冀東地區(qū)鐵礦開采的水環(huán)境問題

劉 真,劉平貴

(1.中國地質(zhì)圖書館, 北京 100083；2.中國地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所，河北 正定 050803)

冀東地區(qū)鐵礦位于唐山的遷安、遷西、遵化和承德的青龍、寬誠、興隆等縣。該區(qū)鐵礦資源豐富，僅唐山地區(qū)保有量就有約 57.5 億t，是全國三大鐵礦區(qū)之一。20世紀(jì)80年代到90年代，地方中小鐵礦已形成生產(chǎn)規(guī)模模，產(chǎn)量約占全國地方礦山的1/5～1/6。近年來,國內(nèi)鋼鐵供需矛盾突出，開發(fā)鐵礦利潤豐厚，地方小鐵礦數(shù)量巨增。雖然國家和地方政府對小礦山進(jìn)行整合并加強(qiáng)了管理，由于受開采設(shè)備和技術(shù)條件的限制，礦山環(huán)境問題仍較突出。

本文通過對冀東地區(qū)多個(gè)地方鐵礦的調(diào)查、研究及綜合分析，重點(diǎn)分析和論述了地方鐵礦采用疏干排水法大規(guī)模開采鐵礦資源中存在的環(huán)境問題及對礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境和水環(huán)境的影響，并就冀東地區(qū)礦山開采宏觀調(diào)控提出建議。

1 礦產(chǎn)資源及地質(zhì)環(huán)境

1.1 礦區(qū)自然地理概況

鐵礦主要分布在燕山山區(qū)和灤河中游地區(qū)，屬燕山侵蝕構(gòu)造山地丘陵亞區(qū)低山丘陵。研究區(qū)屬大陸性氣候，冬季寒冷干燥，夏季濕潤多雨，春季多風(fēng)。區(qū)內(nèi)河網(wǎng)水系發(fā)育，河流和人工水庫較多，這些地表水體對該區(qū)水文地質(zhì)條件有較大的影響。

1.2 鐵礦資源及開采概況

該區(qū)鐵礦主要蘊(yùn)藏于太古界遷西群變質(zhì)巖中，以受變質(zhì)沉積型鐵硅質(zhì)建造礦床為主，一般稱其為“鞍山式”鐵礦。該區(qū)小鐵礦主要為露天或地下開采，地下開拓系統(tǒng)由平硐-斜井-豎井聯(lián)合組成，采用淺孔留礦法采礦。當(dāng)?shù)V體位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以下的礦坑或礦井，一般均采用地下水疏干法采礦，礦體位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以上時(shí)，地下水由平硐或斜井疏干。

1.3 地質(zhì)環(huán)境

冀東地區(qū)在大地構(gòu)造單元中，處于華北地臺北緣燕山沉降帶中段，礦區(qū)大地構(gòu)造處于馬蘭峪-山海關(guān)復(fù)式背斜及其兩翼的次級構(gòu)造穹褶、凹褶束。區(qū)內(nèi)廣泛出露的地層為太古界遷西群下亞群、上亞群,中、上元古界長城系。鐵礦體主要賦存于太古界遷西群地層中，上覆第四系地層。

太古界遷西群主要為一套由淺粒巖、黑云變粒巖、黑云紫蘇長片麻巖、二輝麻粒巖、斜長角閃巖、磁鐵石英巖組成的地層；中上元古界長城系地層巖性主要為變質(zhì)碎屑巖、礫巖、長石、石英砂巖、長石砂巖等，薊縣系以白云巖為主。第四系地層主要在山澗谷坡、溝谷、河谷以及盆地區(qū)，為坡積、洪積層，沖積、沖洪積層和沖湖積層。

該區(qū)斷裂構(gòu)造不發(fā)育，普遍發(fā)育有節(jié)理裂隙、小規(guī)模的斷層和褶皺，斷層延伸長度約數(shù)百米至一千多米不等。少量規(guī)模稍大的斷層，如寬誠福林鐵礦的喜峰口-下板城-凌源斷裂、羊崖山鐵礦蔡家溝斷層、龍騰鐵礦的F0斷層、花椒園F10斷層等。區(qū)內(nèi)有多種巖漿巖，但規(guī)模較小。

2 礦區(qū)水文地質(zhì)條件

2.1 含水層概述

區(qū)內(nèi)地下水含水層主要由溝谷、河谷及盆地區(qū)的第四系孔隙潛水含水層、中低山及丘陵山區(qū)的基巖風(fēng)化裂隙潛水含水層及構(gòu)造裂隙潛水含水層組成。部分地段有承壓裂隙水存在，但分布范圍局限，水頭低，水量小。

1)第四系孔隙潛水含水層：分殘、坡積層，洪積層，沖積層層潛水含水層。

①殘、坡積(Q4eld)層：主要分布在山澗溝谷及谷坡地帶，含水層厚度0～5m，局部地段不足1m。含水層厚度較薄，分布局限，所處地貌部位不宜地下水的補(bǔ)給，水量微弱或基本不含水。②沖、洪積(Q4alp)層：主要分布在北部中低山區(qū)、低山丘陵山澗溝谷、河谷區(qū)，南部低山丘陵間的河谷盆地區(qū)，為第四系松散巖類孔隙潛水。

北部溝谷、河谷區(qū)潛水含水層厚度一般約5～10 m，透水性較好，地下水相對豐富。水位埋深3～5 m。局部地段含水層厚度相對較大，水量較大，大口井單井涌水量5～30 m3/d左右，部分地段大于100 m3/d，礦化度0.69～0.995 g/L，部分小鐵礦的洗選場便選建在類似地段。

南部低山丘陵間的盆地及貫穿盆地的灤河、薊運(yùn)河水系及其支流兩側(cè)，發(fā)育有河漫灘和Ⅰ、Ⅱ級階地區(qū)，含水層以太古界古老變質(zhì)巖為基底，其上堆積有較厚的第四系沖積層、沖洪積層，巖性以卵石、礫石和中細(xì)砂、細(xì)粉砂為主，一般厚8～35 m，最厚達(dá)50 m。地下水位埋深3～5 m，水量相對豐富。如遷安盆地單位涌水量約10～20 m3/(d·m)，屬重碳酸鹽-鈣鎂型水，礦化度小于0.3g/L[1]。

2)基巖風(fēng)化裂隙含水層：分布在灤河中游及其支流長河、柳河等流域，為基巖風(fēng)化裂隙潛水。含水層地處中低山深谷及丘陵區(qū)，主要為太古界、中上元古界的變質(zhì)巖、碳酸鹽類。風(fēng)化帶發(fā)育深度約30～50 m，地下水位埋深15～30 m，局部地段埋深大于30m。含水層透水性好，水量相對豐富性，鉆孔單位涌水量0.5875～6.2294 m3/(d·m)，滲透系數(shù)0.004～0.2768 m/d(據(jù)遷安羊崖山、遵化花椒園等鐵礦資料)，地下水徑流模數(shù)(5～10)×104m3/(a·km2)，部分地段小于5×104m3/(a·km2)[1]。多以泉的形式排泄，單泉流量10～50 m3/h不等，部分地段大于100 m3/h。屬重碳酸鹽-鈉鎂型水，礦化度小于0.27 g/L[2]。

基巖風(fēng)化裂隙潛水各含水巖組受巖性、構(gòu)造等條件差異控制，含水層富水性極不均一。不同含水巖組巖性不同，富水性亦相差懸殊，如常州溝組和串嶺溝組富水性較弱，多數(shù)地段不含水或?yàn)楦羲畮r組。基巖裂隙發(fā)育密度和深度與埋藏條件，也直接控制著該含水層富水性的強(qiáng)弱。

3)構(gòu)造裂隙含水層：由于區(qū)內(nèi)廣泛分布的是變質(zhì)巖，構(gòu)造總體上不太發(fā)育。部分地段發(fā)育的構(gòu)造主要為褶皺，褶皺軸部分布有規(guī)模不等的斷層和裂隙，且多被泥質(zhì)充填，基本不含水。但局部地段構(gòu)造帶及其附近巖溶裂隙和節(jié)理發(fā)育，部分?jǐn)鄬忧写┑V體，未被充填，與地表水體水力關(guān)系密切，含水導(dǎo)水，富水性相對較強(qiáng)，但不均一。

4)承壓裂隙含水層：兩層片麻巖之間的混合花崗巖或磁鐵石英巖裂隙發(fā)育處，一般極易形成承壓裂隙水，另在深部構(gòu)造帶附近或凹褶軸部也極易形成承壓裂隙水，局部地段承壓水可涌出地表，水頭0.32～13.50 m，自流量0.032～0.26L/s,滲透系數(shù)0.04 m/a[2-3]。

2.2 地下水的補(bǔ)給、徑流與排泄

研究區(qū)其他山區(qū)地下水系統(tǒng)一樣，多以小流域?yàn)閱卧苑炙畮X為界在流域內(nèi)形成規(guī)模不等、相對獨(dú)立的水文地質(zhì)單元，自成一地下水補(bǔ)、徑、排系統(tǒng)。礦區(qū)多分布在山區(qū)，地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄，與山區(qū)溝谷地下水補(bǔ)、徑、排模式基本一致。

山區(qū)地下水主要接受大氣降水的補(bǔ)給，一般降水順山坡由地勢較高處運(yùn)移至山澗溝谷、河谷區(qū)，除一部分形成地表水外，其他部分入滲補(bǔ)給溝谷、河谷區(qū)的地下水，在其底部形成地下水徑流帶。徑流帶由上游往下游運(yùn)移，并在沿途與地表水相互頻繁轉(zhuǎn)換。山區(qū)中的溝谷和河流，是連接各水文地質(zhì)單元的渠道，通過溝谷和河流將各水文地質(zhì)單元串連成小區(qū)、亞區(qū)和水文地質(zhì)分區(qū)。地下水動態(tài)變化主要受大氣降水的控制，根據(jù)民井調(diào)查統(tǒng)計(jì)，地下水年變幅一般在1～2m之間。

3 采礦對礦山水環(huán)境影響因素的分析

3.1 采礦形成的主要水環(huán)境問題

1)將局部改變礦區(qū)的地質(zhì)、構(gòu)造條件：礦井中圍巖不同程度發(fā)育有斷層、裂隙及破碎帶，局部地段次級構(gòu)造和裂隙分布普遍。在采掘過程中，礦體和圍巖的連續(xù)性和穩(wěn)定性遭到破壞，使巖體原有的固結(jié)作用削弱，斷層、裂隙及破碎帶更加松動、加寬和延伸；同時(shí)，由于采礦爆破，會使部分巖體產(chǎn)生新的裂隙；特別是井下部分礦體采用淺孔留礦采礦法，這種采礦方法在一定程度上使局部淺埋區(qū)地層和巖石松動，卸荷裂隙發(fā)育，甚至有可能引起地面塌陷。

2)將局部改變礦區(qū)的地應(yīng)力場和地下水流場：該區(qū)采礦歷史較長，采礦活動使原有地層和巖石受擾動并遭到不同程度破壞。巖石的松動、破碎和塌陷，斷層和裂隙的加寬和延伸，都將促使礦區(qū)地應(yīng)力場發(fā)生改變，進(jìn)而使礦區(qū)原有的地下水含水層遭到破壞。隨著開采過程的進(jìn)行和采空區(qū)的形成以及礦井水的不斷地排出，地下水流場將隨之發(fā)生改變，包括地下水的水力坡度、滲流速度、流量、水位等將隨之發(fā)生較大變化，并將進(jìn)一步影響或改變礦區(qū)及其相鄰水文地質(zhì)單元的水文地質(zhì)條件。

3)將局部改變礦區(qū)地下水的循環(huán)系統(tǒng)：礦區(qū)地層的破壞、地應(yīng)力場和地下水流場的改變，在一定程度上將改變礦區(qū)地下水的循環(huán)系統(tǒng)。首先表現(xiàn)在地下水補(bǔ)給來源、補(bǔ)給量大小、徑流方向、途徑、排泄點(diǎn)的位置、排泄量的大小等發(fā)生變化；與此同時(shí)，人類在生存中和地下水系統(tǒng)長期形成的相互依存的均衡關(guān)系，也因此被打破。礦區(qū)原有的地下水系統(tǒng)，是在漫長的地質(zhì)年代中經(jīng)過大自然的優(yōu)化按特有的規(guī)律形成的，一旦遭到破壞，很難恢復(fù)；新的平衡系統(tǒng)，如地下水自身的運(yùn)動規(guī)律、人類與地下水相互依存的關(guān)系等，很難在短期內(nèi)重新形成。

3.2 采礦對礦區(qū)水環(huán)境的影響

1)對地下水動態(tài)的影響：地下水動態(tài)的主要因素是地下水位和流量，在正常情況下，隨季節(jié)的變化呈周期性波動。礦區(qū)及其周邊群眾的用水(飲水或灌溉)量較小，不會打破地下水動態(tài)的平衡。礦井(坑)排水，使礦區(qū)形成地下水降落漏斗，礦區(qū)水位、水量都將發(fā)生較大變化,見表1。地下水動態(tài)這種大范圍、大降深、大流量的變化，在礦區(qū)停止排水后的很長一段時(shí)間內(nèi)，都將難以恢復(fù)。

表1 冀東地方鐵礦礦產(chǎn)資源及開采設(shè)計(jì)一覽表

2)對礦區(qū)及區(qū)域水資源量和生態(tài)環(huán)境的影響:正常情況下，地下水補(bǔ)排系統(tǒng)是一個(gè)動態(tài)的均衡。補(bǔ)給量是在當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)條件的影響和控制下，在地質(zhì)年代中形成的一個(gè)相對穩(wěn)定的量，同樣地下水的排泄量也亦然。地下水的補(bǔ)給和排泄的動態(tài)平衡，保證了礦區(qū)地下水資源量穩(wěn)定在一個(gè)數(shù)量級上。然而，礦井(坑)疏干排水量都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出正常情況下地下水資源量的變化幅度和用水量，使地下水資源量的穩(wěn)定性遭到破壞。其穩(wěn)定性的破壞，表明當(dāng)?shù)厮h(huán)境和生態(tài)環(huán)境也遭受了破壞。

3)對水資源質(zhì)量的影響：水資源質(zhì)量的好壞，是衡量水環(huán)境和生態(tài)環(huán)境是否遭受破壞的一個(gè)重要指標(biāo)之一。該區(qū)礦井(坑)產(chǎn)生的廢水，特別是選礦的廢水基本上都排入河溝。這些廢水雖經(jīng)處理，但總有一部分不那么徹底。經(jīng)分析表明，礦區(qū)內(nèi)地表水、地下水均呈弱酸性，總硬度、礦化度、SO42—都明顯偏高。這樣長期下去，勢必對該區(qū)的水環(huán)境和生態(tài)環(huán)境將產(chǎn)生較大影響。

3.3 區(qū)域水環(huán)境影響分析

冀東地方鐵礦個(gè)體規(guī)模一般不算太大，鐵礦保有資源儲量在1000 kt以下約占調(diào)查總數(shù)的58%，其余均在1000～3000 kt，極少數(shù)超過10000 kt；開采面積多小于1 km2, 大于1 km2僅占調(diào)查總數(shù)的37%。礦山地層以變質(zhì)巖為主，地下水量貧乏，礦井排水量不大。但從宏觀進(jìn)行分析，采礦對區(qū)域水環(huán)境的影響仍不可忽視。

該區(qū)各類大小礦山不計(jì)其數(shù)，即使整合后數(shù)量也很可觀。如在唐山俗稱“鐵遷安”的遷安市，僅地方鐵礦全市就有62家(首鋼所屬除外)，近期雖將其整合為14家，開采規(guī)模仍沒有大的變化。這些礦山排水，對區(qū)域水資源和水環(huán)境的影響很大。又如在承德山家灣子到碾子峪這一東西狹長區(qū)域內(nèi)，分布有20多個(gè)選礦廠，每日處理鐵礦石達(dá)5000余t，大量取地表水或開采淺層地下水，導(dǎo)致該段部分河道斷流，潛水位下降，民井干枯。盡管各選廠通過循環(huán)增加了水的利用效率，但水資源消耗量仍然很大。

受成礦地質(zhì)條件的控制，這些鐵礦山大都集中連片分布，每個(gè)礦山排水和選礦取水均形成規(guī)模不等的降落漏斗。這些降落漏斗亦集中連片分布，長期持續(xù)抽排地下水將使其相互貫通形成區(qū)域性大漏斗，進(jìn)而對該區(qū)的區(qū)域地下水環(huán)境產(chǎn)生重大影響。

4 對冀東山區(qū)鐵礦資源開發(fā)的認(rèn)識

4.1 經(jīng)濟(jì)利益和環(huán)境代價(jià)利弊的權(quán)衡

近年來，冀東地區(qū)鐵礦開發(fā)為該區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和財(cái)政增收做出了重要的貢獻(xiàn)，但也應(yīng)該看到，它對當(dāng)?shù)氐叵滤h(huán)境和生態(tài)環(huán)境也產(chǎn)生了重大的影響。采礦礦井(坑)排水時(shí)，降落漏斗影響范圍內(nèi)，地下水全部疏干，即便雨季降雨可能沿原補(bǔ)給渠道入滲補(bǔ)給一部分，但很快被人工或新的排泄渠道排走，無法重新形成地下水體。這些地段短期內(nèi)當(dāng)?shù)厝罕娚詈凸喔炔粌H無水可取，就連植被生長的最低需水量都無法獲得。

過去在礦山開采中，采取多種措施對環(huán)境進(jìn)行保護(hù)并起到一定的作用，但水環(huán)境和生態(tài)環(huán)境的破壞，目前還沒有較好修復(fù)辦法。只有等開礦結(jié)束后，較長一段時(shí)間內(nèi)才能形成新的平衡，但原來被破壞的地下水系統(tǒng)已無法復(fù)原。如地下水一般情況下都會在比原來位置更低的地點(diǎn)重新形成新的排泄點(diǎn)，相應(yīng)的地下水位的埋深也要加大。在一個(gè)區(qū)域，地下水位每加深1 m，人類經(jīng)濟(jì)活動所要額外付出的代價(jià)是巨大的。開礦對地下水環(huán)境的影響是不可逆的，從長遠(yuǎn)的觀點(diǎn)看，目前的經(jīng)濟(jì)效益與水環(huán)境影響造成的損失相比，應(yīng)該說是利弊相當(dāng)甚至弊大于利。

4.2 要充分發(fā)揮地方政府宏觀調(diào)控的重要作用

1987年，遷安有礦山6處，實(shí)際生產(chǎn)能力105×104t/a，90年代初增至20多處，使該縣生產(chǎn)能力達(dá)到325×104t/a，目前該縣已達(dá)3500×104t/a。與20世紀(jì)90年代初期相比，開采規(guī)模已經(jīng)翻了十多倍。礦產(chǎn)是在漫長的地質(zhì)年代中形成的不可再生的、有限的資源，越開采越少，最后將永遠(yuǎn)地在地球上消失。這種有限的資源，不應(yīng)該在我們這一代為了暫時(shí)的經(jīng)濟(jì)利益將其全部消耗殆盡，而應(yīng)該留給子孫后代一部分，他們也有權(quán)享受大自然賜與人類的資源和財(cái)富。

目前，礦山開采的技術(shù)和設(shè)備條件相對落后，特別是地方鐵礦就更差一些，在開采中不可避免地要浪費(fèi)資源，對礦山環(huán)境產(chǎn)生影響。這種資源浪費(fèi)和礦山環(huán)境影響的程度，是與開采規(guī)模和數(shù)量成比例的。如果適當(dāng)控制或縮小開采規(guī)模，隨著技術(shù)和設(shè)備條件的逐步改善，再適當(dāng)擴(kuò)大，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，對礦山資源、環(huán)境的保護(hù)都具有重要意義。

地方各級政府對礦業(yè)發(fā)展和規(guī)劃的科學(xué)制定負(fù)有重要責(zé)任，應(yīng)該充分發(fā)揮各級主管部們的宏觀調(diào)控作用，借鑒國外的體制和管理方法[4]，補(bǔ)充、修改和制定必要的政策法規(guī)和具體措施，將礦山開采規(guī)模調(diào)整到與技術(shù)設(shè)備、環(huán)境保護(hù)和資源節(jié)約相適應(yīng)的最優(yōu)化水平。

4.3 完善礦山生態(tài)環(huán)境保護(hù)的法律體系

礦山環(huán)境問題涉及水、氣、土、巖體及生態(tài)等各方面,是一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)環(huán)境系統(tǒng),其中礦山水環(huán)境是礦山環(huán)境問題中較為重要的問題。目前，我國法律、法規(guī)條文中涉及礦山生態(tài)環(huán)境和生態(tài)環(huán)境保護(hù)的條文較少,特別是缺少礦山水環(huán)境的條文，也沒有提及礦山生態(tài)環(huán)境權(quán)的內(nèi)容，且沒有明確的關(guān)于生態(tài)環(huán)境破壞的責(zé)任追究條款[5]。我們認(rèn)為,國家環(huán)保部門和地方政府有必要研究、制定和出臺關(guān)于以礦山水環(huán)境和生態(tài)環(huán)境保護(hù)為目標(biāo)的管理?xiàng)l例,盡快完善礦山水環(huán)境和生態(tài)環(huán)境保護(hù)法規(guī)體系，使礦山環(huán)境管理和保護(hù)建立在法制的基礎(chǔ)上。

4.4 加強(qiáng)國土資源監(jiān)管執(zhí)法的力度

由于近年來鋼鐵價(jià)格看好，開采鐵礦經(jīng)濟(jì)效益可觀，吸引了眾多的各界人士參與到礦業(yè)開發(fā)中，這些人的專業(yè)素質(zhì)、法律觀念和環(huán)保意識相差懸殊。過去，執(zhí)法部門在這方面作了大量工作，取得了很大成績。但也有很多不盡人意的地方，如出于地方保護(hù)主義，對于那些無證開采、亂挖亂采、亂堆亂放，排放不達(dá)標(biāo)，環(huán)保不過關(guān)等的個(gè)別現(xiàn)象，制止、追查、處理不力，甚至聽之任之，致使部分礦山國有資源大量流失，礦山環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞。

為了保證礦產(chǎn)資源的有序開采，資源和環(huán)境得到有效保護(hù)，應(yīng)該進(jìn)一步加大國土資源監(jiān)管、執(zhí)法的力度，鏟除地方保護(hù)主義。特別是對于那些不惜以浪費(fèi)資源和破壞環(huán)境為代價(jià)而謀取暴力的部分不法分子，應(yīng)該從重從嚴(yán)打擊。

5 結(jié)語

礦產(chǎn)資源和礦山環(huán)境的有效保護(hù)，是礦業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中亟待解決的突出問題，但是它又和礦業(yè)開發(fā)中的經(jīng)濟(jì)效益互為消長。本文從分析礦業(yè)開發(fā)對水環(huán)境的影響出發(fā)，引伸出礦業(yè)布局、宏觀調(diào)控、執(zhí)法監(jiān)管等目前社會普遍關(guān)注的熱點(diǎn)問題，希望借此能引起有關(guān)部門的重視。

[1] 陳望和，等.河北地下水[M].北京:地震出版社，1999.

[2] 首鋼地質(zhì)勘探公司.河北首鋼遷安鐵礦區(qū)楊崖山鐵礦床二期地質(zhì)勘探總結(jié)報(bào)告附件——水文地質(zhì)工作報(bào)告[R].

[3] 河北省地勘局第五地質(zhì)大隊(duì).河北省寬城京峰礦業(yè)有限公司超貧釩鈦磁鐵礦資源儲量核實(shí)報(bào)告[R].

[4] 胡德斌.國外礦山環(huán)境保護(hù)管理及對我國的啟示[J].環(huán)境保護(hù),2004,13(2):39-40.

[5] 陶知翔,成先雄，趙美珍，等.礦山環(huán)境問題與防治對策[J].金屬礦山，2008(1)：103-106.