
礦區大地構造位于松潘—甘孜地槽褶皺系之二級構造單元雅江冒地槽褶皺帶中東部的爐霍背斜中，東北部為巴顏喀拉冒地槽褶皺帶，西南部為義墩優地槽褶皺帶；礦區內構造主要有加吉弄—確索斷層和瓦達溝—陡日溝斷層；（1）加吉弄—確索斷層屬爐霍斷裂帶的重要斷層之一，斷層走向北西320°~335°，區內延長55km，被侏倭斷層反扭錯位分為兩段，北西段位于加吉溝附近，沿330°方向延伸，而后進入甘孜境內。南東段起于根柯口附近，往南東至長龍溝尾，走向335°，往南延入新龍與甲斯孔斷層相接。南東段斷層北東盤出露三疊系上統侏倭組，巖層走向330°，傾角52°；斷層南西盤為雅江組砂巖、板巖，巖層走向北東5°，傾角40°。斷層東部有一定規模的二長花崗巖侵入。該斷層對沉積建造，巖漿活動有一定的控制作用。（2）瓦達溝—陡日溝斷層該斷層走向330°，爐霍縣境內長約45km，被北西向鮮水河斷層反扭錯動為兩段，北西段距工程區較遠，南東段出現在爐霍縣陡日溝附近，南東段斷層從陡日溝石英二長巖體中穿過。
2.4水文地質
采礦區內東、西部地勢較高，中部地勢低，地表水匯入達曲河、尼曲河以及鮮水河向南流入雅礱江，境內山原遼闊，水草豐茂，是長江上游重要水源涵養地和生態屏障，在長江流域生態環境建設和治理中占有舉足輕重的地位，屬常年性流水，水量較大，洪水期稍大，地表徑流排泄較好。根據礦山地層巖性和水理性質、水力特征及賦存條件等水文地質特征，將區內地下水分為第四系松散孔隙水、基巖裂隙水兩大類。第四系松散孔隙水主要埋藏于河谷階地和沖洪積扇沙礫卵石層中的潛水，主要沿河床及階地不連續，水量較?。槐阑逊e物、殘坡積物，以及較高高程分布的冰磧物及高位洪積扇內的孔隙水，含水層主要為泥夾石，地下水賦存條件差，水量稀少。基巖裂隙水主要含水層為三疊系上統義敦群和西康群地層，巖性以變質砂、板巖為主，間夾玄武巖、流紋巖等火山噴出巖，局部地區有灰巖夾層以外的碎屑巖，巖石中也含構造裂隙水。各類地下水含水層之間有隔水層相隔，露頭呈獨立的補排關系，相互的水力聯系不緊密。
2.5工程地質
巖體工程地質特征：項目區岀露的是變質巖亞類巖組，由三疊系上統侏倭組（T3zh）、新都橋組（T3x）等地層組成，主要巖性以板巖、千枚巖、片巖、變質砂巖等為主。巖石物理學指標：干抗壓強度40MPa~80MPa，軟化系數0.6~0.7，堅固系數2~5。裂隙率：板巖1.27％，砂巖1.89％，并隨高程增高而增加，高原區由于強烈的寒冷風化，密集的裂隙有不同程度的開啟，淺部密實程度差，強度低；深切割山區，巖層擠壓緊密，裂隙不顯，強度相對較高。含構造裂隙水和風化裂隙水，透水性較弱，板巖遇水較易軟化，常形成軟弱結構面。土體工程地質特征：由河床、漫灘及階地的砂、卵礫石組成。主要沿達曲河、尼曲河以及鮮水河兩岸呈不連續分布。土體結構松散，粒徑大小不一，主干河流卵礫石顆粒級配均勻，承載力較好。卵礫石層厚在鮮水河流域10m~40m。該類土石地下水較豐富，水質良好，地下水無侵蝕性。
3.地質環境問題
3.1土地損毀
采礦活動對土地資源影響和破壞的方式主要為壓占和挖損。主要表現為C1、C6、C7、C8、C9、C10采砂場堆積砂、碎石等建材、礦渣堆堆積壓占土地資源。采礦后，廢棄礦渣一般被堆棄到河漫灘或階地之上，占據了大量的草地面積，壓占土地15.692hm2使得原來的土地上的植被遭受了毀滅性地破壞采礦區內土地損毀主要體現為采砂挖坑形成的礦坑，礦坑面積10.0765hm2，深度0.7m~1.5m，各采礦區分布礦坑零星分布，廢棄的礦坑，破壞了當地的自然景觀。裸露堆積的礦渣堆積體表層缺乏營養土成分，又遭受雨水的長期沖刷，這些裸露礦坑在風化作用下產生的沙塵對空氣質量和環境影響較大，對采礦區和附近居民的生活環境造成較嚴重影響，同時露天礦坑對當地群眾生產生活和畜牧造成一定危險。
3.2地形地貌景觀破壞
采礦區內景觀破壞主要表現為采礦區內采井分布眾多，廢棄的礦渣堆積體大片堆積于河灘和階地。受其影響破壞，周邊有45.5816hm2原有林地和灌木林地被破壞為次生裸地。裸露堆積的礦渣堆積體表層缺乏營養土成分，又遭受雨水的長期沖刷，如不采取人為恢復措施，自然恢復植被過程非常緩慢。這些裸露堆放的巖石礦渣在風化作用下產生的沙塵對空氣質量和環境影響較大，對采礦區和附近居民的生活環境造成較嚴重影響。主要表現為挖掘采砂坑堆渣形成的裸露地面。
3.3含水層破壞
由于砂金開采發生在20世紀八九十年代，受設備及技術能力所限，砂金礦采場均在地下水位以上，僅有采砂堆場位于鮮水河河灘上。因地下水類型為松散孔隙潛水，與河水互為補排，水力聯系強烈，地下水疏干對村民生產、生活用水造成的影響小。
3.4礦區地質災害
砂金采區分布于達曲河—鮮水河沿線72km的河漫灘及河流階地上，下伏基巖為三疊系新都橋組灰黑色絹云母板巖夾薄層變質石英細砂巖及粉砂巖結核，抗風化能力較弱。礦區第四系殘坡層較厚，主要為松散的粉砂含有少量碎石。河流兩岸的沖積層主要為細砂，為淘砂金的主要原料。由于河流兩岸斜坡上第四系松散土層較厚，加之河流的掏蝕作用形成陡崖地貌，構成臨空面，因此沿河流兩岸斜坡上分布有許多土體滑坡，并于坡腳形成大量崩坡堆積體，受降水影響，山坡土體的含水率增大，降低了抗剪強度、增加了滑體重量，一定程度上促使滑坡發生。
4.生態修復措施
4.1地質災害治理
首先應消除或減輕水對坡體的影響，在滑坡體可能發展邊界5m以外的穩定地段設置環形截水溝，以攔截和旁引滑坡體范圍外的地表水、地下水；在滑坡附近修筑樹枝狀排水系統，排除滑坡體內的地表水、地下水；設置抗滑擋墻以支擋滑體或把滑體錨固在穩定地層之上；并清理已經滑下來的滑坡堆積物。
4.2土地復墾
根據河谷的地形地貌形態，以就近推平砂石堆積體、回填采坑為主，整平河漫灘，減緩坡降；對于堆積的大塊碎石，可采用大型推土機將其推放到坑中、低洼處或斜坡底部；對于小塊的碎石可采用推土機進行平整，對土地復墾區域進行平整后，大部分區域為裸露基巖及回填礦渣，結合土壤來源和質地實際情況，外運土壤作為種植土壤。由于外運土壤肥力差，需進行土壤改良。復墾可利用土地通過施撒有機肥，可有效地改善土壤理化性狀和生物特性。治理實施后，土壤有機質含量需達到適合植被生長的水平。為增加土壤透氣性，促進土壤中微生物的繁殖，使土、肥相融，提高地力，覆土后應對土地進行翻耕、松土及人工精細平整。
4.3綠化工程
根據礦區自然地理條件及周邊植被，參考當地林業部門多年荒山造林經驗，并著重考慮礦山所在地區的物種分布情況，項目植被恢復林選擇生物生態特性與項目區小流域條件相適應且根系發達、速生、鄉土植物或礦區范圍內種植成功的優良植物。在原有砂金礦開采回填區進行植樹、種草，恢復生態。
4.4地質環境監測
項目區內采空區平硐和坡腳開挖的地方容易引起地質災害，未來該地區將主要引發采空塌陷及伴生地裂縫地質災害，從而對水環境、土地資源和地質地貌景觀等產生影響，因而，建議在礦區設置環境監測點，包括地質災害監測、水環境、土地資源與地形地貌景觀的監測。
5.結語
砂金開采造成的地質環境問題十分突出，采區形成了大量的礦渣堆積采坑，并造成了大量的植被枯萎甚至死亡，地質環境惡化，給當地村民的生命和財產帶來嚴重威脅。針對礦區存在的問題，提出了適用于本礦區的修復措施，詳述了地質災害治理、土地復墾、綠化、環境監測等技術路線，對礦區生態修復具有重要意義。
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作者：張銳 單位：四川省地質礦產勘查開發局四〇二地質隊
