露天鋁土礦發(fā)育特征及危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

徐明霞

(陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安　710300)

0　前　言

礦產(chǎn)資源作為自然資源重要的組成成分，是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)及國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展命脈。鋁土礦作為生產(chǎn)金屬鋁最常用的原料，其用量野戰(zhàn)世界鋁土礦總產(chǎn)量90%以上。我國濟(jì)源市擁有豐富的礦產(chǎn)資源，截止目前，共發(fā)現(xiàn)礦種37種，礦產(chǎn)地109處[1]。其中，已經(jīng)查明的資源儲(chǔ)量礦種有煤、銅、鐵、硫(伴生)、鉛、鋁土礦、水泥用灰?guī)r、水泥配料用粘土、硯石等19種，礦產(chǎn)地54處。該市具有發(fā)展優(yōu)勢(shì)的礦產(chǎn)包含：煤炭保有儲(chǔ)量1.9億t，主要分布在克井鎮(zhèn)、下冶鄉(xiāng)、大峪鄉(xiāng)、王屋鄉(xiāng)等；鐵礦：這種資源的保有儲(chǔ)量達(dá)到1 500萬t，多數(shù)分布于王屋鄉(xiāng)、五龍口鎮(zhèn)；銅礦保有儲(chǔ)量為3 796 t，主要分布在王屋鄉(xiāng)、邵原鎮(zhèn)境內(nèi)；鋁土礦的保有儲(chǔ)量達(dá)到452萬t，多分布在下冶鄉(xiāng)[2]。除已經(jīng)探查出來的礦產(chǎn)資源外，該市的西北部山區(qū)也蘊(yùn)藏豐富的煤炭、硫鐵礦、鋁土礦資源，這也是該市礦產(chǎn)資源調(diào)查與勘查工作重點(diǎn)研究內(nèi)容。下冶鄉(xiāng)鋁土礦處在太行山余脈王屋山的南緣，該區(qū)域極易出現(xiàn)泥石流災(zāi)害?；诖耍疚脑谏钊敕治鲈搮^(qū)鋁土礦地質(zhì)及發(fā)育情況，并挑選河流彎曲程度、渣堆穩(wěn)定性、坡將比等導(dǎo)致出現(xiàn)泥石流的危險(xiǎn)因子，通過因子權(quán)重?cái)?shù)量和賦值相乘后相加起來的評(píng)價(jià)方式，獲得所選定4條溝谷泥石流潛勢(shì)度及危險(xiǎn)度排序。

1　礦區(qū)地質(zhì)條件及發(fā)育形態(tài)

下冶鋁土礦處在太行山余脈王屋山的山腳下，大致位于華北古板塊南部，華北凹陷西北緣，王屋山向南傾斜，區(qū)域構(gòu)造展現(xiàn)出北西向、近東西向特征[3]。礦區(qū)總體屬于一個(gè)地壘構(gòu)造，夾持在王爺廟與逢石河斷裂之間，這兩個(gè)斷裂帶近東西向分布，其具有規(guī)模法、延伸遠(yuǎn)等特點(diǎn)，對(duì)礦區(qū)地質(zhì)、地形產(chǎn)生明顯的影響。該礦區(qū)鋁土框體形態(tài)由于奧陶系古侵蝕面的作用，礦體主要包含以下3種形態(tài)：透鏡狀、似層狀及洼斗狀,且礦區(qū)巖層形態(tài)與古巖溶侵蝕面存在密切的聯(lián)系。如果古地形屬于開闊、平坦的巖溶盆地及洼地，似層狀的礦層，一般存在厚度穩(wěn)定、品位低的特點(diǎn)。而奧陶系侵蝕面起伏較大的地段，組成洼斗狀礦層，中間比較厚周邊薄，展示出顯著地蘿卜狀，但礦體延伸性有一定的限制[4]。必須注意，該礦區(qū)高品位鋁土礦石就處在洼斗之中，這種形狀的礦體也是本區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的最大鋁土礦類型。下冶鋁土礦的礦區(qū)范圍之內(nèi)的海拔高程處在160～631.9 m范圍之內(nèi)，相對(duì)高差為470 m，河谷的縱坡降比值大，且縱坡降比值和新構(gòu)造的運(yùn)動(dòng)切割底層存在密切的聯(lián)系，而切割?yuàn)W陶系地層的坡降比值比較高[5]。該礦區(qū)溝谷發(fā)育方向主要以南北向?yàn)橹?，從東至西分別為官洗溝、水洗溝、黑溝及河?xùn)|溝這4條“V”型溝谷。

2　下冶鋁土礦泥石流地質(zhì)災(zāi)害發(fā)展?fàn)顩r

該礦區(qū)鋁土礦開發(fā)時(shí)間最早源于70年代，在2006年之前，下冶鋁土礦一直處在無序開采狀態(tài)。尤其在2001-2005年之間，氧化鋁較高比較高，該區(qū)內(nèi)展現(xiàn)出濫采濫挖的現(xiàn)象。本區(qū)內(nèi)采礦坑口達(dá)到數(shù)百多個(gè)，采礦地區(qū)出現(xiàn)廢石尾渣隨處排放的情況。水洗溝、河?xùn)|溝等溝區(qū)廢石自溝頂?shù)綔瞎瘸霈F(xiàn)層層疊加的情況，使得原有溝道逐漸變窄，局部存在嚴(yán)重的淤積堵塞、地表徑流不通暢等情況。除此以外，高陡山坡和溝岔所堆放的松散廢石自身穩(wěn)定性不佳，存在隨時(shí)向下滑動(dòng)的危險(xiǎn)，日常遭遇連日陰雨或者暴雨天氣，時(shí)常出現(xiàn)小型溝谷型泥石流。 2006-2007年，相關(guān)部門通過開展下冶鋁土礦區(qū)的勘查，調(diào)查出本地區(qū)實(shí)際廢渣堆數(shù)量超過300處且礦區(qū)內(nèi)分布并不均勻，研究區(qū)域主要包含東南處的水洗溝、官洗溝、河?xùn)|溝等地區(qū)，一共有142多個(gè)渣堆分布，各渣堆和渣堵之間處于相連的狀態(tài)，而每一年會(huì)以一定速度增加[6-7]。實(shí)際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，多數(shù)廢渣并未設(shè)置攔渣擋護(hù)墻，雖然該區(qū)域并未出現(xiàn)較大的泥石流災(zāi)害，但小規(guī)模泥石流時(shí)常發(fā)生。加之，上述4條溝谷高陡地形地貌，松散廢棄礦石越來越多，遇到夏季暴雨頻發(fā)的季節(jié)，泥石流災(zāi)害突發(fā)隱患更為嚴(yán)重。

3　露天鋁土礦泥石流危害性評(píng)價(jià)

地質(zhì)災(zāi)害潛勢(shì)度作為地質(zhì)災(zāi)害形成的條件及潛在能力評(píng)價(jià)指標(biāo)，表示某個(gè)地區(qū)地質(zhì)環(huán)境特征，也是反映地質(zhì)災(zāi)害綜合成因的表達(dá)，成為預(yù)測(cè)鋁土礦危害性的基礎(chǔ)[8-9]。下文在選取142處堆渣場(chǎng)所、溝谷山體坡度、渣堆穩(wěn)定性等實(shí)地調(diào)查條件下，根據(jù)國內(nèi)學(xué)者提倡的泥石流發(fā)生因子“9度”綜合預(yù)警評(píng)估方式，探究滿足鋁土礦泥石流地質(zhì)災(zāi)害潛勢(shì)度量化評(píng)估方式，還在由空間、時(shí)間方面探索有效地防冶方法[8]。

3.1　選擇評(píng)價(jià)因子及等級(jí)劃分

下冶鋁土礦中有4條泥石流溝，它們的植被覆蓋度、降雨等因素基本相似，其差異性主要表現(xiàn)在渣堆穩(wěn)定性、溝谷形態(tài)等方面。因此，通過調(diào)查、比較方式下，優(yōu)先選取采礦棄渣量、渣堆補(bǔ)給長度與溝岸山坡坡度、渣堆穩(wěn)定性等當(dāng)做溝谷泥石流危險(xiǎn)性評(píng)估因子。結(jié)合本地區(qū)的特點(diǎn)，并給出相應(yīng)因子排列順序，求得不同因子權(quán)重值，把渣堆總量、溝谷縱坡降比當(dāng)做主要的因子，其他各項(xiàng)指標(biāo)為次要因子。基于所選取泥石流評(píng)估因子的條件下，把礦渣型泥石流潛勢(shì)度劃分為4個(gè)等級(jí)，如表1所示。等級(jí)劃分通過實(shí)地調(diào)查對(duì)響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，除去差異較大的最大和最小數(shù)值，利用最大值減最小值經(jīng)相應(yīng)處理，獲得不同指標(biāo)等級(jí)劃分區(qū)間值。

表1　下冶鋁土礦泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)因子及潛勢(shì)度分級(jí)

3.2　潛勢(shì)度評(píng)估結(jié)果

對(duì)不同泥石流溝各項(xiàng)指標(biāo)根據(jù)極高、高、中及低四個(gè)潛勢(shì)度等級(jí)，分別賦予值如下：1.0、0.7、0.3、0。上述各因子權(quán)重系數(shù)相乘，采用各因子定量賦值當(dāng)做因子得分?jǐn)?shù)，各指標(biāo)因子得分綜合即為溝谷泥石流的潛力度，詳細(xì)數(shù)據(jù)見表2。

表2　下冶鋁土礦各溝谷泥石流賦值及潛勢(shì)度

3.3　危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)

危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)就是某一條溝谷在特定時(shí)間內(nèi)由于降雨、尾礦壩潰決等因素的影響，出現(xiàn)泥石流災(zāi)害的定量化表達(dá)方式。本次選取礦區(qū)開采所排放的廢石能夠?yàn)槟嗍靼l(fā)生提供豐富的物源，陡峭地形地貌也為泥石流發(fā)生提供水和物源條件，而強(qiáng)降雨則是激發(fā)泥石流發(fā)生的關(guān)鍵因素。上文提到的溝谷處在長度為3 km、寬度為2.5 km范圍之內(nèi)。假定這一范圍中的強(qiáng)降雨程度相同。因此，基于單條溝泥石流潛勢(shì)度排序下，與該區(qū)域引發(fā)泥石流災(zāi)害降雨臨界數(shù)值相乘，在一定程度上可以表征泥石流出現(xiàn)危險(xiǎn)度。該礦區(qū)泥石流發(fā)生臨界降雨設(shè)定為50 mm/24 h。由下圖可知，在相同的降雨量基礎(chǔ)上，潛勢(shì)度較高的溝谷其風(fēng)險(xiǎn)度依然比較高，即者4條溝谷的風(fēng)險(xiǎn)度未改變。

圖1　下冶鋁土礦危險(xiǎn)度排序情況

4　結(jié)　論

綜上所述，由于國民對(duì)礦產(chǎn)資源的需求量不斷上升，但粗放、無序的礦產(chǎn)資源開發(fā)行為容易引發(fā)各類地質(zhì)災(zāi)害隱患，帶來一系列的社會(huì)問題。本文選取下葉鋁土礦為研究對(duì)象，自礦區(qū)發(fā)育條件、泥石流發(fā)生危害展開分析，并通過“9度”綜合預(yù)警評(píng)估方式，選取該地區(qū)縱坡降比、溝岸山坡坡度、河流堵塞情況等9個(gè)指標(biāo)當(dāng)做溝谷泥石流潛勢(shì)度評(píng)估因子，并把4條溝谷出現(xiàn)泥石流的地質(zhì)條件進(jìn)行排序。研究結(jié)果表明，官洗溝、黑溝和水洗溝3個(gè)溝谷泥石流潛勢(shì)度和危險(xiǎn)度最高，上述指標(biāo)也能較好的反應(yīng)該礦區(qū)實(shí)際情況，為優(yōu)先開展泥石流溝防治、預(yù)警提供重要的依據(jù)。