巴彥諾日公地區(qū)飾面石材花崗巖礦地質(zhì)環(huán)境恢復治理研究①

錢洪夫 鄭厚義

1 中化地質(zhì)礦山總局化工地質(zhì)調(diào)查總院，北京 100101

2 中化地質(zhì)礦山總局，北京 100013

內(nèi)蒙古阿拉善左旗巴彥諾日公地區(qū)飾面石材花崗巖礦資源十分豐富[1]，分布面積約2000km2。該區(qū)飾面石材花崗巖礦資源潛力巨大、花色種類豐富、成材率高、開發(fā)條件優(yōu)越，得到了越來越多國內(nèi)石材企業(yè)的青睞，已形成“阿拉善黃、阿拉善金、阿拉善黑、諾爾沙漠棕、諾爾紅”5種品牌產(chǎn)品?！笆濉逼陂g，當?shù)卣畬⑹漠a(chǎn)業(yè)作為重點培育發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，按照綠色礦山要求積極探索綠色發(fā)展之路，打造集開采、加工、設(shè)計、展示展銷、貿(mào)易一體化的國際性石材產(chǎn)業(yè)基地。

巴彥諾日公礦區(qū)飾面石材花崗巖礦位于阿左旗巴彥浩特鎮(zhèn)西北約200km，隸屬巴彥諾日公蘇木管轄。2014年以來，中化地質(zhì)礦山總局化工地質(zhì)調(diào)查總院等單位先后在該區(qū)開展了飾面石材花崗巖礦普查、詳查、勘探工作及開發(fā)預可行性研究，且有企業(yè)對部分飾面石材花崗巖礦取得了采礦權(quán)并已開采。本文通過分析礦山環(huán)境現(xiàn)狀及開采潛在環(huán)境影響，為該區(qū)飾面花崗巖礦開發(fā)利用及礦山環(huán)境恢復和保護提供參考。

1 研究區(qū)地質(zhì)

該區(qū)大地構(gòu)造位置屬于華北陸塊西北緣、阿拉善地塊東南部雅布賴-巴彥諾日公構(gòu)造帶內(nèi)[2-3]，區(qū)域巖漿活動強烈，中-酸性侵入巖廣泛出露，還發(fā)育多條北西-南東向近平行的閃長玢巖脈（圖1）。

圖1 內(nèi)蒙古阿拉善左旗巴彥諾日公地區(qū)地形地質(zhì)略圖Fig.1 Geological sketch map of Bayanuorigong area, Alxa Left Banner, Inner Mongolia

飾面石材花崗巖礦主要賦存于二疊紀黑云二長花崗巖（Pγβ1b）(過渡相)及三疊紀花崗巖（Tγ1b）(過渡相)中[4]，呈巖基產(chǎn)出，是組成巴彥諾日公花崗大巖基的一部分。在大巖基的中南部圈出了多個規(guī)模達大中型的飾面石材花崗巖礦床[1-3]，礦體形態(tài)簡單，多呈近長方體狀，質(zhì)量穩(wěn)定、荒料花色均一；礦體頂部風化裂隙較發(fā)育，深部節(jié)理裂隙不發(fā)育，完整度較好；找礦標志為出露面積較大的巖基、巖盤，花崗巖體較完整，塊度較大，構(gòu)造簡單，節(jié)理裂隙不發(fā)育，色斑、色線、條痕發(fā)育較少，顏色較均一[5-6]。

2 研究區(qū)自然地理

2.1 氣候特征

研究區(qū)位于騰格里沙漠區(qū)北西部邊緣，屬北溫帶荒漠干旱氣候。由于地處亞洲干旱荒漠區(qū)內(nèi)部，遠離海洋，東南季風的濕潤空氣對本區(qū)影響微弱，全年基本上受蒙古-西伯利亞大陸性氣候控制，雨雪很少，年平均降水量不足100mm，降水集中在6～9月份，約占全年總降水量的70%。蒸發(fā)勢強、空氣干燥、晝夜溫差大，但日照充足，生長季內(nèi)熱量資源豐富，有效積溫高。冬春季多大風，沙塵暴頻繁發(fā)生，是荒漠化嚴重的地區(qū)，具干旱少雨、蒸發(fā)強烈的大陸性氣候特征。據(jù)巴彥諾日公氣象站資料（2004～2019年）統(tǒng)計，年降水量為60～85mm，年蒸發(fā)量大于3000mm。每年11月到翌年3月為冰凍期，無霜期約200天，近年來平均凍土深度128cm，最大凍土層深度150cm。

2.2 地形地貌特征

該區(qū)地處阿拉善高原東南部諾日公南山的南坡，為雅布賴北山東延之脈，海拔高度1400～1600m。地形屬高原低山-高原波狀丘陵地帶，屬花崗巖構(gòu)成的剝蝕殘山丘陵區(qū)（圖2）。區(qū)內(nèi)地形總體為北高南低，地形坡度2°～3°，地貌特征多呈舒緩起伏的饅頭狀、長梁狀，無明顯的地形切割，相對高差較小，屬風蝕雅丹地貌類型。

圖2 巴彥諾日公地區(qū)地形地貌Fig.2 landform picture of Bayanuorigong area

2.3 土壤及植被特征

阿拉善左旗地區(qū)土壤具有荒漠土特征，土壤劃分為10個土類、17個亞類、27個土屬。礦區(qū)內(nèi)基巖出露良好，土壤僅在地勢低洼的溝谷地帶存在，土層厚度一般0.2～0.5m，有效土層厚度0.2～0.3m。區(qū)內(nèi)土地利用類型以裸巖石礫地為主，約占85%；其次為天然牧草地，約占8%。受高原干旱氣候及外圍山地、沙漠的影響，土壤組合及分布呈水平地帶性分布規(guī)律。礦區(qū)土壤主要為含礫灰棕鈣土和風積沙，夾雜花崗巖風化碎塊，有少量的灰漠土、鹽堿土和沼澤土（圖3）。土壤特征為荒漠結(jié)皮層、淡灰棕色表皮層和變質(zhì)黏化層；剖面結(jié)構(gòu)為表土2～3cm為孔狀結(jié)皮，2.5～8.5cm為片狀結(jié)構(gòu)層，8.5～15cm為棕色緊實層，其下為過渡層，礫石主要為花崗巖聚積；土壤質(zhì)地為中、細砂，結(jié)構(gòu)松散，土粒維持性差，土壤養(yǎng)分含量低，有機質(zhì)在土體中多呈半分解狀態(tài)或未分解狀態(tài)的殘根碎屑，有機質(zhì)含量0.30%～0.50%，pH8.44，全氮含量0.033%，全磷含量0.021%，全鉀含量2.448%，堿解氮含量19.1×10-6，速效磷含量1.4×10-6，速效鉀含量149.6×10-6。

圖3 巴彥諾日公地區(qū)土壤與植被Fig.3 Soil and vegetation of Bayanuorigong area

區(qū)內(nèi)荒漠植被面積分布最廣，大多數(shù)植物具有耐干旱、耐高溫、耐鹽堿和抗風沙的特點。地表植被低矮稀疏，僅在河床及地形低洼處有零星草木，植物屬荒漠、半荒漠植被類型，植被主要組分是旱生和強旱生植物，灌木、小灌木、超旱生矮半喬木占據(jù)優(yōu)勢地位。代表植物有綿刺、紅砂、珍珠，伴生植物有內(nèi)蒙駝絨藜、合頭藜、蒙古扁桃、霸王、小針矛、松葉豬毛菜等。區(qū)內(nèi)有荒漠生態(tài)系統(tǒng)和路際生態(tài)系統(tǒng)2種生態(tài)系統(tǒng)類型，琵琶柴群落和矮草禾群落是最有代表性的地帶性植被類型，植被蓋度約13%；而琵琶柴植被是比較脆弱的自然植被，植株高10～30cm，叢徑20～30cm，群落蓋度8%～10%，生態(tài)環(huán)境十分脆弱，一旦破壞就很難恢復。

根據(jù)全國生態(tài)功能區(qū)劃，本區(qū)為防沙固沙生態(tài)功能區(qū)，地廣人稀，自然環(huán)境差，植被類型和植物成分簡單，土壤貧瘠，風蝕嚴重。根據(jù)內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)功能區(qū)劃，本區(qū)屬于龍首山北麓戈壁生態(tài)防護功能控制區(qū)，植被地帶屬溫暖型荒漠帶-典型荒漠亞帶，植物地理區(qū)系屬阿拉善荒漠植物省-龍首山州。區(qū)內(nèi)植被區(qū)系組成較為貧乏，植被類型簡單，主要受當?shù)靥囟ㄋ疅釥顩r的制約。

3 研究區(qū)水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)特征

3.1 水文地質(zhì)特征

區(qū)內(nèi)地貌單元類型為丘陵和山間凹地，地勢低洼處多形成溝谷。地表水系不發(fā)育，無常年性地表水體，河溝大多數(shù)情況下為干河床，只在雨季山洪暴發(fā)時可形成短暫洪流，流入附近低洼處，最終蒸發(fā)排泄。

該區(qū)地下水的主要補給源是大氣降水的滲入補給，無承壓水；補給、徑流、排泄條件受地形、巖性因素制約。由風化的巖漿巖構(gòu)成的低山丘陵區(qū)，巖層裸露或覆蓋有第四系，有利于接受大氣降水的滲入補給及徑流。地表分布的小沖溝有利于自然排水，區(qū)內(nèi)沖溝的第四系低洼地段存在有限的淺部孔隙水和裂隙水，屬于潛水，在重力作用下，沿裂隙向地勢低洼的溝谷徑流，并經(jīng)現(xiàn)代河谷向南部徑流排泄。本區(qū)水文地質(zhì)類型是以基巖裂隙水充水為主的簡單型[5]。

第四系孔隙水主要分布于溝谷河床及階地上，地層成因主要為沖積、洪積、風積，巖性以砂礫石為主，次為中細砂土，水位埋深10～30m，水量一般小于100m3/d。水化學類型為Cl·SO4·HCO3- Na型或Cl·SO4-Na型，礦化度0.3～2.0g/L。區(qū)內(nèi)巖漿巖巖體完整，節(jié)理裂隙不發(fā)育；基巖上部風化層裂隙較發(fā)育，其厚度一般小于1m；基巖下部裂隙不發(fā)育，裂隙之間連通性差。巖漿巖構(gòu)造裂隙水不發(fā)育，據(jù)鉆孔抽水試驗結(jié)果顯示水量很小，水量一般2～5m3/d，勘探鉆孔全部進行了簡易水文地質(zhì)觀測，未發(fā)現(xiàn)滲水及涌水情況。水質(zhì)為HCO3·SO4-Na型，礦化度1.29g/L。

區(qū)內(nèi)無灌溉設(shè)施，排水不良，沒有好的貯水空間，礦區(qū)附近無可供利用的水源地。僅見較大溝谷內(nèi)有人工修建的澇壩，規(guī)模多小于10m×10m。其上游有多處基巖侵蝕下降泉出露，有水流出，但流量都不大，當?shù)厝艘廊ㄓ腥竟?jié)性小水庫用于當?shù)厣a(chǎn)生活用水。

3.2 工程地質(zhì)特征

區(qū)內(nèi)均為致密的花崗巖，0～15m內(nèi)巖石表面和裂隙面有風化跡象，有少量裂隙將巖體切割成200～500mm塊體，不易擊碎，基本保持母巖結(jié)構(gòu)。下部巖體較完整，節(jié)理、裂隙不發(fā)育，巖體完整性好。巖石平均壓縮強度不小于100MPa，為堅硬巖石。礦體埋藏較淺，適宜露天開采。頂板為厚度不大的殘坡積物，在開采時應(yīng)對該地段采取人工崩落和剝離的辦法，使之處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。本區(qū)工程地質(zhì)條件簡單[5]。

3.3 環(huán)境地質(zhì)特征

研究區(qū)遠離城鎮(zhèn)，沒有高大建筑物，又不在交通干線的兩旁，沒有橋梁、涵洞、溶洞、人文景觀和古跡遺址，開采荒料、廢石和廢渣的堆放不占保護農(nóng)田和林帶，采礦中或采完后不易造成地面下沉、裂縫、倒塌、滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象。

區(qū)內(nèi)礦體出露良好，因花崗巖抗風化性強，在地表呈正地形，礦體表面大多裸露光滑，土壤蓋層薄，植被稀少，礦床剝采比一般為1∶10，顯示其適于露天開采，推薦開采方式為凹陷型露天開采[1,6]。根據(jù)地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀及將來礦山開采可能引發(fā)的變化，本區(qū)環(huán)境地質(zhì)類型劃分為第一類，即地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量良好[6]。

4 礦山開采環(huán)境影響分析及治理建議

4.1 露天開采對礦山環(huán)境影響預測分析

4.1.1 礦山開采

目前區(qū)內(nèi)有小規(guī)模礦山開采，結(jié)合區(qū)內(nèi)礦山地質(zhì)環(huán)境條件，按擬建設(shè)中等規(guī)模礦山對未來礦產(chǎn)資源開發(fā)中可能對礦山環(huán)境的影響做出預測評估。區(qū)內(nèi)花崗巖礦一般采用露天采石場水平臺階式分層采礦方法，在礦山生產(chǎn)各環(huán)節(jié)中，其中損毀土地的環(huán)節(jié)主要是露天采坑挖損土地、廢石場壓占土地、荒料臨時堆放場壓占土地、表土場地壓占土地、工業(yè)場地壓占土地、礦區(qū)道路壓占土地，貫穿礦山生產(chǎn)的全過程。設(shè)計礦山生產(chǎn)規(guī)模平均10萬m3/a，服務(wù)年限平均18年，首采區(qū)開采結(jié)束后將形成1處露天采場[1]，最終邊坡角55°～65°，終了開采深度50～70m（表1）。

表1 首采區(qū)露天開采境界特征表Table 1 Characteristics table of the open-pit mining realm in the first mining area

礦山采剝工作一般包括剝巖、采裝、運輸、清碴等工藝流程。礦體覆蓋層由第四系殘坡積層組成，礦區(qū)自上而下劃分臺階開采，第一個臺階為剝離臺階，上部第四系表土厚度小于1m，設(shè)計剝離2m；上部地表覆蓋層采用工程機械剝離，剝離風化層巖體及機械切割的廢石直接運往廢石場臨時堆存，待后續(xù)綜合利用（圖4）。

圖4 巴彥諾日公地區(qū)飾面石材礦露天開采試采坑Fig.4 Open pit of veneer dimension stone mine in Bayanuorigong area

4.1.2 開采對水文地質(zhì)的影響預測

區(qū)內(nèi)主要分布的含水層為第四系全新統(tǒng)松散巖類孔隙潛水含水層、花崗巖孔隙裂隙水含水層，基巖裂隙含水層巖性以花崗巖為主。水文鉆孔抽水試驗數(shù)據(jù)顯示，含水層厚度4.41m，水位埋深15.09m，水位標高1496.11m，單井涌水量6.96m3/d，屬弱富水性含水層。礦山在未來露天開采可能直接破壞地下含水層結(jié)構(gòu)，對含水層影響程度嚴重。區(qū)內(nèi)花崗石礦山開采影響的主要是地表水，礦體采出標高大于含水層標高，研究區(qū)內(nèi)地下水與地表水聯(lián)系不密切且降水稀少，地下水不發(fā)育，露天采區(qū)礦山開采可能產(chǎn)生的污染物通過垂直入滲途徑進入土壤對地下水環(huán)境產(chǎn)生的影響較小[1-2]。

4.1.3 開采對工程地質(zhì)的影響

礦體及圍巖均為花崗巖，巖石呈塊狀結(jié)構(gòu)，巖性致密堅硬、穩(wěn)定性好、抗壓強度高[6]。區(qū)內(nèi)巖體風化帶深度0～3m，風化裂隙較發(fā)育，巖石較完整，局部破碎；微風化和未風化帶巖石堅硬、完整，局部裂隙發(fā)育，巖層節(jié)理裂隙發(fā)育一般。礦山開采過程中可分5～7個開采臺階，終了開采深度50～70m，開采過程中可能形成高陡邊坡，使采場邊坡的巖石應(yīng)力發(fā)生改變，同時在自重卸荷和機械振動作用下，可能引發(fā)崩塌地質(zhì)災(zāi)害，隨著礦體的全面開采，采場范圍內(nèi)可能形成小型崩塌，成散落狀分布。影響對象為場內(nèi)采礦工作人員及采礦設(shè)備。礦山邊坡上部巖性主要為第四系殘坡積層亞粘土層、風化強烈的基巖，土體結(jié)構(gòu)松散，遇水易滑落、崩塌。在礦山生產(chǎn)過程中，前期剝離的表土在該處單獨堆放，后期表土逐漸被利用。隨著廢石場排棄高度的逐漸增高，堆體上部坡體負荷逐漸增大，堆體邊坡穩(wěn)定性逐漸減弱；加之降水沖刷以及機械振動，使邊坡坍塌，碎石順坡向下滑動，從而產(chǎn)生崩塌（滑坡）地質(zhì)災(zāi)害。露天采坑、廢石場、表土場邊坡，存在崩塌礦山地質(zhì)災(zāi)害隱患。礦區(qū)主要為低山丘陵地貌，地形較為平緩，采用水平臺階式分層采礦方法，設(shè)計臺階高度≤10m，廢石堆堆高20m，最終邊坡角≤25°，預測引發(fā)崩塌（滑坡）地質(zhì)災(zāi)害的可能性較小[6-7]，地質(zhì)災(zāi)害危害程度較輕、危險性小，影響程度較輕，開采過程中定期采取監(jiān)測預警措施進行預防和治理。礦區(qū)崩塌地質(zhì)災(zāi)害防治工程主要是對采坑邊幫、廢石場邊坡進行危巖體清理，控制邊坡角度，在采坑和廢石場外圍設(shè)置干砌石擋墻。采場排水主要針對雨季暴雨涌入露天采場的涌水，根據(jù)礦區(qū)自然地理、水文地質(zhì)條件，采場排水采用集中排水方式，在采場最下一個生產(chǎn)臺階挖掘簡易匯水坑，用水泵直接排至地表。

4.1.4 開采對環(huán)境地質(zhì)的影響

礦山露天開采過程中要剝離地表的土層、植被，這種過程從上段開采到下段不斷改變著礦區(qū)的原始地形地貌景觀，可能破壞區(qū)內(nèi)含水層結(jié)構(gòu)引起水位下降。區(qū)內(nèi)地下水類型主要為基巖裂隙水，富水性弱，含水層結(jié)構(gòu)變化擾動了礦區(qū)原有自然狀態(tài)下動植物的生存環(huán)境，可能產(chǎn)生弱石質(zhì)荒漠化現(xiàn)象[7]。礦山開采過程中產(chǎn)生的塊石、碎石與第四系松散物的混合物將形成廢石場壓占土地。采場挖損、廢石堆積等破壞了原生地形地貌景觀，與原有自然景觀不協(xié)調(diào)，產(chǎn)生嚴重不良影響。根據(jù)研究區(qū)周圍已開采的多家礦山多年來采礦活動調(diào)查顯示，露天采場、廢石場對采區(qū)及周圍土地損毀程度一般達重度，表土堆放場、荒料臨時堆放場、工業(yè)場地、礦區(qū)道路對采區(qū)及周圍土地損毀程度一般為輕度。

4.2 礦山地質(zhì)環(huán)境恢復治理建議

4.2.1 礦山環(huán)境適宜性評價

區(qū)內(nèi)主要通過開展土地恢復進行礦山地質(zhì)環(huán)境治理，使被破壞的植被和地貌景觀形態(tài)基本得到修復，礦區(qū)將形成新的自然復合體，植被逐漸趨向多樣化，生態(tài)系統(tǒng)逐漸向良性循環(huán)方向發(fā)展，并與礦區(qū)周圍的自然生態(tài)系統(tǒng)及地貌景觀融為一體，保持區(qū)域自然生態(tài)系統(tǒng)和景觀單元的連續(xù)性、整體性，使土地利用率和生產(chǎn)力不斷得到恢復和提高[6-7]。影響礦區(qū)土地復墾的因素很多，包括自然條件中的土壤性質(zhì)、水文、地形地貌以及人為因素中破壞程度、重塑地貌形態(tài)、利用類型和社會需求等多方面[7-8]。

區(qū)內(nèi)被損毀的土地生態(tài)環(huán)境較為脆弱，采用極限條件法進行礦區(qū)土地復墾適宜性評價[9-11]。評價方法是在區(qū)內(nèi)篩選出地形坡度、土壤質(zhì)地、有效土層厚度、排水條件、損毀程度、灌溉條件和交通條件等7項生態(tài)修復適宜性評價因子。綜合分析礦山環(huán)境現(xiàn)狀及開采的影響，考慮其與周圍地類的一致性，該區(qū)受損土地適宜復墾為草地。根據(jù)區(qū)域土地利用總體規(guī)劃和研究區(qū)實際情況，開采礦區(qū)土地復墾主要方向為人工草地、三等地，宜選擇抗旱、抗鹽堿、抗貧瘠的優(yōu)良鄉(xiāng)土草種恢復植被[12]。

4.2.2 土地復墾建議

（1）露天采場：礦山在開采前，對露天采場范圍內(nèi)表土進行收集，將收集表土集中清運至表土場進行堆放；礦山開采期間，對邊坡進行地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預警；礦山閉坑后，利用廢石場中的廢石回填露天采場，對回填后露天采場進行覆土、播撒草籽、恢復植被，復墾后進行3年管護。

（2）廢石場：礦山在開采前，對廢石場范圍內(nèi)表土進行收集，將收集表土集中清運至表土場進行堆放；礦山閉坑后，將廢石場內(nèi)的廢石全部回填到露天采坑中，然后對廢石場進行平整、覆土，再撒播草籽、自然恢復植被，復墾后進行3年管護。

（3）荒料臨時堆放場：礦山在開采前，對荒料臨時堆放場范圍內(nèi)表土進行收集，將收集表土集中清運至表土場進行堆放；生產(chǎn)結(jié)束后對荒料臨時堆放場場地進行平整、覆土、播撒草籽、自然恢復植被，復墾后進行3年管護。

（4）表土堆放場：前5年對表土場進行保護措施，撒播草籽；待礦山生產(chǎn)結(jié)束后，清運收集表土，用于復墾區(qū)覆土，然后對場地進行平整、播撒草籽、恢復植被，復墾后進行3年管護。

（5）工業(yè)場地：工業(yè)場地在建設(shè)前，對工業(yè)場地內(nèi)的表土進行收集，將收集表土集中清運至表土場進行堆放；生產(chǎn)結(jié)束后對工業(yè)場地內(nèi)的設(shè)施設(shè)備進行拆除（工業(yè)場地不進行拆除），清運拆除垃圾、平整場地，然后對其進行覆土、恢復植被，復墾后進行3年管護。

（6）礦區(qū)道路：生產(chǎn)結(jié)束后對礦區(qū)道路進行覆土、平整、播撒草籽、恢復植被，復墾后進行3年管護。

5 結(jié)論

阿拉善左旗巴彥諾日公飾面石材花崗巖礦區(qū)地勢平緩，礦體大多呈裸露狀態(tài)，適宜進行露天開采。礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)條件中等，生態(tài)環(huán)境較為脆弱，礦山開采中應(yīng)按照綠色礦山要求，采用表土剝離保護土地資源等方式，以減少礦山開采活動對環(huán)境資源的破壞，有效控制其對礦山地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生的危害。同時，加強資源綜合利用，廢石破碎后可作為建筑材料綜合利用，從而減小廢石場堆存量，減輕廢石場占地對生態(tài)環(huán)境的影響。

土地復墾主要方向為人工草地三等地。在分采區(qū)開采時，利用剝離物、廢料對露天采坑底部進行回填，覆蓋表土并種植鄉(xiāng)土物種恢復植被，土地復墾后應(yīng)加強管護。通過礦區(qū)環(huán)境生態(tài)修復，維持區(qū)內(nèi)生態(tài)穩(wěn)定性。