青海茫崖獅子溝建筑用砂石礦山地質(zhì)災(zāi)害治理與土地復(fù)墾分析

阿天林，張世珍，邢 佳

(1.青海大學(xué)基建處，青海 西寧 810016； 2.甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730050； 3.青海大學(xué)地質(zhì)工程系，青海 西寧 810016)

青海茫崖地處柴北緣新元古代—早古生代縫合帶和柴達(dá)木新生代磨拉石前陸盆地接合部位[1]，南依柴達(dá)木盆地，北靠阿爾金山，構(gòu)造變形明顯。該區(qū)域資源豐富，是青海省重要的資源富集地，優(yōu)勢(shì)資源主要為油氣和固體礦產(chǎn)，包括冷湖油礦、采石溝金礦、紫水溝鉛礦、茫崖石棉礦等礦區(qū)[2-3]，獅子溝建筑用砂石礦山為近些年開發(fā)的新礦區(qū)。隨著礦產(chǎn)資源的不斷勘探、開采和開發(fā)，該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境遭到破壞，地質(zhì)環(huán)境問題隨之顯現(xiàn)[4]。同時(shí)，由于該區(qū)域構(gòu)造位置特殊，植被類型單一，地勢(shì)險(xiǎn)峻，土地資源浪費(fèi)和地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)等問題尤為突出[5]。礦山土地復(fù)墾與生態(tài)環(huán)境修復(fù)應(yīng)以礦山開采進(jìn)程中土地及生態(tài)環(huán)境的破壞程度、土地類型、礦山廢棄地類型和礦山復(fù)墾方向?yàn)榛A(chǔ)，開展礦山地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)及土地復(fù)墾方案分析和設(shè)計(jì)，并采取具有針對(duì)性的修復(fù)措施，如邊坡治理、水資源修復(fù)、土壤改良、植被修復(fù)等。前人針對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行了研究。如張成毅等[6]通過統(tǒng)計(jì)1987—2010年獅子溝地區(qū)的沙塵狀況，對(duì)當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)沙災(zāi)害進(jìn)行了研究；陳永順等[7]對(duì)該地區(qū)的地震災(zāi)害進(jìn)行了深入研究，并分析了礦區(qū)地震的相關(guān)特征。但有關(guān)該區(qū)域地質(zhì)環(huán)境問題的研究較為欠缺，特別是土地復(fù)墾方面的諸多問題都有待解決。因此，本文以獅子溝建筑用砂石礦山為研究對(duì)象，通過分析礦床開采對(duì)該區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響，結(jié)合礦區(qū)實(shí)際情況提出了地質(zhì)災(zāi)害防治措施與礦山土地復(fù)墾方法，為防治當(dāng)?shù)仄渌V山的地質(zhì)災(zāi)害、改善生態(tài)環(huán)境提供理論參考。

1 研究區(qū)背景

1.1 研究區(qū)概況

獅子溝建筑用砂石礦山位于柴達(dá)木盆地西北邊緣、海西蒙古族藏族自治州茫崖市花土溝鎮(zhèn)西北側(cè)，南距花土溝鎮(zhèn)約5 km，東南距青海省西寧市近1 000 km。G315位于礦區(qū)西南側(cè)約6 km處，礦區(qū)周圍有簡(jiǎn)易道路，交通較為便利(圖1)。研究區(qū)的地貌形態(tài)為洪積階地，坡度多為1～35°。地勢(shì)北高南低，海拔較高，均超過2 900 m。研究區(qū)地處內(nèi)陸干旱地區(qū)，屬于大陸荒漠區(qū)氣候。年平均氣溫約4 ℃，1月份氣溫最低，平均僅-12 ℃，極端情況下氣溫會(huì)低至-27 ℃；7月份氣溫最高，一般在15～20 ℃[8]。降水稀少，雨季集中于5—9月份，平均降水量40 mm左右，除雨季外其余月份降雨極少，蒸發(fā)量為降水量的幾十倍。霜期較長(zhǎng)，從10月份至翌年4月份均為有霜期。研究區(qū)內(nèi)多風(fēng)，以西北風(fēng)為主，每年3—5月會(huì)出現(xiàn)8級(jí)以上大風(fēng)。土壤類型以在干旱條件下形成的風(fēng)積粉砂、黃土層為主。研究區(qū)無常年性地表流水，水資源緊缺，植被類型單一，植被覆蓋率極低。

圖1 研究區(qū)位置圖Fig.1 Location of the study area

1.2 研究區(qū)地質(zhì)條件

研究區(qū)位于柴達(dá)木盆地西部，西北部為阿爾金山，西南部為祁漫塔格山[9-10]，在構(gòu)造位置上處于柴西隆起。該隆起的基底主要為古生代的淺變質(zhì)巖系，該巖系具有相對(duì)柔性的特征。研究區(qū)有多條斷裂發(fā)育，走向以NW向或近NW向?yàn)橹鳎饕t柳泉斷裂、阿拉爾斷裂和昆北斷裂(圖2)。礦區(qū)內(nèi)第四系地層發(fā)育廣泛，洪積亞砂土、卵石、砂礫石層呈雜色分級(jí)堆積于研究區(qū)，其中以亞砂土和砂礫層為主。礦區(qū)內(nèi)無斷裂發(fā)育，也無規(guī)模性的背向斜構(gòu)造，以沉積地貌為主，僅有少量巖漿巖出露于地表，無變質(zhì)巖出露。砂石的原巖組分包括砂巖、粉砂巖、花崗巖、石英和硅質(zhì)巖等，砂粒的主要成分為石英、長(zhǎng)石及暗色砂屑。砂屑未膠結(jié)，呈松散狀，磨圓度較好，為圓狀或次圓狀。該研究區(qū)地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。

圖2 研究區(qū)構(gòu)造位置圖Fig.2 Structural location of the study area

2 礦山地質(zhì)環(huán)境

2.1 不穩(wěn)定采礦邊坡

獅子溝建筑用砂石礦山的礦體出露于地表，寬度較大，向地下延伸的范圍較小。采用露天式、自上而下的臺(tái)階式開采方法開采礦體。邊坡的巖性組合主要為砂石，砂礫層較為松散，如遇強(qiáng)降雨，易受雨水沖刷，從而引發(fā)泥石流等自然災(zāi)害。露天的礦體形態(tài)和自上而下的開采順序?qū)е略陂_采過程中形成了兩段不穩(wěn)定采礦邊坡，基本信息如表1所示。

表1 不穩(wěn)定采礦邊坡基本信息表Tab.1 Basic information of unstable mining slopes

S1不穩(wěn)定采礦邊坡位于采礦場(chǎng)北側(cè)，由開采礦體而形成。坡體主要由建筑用砂石礦山組成，在不受外部因素的影響時(shí)較穩(wěn)定，但如果其他工程在S1邊坡附近施工，坡體砂石可能會(huì)形成次生裂隙，在外力振動(dòng)下易發(fā)生崩塌、垮塌等地質(zhì)災(zāi)害。另外，邊坡上的堆積物和危巖體結(jié)構(gòu)較松散，在該地區(qū)的雨季(5—9月)易發(fā)生泥石流。

S2不穩(wěn)定采礦邊坡在S1不穩(wěn)定采礦邊坡的東南側(cè)，即采礦場(chǎng)地的東側(cè)，也由于開采建筑用砂石礦而形成。該邊坡規(guī)模小于S1邊坡，坡體由建筑用砂石礦山組成。在外力影響下，S2邊坡易發(fā)生崩塌、垮塌等地質(zhì)災(zāi)害，特別是在雨季，S2邊坡處的危巖體和堆積物受到雨水沖刷后易形成泥石流。由此可見，S2不穩(wěn)定采礦邊坡的坡度相對(duì)較大，發(fā)生崩塌、垮塌和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的可能性較高(圖3)。

圖3 野外現(xiàn)場(chǎng)照片F(xiàn)ig.3 Field photos

2.2 土地資源破壞

礦山開采活動(dòng)對(duì)地質(zhì)環(huán)境的影響包括破壞原有的地形地貌和引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害等。挖損、壓占土地不僅會(huì)改變地形地貌，降低植被覆蓋率，而且會(huì)打破原有土地的固結(jié)度，提高發(fā)生水土流失、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的可能性。采礦活動(dòng)造成的土地資源破壞現(xiàn)象主要有3類：第1類為開采作業(yè)過程中對(duì)原有土地的挖損和壓占，第2類為生活區(qū)對(duì)原有土地的壓占，第3類為修筑礦山道路對(duì)原有土地的挖損。采場(chǎng)南北寬近300 m，東西長(zhǎng)1 100 m左右，開采深度約40 m，挖損面積為28.47 hm2。工業(yè)加工場(chǎng)地占地面積較小，約0.30 hm2，位于采場(chǎng)南側(cè)。生活區(qū)占地面積0.05 hm2左右，位于礦區(qū)最南側(cè)。修筑礦山道路破壞了礦區(qū)原有的土地，并使地面硬化。同時(shí)，還要考慮采礦及運(yùn)輸過程中的噪聲、粉塵、廢水、廢氣、廢渣和廢油等土地資源環(huán)境污染因素。

3 礦山地質(zhì)災(zāi)害治理

3.1 危巖清理

采礦活動(dòng)會(huì)使坡面產(chǎn)生小范圍的凸起區(qū)，該凸起區(qū)的巖體容易脫離原巖體，出現(xiàn)崩塌現(xiàn)象。同時(shí)，裂縫發(fā)育也會(huì)使部分巖體脫離原巖體從而發(fā)生崩塌現(xiàn)象，所以危巖清理工作以凸起巖體和裂縫發(fā)育區(qū)巖體為主。清理危巖體的原則為先防護(hù)后施工，先浮石、浮土后危巖石，邊施工邊監(jiān)測(cè)，從上而下逐層清理[8,12]。在獅子溝礦區(qū)采用人機(jī)配合的方法清理危巖體，人工清理浮石和浮土，對(duì)于個(gè)別較大的孤石，可用風(fēng)鎬破碎后再清理。另外，可采用工程措施治理難清理的危巖體和裂縫發(fā)育區(qū)的危巖體，常見措施為采用掛網(wǎng)和錨桿噴護(hù)固定的方式將巖體加固處理[13-14]，從而降低巖體脫離原巖體的風(fēng)險(xiǎn)，減小發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的概率。

3.2 削放坡

削放坡的對(duì)象為不穩(wěn)定邊坡。礦區(qū)內(nèi)由開采建筑用砂石形成的S1和S2不穩(wěn)定采礦邊坡規(guī)模大、輻射范圍廣、可控性弱，發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性較大，因此，這兩段不穩(wěn)定采礦邊坡是獅子溝礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的重點(diǎn)治理對(duì)象。S1和S2不穩(wěn)定采礦邊坡較陡，陡坡處的土(巖)體存在滑塌風(fēng)險(xiǎn)。部分坡面存在凸起區(qū)，受雨水沖刷后凸起區(qū)出現(xiàn)滑塌的可能性極大。削放坡工作可以清除可能存在滑塌風(fēng)險(xiǎn)的土(巖)體，增強(qiáng)坡體的穩(wěn)定性，同時(shí)也可以改變坡面輪廓，使坡面平整，消除積水區(qū)，進(jìn)而降低雨水對(duì)不穩(wěn)定采礦邊坡的影響。所清除的土(巖)體可堆置于坡腳，進(jìn)一步放緩坡度，提高坡體的穩(wěn)定性。削放坡示意圖如圖4所示。

圖4 削放坡示意圖Fig.4 Schematic diagram of slope cutting

3.3 清理平整

工區(qū)廠房和施工基坑等是采礦活動(dòng)的殘余物，它們可能會(huì)誘發(fā)水土污染及地形地貌破壞，因此需要對(duì)其進(jìn)行清理和平整。常年閑置的工區(qū)廠房、生活用房等建筑物存在垮塌的風(fēng)險(xiǎn)，所以需要將其拆除。較深的施工基坑存在塌陷的風(fēng)險(xiǎn)，可利用拆除建筑物產(chǎn)生的廢棄物和外運(yùn)土進(jìn)行回填；較淺的基坑可利用周圍凸起處的土體回填。

3.4 修建截排水溝

獅子溝礦區(qū)的降水量整體較少，但每年6—8月易下暴雨，雨水流入礦區(qū)后沖刷不穩(wěn)定采礦邊坡，易降低邊坡的穩(wěn)定性，誘發(fā)滑塌等地質(zhì)災(zāi)害，因此可以通過修建截排水溝攔截雨水，并及時(shí)疏排雨水，防止大量積水。采礦場(chǎng)地北側(cè)較高，南側(cè)較低，故在北側(cè)修建截排水溝，減少或攔截雨水流入礦區(qū)，減少雨水對(duì)S1和S2不穩(wěn)定采礦邊坡的沖刷，降低發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，也可在礦區(qū)內(nèi)加工場(chǎng)地和工業(yè)場(chǎng)地外圍修建截排水溝，減少流入作業(yè)區(qū)的雨水量，最大限度降低雨水對(duì)采礦活動(dòng)的影響。

4 礦山土地復(fù)墾

4.1 復(fù)墾原則及方向

多年的采礦活動(dòng)對(duì)獅子溝礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了一定的影響，因此，為減小礦山開采對(duì)地質(zhì)環(huán)境的影響，應(yīng)以恢復(fù)土地的利用價(jià)值為復(fù)墾原則。此外，復(fù)墾后的土地應(yīng)滿足安全與穩(wěn)定的要求，確保礦區(qū)不會(huì)發(fā)生滑坡、崩塌、滑塌等地質(zhì)災(zāi)害。確定復(fù)墾方向一般需要綜合考慮多個(gè)因素。首先，需要考慮自然因素；其次，需要考慮周圍環(huán)境和礦山開采前的土地類型；最后，需要考慮經(jīng)濟(jì)因素，即將實(shí)際所需、技術(shù)合理與經(jīng)濟(jì)可行性結(jié)合起來，努力做到綜合效益最佳。由于獅子溝礦區(qū)周邊地區(qū)原有土地為沙地和荒漠土地，復(fù)墾為原始地貌有利于恢復(fù)和保護(hù)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化，因此，該礦區(qū)的土地復(fù)墾方向主要為沙地和裸地。

4.2 復(fù)墾工程

4.2.1 采礦場(chǎng)地 采礦場(chǎng)地包括底面、臺(tái)階面和坡面，總面積較大，是主要的復(fù)墾對(duì)象。采礦工作結(jié)束后，坡面存在一定的邊坡危巖，需要將其清除以消除安全隱患。需要將底面和臺(tái)階面上的大量石塊和廢渣進(jìn)行清理并運(yùn)至指定地點(diǎn)填埋，避免二次破壞。清理工作完成后平整采礦場(chǎng)地，所用方法為削高補(bǔ)低，即將凸起處的土體搬運(yùn)至低洼處。考慮到排水規(guī)律，平整場(chǎng)地時(shí)需將整個(gè)平面向一側(cè)略傾斜，使雨水能自然流出。研究區(qū)的降雨量整體較小，除降雨外無其他長(zhǎng)流水體，傾斜坡度為4°～10°即可。

4.2.2 生活工業(yè)加工區(qū) 生活工業(yè)加工區(qū)位于礦區(qū)南側(cè)，分為生活區(qū)與工業(yè)加工場(chǎng)地，面積較小，復(fù)墾工作主要包括拆除與平整。工業(yè)加工區(qū)設(shè)施和生活區(qū)建筑物二次利用的價(jià)值及可能性極低，拆除即可。拆除過程中產(chǎn)生的大部分廢石土和廢棄物可用于回填深坑及低洼處，部分無法用于回填的廢棄物可運(yùn)至指定位置堆填。拆除建筑物后需要平整場(chǎng)地，以達(dá)到復(fù)墾要求。同時(shí)需要考慮排水規(guī)律，將整個(gè)場(chǎng)地向某一側(cè)略傾斜，有利于自然排水。

4.2.3 礦山道路 開采獅子溝建筑用砂石礦山專用的礦山道路不長(zhǎng)，所占面積較小，整體復(fù)墾強(qiáng)度不大。礦區(qū)所在地人口數(shù)量少，車輛稀少，礦山閉坑后礦山道路無使用價(jià)值，因而需要將其恢復(fù)為原土地類型，即復(fù)墾為沙地或裸地。由于道路崎嶇，車輛在礦山開采和運(yùn)輸過程中會(huì)掉落石塊、廢渣等廢殘物，所以首先需要對(duì)它們進(jìn)行清理，降低對(duì)土地利用和復(fù)墾的影響，然后填平低洼處、平整土地，使礦山道路達(dá)到復(fù)墾要求。

5 討論與結(jié)論

獅子溝建筑用砂石礦山是青海茫崖地區(qū)近幾年開發(fā)的新礦區(qū)，該礦區(qū)構(gòu)造位置特殊、資源豐富。在礦產(chǎn)資源開采和開發(fā)過程中，該礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境遭到破壞，產(chǎn)生了各類地質(zhì)環(huán)境問題，水土流失和地質(zhì)災(zāi)害問題也較為突出[5]。雖然前人針對(duì)該地區(qū)的風(fēng)沙災(zāi)害和礦區(qū)地震災(zāi)害等問題開展了諸多研究工作[6-7]，但是針對(duì)該礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境問題的相關(guān)分析較少。本文以獅子溝建筑用砂石礦山為研究對(duì)象，通過分析礦床開采對(duì)該礦區(qū)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的影響，結(jié)合礦區(qū)實(shí)際情況提出了地質(zhì)災(zāi)害防治措施與礦山土地復(fù)墾方法，并得到如下結(jié)論：

(1)獅子溝建筑用砂石礦山采礦場(chǎng)有S1和S2兩段不穩(wěn)定采礦邊坡，受暴雨、周圍震動(dòng)等外部因素影響，易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。土地資源破壞現(xiàn)象主要為采礦作業(yè)區(qū)、生活區(qū)、礦山道路對(duì)土地的挖損和壓占。

(2)可通過掛網(wǎng)和錨桿噴護(hù)固定等方式清除危巖體，降低危巖體脫離原巖體的風(fēng)險(xiǎn)。削放坡工作能提高S1和S2兩段不穩(wěn)定采礦邊坡的穩(wěn)定性。清理平整建筑物和場(chǎng)地可降低潛在風(fēng)險(xiǎn)。修建截排水溝可有效減少雨水對(duì)不穩(wěn)定采礦邊坡的沖刷，降低發(fā)生泥石流、滑塌等地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)。

(3)礦山土地復(fù)墾的方向?yàn)榛謴?fù)原土地類型，即沙地和裸地。復(fù)墾工程包括清理、拆除和平整工程。