废弃矿山地质环境问题及生态恢复方案
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摘要：20世纪八九十年代的砂金矿开采，造成了严重的地质环境问题，留下了废渣、采坑、危岩、地面塌陷、基岩裸露、植被覆盖度下降、扬尘等严重的矿山地质和生态环境问题。为改善矿山生态环境，恢复自然生态系统，使区域生态系统具有自我维系和调节能力，促进自然环境承载力提升，助力生态文明示范区建设，以川西高原某矿区为例，分析了废弃矿区存在的地质及生态环境问题，结合区域自然条件和生态环境，提出针对性的生态修复措施，为废弃矿山修复提供了技术支撑，对区域矿山修复及环境改善提供了参考。
1.矿区概况
项目区在20世纪80年代和90年代初，当地村民利用江河水系发育，沿达曲河、尼曲河以及鲜水河的砂金矿进行了大规模的开采，开采范围达1.85km2。1999年砂金开采活动被当地政府勒令停止，所有采矿区均已经停止开采，经过十几年的乱采乱挖，达曲河、尼曲河以及鲜水河的河漫滩和河流阶地内采坑、渣堆无序分布，本身脆弱的生态环境遭到严重破坏；其中C2、C3、C4、C11号采矿区历史采坑较多,C5区现已由农业局组织治理，已经恢复为耕地。其他采矿区由于历史上采砂金矿破坏，后期又经过河道采砂石等生产，建材和砂石渣堆常年压占和影响，造成采矿区内生态自然环境恢复缓慢，河道生态环境破坏坏严重，水土流失不断加剧。目前，为了维持城市、乡镇建设发展需要，仍有C1、C6、C7、C8、C10号采矿区进行建筑材料采取利用及转运的相关工作。
2.地质环境背景
2.1气象和水文
矿区属高原寒温带、亚热带半干旱大陆性季风气候，冬长夏短，春秋同季。年平均气温为6.4℃，1月份平均气温为-3.6℃，7月份平均气温为14.5℃，历年的极端最高气温为31.0℃，极端最低气温为-24.0℃。年平均无霜期为91天，河谷地区霜冻亦可达9个月左右。气温具有年变化小、日变化大的特点。在夏季，受地理差异引发的小范围阵性天气多有发生，成为局部泥石流爆发的重要因素。一年中降水分布极不均匀，降水量呈明显正态分布，在雨季多夜雨，雨季出现在6月上旬，结束于9月中旬，整个雨季集中了全年降水量的80%，多年平均降水量为651.4mm，最大日降水量53.0mm，最大小时降水量23.8mm。
2.2地形地貌
矿区的C1～C5区位于高山冰冻寒漠地貌区，微地貌单元为河谷地貌，河道两侧发育有高山相对高差200m以上，C1位于河道左侧河漫滩和一级阶地，较为平缓，平均坡度5°~20°，C2、C3、C4和C5发育在河流一级阶地上，稍缓，坡度10°~25°。C6～C13区位于高山冰冻寒漠地貌区，微地貌单元为河谷地貌，河道两侧发育有高山相对高差200m以上，C9位于河道左侧河漫滩和河道右侧阶地，C10位于河道右侧阶地，较为平缓，平均坡度5°~20°，C11、C12、C13发育在河流河漫滩和一级阶地上，平缓，坡度5°~10°。
2.3矿区地层与地质构造
2.3.1矿区地层
矿区主要出露地层为第四系全新统残坡积物（Q4eld）主要沿山坡坡脚及坡体相对平缓地带分布，为含砂土、碎石土组成；第四系冲洪积层（Q4al+pl）位于炉霍达曲河、尼曲河以及鲜水河的河床、河漫滩及一级阶地上，主要为砾石和粉砂；三叠系上统两河口组下段（T3ln1）主要为变质钙质石英细砂岩，长石石英细砂岩夹粉砂质绢云板岩；三叠系上统如年各组上段（T3r2）灰绿、紫红色枕状橄榄玄武岩、玄武岩、玄武质火山角砾岩；三叠系上统新都桥组（T3x）主要为灰黑色绢云母板岩夹薄层变质石英细砂岩及粉砂岩结核；三叠系上统侏倭组（T3zh）灰黑色薄—厚层变质石英砂岩、长石砂岩；二叠系上统（P2）灰绿色蚀变橄榄玄武岩、玄武质火山角砾岩。
2.3.2地质构造
矿区大地构造位于松潘—甘孜地槽褶皱系之二级构造单元雅江冒地槽褶皱带中东部的炉霍背斜中，东北部为巴颜喀拉冒地槽褶皱带，西南部为义墩优地槽褶皱带；矿区内构造主要有加吉弄—确索断层和瓦达沟—陡日沟断层；（1）加吉弄—确索断层属炉霍断裂带的重要断层之一，断层走向北西320°~335°，区内延长55km，被侏倭断层反扭错位分为两段，北西段位于加吉沟附近，沿330°方向延伸，而后进入甘孜境内。南东段起于根柯口附近，往南东至长龙沟尾，走向335°，往南延入新龙与甲斯孔断层相接。南东段断层北东盘出露三叠系上统侏倭组，岩层走向330°，倾角52°；断层南西盘为雅江组砂岩、板岩，岩层走向北东5°，倾角40°。断层东部有一定规模的二长花岗岩侵入。该断层对沉积建造，岩浆活动有一定的控制作用。（2）瓦达沟—陡日沟断层该断层走向330°，炉霍县境内长约45km，被北西向鲜水河断层反扭错动为两段，北西段距工程区较远，南东段出现在炉霍县陡日沟附近，南东段断层从陡日沟石英二长岩体中穿过。
2.4水文地质
采矿区内东、西部地势较高，中部地势低，地表水汇入达曲河、尼曲河以及鲜水河向南流入雅砻江，境内山原辽阔，水草丰茂，是长江上游重要水源涵养地和生态屏障，在长江流域生态环境建设和治理中占有举足轻重的地位，属常年性流水，水量较大，洪水期稍大，地表径流排泄较好。根据矿山地层岩性和水理性质、水力特征及赋存条件等水文地质特征，将区内地下水分为第四系松散孔隙水、基岩裂隙水两大类。第四系松散孔隙水主要埋藏于河谷阶地和冲洪积扇沙砾卵石层中的潜水，主要沿河床及阶地不连续，水量较小；崩滑堆积物、残坡积物，以及较高高程分布的冰碛物及高位洪积扇内的孔隙水，含水层主要为泥夹石，地下水赋存条件差，水量稀少。基岩裂隙水主要含水层为三叠系上统义敦群和西康群地层，岩性以变质砂、板岩为主，间夹玄武岩、流纹岩等火山喷出岩，局部地区有灰岩夹层以外的碎屑岩，岩石中也含构造裂隙水。各类地下水含水层之间有隔水层相隔，露头呈独立的补排关系，相互的水力联系不紧密。
2.5工程地质
岩体工程地质特征：项目区岀露的是变质岩亚类岩组，由三叠系上统侏倭组（T3zh）、新都桥组（T3x）等地层组成，主要岩性以板岩、千枚岩、片岩、变质砂岩等为主。岩石物理学指标：干抗压强度40MPa~80MPa，软化系数0.6~0.7，坚固系数2~5。裂隙率：板岩1.27％，砂岩1.89％，并随高程增高而增加，高原区由于强烈的寒冷风化，密集的裂隙有不同程度的开启，浅部密实程度差，强度低；深切割山区，岩层挤压紧密，裂隙不显，强度相对较高。含构造裂隙水和风化裂隙水，透水性较弱，板岩遇水较易软化，常形成软弱结构面。土体工程地质特征：由河床、漫滩及阶地的砂、卵砾石组成。主要沿达曲河、尼曲河以及鲜水河两岸呈不连续分布。土体结构松散，粒径大小不一，主干河流卵砾石颗粒级配均匀，承载力较好。卵砾石层厚在鲜水河流域10m~40m。该类土石地下水较丰富，水质良好，地下水无侵蚀性。
3.地质环境问题
3.1土地损毁
采矿活动对土地资源影响和破坏的方式主要为压占和挖损。主要表现为C1、C6、C7、C8、C9、C10采砂场堆积砂、碎石等建材、矿渣堆堆积压占土地资源。采矿后，废弃矿渣一般被堆弃到河漫滩或阶地之上，占据了大量的草地面积，压占土地15.692hm2使得原来的土地上的植被遭受了毁灭性地破坏采矿区内土地损毁主要体现为采砂挖坑形成的矿坑，矿坑面积10.0765hm2，深度0.7m~1.5m，各采矿区分布矿坑零星分布，废弃的矿坑，破坏了当地的自然景观。裸露堆积的矿渣堆积体表层缺乏营养土成分，又遭受雨水的长期冲刷，这些裸露矿坑在风化作用下产生的沙尘对空气质量和环境影响较大，对采矿区和附近居民的生活环境造成较严重影响，同时露天矿坑对当地群众生产生活和畜牧造成一定危险。
3.2地形地貌景观破坏
采矿区内景观破坏主要表现为采矿区内采井分布众多，废弃的矿渣堆积体大片堆积于河滩和阶地。受其影响破坏，周边有45.5816hm2原有林地和灌木林地被破坏为次生裸地。裸露堆积的矿渣堆积体表层缺乏营养土成分，又遭受雨水的长期冲刷，如不采取人为恢复措施，自然恢复植被过程非常缓慢。这些裸露堆放的岩石矿渣在风化作用下产生的沙尘对空气质量和环境影响较大，对采矿区和附近居民的生活环境造成较严重影响。主要表现为挖掘采砂坑堆渣形成的裸露地面。
3.3含水层破坏
由于砂金开采发生在20世纪八九十年代，受设备及技术能力所限，砂金矿采场均在地下水位以上，仅有采砂堆场位于鲜水河河滩上。因地下水类型为松散孔隙潜水，与河水互为补排，水力联系强烈，地下水疏干对村民生产、生活用水造成的影响小。
3.4矿区地质灾害
砂金采区分布于达曲河—鲜水河沿线72km的河漫滩及河流阶地上，下伏基岩为三叠系新都桥组灰黑色绢云母板岩夹薄层变质石英细砂岩及粉砂岩结核，抗风化能力较弱。矿区第四系残坡层较厚，主要为松散的粉砂含有少量碎石。河流两岸的冲积层主要为细砂，为淘砂金的主要原料。由于河流两岸斜坡上第四系松散土层较厚，加之河流的掏蚀作用形成陡崖地貌，构成临空面，因此沿河流两岸斜坡上分布有许多土体滑坡，并于坡脚形成大量崩坡堆积体，受降水影响，山坡土体的含水率增大，降低了抗剪强度、增加了滑体重量，一定程度上促使滑坡发生。
4.生态修复措施
4.1地质灾害治理
首先应消除或减轻水对坡体的影响，在滑坡体可能发展边界5m以外的稳定地段设置环形截水沟，以拦截和旁引滑坡体范围外的地表水、地下水；在滑坡附近修筑树枝状排水系统，排除滑坡体内的地表水、地下水；设置抗滑挡墙以支挡滑体或把滑体锚固在稳定地层之上；并清理已经滑下来的滑坡堆积物。
4.2土地复垦
根据河谷的地形地貌形态，以就近推平砂石堆积体、回填采坑为主，整平河漫滩，减缓坡降；对于堆积的大块碎石，可采用大型推土机将其推放到坑中、低洼处或斜坡底部；对于小块的碎石可采用推土机进行平整，对土地复垦区域进行平整后，大部分区域为裸露基岩及回填矿渣，结合土壤来源和质地实际情况，外运土壤作为种植土壤。由于外运土壤肥力差，需进行土壤改良。复垦可利用土地通过施撒有机肥，可有效地改善土壤理化性状和生物特性。治理实施后，土壤有机质含量需达到适合植被生长的水平。为增加土壤透气性，促进土壤中微生物的繁殖，使土、肥相融，提高地力，覆土后应对土地进行翻耕、松土及人工精细平整。
4.3绿化工程
根据矿区自然地理条件及周边植被，参考当地林业部门多年荒山造林经验，并着重考虑矿山所在地区的物种分布情况，项目植被恢复林选择生物生态特性与项目区小流域条件相适应且根系发达、速生、乡土植物或矿区范围内种植成功的优良植物。在原有砂金矿开采回填区进行植树、种草，恢复生态。
4.4地质环境监测
项目区内采空区平硐和坡脚开挖的地方容易引起地质灾害，未来该地区将主要引发采空塌陷及伴生地裂缝地质灾害，从而对水环境、土地资源和地质地貌景观等产生影响，因而，建议在矿区设置环境监测点，包括地质灾害监测、水环境、土地资源与地形地貌景观的监测。
5.结语
砂金开采造成的地质环境问题十分突出，采区形成了大量的矿渣堆积采坑，并造成了大量的植被枯萎甚至死亡，地质环境恶化，给当地村民的生命和财产带来严重威胁。针对矿区存在的问题，提出了适用于本矿区的修复措施，详述了地质灾害治理、土地复垦、绿化、环境监测等技术路线，对矿区生态修复具有重要意义。
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作者：张锐 单位：四川省地质矿产勘查开发局四〇二地质队
