北京市礦山地質環境評價

秦 沛

（北京市地質工程設計研究院，北京密云 101500)

1 礦山地質環境

1.1 現狀

北京礦產資源開采歷史悠久，遺留問題較為突出。2004年至2012年，累計關閉固體礦山808家。自2003年起開展廢棄礦山地質環境治理，效果顯著。但礦山廢水(渣)、崩塌、采空塌陷、占用、損壞土地資源及地形地貌景觀破壞等，對環境影響仍然較大。

1443(含在生產34)處礦山中，已經治理407處；改建成道路、公園、房屋、池塘等綜合利用289處；可以自然恢復121處；未治理且存在礦山地質環境問題538處；局部治理、待進一步治理88處。

（1）已治理的礦山

共治理礦山4511.68ha。其中：實施礦山地質環境治理項目58個；21家礦山企業編制了《礦山地質環境保護與治理恢復方案》并實施保護與治理工程。

（2）已綜合利用的礦山

部分關閉廢棄的礦山根據當地城鎮發展規劃已經進行了綜合利用，主要是砂石坑及磚瓦用粘土礦礦區修建或改造成道路、公園、廠房、魚塘、大棚菜種植等，廢棄礦山經過平整后增加了農林業或工業用地，使廢棄礦山的土地得到了有效利用，給當地帶來較好的經濟效益和社會效益。

（3）可自然恢復的礦山情況

部分粘土礦、建筑用砂、金礦在現階段可自然恢復。面積共計439.50ha。

（4）待治理的礦山情況

經統計，共有13351.41ha需要治理。其中538處礦山未進行過治理；88處礦山局部治理，尚需進一步治理。

1.2 礦山地質環境特點

北京市礦山地質環境問題具有：類型齊全、破壞面廣、分區明顯的特點。

（1）類型齊全：包括地形地貌破壞，采空塌陷、地裂縫、崩塌、滑坡、泥石流等地質災害，廢渣石、煤矸石等壓占土地；水土污染等均有不同程度的發育；

（2）破壞面廣：北京市礦種齊全，分布廣泛。京西的煤礦以及密懷平的鐵礦、金礦的大量開采，造成山區礦山地質環境破壞，平原區廣泛分布的優質砂礫石資源，在帶來大量的經濟利益的同時，也使地質環境不可避免的遭受破壞，造成破壞耕地、揚沙揚塵等；

（3）分區明顯：北京市礦種分布比較集中，由此造成的地質環境問題也相對集中，形成不同地質環境問題分區。

①山區主要有密云鐵礦，房山、門頭溝的煤礦，平谷、懷柔及昌平的貴金屬及各類石灰巖。主要有崩塌、泥石流、滑坡、采空塌陷、地裂縫、煤矸石壓占土地、地形地貌破壞等。

②平原區建筑用砂、磚瓦用粘土等，砂石料主要分布于潮白河、清水河、南獨樂河、泃河、永定河等河道附近。粘土礦主要分布于各區縣山前平原區地帶。主要問題有占用破壞土地，破壞植被，甚至改變本區的地形地貌及土地結構，采場未及時恢復，使土肥能力降低，長期裸露使土地沙化等。

1.3 礦山地質環境問題

主要有：地形地貌景觀的破壞、壓占破壞土地資源、礦山地質災害及隱患、環境污染、地下含水層破壞等。

（1）礦山地質災害

北京市礦山地災及隱患共139處，其中崩塌73處、滑坡4處、采空塌陷39處、地裂縫8處、潛在泥石流溝15處。主要分布在房山、門頭溝、延慶、平谷、順義、懷柔和密云等區縣。見圖1、圖2。

圖1 采空塌陷區房屋變形

圖2 溝谷內的大量廢渣

（2）地形地貌景觀破壞及占用損壞土地資源。

由于礦山開采方式多為露天開采，由此造成了對地形地貌的改變、地貌景觀的破壞、占用損壞土地資源。主要表現為礦山采場、固體廢棄物、尾礦壓占土地資源。見圖3、圖4。

圖3 鐵礦開采對地形地貌的影響

圖4 煤矸石堆積占用土地

目前全市因采礦占用破壞仍需治理的土地總面積為13351.41ha。按照2011年劃分的地類統計,破壞的主要土地地類是采礦用地、灌木林地及其他草地。

（3）礦山廢水、廢渣對環境的影響

①廢水：礦山廢水主要是指在生產礦山企業的礦坑水、選礦廢水及生活污水，主要為煤礦和鐵礦。近幾年，礦山企業加大了對廢水的循環利用，均建有污水處理系統，生產及生活廢水基本不會對礦山地質環境造成危害。

②廢渣：礦山廢渣分為廢石（土）、尾礦、煤矸石3類，廢石（土）分布零散，各區縣均有分布，尾礦主要分布在密云鐵礦區，煤矸石主要分布在房山及門頭溝煤礦區。廢渣排放去向主要堆積在山谷坡地上不僅占用破壞土地、為泥石流提供物源，而且污染水土環境和污染大氣等。目前，關閉廢棄礦山遺留廢渣石415萬m3，煤矸石1107萬m3，合計1522萬m3。

③水土環境：在白馬關河、牤牛河流域和潮河流域地表水均達到了地表水二類標準及以上。其他Ca、SO42-、HCO3-水樣中含量相對較高。

經分析測試，約80%的樣品中重金屬含量均接近于北京市土壤背景值。但部分地區土壤重金屬超標嚴重,個別點Cd、Pb、As最高超出背景值數百倍,Hg最高超出背景值達千倍。

金屬(尤其是金)礦區是重金屬富集的主要來源。初步分析，As、Pb、Cu等重金屬元素與金伴生，Hg元素超標主要是使用混汞提金法和氰化物噴淋法采選工藝，造成金礦尾砂及周邊土壤中汞的嚴重富集。

（4）對地下含水層的影響

主要是煤礦深部及部分鐵礦地下開采改變了含水層原有的補、徑、排條件，致使水位下降，局部由承壓轉為無壓，形成大面積的下降漏斗區。

老窯、小窯煤礦開采層較淺且部分疏干的含水層通過大氣降水、廢棄巷道積水及其他通過相互貫通的水力通道補給，部分采空區及部分含水層已經充水，地下水位有一定的回升。據探測，門頭溝龍泉鎮地區的歷史小窯開采深度均在50m以下，目前已充水處于穩定。

2 礦山地質環境評價

2.1 評價原則及評價方法的選擇

（1）評價原則

①統籌兼顧：以開發所引起的礦山地質環境問題和治理情況為主兼顧礦山的自然地理位置、地形地貌及水工地質等地質環境背景條件。

②綜合分析：分析各種因素，綜合考慮不同的礦種、不同的開采方式所引發的環境地質問題不同它們之間的聯系。

③以人為本：綜合評估中，要著重考慮對生命財產安全和人居環境造成嚴重威脅的地質災害等不利因素及能改善人居環境的積極因素要。

④結合實際：按照《全國礦山地質環境調查技術要求實施細則（試用稿）》,“以采礦對礦山地質環境造成的影響為主”，結合北京實際：97.6%礦山已經閉坑；50%的礦山已經治理或可自然恢復。因此，從評估因子、指標權重、評估分級等方面充分考慮上述情況。

（2）評價指標選取方法

依上述原則選取評價指標：一是從引起礦山地質環境問題的原因方面選取指標，即成因指標；二是從礦產開發所引起的礦山地質環境問題方面選取指標，即結果表現指標。

（3）數據處理方法

ArcGIS 具有強大的空間信息處理、分析、存貯和管理功能，在ArcGIS支持下可以實現礦山地質環境的空間評估。因此,應用ArcGIS進行數據處理。

（4）評價指標量化分級方法

按照一定的標準分級，消除指標間量綱不同的影響。把地形地貌、巖土體工程地質條件、采礦方式和危害與損失等4個指標劃分為3個等級。依據采礦破壞影響對象的性質及重要程度、采空區面積的大小、占用破壞土地面積的多少、所產生災害數量的多少、災害規模及礦山未治理面積，分別將破壞影響對象、采空區面積、占用破壞土地面積、災害數量、災害規模、危害與損失和治理情況等6個指標劃分為4個等級，以表明采礦所帶來的不同數量、規模、危害程度的地質災害，對地質環境的不同影響以及不同的治理面積對改善地質環境的不同效果。

（5）評估指標權重確定方法

評估指標權重通過層次分析法確定。計算出各要素的權重，并進行一致性檢驗，當CR（隨機一致性比率）＜0.1時，判斷矩陣具有滿意的一致性，否則就需要調整，直到達到滿意的一致性為止。

（6）礦山地質環境指數計算方法

礦山地質環境綜合評估需要將成因指標和結果表現指標，通過一定的數學模型加以計算，得到一系列連續數值，以此數值來反映地質環境狀況。地質環境質量與數值大小呈反相關，即數值越大，地質環境質量越差。本次采用綜合指數法建立評估數學模型，公式如下：

式中，GEI為地質環境指數，數值由小到大表示地質環境質量由好至差；wi為評估指標權重；GEI為評估指標等級；n為評估指標個數。

（7）礦山地質環境分級方法

上述公式計算得到的GEI是一系列連續數值，在ArcGIS軟件支持下，使用“natural breaks”（自然斷點法）將GEI分成3級，分別代表礦山地質環境影響嚴重區(Ⅰ）、較嚴重區(Ⅱ）和輕微區(Ⅲ)。

2.2 評價結果

（1）評價指標的確定

評估指標選取的方法，首先從成因方面選取指標，包括自然成因因子和人為成因因子。地形地貌和巖土體工程地質條件是礦山地質環境問題產生的重要自然因子；采礦方式有井下開采、露天開采及井下和露天聯合開采3種方式，不同的采礦方式引起的地質環境問題的數量、規模、表現方式不同；礦山地質環境治理情況表明當前情況下，用于改善礦山地質環境所投入的治理資金的大小，反映了政府對礦山治理的力度。其次從采礦對礦山地質環境造成的不良后果即結果表現方面選取指標。破壞影響對象、采空區面積、占用破壞土地面積、災害數量、災害規模、危害與損失這些指標表明了采礦對地質環境影響破壞的狀況和程度（圖5）。

（2）量化分級

采用上述方法，在ArcGIS支持下，將上面確定的10個指標進行處理，依據上面確定的量化分級方法，將各指標量化分級。

圖5 礦山地質環境評估指標

在ArcGIS中，將上述量化分級結果以空間圖的形式表現出來，得到單個評估指標分布(分區)圖。

（3）評估指標權重

采用上面確定的層次分析法，首先構造兩兩比較的判斷矩陣。然后計算各指標權重，最后，檢驗判斷矩陣的隨機一致性，計算結果為：CR =0.06<0.1，表明判斷矩陣具有滿意的一致性，不需重新調整。

（4）礦山地質環境指數計算結果

計算得到 ，并生成GEI數值柱狀分布圖（圖6）。可以看出，GEI數值呈偏態分布，表明礦山地質環境影響輕微區面積相對較小。計算所得GEI是一系列連續的數值，介于0.7～2.8之間，斷點分別位于1.1和1.6處，據此，在AcrGIS中使用自然斷點法，將GEI分成3類，分別為礦山地質環境影響嚴重區(Ⅰ)、影響較嚴重區(Ⅱ)和影響輕微區(Ⅲ)。評估分區標準見表1。

圖6 GEI數值柱狀分布圖

表1 礦山地質環境綜合評估分區標準

根據ArcGIS中生成的評價分區圖，北京市礦山地質環境影響嚴重區79.05km2，主要分布在門頭溝、房山、懷柔和密云等地區；較嚴重區64.58 km2，主要分布在房山、昌平、平谷、懷柔和密云等地區，順義有少量分布；輕微區12.08 km2，主要分布在房山、懷柔和延慶等地區，平谷有少量分布（見圖7）。

圖7 北京市礦山地質環境影響評價圖

3 結論

通過調查，詳細查明了北京市礦山地質環境現狀及對生態環境的影響。為合理開發礦產資源、保護礦山地質環境、恢復礦山生態，提供了基礎資料；為加強礦山地質環境的監管、加快礦山地質環境恢復治理、實施礦山地質環境監測，提供了基礎資料和科學依據。同時表明：礦山(主要是關閉礦山)地質環境歷史遺留問題較突出，缺乏對礦山地質環境的全面監測，治理工作仍需加強。

（1）關閉(廢棄)礦山地質環境歷史遺留問題較突出

廢棄礦山占礦山總數的97.6%，廢棄礦山中94.6%礦山仍未治理；礦山地質環境問題類型齊全、破壞面廣，既有關閉廢棄礦山采空塌陷等地質災害、地形地貌破壞、廢渣(煤矸石)等壓占土地。又有水土污染、大氣污染等；全市因采礦占用破壞仍需治理的土地總面積為13351.41ha，其中廢棄礦山11531.81ha，占86.4%。在生產礦山1819.6ha，占13.6%。廢棄礦區及溝谷內有廢渣石約425萬m3，煤矸石約1111萬m3；各礦山廢水、淋濾水和礦區內水樣品測試中未有發現明顯的水質污染，但金礦礦山的土壤樣品測試中存在明顯的重金屬污染，局部達到重度污染程度；廢棄礦山分布范圍廣，治理任務依然艱巨。分布在道路、湖泊、風景名勝區的建材類固體礦山因治理措施復雜、治理費用較高，成為治理工作的重點和難點。

（2）礦山地質環境問題總體影響范圍較小，但嚴重區、較嚴重區比例較高。

采用地質環境指數法進行評估，利用ArcGIS軟件，使用“natural breaks”（自然斷點法）分級，對礦山地質環境問題進行綜合評價。

將礦山地質環境影響區分為3個區：礦山地質環境影響嚴重區(Ⅰ)7個、影響較嚴重區(Ⅱ)14個和影響輕微區(Ⅲ)13個。礦山地質環境影響嚴重區面積為79.05km2，主要分布在門頭溝、房山、懷柔和密云等地區；礦山地質環境影響較嚴重區面積為64.58 km2，主要分布在房山、昌平、平谷、懷柔和密云等地區，順義有少量分布；礦山地質環境影響輕微區面積為12.08 km2，主要分布在房山、懷柔和延慶等地區，平谷有少量分布。

[1]北京市地質工程設計研究院.《北京市礦山地質環境現狀調查評估及治理對策研究成果報告》北京，2014.

[2]《北京市區域地質志》.北京市地質礦產局,1991.

[3]《典型礦山調查報告》.北京市地質工程設計研究院、北京市環境保護監測,2002年.

[4]《縣市地質災害調查與區劃細則》.國土資源部，2006年.

[5]《北京市廢棄礦井調查報告》，北京市地質研究所、北京市地質礦產勘查開發總公司、北京市地質工程設計研究院，2008年.

[6]《北京市在生產礦山地質環境調查及治理對策研究報告》，北京市地質研究所、北京市地質工程設計研究院，2009年.

[7]《北京市治理礦山地質環境現狀調查》，北京市地質工程設計研究院，2011年.

[8]《北京市礦產資源集中開采區礦山地質環境調查》，北京市地質環境監測總站，北京市地質工程設計研究院，2012年.