天津市寶坻區(qū)廢棄磚瓦用粘土礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理研究

潘 磊

（天津市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，天津 300191）

寶坻區(qū)馬家店鎮(zhèn)磚瓦廠、旺民磚瓦廠和方興磚瓦廠的粘土礦山均為歷史遺留礦山，經(jīng)歷20余年的開采，礦坑多處積水、原始地形地貌受到嚴(yán)重破壞，日益惡化的地質(zhì)環(huán)境問題影響周圍居民的生產(chǎn)和生活，不僅造成土地資源流失，也嚴(yán)重阻礙了當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展和規(guī)劃建設(shè)。

1 概況

寶坻區(qū)位于華北平原的東北部，為河流沖積型和濱海型平原地貌，地勢比較平坦，西北高東南低；屬北溫帶半濕潤季風(fēng)區(qū)大陸性氣候，四季分明；降水時(shí)空分布不均，多年平均降雨量614mm，多集中于7、8 月份；河流縱橫交錯(cuò)，水網(wǎng)交織，主要有潮白新河、青龍灣減河、引泃入潮、泃河、薊運(yùn)河、北京排污河等；礦產(chǎn)資源相對(duì)貧乏，主要為煤、地?zé)?、地下水、礦泉水、磚瓦用粘土礦；其中，粘土資源在全區(qū)均有分布，賦存在全新統(tǒng)地層上部，厚度5～7m，成因類型復(fù)雜，有沖積、湖沼積和海積，由于就地取土造成良田被毀、資源浪費(fèi)和自然生態(tài)環(huán)境破壞等。

馬家店粘土礦山位于馬家店鎮(zhèn)政府南側(cè)，為國有建設(shè)用地，占地面積135.59畝，始建于1990年，2002年停產(chǎn)，礦坑積水面積為37252m2；旺民粘土礦山位于王卜莊鎮(zhèn)白絲窩村，為集體所有，占地面積263.85 畝，始建于1989 年，2013 年停產(chǎn)，礦坑積水面積為121507.64m2；方家莊粘土礦山位于方家莊鎮(zhèn)九園公路和通唐公路交口附近，為集體所有，占地面積130.20畝，始建于1976 年，2013 年停產(chǎn)，礦坑積水面積為40832.7m2。

2 地質(zhì)環(huán)境條件

馬家店粘土礦山為建設(shè)用地，周邊為建設(shè)用地；旺民粘土礦山為工礦用地，周邊為農(nóng)用地；方興粘土礦山為工礦用地，周邊為農(nóng)用地。

2.1 地質(zhì)背景

馬家店礦區(qū)位于冀中坳陷武清凹陷下伍旗斜坡，主要活動(dòng)斷裂為寶坻斷裂、下伍旗斷裂，處于次基本穩(wěn)定區(qū)；旺民礦區(qū)位于滄縣隆起王草莊凸起，方興礦區(qū)位于馬蘭峪復(fù)式背斜開灤臺(tái)凹鴨洪橋洼槽，主要活動(dòng)斷裂為工部斷裂和薊運(yùn)河斷裂，處于次較不穩(wěn)定區(qū)。

礦區(qū)位于天津南部平原區(qū)，第四紀(jì)地層厚230～400m，自下而上分為：下更新統(tǒng)楊柳青組、中更新統(tǒng)佟樓組、上更新統(tǒng)塘沽組和全新統(tǒng)天津組（表1）。

表1 第四紀(jì)地層巖性特征一覽表

2.2 水文地質(zhì)條件

寶坻區(qū)河網(wǎng)發(fā)育，薊運(yùn)河、鮑丘河、潮白河、青龍灣河四條河流縱貫全區(qū)，自北西流向南東，河渠引灌量大，地表水對(duì)地下水的形成和分布有明顯影響。地下水資源比較豐富，北部主要為孔隙淡水，下部有隱伏巖溶水；南部為咸水區(qū)深層淡水。

第四系孔隙水的分布主要受地質(zhì)構(gòu)造和古水系分布的控制，淺層地下水水位標(biāo)高較淺，地下水埋深自北向南，自西向東水位標(biāo)高逐漸升高；除淺層含水層為潛水至微承壓水外，其它含水層均為承壓水，劃分為四個(gè)含水組：①第Ⅰ含水組：埋深48.5～52m；水位2～4m；②第Ⅱ含水組：最主要的地下水開采層，埋深185～200m；東北和西北部為主要含水層，中砂夾礫石層，厚60～90m，含水性好，導(dǎo)水系數(shù)600～800m2/d，中北部以中細(xì)砂為主，厚50～70m，含水性較好，導(dǎo)水系數(shù)400～600m2/d，南部以細(xì)砂為主，厚40～60m，導(dǎo)水系數(shù)250～350m2/d；③第Ⅲ含水組：埋深283～305m，水位20～30m，導(dǎo)水系數(shù)200～450m2/d；④第Ⅳ含水組：埋深370～420m，水位30～40m，強(qiáng)富水區(qū)與第Ⅱ含水組相似，但其范圍變小。

淺層水埋藏較淺，接受大氣降水、河渠入滲、灌溉回歸水的入滲補(bǔ)給，再補(bǔ)給能力強(qiáng)，主要靠蒸發(fā)排泄，垂向越流等方式排泄。

2.3 工程地質(zhì)條件

以馬家店礦區(qū)1 號(hào)鉆孔為例，20m 以淺地層屬第四系全新統(tǒng)，地層特征及分布規(guī)律自上而下為人工填土層（灰褐色粉質(zhì)粘土）、全新統(tǒng)上組河床—河漫灘相沉積層（黃褐色粉質(zhì)粘土）、全新統(tǒng)上組湖沼相沉積層（黃灰色粉質(zhì)粘土）、全新統(tǒng)中組淺海相沉積層（淺灰色粉質(zhì)粘土）、全新統(tǒng)下組河床—河漫灘相沉積層（黃褐色粉質(zhì)粘土、粘土）和上更新統(tǒng)五組河床—河漫灘相沉積層（灰黃色粉砂）。

2.4 土壤環(huán)境特征

本次在馬家店粘土礦山和旺民粘土礦山分別布設(shè)2 個(gè)土壤采樣點(diǎn)，方興粘土礦山布設(shè)4 個(gè)土壤采樣點(diǎn)，每個(gè)采樣點(diǎn)分為3層（0～20m、40～60m、80～100m），采集土壤樣品并進(jìn)行分析；分析了pH、鎘（Cd）、汞（Hg）、砷（As）、銅（Cu）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、鋅（Zn）、鎳（Ni）常規(guī)因子，結(jié)果均滿足土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

2.5 治理前狀況

馬家店礦山因開采形成礦坑4 個(gè)，礦坑深度6～7.5m；旺民礦山有礦坑5 個(gè)，礦坑深度10.23～15.18m；方興礦山有礦坑3 個(gè)，礦坑深度11.2 ～14.6m；礦山作業(yè)場區(qū)內(nèi)均存在廢棄建筑物。

三個(gè)礦區(qū)露天開采形成了多處礦坑。礦坑、工業(yè)廠房和礦石堆放場對(duì)原生平坦的平原地貌景觀影響和破壞程度較大；礦坑匯水面積較大，積水易被污染，影響地下水質(zhì)量；生活垃圾、廢棄碎磚塊、量爐灰渣等隨意排放對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響；廢棄建筑物對(duì)土地資源影響較嚴(yán)重，造成土地資源浪費(fèi)；采礦形成的礦坑，形成陡坎洼地，改變地表水徑流條件、積水較深存在安全隱患、邊坡松軟易坍塌導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害隱患，嚴(yán)重影響附近居民生產(chǎn)生活等活動(dòng)。同時(shí)產(chǎn)生路面及土地的下陷及開裂等一系列工程地質(zhì)問題。

3 恢復(fù)治理工程

馬家店礦山治理工程為拆除廢棄建筑物、抽排積水、清運(yùn)垃圾、填墊土方和平整土地等；旺民礦山治理工程為拆除廢棄建筑物、抽排積水、清運(yùn)垃圾、礦坑填埋、平整土地和邊坡修整等；方興礦山治理工程為拆除廢棄建筑物、清運(yùn)垃圾、平整土地和邊坡修整等[1]。

3.1 拆除廢棄建筑物

馬家店粘土礦山治理工程和旺民粘土礦山治理工程分別拆除1座舊磚窯和煙囪、辦公、住宿、臨建房；方興粘土礦山治理工程拆除2座舊磚窯和煙囪、辦公、住宿、臨建房。磚窯拆除主要為機(jī)械拆除，拆除時(shí)自上而下進(jìn)行，確保人員安全；煙囪拆除采用爆破施工，爆破施工委托民爆公司對(duì)煙囪進(jìn)行爆破拆除，施工時(shí)嚴(yán)格控制爆炸能量和規(guī)模，爆破時(shí)的聲響、飛屑、振動(dòng)、沖擊波、破壞區(qū)域、坍塌范圍、浮沉影響范圍等，起爆方式為非電導(dǎo)爆管起爆，切口設(shè)計(jì)為“一”字型，經(jīng)爆破飛石飛散距離計(jì)算和爆破后飛散效果，基本控制在60～80m范圍內(nèi)，場地較空曠，附近沒有民宅，爆破時(shí)將相關(guān)人員撤離到安全區(qū)域外[2]。

3.2 抽排積水

由于降雨和地下水滲出等因素礦坑內(nèi)積存大量積水，采用潛水泵對(duì)馬家店粘土礦山全部礦坑內(nèi)的積水和旺民粘土礦山部分礦坑內(nèi)的積水予以排干。其中，馬家店粘土礦山排水量約25×104m3，旺民粘土礦山排水量約14×104m3。

3.3 清運(yùn)垃圾

清運(yùn)馬家店粘土礦山和旺民粘土礦山已排干積水的礦坑內(nèi)的垃圾，并將三座礦山內(nèi)無法用于回填的建筑垃圾予以清運(yùn)出場。其中，馬家店粘土礦山治理工程清運(yùn)垃圾量約7×104m3，旺民粘土礦山治理工程清運(yùn)垃圾量約3×104m3，方興粘土礦山治理工程清運(yùn)垃圾量約2000m3。清運(yùn)垃圾時(shí)，使用推土機(jī)和挖掘機(jī)配合裝車，統(tǒng)一運(yùn)送至垃圾處理場所集中處理，杜絕隨意傾倒導(dǎo)致二次污染的現(xiàn)象。

3.4 填墊礦坑

對(duì)馬家店粘土礦山全部礦坑填埋，填埋面積約3.73×104m2，填墊土方量約26.18×104m3；對(duì)旺民粘土礦山部分礦坑填埋，填埋面積約1.36×104m2，填墊土方量約19.10×104m3。

在填墊礦坑的過程中，嚴(yán)格控制土源質(zhì)量，除利用礦區(qū)內(nèi)少部分小塊建筑廢料外，其他土方來源取自周邊農(nóng)田水利建設(shè)溝渠清土和房地產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目基坑開挖土，嚴(yán)禁將生活垃圾填入礦坑，避免對(duì)地下水造成污染。填墊土方采用了由淺到深、由礦坑邊緣向中心逐步推進(jìn)的堆填方法，邊堆填，邊碾壓實(shí)，不留松土面。同步進(jìn)行地坪測量，以保證填埋后場地的平整度，從而確保礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理效果。

3.5 平整土地

在礦坑填墊工作結(jié)束后，對(duì)三個(gè)粘土礦山進(jìn)行土地平整工作。其中，馬家店粘土礦山土地平整范圍是礦區(qū)內(nèi)全部土地，平整土地面積約9.04×104m2；旺民粘土礦山土地平整范圍是礦區(qū)內(nèi)部分廢棄土地和填墊區(qū)土地，平整土地面積約4.37×104m2；方興粘土礦山土地平整范圍是礦區(qū)內(nèi)部分廢棄的土地，平整土地面積約4.59×104m2。

土地平整施工前，先行清除場地內(nèi)的樹木、樹樁樹根、垃圾等影響工程機(jī)械施工的有礙物；土地平整工作中，采用挖掘機(jī)、推土機(jī)、平地機(jī)配合施工，將高處推出的土方填筑到低處，既保證了場地內(nèi)土地平整度，又解決了棄土問題[3]。考慮到填墊土的后期固結(jié)沉降，馬家店粘土礦山和旺民粘土礦山填土區(qū)域預(yù)留了沉降量，礦坑范圍內(nèi)填墊土的控制標(biāo)高比現(xiàn)自然地面高出0.3m左右。

3.6 邊坡修整

本項(xiàng)目邊坡修整施工充分利用現(xiàn)有蓄水礦坑的自然條件，對(duì)未填埋的礦坑邊坡進(jìn)行了修整。旺民粘土礦山治理工程完成邊坡修整779m；方興粘土礦山治理工程完成邊坡修整843m。

邊坡修整施工參考土體工程地質(zhì)性質(zhì)，對(duì)陡峭土坎進(jìn)行了適當(dāng)?shù)南魍练牌拢吰陆?5°～45°，確?；靥钸吰碌膲簩?shí)質(zhì)量，保證邊坡穩(wěn)定，邊坡3m 范圍內(nèi)嚴(yán)禁通行重載車輛，保證了人員和財(cái)產(chǎn)安全。旺民粘土礦山和方興粘土山遺留礦坑周圍設(shè)置安全警示牌，并根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況在礦坑邊架設(shè)了防護(hù)圍欄。

4 成果與效益分析

4.1 環(huán)境效益

礦山地質(zhì)環(huán)境治理完成后，極大地消除了礦區(qū)范圍內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害隱患，避免了地質(zhì)災(zāi)害給周邊村民造成人員和財(cái)產(chǎn)損失，緩解了礦區(qū)及周邊地區(qū)水土流失問題[4-6]，減輕了礦區(qū)粉塵、固體廢物等對(duì)周邊環(huán)境造成的污染，基本消除了礦區(qū)對(duì)地下水環(huán)境造成污染的隱患，地質(zhì)地貌景觀得到了有效的改善，提升了礦區(qū)及周邊人居生態(tài)環(huán)境質(zhì)量水平。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

寶坻區(qū)粘土礦山地質(zhì)環(huán)境治理項(xiàng)目完成后，土地資源得到重新利用，在一定程度上緩解了寶坻區(qū)土地資源供需矛盾，有效增加可利用土地面積269.99畝。

馬家店粘土礦山綜合治理后有效增加可利用土地面積135.59畝，使原礦區(qū)土地達(dá)到居住用地要求，該地塊將作為“寶坻浩潤嘉苑住宅小區(qū)”的建設(shè)用地；旺民粘土礦山綜合治理后有效增加可利用土地面積65.55畝，該地塊將作為王卜莊鎮(zhèn)養(yǎng)牛專業(yè)合作社用地；方興粘土礦山有效增加可利用土地面積68.85畝，該地塊將作為方家莊鎮(zhèn)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地。

4.3 社會(huì)效益

通過對(duì)寶坻區(qū)三個(gè)磚瓦粘土礦山的治理，改善了礦區(qū)周邊居民生產(chǎn)、生活環(huán)境，有利于提升周邊居民生活質(zhì)量水平，實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)化建設(shè)健康發(fā)展；新增的土地資源得到有效的利用，為寶坻區(qū)工、農(nóng)業(yè)建設(shè)生產(chǎn)提供了用地保障，有力地促進(jìn)了寶坻區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；治理礦區(qū)內(nèi)的項(xiàng)目建設(shè)完成后，對(duì)周邊區(qū)域能夠發(fā)揮輻射帶動(dòng)作用，可為周邊居民提供就業(yè)崗位，增加稅收，提升人均收入水平，帶動(dòng)鄰近村集體全面、協(xié)調(diào)發(fā)展。

5 結(jié)語

（1）天津市寶坻區(qū)廢棄磚瓦用粘土礦山主要環(huán)境問題為礦坑積水和邊坡松軟導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害隱患；礦坑、工業(yè)廠房和礦石堆放場對(duì)原生平坦的平原地貌景觀破壞；礦坑陡坎洼地和積水影響地下水結(jié)構(gòu)和質(zhì)量；生活垃圾、廢棄碎磚塊、量爐灰渣等隨意排放影響環(huán)境等。

（2）天津市寶坻區(qū)廢棄磚瓦用粘土礦山恢復(fù)治理工程主要為拆除廢棄建筑物、抽排積水、清運(yùn)垃圾、填墊土方和平整土地和邊坡修整，不僅解決了歷史遺留礦山的環(huán)境地質(zhì)問題，基本消除了地質(zhì)災(zāi)害隱患，改善了礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量；而且有效增加可利用土地面積269.99 畝，使廢棄的土地資源得到再利用。其中，填埋礦坑5.09×104m2，填墊土方45.28 ×104m3，拆除煙囪4座，拆除磚窯和房屋6670m2，修整邊坡1622m，平整土地18×104m2。