開展洛陽市礦山地質(zhì)環(huán)境脆弱性調(diào)查與評價方法探討

呂志濤,吳建軍,聶昊天,

(1.河南省地質(zhì)調(diào)查院,河南 鄭州 450000;2.河南省有色地質(zhì)三隊(duì),河南洛陽 471000;3.河南省地礦局第一地質(zhì)工程院,河南 駐馬店 463000)

開展洛陽市礦山地質(zhì)環(huán)境脆弱性調(diào)查與評價方法探討

呂志濤1,吳建軍2,聶昊天3,

(1.河南省地質(zhì)調(diào)查院,河南 鄭州 450000;2.河南省有色地質(zhì)三隊(duì),河南洛陽 471000;3.河南省地礦局第一地質(zhì)工程院,河南 駐馬店 463000)

洛陽市礦產(chǎn)十分豐富。礦產(chǎn)開發(fā)利用易引發(fā)地面塌陷、地裂縫、崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害,并引發(fā)含水層破壞及地形地貌景觀破壞等地質(zhì)環(huán)境問題。在充分收集前人資料,以填表調(diào)查為主,選取典型礦山特采取實(shí)地核查,輔以遙感解譯、物化探等措施,以取得真實(shí)可靠的調(diào)查結(jié)果。通過資料綜合分析、歸納整理,對礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀進(jìn)行評估,分析礦山地質(zhì)環(huán)境問題發(fā)展趨勢,提出礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)及礦山生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理的對策建議。

礦山地質(zhì)環(huán)境;技術(shù)方法探討;地質(zhì)環(huán)境保護(hù)

1 地質(zhì)背景概況

1.1 自然地理

1.1.1 工作區(qū)位置

洛陽位于河南省西部,地理坐標(biāo)東經(jīng) 11 0°7′59″～112°58′52″,北緯 33°33′27 ″～ 35 °04 ′34 ″。 總面積 15 208 km2。下轄九縣(市)六區(qū),人口 600余萬。是我國著名新興工業(yè)城市,素有“九朝古都”美稱。隴海、焦枝兩鐵路及 G 310、G 207兩條公路交匯于此,連霍高速公路橫貫于市區(qū)北部,洛(陽)界(首)高速公路從市區(qū)東部穿過,是鐵路、公路重要交通樞紐?！奥尻柲档ぜ滋煜隆?以花為“媒”,連續(xù)舉辦牡丹花會,為洛陽旅游業(yè)的蓬勃發(fā)展提供基礎(chǔ)。

1.1.2 氣象、水文

洛陽市屬暖溫帶大陸性半濕潤半干旱季風(fēng)氣候區(qū),具有四季分明年平均氣溫 14.7℃,年平均降水量 606.9mm,多年平均蒸發(fā)量為 1 829.1mm。

境內(nèi)河渠密布,分屬黃河、淮河、長江三大水系。洛河為黃河一級支流,由宜陽縣境流入市區(qū),全長 447 km,流域面積12 840 km2。多年平均流量 69.13m3/s,最大流量 7 230m3/s,年平均徑流量 21.8億 m3。

1.2 地質(zhì)背景

1.2.1 地形地貌

洛陽地處豫西山區(qū),東接嵩山,西依秦嶺,北靠太行、黃河,南望伏牛山,總地勢西高東低,呈扇形向東展開,海拔 500～2 000m。境內(nèi)山川丘陵交錯,地形錯綜復(fù)雜,其中山區(qū)45.51%,丘陵 40.73%,平原占 13.8%。

1.2.2 地層

本區(qū)地層分屬華北地層區(qū)豫西分區(qū),熊耳山小區(qū)、澠池-確山小區(qū)及嵩箕小區(qū)。區(qū)內(nèi)地層自太古界至新生界,除缺失志留系,泥盆系外,其余各系均有出露。

1.2.3 構(gòu)造

本區(qū)位于中朝準(zhǔn)地臺華熊臺緣坳陷內(nèi),東部小部分位于嵩箕臺隆的西部。自太古代以來,本區(qū)曾經(jīng)受了嵩陽、中條、王屋山、印支、燕山、喜山等多期構(gòu)造運(yùn)動。這些構(gòu)造運(yùn)動除中岳期應(yīng)力方向?yàn)榻鼥|西向外,其它各期多為南北向,從而生成了本區(qū)以東西向?yàn)橹鞯臉?gòu)造形跡。

1.2.4 水文地質(zhì)條件

地下水類型為松散巖類孔隙水、碎屑巖類空隙裂隙水、碳酸鹽巖類裂隙巖溶水和基巖裂隙水。松散巖類孔隙水主要分布于洛陽盆地平原區(qū),以及黃河、汝河.洛河、伊河及其較大支流主河道帶內(nèi),含水介質(zhì)為砂及砂卵石,富水性中等-強(qiáng);在局部地區(qū)含水介質(zhì)為粘性土,富水性弱。碎屑巖類空隙裂隙水分布于河谷兩側(cè),含水介質(zhì)為白堊系和古近系砂礫巖、砂巖、泥質(zhì)粉砂巖及粘土巖,富水性弱。碳酸鹽巖類裂隙巖溶水分布于新安西北、洛寧、宜陽南,嵩縣、欒川的山區(qū),含水介質(zhì)為寒武系、奧陶系、石炭系灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖,巖溶較發(fā)育,富水性強(qiáng) -中等?；鶐r裂隙水主要分布于南部中山區(qū)和中部低山區(qū),含水介質(zhì)為巖漿巖、變質(zhì)巖、沉積巖裂隙,富水性弱。

大氣降水滲入為區(qū)域地下水的主要補(bǔ)給來源。區(qū)內(nèi)大部分地區(qū)地勢起伏,溝谷水系發(fā)育。這種自然地理?xiàng)l件對地下水補(bǔ)給較為不利,但有利于地下水的徑流和排泄。

2 礦產(chǎn)資源概況

2.1 礦產(chǎn)資源分布

洛陽市地處東秦嶺成礦帶,成礦地質(zhì)條件優(yōu)越,礦產(chǎn)十分豐富。所轄的熊耳山 -外方山地區(qū)地礦是部在全國范圍內(nèi)所選固體礦產(chǎn)勘查“跨世紀(jì)工程”25個重點(diǎn)區(qū)帶之一。南部為內(nèi)生礦產(chǎn)分布區(qū),金、銀、鉛、鋅、銅、鉬、鎢多金屬及水晶、螢石、熱液鐵礦等均勻分布于此;北部為沉積礦產(chǎn)分布區(qū),集中分布有鋁、沉積鐵、鉛鋅、煤、耐火粘土、熔劑灰?guī)r、白云巖及建材料礦產(chǎn)。

礦產(chǎn)資源具儲量大、品位高、品種多、埋藏淺,易于開采利用等特點(diǎn)。豐富的礦產(chǎn)資源為洛陽能源、冶金、建材、化工等行業(yè)的發(fā)展奠定了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。

2.2 礦產(chǎn)資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

工作區(qū)內(nèi)礦業(yè)經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá),共有各種類型的礦山企業(yè)1500余家。主要開發(fā)利用礦產(chǎn) 4種,即煤、鋁、金、鉬、鉛鋅等礦產(chǎn),貧礦多,富礦少,以小型規(guī)模為主礦山企業(yè)開發(fā)為主。

3 礦山地質(zhì)環(huán)境問題

目前開發(fā)利用礦產(chǎn)主要為煤、金、鋁、鉬、鉛鋅礦等,受開采面積、深度、規(guī)模、開采手段、技術(shù)等因素影響,易引發(fā)地面塌陷、地裂縫、崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害,并引發(fā)含水層破壞及地形地貌景觀破壞等地質(zhì)環(huán)境問題,嚴(yán)重威脅當(dāng)?shù)鼐用裆敭a(chǎn)安全。

3.1 礦山地質(zhì)災(zāi)害

煤炭礦山地質(zhì)災(zāi)害以地面塌陷、地裂縫為主,例如,新安縣、宜陽縣煤礦開采歷史悠久,地面塌陷、地裂縫對農(nóng)田、道路、建筑物破壞較嚴(yán)重;非煤礦山在開采過程中,經(jīng)常發(fā)生邊坡失穩(wěn)、滑坡、崩塌和地面裂縫、地面塌陷及泥石流等災(zāi)害。礦山排出大量礦渣及尾礦的堆放,經(jīng)常發(fā)生崩塌、滑坡、泥石流,尤其是一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)集體和個人采礦場,在河床、公路兩側(cè)開山采礦,亂采濫挖,亂堆亂放,經(jīng)常把矸石甚至礦石堆放在河床、河口、公路邊等處,一遇暴雨造成水土流失,崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生,把其尾礦、矸石等沖入河道,造成河道淤塞、甚至沖毀公路而中斷交通,給國民經(jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重?fù)p失。例如:欒川 -洛寧 -嵩縣多金屬礦產(chǎn)開發(fā)過程中。固體廢棄物年排放量約 750萬 t,累計(jì)排放量 6 600萬 t,廢土石沿坡堆放,汛期以引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生;礦山采空區(qū)易引發(fā)地面塌陷,進(jìn)一步導(dǎo)致山體崩塌、滑坡的發(fā)生;尾礦庫數(shù)目眾多,部分尾礦庫工程簡單,部分超期服役或帶病服役,如遇暴雨、山洪,極有可能潰決,而尾礦庫潰決引發(fā)的往往是大型泥石流。1996年 8月嵩縣祁雨溝泥石流沖毀房屋 500間,汽車16輛,沖走金精粉 56 t,溝內(nèi)耕地 4.67萬 m2,正在開會的 36位職工死亡,4人重傷,經(jīng)濟(jì)損失 1 260多萬元。

3.2 含水層破壞

礦山開發(fā)對地下水資源影響較大,主要表現(xiàn)在已下幾方面:

3.2.1 改變了地下水自然流場及補(bǔ)、徑、排條件

由于礦產(chǎn)與水資源共存于一個地質(zhì)體中,在天然條件下,各有自身賦存條件及變化規(guī)律,礦產(chǎn)開采(尤其煤礦開采)打破了地下水原有的自然平衡,局部由承壓轉(zhuǎn)為無壓,導(dǎo)致煤系地層以上裂隙水受到明顯的破壞,使原有的含水層變?yōu)橥杆畬?原有的水井干枯,泉水?dāng)嗔鳌?/p>

3.2.2 改變了“三水”轉(zhuǎn)化關(guān)系

在自然狀態(tài)下,降水、地表水與地下水存在一定的補(bǔ)排關(guān)系,由于礦坑排水在淺部地段,導(dǎo)致“三帶”連通,使地表水轉(zhuǎn)化為地下水,涌入礦坑再排出,在下游轉(zhuǎn)化為地下水,地表水、地下水互相轉(zhuǎn)化,相互補(bǔ)給,改變了原有狀態(tài)下的循環(huán)過程。

3.2.3 地下水質(zhì)惡化

隨著礦山的開發(fā),礦區(qū)排放大量的廢水。值得說明的是,部分金礦山利用氰化物提金技術(shù),雖然這種技術(shù)工藝簡單,技術(shù)成熟,但在生產(chǎn)中拍出的廢水、廢氣和廢渣中含有劇毒氰化物,對環(huán)境污染尤其嚴(yán)重。礦山建設(shè)和生產(chǎn)過程中的礦坑排水,洗礦過程中加入有機(jī)和無機(jī)藥劑而形成的尾礦水,露天礦、排礦堆、尾礦及矸石堆受雨水淋濾、滲透溶解礦物中可溶成份的廢水,礦區(qū)其他工業(yè)和醫(yī)療、生活廢水等。這些受污染的廢水,大部分未經(jīng)處理,排放后又直接或間接地污染了地表水、地下水。

3.2.4 地下水位下降

形成大面積的水位下降漏斗區(qū),導(dǎo)致部分水源枯竭。

3.3 地形地貌景觀破壞

3.3.1 造成土地毀壞

采礦業(yè)占用和破壞土地,包括采礦活動所占用的土地(如廠房、工業(yè)廣場、堆礦場),露天采礦場、為采礦服務(wù)的交通設(shè)施、采礦生產(chǎn)過程中堆放的大量固體廢棄物所占用的土地,以及因礦山開采而產(chǎn)生地面裂縫、變形及地表大面積的塌陷等。廢水、廢渣的排放對土壤資源造成了嚴(yán)重污染。間接地污染了地表水、地下水和周圍農(nóng)田、土地,造成土地資源的大量毀損。

區(qū)境內(nèi)山地占總面積的 45.5%,丘陵區(qū)占總面積40.7%,平原區(qū)僅占總面積的 13.8%,顯示耕地是有限的,礦山開發(fā)礦渣占壓耕地常引發(fā)礦群緊張的矛盾關(guān)系。

3.3.2 山體破損及植被破壞

工作區(qū)為重要的旅游勝地,礦山開發(fā)對地貌景觀破壞性影響十分突出,尤其是在交通沿線、城區(qū)、旅游區(qū)、自然人文景觀保護(hù)區(qū),顯得更為扎眼。露天采礦對自然地貌景觀破壞更為嚴(yán)重,破壞了旅游資源。如:由于人類工程活動引起自然環(huán)境改變從而導(dǎo)致龍門石窟周邊地區(qū)和窟區(qū)存在較多地質(zhì)環(huán)境問題,主要為對景區(qū)造成污染和安全隱患的石灰窯、采石場和廢棄的水坑。龍門石窟周邊地區(qū)大部分出露的都是碳酸鹽巖,風(fēng)化和巖溶作用都很強(qiáng)烈,尤其是前些年的開山采石的興起,亂開亂采現(xiàn)象較為嚴(yán)重,不僅影響了景區(qū)的總體形象,而且還破壞了巖石的整體結(jié)構(gòu),為地表水的下滲提供了新的路徑,加劇了窟區(qū)的巖溶和風(fēng)化作用。

但隨著礦產(chǎn)資源開發(fā)利用,尤其小礦山無序開采,礦坑、平硐裸露,礦渣隨意堆放,存在眾多不安全隱患;同時,礦渣在景區(qū)內(nèi)留下滿目倉夷,似景區(qū)亮麗風(fēng)景下的瘡疤,嚴(yán)重影響景區(qū)的景觀質(zhì)量,在一定程度上阻礙了區(qū)內(nèi)旅游業(yè)的發(fā)展。區(qū)內(nèi)旅游業(yè)發(fā)展較快,已審批河南洛陽黛眉山世界級地質(zhì)公園。以龍門石窟為典型代表的人文旅游資源聞名中外,以嵩縣白云山花崗巖地貌、欒川地下溶洞-雞冠洞以及黛眉山世界級地質(zhì)公園黛眉山、青要山沉積巖地貌等地質(zhì)資源更具有重要旅游觀光價值。產(chǎn)生了較好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益,促使旅游業(yè)在洛陽市國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展占有舉足輕重的地位。

4 工作方法與評價方法探討

4.1 技術(shù)路線

總體工作技術(shù)路線部署遵循“由面到點(diǎn),先面后點(diǎn),點(diǎn)面結(jié)合”的原則。充分收集前人資料,以填表調(diào)查為主,選取典型礦山特采取實(shí)地核查,輔以遙感解譯、物化探等措施,以取得真實(shí)可靠的調(diào)查結(jié)果。通過資料綜合分析、歸納整理,對礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀進(jìn)行評估,分析礦山地質(zhì)環(huán)境問題發(fā)展趨勢,提出礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)及礦山生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理的對策建議。條件允許情況下,選取欒川 -洛寧 -嵩縣一線多金屬礦區(qū)等礦山地質(zhì)問題較嚴(yán)重區(qū)域進(jìn)行有針對性的專題調(diào)查研究。

4.2 工作方法與評價方法

1)查明礦山地質(zhì)環(huán)境背景條件及礦山開發(fā)和綜合整治現(xiàn)狀。

2)查明礦山開發(fā)引起的地質(zhì)環(huán)境問題及危害,查明礦山地質(zhì)災(zāi)害類型、發(fā)育特征、分布規(guī)律、形成條件及誘發(fā)因素和對環(huán)境造成的危害;查明礦業(yè)開發(fā)對地下水系統(tǒng)的影響與破壞及對土地資源和地質(zhì)地貌景觀的影響與破壞因素等。

3)建立資源毀損、地質(zhì)災(zāi)害、環(huán)境污染三要素指標(biāo)體系,對礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評價。評價方法:本次工作以單個礦山為主要評價對象,以礦業(yè)開發(fā)產(chǎn)生地質(zhì)環(huán)境問題的危害和災(zāi)害損失程度作為評價分級的指標(biāo),運(yùn)用系統(tǒng)控制論建立包括礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害、含水層破壞及地形地貌景觀破壞三要素及權(quán)系數(shù)評價系統(tǒng),采用數(shù)學(xué)方法計(jì)算,最終評價等級。

4)選取地質(zhì)環(huán)境背景條件、區(qū)域地質(zhì)環(huán)境問題、地質(zhì)災(zāi)害和人類工程活動強(qiáng)度為子系統(tǒng),對礦山地質(zhì)環(huán)境發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測。區(qū)域地質(zhì)環(huán)境問題與地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育程度是地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量的直接指標(biāo),地質(zhì)環(huán)境背景條件和人類工程活動是蘊(yùn)育和促進(jìn)地質(zhì)環(huán)境問題與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的潛在條件,將三者合并考慮有助于地質(zhì)環(huán)境發(fā)展趨勢預(yù)測。預(yù)測方法:仍以單個礦山為主要預(yù)測對象,選取地質(zhì)環(huán)境背景條件、區(qū)域地質(zhì)環(huán)境問題與地質(zhì)災(zāi)害和人類工程活動程度作為預(yù)測子系統(tǒng),用數(shù)學(xué)方法計(jì)算最終預(yù)測結(jié)果。

5)提出礦產(chǎn)資源合理開發(fā)利用與礦山地質(zhì)環(huán)境整治、礦山生態(tài)恢復(fù)與重建規(guī)劃;

6)建立礦山地質(zhì)環(huán)境信息系統(tǒng)。

5 結(jié)語

1)通過開展洛陽市礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查與評價,查明因礦山開采所產(chǎn)生的地質(zhì)環(huán)境問題和危害,及其對區(qū)域地質(zhì)環(huán)境的影響,同時為區(qū)內(nèi)地質(zhì)公園建設(shè)、景區(qū)建設(shè)以及合理開發(fā)礦產(chǎn)資源、保護(hù)礦山地質(zhì)環(huán)境、礦山環(huán)境整治、礦山生態(tài)恢復(fù)與重建、實(shí)施礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)督管理提供基礎(chǔ)地質(zhì)依據(jù)。

2)礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查與評價工作屬公益性、社會性項(xiàng)目,其價值具有間接性、潛在性和長久性的特點(diǎn),主要表現(xiàn)在減災(zāi)、防災(zāi)效益和社會經(jīng)濟(jì)效益。礦山地質(zhì)環(huán)境治理工程的實(shí)施,改善人居環(huán)境和旅游環(huán)境,是當(dāng)?shù)卣ㄔO(shè)“碧水藍(lán)天、青山綠地”工程的一部分,必將取得良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。具有很好的安撫民心效應(yīng),體現(xiàn)當(dāng)?shù)卣蛟旌椭C社會的重要舉措。

[1]吳國昌,甄習(xí)春.河南省礦山環(huán)境問題研究.中國大地出版社,2007.

X 32

B

1004-1184(2011)01-0145-03

2010-04-01

呂志濤(1968-),男,河南淮濱人,高級工程師,主要從事水工環(huán)地質(zhì)勘查與研究工作。