海東市樂都區(qū)迭爾溝采石場礦山地質(zhì)環(huán)境問題及治理對策研究

賈宗勇，楊曉文，關(guān)永平，董俊麟

(1.青海省第五地質(zhì)勘查院，青海 西寧 816099； 2.青海省地質(zhì)礦產(chǎn)測試應(yīng)用中心，青海 西寧 810008)

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對資源無序的開發(fā)，對環(huán)境造成了一定程度的破壞，形成了潛在的地質(zhì)災(zāi)害隱患[1-5]。研究主要針對20世紀(jì)80—90年代周邊村民和無資質(zhì)私人挖盜采砂石料、建筑材料以及修建砂石料加工廠造成的大面積土地破壞。通過對地質(zhì)災(zāi)害環(huán)境評價，發(fā)現(xiàn)潛在的地質(zhì)災(zāi)害問題，實(shí)施擋墻護(hù)坡、削坡減載、土地平整、整治渠道、拆除違章建筑、地表覆土、植被恢復(fù)等工程措施及技術(shù)手段，對開采后遺留的采坑、高陡邊坡、棄渣堆積、植被破壞等礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境問題進(jìn)行治理和修復(fù)，消除地質(zhì)災(zāi)害隱患[6-8]；恢復(fù)被壓占、損毀的土地資源，控制水土流失，改善治理區(qū)生態(tài)環(huán)境，全面解決礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境問題[9]；達(dá)到了預(yù)期消除或減輕地質(zhì)災(zāi)害隱患，重塑被破壞的地形地貌景觀，復(fù)墾礦山損毀土地，改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境，提高水源涵養(yǎng)功能，減少水土流失，促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)的總體治理目標(biāo)[10]。

1 地質(zhì)環(huán)境特征

1.1 地形地貌

采石場位于樂都盆地西部，達(dá)坂山基巖山地與丘陵的過度地帶，區(qū)域整體北高南低，達(dá)坂山南坡高差1 600 m，坡面溝沖發(fā)育，橫向溝梁相間起伏。其中，礦區(qū)西是基巖山坡，西高東低，坡寬170 m，總體坡度約24°，礦山采石改變了原始地形，現(xiàn)礦區(qū)在平面上呈東側(cè)敞開，西側(cè)陡崖的弧形洼地，采坑底部較平坦，高度與公路基本齊平。

1.2 地層巖性

該區(qū)出露的地層為一套變質(zhì)巖建造，為古元古代湟源群東岔溝組石英巖—云母片巖—大理巖變質(zhì)建造，中—厚層狀構(gòu)造，受礦區(qū)中部受小斷層切割，北段產(chǎn)狀130°∠41°，南段產(chǎn)狀316°∠76°。其次為第四紀(jì)風(fēng)積物。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造與地震

采石場位于祁連山地槽褶皺系的中間隆起帶和拉脊山地向斜褶皺地帶及湟水河谷凹陷區(qū)。前者為大坂山隆起帶，其主要構(gòu)造線為北西—南東向；南部拉脊山區(qū)，以北西西向的緊密線狀褶皺為其特征。采石場及周圍無區(qū)域性斷裂，礦區(qū)發(fā)育小斷層，產(chǎn)狀302°∠68°，斷層帶厚0.6 m，該斷層屬壓扭性，斷層上下盤巖層產(chǎn)狀差異大。礦區(qū)北段基巖發(fā)育2組節(jié)理：第1組產(chǎn)狀344°∠64°，密度1.8m/1條；第2組產(chǎn)狀98°∠76°，密度1.2 m/條。此外，礦區(qū)近南、北兩端開采厚度小于5 m。

區(qū)域新構(gòu)造運(yùn)動以震蕩式垂直升降運(yùn)動為主，其顯著標(biāo)志為山區(qū)夷平面和河流階地[11]。

2 水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件

2.1 水文地質(zhì)條件

據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)調(diào)查報告，該區(qū)內(nèi)地下水類型為基巖裂隙水，含水層巖性為古元古代湟源群東岔溝組凝灰?guī)r等，采石場位于基巖山坡坡麓，山坡沖溝發(fā)育，溝谷深切，地下水位埋較大，礦山開挖深44 m，采坑底部無地下水滲出現(xiàn)象。區(qū)內(nèi)黃土及砂卵礫石層透水不含水。

2.2 工程地質(zhì)條件

(1)堅硬層狀變質(zhì)巖巖組。采石場巖性組成為淺灰色白云質(zhì)灰?guī)r，表層強(qiáng)風(fēng)化層厚3 m。該巖組力學(xué)性質(zhì)堅硬，單軸抗壓強(qiáng)度經(jīng)驗(yàn)值70 MPa左右。巖體表層受風(fēng)化裂隙切割，巖體較破碎。

(2)土體。分為雙層結(jié)構(gòu)黃土、卵礫類土和混雜堆積粉土。①雙層結(jié)構(gòu)黃土、卵礫類土。采石場西部表層黃土厚1～4 m，下層為卵礫石層。黃土具大孔隙及垂直節(jié)理，呈土黃色，粒度均勻，顆粒以粉粒為主，無層理，具中—高壓縮性，塑性指數(shù)8.2～9.7，液限指數(shù)23.1～28.3，平均壓縮系數(shù)0.1～0.2，濕陷系數(shù)0.15～1.00，自重濕陷系數(shù)0.015～0.084，該土體工程性能較差。下部卵礫石含量大于30%，多為次棱角狀，結(jié)構(gòu)較密，滲透性強(qiáng)，承載力特征值一般為400 kPa。②混雜堆積粉土。采石場東部，該土體系人工堆積層，呈散狀，力學(xué)性質(zhì)差。

3 采石場環(huán)境地質(zhì)現(xiàn)狀

3.1 采石場地質(zhì)災(zāi)害

(1)采石造成不穩(wěn)定斜坡。采石場采石過程中，形成長132 m、寬61 m左右的采坑，在采區(qū)西邊界形成不穩(wěn)定邊坡，邊坡高為12～48 m、坡度60°～82°，坡面組成巖性古元古代湟源群東岔溝組灰?guī)r。因組成邊坡的巖體受巖層層面，較為破碎，尤其近邊坡南、北端，還有風(fēng)化裂隙，巖體極為破碎，多呈粒徑0.5～1.5 m巖塊，加之邊坡陡峻，常有巖塊崩落?，F(xiàn)狀穩(wěn)定性差，致災(zāi)方式為巖塊崩塌，危及縣鄉(xiāng)公路，尤其邊坡南、北兩端，坡腳距公路只2～3 m，坡面巖塊極易崩落到路面，危害程度大，危險性大[12-13](圖1)。

圖1 采石場范圍Fig.1 Scope of quarry

(2)加劇水土流失。采礦破壞了地表植被，棄土放堆過采區(qū)，因堆放棄土疏松呈散體狀，極易被雨水沖涮，造成大量水土流失。

3.2 采石場地形地貌景觀破壞

采石場位于樂都盆地西北緣，達(dá)坂山南坡，迭爾溝西岸山坡坡腳，原始地形西高東低，山坡總體坡度23°。礦山露天開采時在山坡開挖形成高12～48 m、坡度60°～82°的人工陡坎，中東部為采坑，區(qū)內(nèi)植被破壞殆盡，地面裸露，且此區(qū)位于公路邊，形成132 m、寬61 m的采坑，影響公路景觀視覺環(huán)境，破壞區(qū)面積1.09 hm2，對地形地貌景觀環(huán)境破壞程度較嚴(yán)重。場地中可見堆放的砂堆，長37～43 m，寬22～24 m，高0.5～8.3 m，面積2 509.77 m2(圖2)。

圖2 采石場開采后地貌特征Fig.2 Geomorphic characteristics of quarry after mining

3.3 采石場資源損毀情況

(1)土地資源損毀。在露天采砂過程中，毀損土地面積1.09 hm2，損毀方式均屬采礦挖損，開挖深度12～48 m，現(xiàn)損毀土地表面寸草不生，總體對土地資源的損毀程度為重度損毀。土地?fù)p毀類型為草地，面積1.09 hm2，損毀程度嚴(yán)重。

(2)含水層破壞。該區(qū)地下水位埋較大，礦山開挖深44 m，采坑底部無地下水滲出現(xiàn)象。區(qū)內(nèi)黃土及砂卵礫石層透水不含水，對地下水影響甚微。

3.4 生態(tài)環(huán)境破壞影響評估

經(jīng)實(shí)地調(diào)查，開采礦層伏于厚2～6 m的第四系地層之下。開采方式為山坡露天開采，開采順序從公路路面高度處向西水平采挖，采區(qū)東側(cè)敞開似簸箕形洼地，西側(cè)掘進(jìn)面為高12～48 m、坡度60°～85°的陡崖，中部高陡，南、北兩段低緩；坑底較平展，微向東傾，坡度2°，平面形態(tài)似平趟的“幾”字形，中部長150 m，南北兩段長度分別為45、60 m?？拥讝|部中段，堆放有高3 m、寬4 m、斷續(xù)長65 m棄渣堆。礦區(qū)緊鄰縣鄉(xiāng)公路。

棄渣堆表面有自然生長的植被，蓋度約10%。采石場存在的地質(zhì)環(huán)境問題主要是地形地貌景觀破壞、因開采引起后期高危邊坡的崩塌等地質(zhì)災(zāi)害。

根據(jù)礦山地質(zhì)環(huán)境影響分級等級[14]，地質(zhì)災(zāi)害規(guī)模中等，發(fā)生災(zāi)害的可能性較大，由于區(qū)內(nèi)地下水含水層埋藏深，對地下水影響?。粚υ牡匦蔚孛簿坝^影響和破壞程度大；破壞基本農(nóng)田破壞耕地小于于2 hm2；影響程度分級為較嚴(yán)重。

4 礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境防治

4.1 礦區(qū)治理區(qū)劃分

根據(jù)治理區(qū)不同的生態(tài)環(huán)境破壞方式以及滿足不同的治理措施，將治理區(qū)劃分為不同的分區(qū)，針對地質(zhì)環(huán)境問題類型、土地?fù)p毀方式，提出初步治理方案，由北向南分為北中南3段。其中，中段劃分為2個子分區(qū)[9-12]，如圖3所示。

圖3 采石場治理分區(qū)Fig.3 Quarry treatment zoning

4.2 治理措施

4.2.1 斜坡北段治理

采取清除坡面危石，坡腳用清下石塊回填造坡平整并覆土的治理方案。清理坡面長65 m，最大高度15 m，平均高12 m，可用電鎬自上而下清除表面危石，同時平順坡面，消除參差不齊現(xiàn)象。用清下塊石回填平整造坡并覆土，以自上而下、銜接順暢、過渡自然為原則，確保坡體的穩(wěn)固，減小對原始地貌的破壞。覆土面積199.77 m2，覆土厚度0.5 m，覆土量99.88 m3。

4.2.2 斜坡南段治理

采取清除坡面危石，坡腳用清下石塊回填造坡平整并覆土的治理方案。清理坡面長30 m，最大高度20 m，可用電鎬自上而下清除表面危石，同時平順坡面，消除參差不齊現(xiàn)象。平均清理厚度0.5 m。用清下塊石回填平整造坡并覆土，以自上而下、銜接順暢、過渡自然為原則，確保坡體的穩(wěn)固，減小對原始地貌的破壞。覆土面積152.68 m2。覆土厚0.5 m，覆土量76.34 m3。

4.2.3 中段(1區(qū))治理措施

(1)危巖清理。邊坡中段高48 m，坡度82°，局部凹進(jìn)，坡腳距公路12～54 m，為防坡面危石崩落后滾到公路，首先進(jìn)行采取清除坡面危石，清理方量113 m3。

(2)格賓擋土墻施工。參照工程部署圖，局部進(jìn)行場地平整，按基準(zhǔn)高程2 186 m修格賓護(hù)擋土墻，格賓護(hù)擋土墻距高陡邊坡10～18 m，擋墻高3 m，寬1.0 m，長230 m。

(3)土石方回填。擋墻完成后擋墻與坡面區(qū)域進(jìn)行回填，面積為2 862.35 m2，完成與擋墻同高度回填方量為7 227.05 m3，之后在擋墻與采挖坡面間按1∶2坡率進(jìn)行回填，土方回填方為8 774.88 m3，接近坡面處回填高程在2 195 m左右，之后該坡面進(jìn)行覆土，坡面面積3 194.3 m2，去除消力池面積，覆土厚1.0 m，覆土量3 167.4 m3，按要求進(jìn)行植被恢復(fù)。

回填土方部分采用原地堆渣進(jìn)行回填，現(xiàn)場土石方量合計為5 914.5 m3。外運(yùn)土方考慮利用和家遺留礦山取土點(diǎn)部分土石方，協(xié)商外運(yùn)土石方量為10 446.2 m3。采石場A-A′剖面治理工程如圖4所示。

圖4 采石場A-A′剖面治理工程Fig.4 A-A′ section treatment project of quarry

4.2.4 中段(2區(qū))治理

主要為場地平整，面積6 663.67 m2，平整工作量5 914.5 m3。之后，該坡面進(jìn)行覆土覆蓋0.30 m，覆土量1 999.1 m3，按要求進(jìn)行植被重建。

4.2.5 排洪渠

設(shè)置在公路蓋板涵與沖溝迭水之間，在迭水處修建5 m×5 m×1 m消力池，池幫厚0.3 m，池底用漿砌石襯砌，厚0.6 m。再修建排洪渠道，渠道橫斷面為長方形，寬2.0 m，高1.0 m，東端與公路蓋板涵洞相接，西端于迭水坡腳處，修建于人工邊坡上。迭水池與渠道兩側(cè)渠邦采用漿砌石修建，渠邦厚0.3 m，渠底用漿砌石襯砌，厚0.3 m，漿砌石沙漿強(qiáng)度為M10，渠道經(jīng)擋墻處坡比1∶2，東與公路蓋板涵洞底一致，渠道縱坡降1∶2。

4.2.6 植被恢復(fù)工程

包括場地平整、覆土、培肥、栽種植被4道工序。①場地平整。對于采坑底部，擋土墻東側(cè)，采用機(jī)械平整，平整后的地面按30‰坡比向排洪渠東段傾斜，平整面積6 663.67 m2。②覆土。覆土范圍包括整個采場底部(不包括消力池及排洪渠)，覆土厚度0.3～1.0 m，面積9 123.27 m2，要求所覆土層中不含碎塊石等固形物。③培肥。針對表層細(xì)顆粒砂土覆蓋后可能出現(xiàn)的土壤養(yǎng)分缺乏和土壤保水保肥性差等問題，需要采取一定措施進(jìn)行土壤改良培肥。根據(jù)以往項(xiàng)目的施工和當(dāng)?shù)剞r(nóng)民進(jìn)行交流，確定有機(jī)肥能有效的改良土壤和提高草籽存活率。此次工作主要采用人工施肥，施用有機(jī)肥的方式，提高土壤肥力，提高草籽存活率。施肥量為2 250 kg/hm2，該區(qū)共計施有機(jī)肥2 052 kg。④栽種植被。播撒草種選用芨芨草、針茅、垂穗披堿草，按1∶1∶1比例混播，播種量225 kg/hm2，播撒后耙耢，保持草籽入土2～3 cm。此外，在回填區(qū)表面種植青楊樹苗，苗距為1.5 m×1.5 m，苗高不小于1 m。種植怪柳樹苗，苗距為0.5 m×0.5 m。

5 地質(zhì)環(huán)境修復(fù)效益分析

5.1 環(huán)境效益

礦山生態(tài)保護(hù)修復(fù)治理項(xiàng)目實(shí)施區(qū)處于青海省東部地區(qū)，生態(tài)環(huán)境脆弱。通過項(xiàng)目實(shí)施，可有效減輕因采礦活動對生態(tài)環(huán)境的影響，降低歷史遺留礦山揚(yáng)塵與景觀視覺污染，提高涵養(yǎng)水源、調(diào)洪削峰、防止土壤侵蝕、凈化水質(zhì)和調(diào)節(jié)氣候等生態(tài)服務(wù)功能；改善交通沿線自然環(huán)境，有效推進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)，提升區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。

通過對礦山生態(tài)修復(fù)，進(jìn)一步優(yōu)化生態(tài)環(huán)境，使生態(tài)系統(tǒng)對人類生產(chǎn)、生活有益影響和有利效果，促進(jìn)人與自然和諧相處。從而鞏固和加強(qiáng)我省草甸生態(tài)屏障的生態(tài)成效，切實(shí)推進(jìn)生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展，真正實(shí)現(xiàn)“綠水青山就是金山銀山”，使得大美青海更加秀美[5-10]。

5.2 社會效益

礦區(qū)位于由于黃土丘陵區(qū)，自然條件差、植被的自然恢復(fù)能力差，歷史遺留礦山造成的地形地貌景觀破壞、土地資源損毀、水土流失等問題，致使人口聚集區(qū)的居住環(huán)境惡化、大量棄土可能會引發(fā)泥石流，影響經(jīng)濟(jì)社會的穩(wěn)定發(fā)展。通過礦山生態(tài)修復(fù)，可有效促進(jìn)以往破壞封山育草恢復(fù)，改善湟水流域生態(tài)環(huán)境，減少水土流失，促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)和社會的可持續(xù)發(fā)展，可顯著地改善視覺景觀，青海東門戶的整體形象，有效地促進(jìn)美麗鄉(xiāng)村建設(shè)，改善人居環(huán)境，提高群眾滿意度。同時，歷史遺留礦山的恢復(fù)治理，使歷史遺留礦山地質(zhì)災(zāi)害隱患下降，群眾生命財產(chǎn)安全得以提升和保障，有利于社會的和諧發(fā)展和穩(wěn)定。礦山生態(tài)保護(hù)修復(fù)治理項(xiàng)目實(shí)施區(qū)處于青海省東部黃河流域，生態(tài)環(huán)境脆弱。

通過項(xiàng)目實(shí)施，可有效減輕因采礦活動對生態(tài)環(huán)境的影響，降低歷史遺留礦山揚(yáng)塵與視覺污染，提高涵養(yǎng)水源、調(diào)洪削峰、防止土壤侵蝕、凈化水質(zhì)和調(diào)節(jié)氣候等生態(tài)服務(wù)功能；改善交通沿線自然環(huán)境，有效推進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)，提升區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量[13]。

5.3 經(jīng)濟(jì)效益

通過礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理，使區(qū)內(nèi)歷史遺留的礦山環(huán)境問題得以有效治理，被損毀的土地資源得以恢復(fù)。通過治理使2.04 hm2裸地成為草地，恢復(fù)耕地0.49 hm2；提升土地利用率的同時?；謴?fù)治理后區(qū)內(nèi)植被得以恢復(fù)，增加水源涵養(yǎng)效益，降低水土流失損失，美化門戶景觀，起到減噪滯塵作用、產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。同時，促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展、增加農(nóng)民收入，為精準(zhǔn)扶貧、精準(zhǔn)脫貧做出貢獻(xiàn)[14-15]。

6 結(jié)論

治理區(qū)位于海東市樂都區(qū)雨潤?quán)l(xiāng)迭爾溝。此次工作主要針對20世紀(jì)80—90年代周邊村民和無資質(zhì)私人挖盜采砂石料、建筑材料及修建砂石料加工廠造成大面積采坑以及造成的壓占草地、耕地進(jìn)行恢復(fù)治理，對周邊因水土流失造成的草場進(jìn)行土壤重構(gòu)與改良；采用播種草種方式進(jìn)行恢復(fù)；恢復(fù)區(qū)內(nèi)的排洪溝渠，消除采挖形成的高陡邊坡可能帶來的地質(zhì)災(zāi)害隱患，治理面積約12 581.64 m2。通過本次恢復(fù)工作該區(qū)原始地貌得以恢復(fù)，恢復(fù)和提高該區(qū)植被覆蓋率，使得生態(tài)環(huán)境呈現(xiàn)良性循環(huán)，提高水源涵養(yǎng)功能，最大限度地消除地質(zhì)災(zāi)害隱患。