烟台市牟平区废弃矿山地质环境问题及生态修复治理措施

孙建强，何胜强，张晓亮，黄文渊，哈浩

(山东省核工业二七三地质大队，山东 烟台 264006)

矿山开采活动带来了巨大的经济效益，但也产生了一系列地质环境问题，形成了众多露天采坑和破损山体，造成地面和采空区塌陷，废弃的工业广场、固体废弃物、尾矿库堆放占压了大量的土地资源[1-2]。矿山活动也成为迄今为止最大规模的改变地表景观和破坏地表生态系统的人类活动[3-4]。矿山环境修复的主要目的是消除崩塌、滑坡、地裂缝等地质环境隐患，防治水土流失，恢复植被[5]，在保证地质环境稳定的基础上，修复和提升土地资源利用价值，结合植被恢复和山体修复，最大限度减少裸露地面，增加绿化面积[6]。

本文以烟台市牟平区某废弃矿山为研究对象，介绍了研究区矿山生态环境的影响因素，提出生态恢复治理方案，为矿山地质环境保护与生态恢复治理提供科学依据，同时为其他同类矿山地质环境生态修复提供参考方案。

20世纪80年代起，烟台市大规模开采各类矿产资源，矿山数量呈直线增长，矿产资源开发在给地方经济社会发展提供重要物质保障的同时，也给烟台市生态地质环境带来较大影响。后期受环境保护意识增强、矿业开发管理规范等因素影响，特别是国家大力推进生态文明建设后，众多矿山被陆续关停，但是矿山开发期间产生的各类地质环境问题却一直未能得到完全治理，制约了当地经济社会的发展[7]。

研究区位于烟台市牟平区水道镇，属于丘陵区，区内主要出露中生代侏罗纪玲珑序列九曲单元二长花岗岩，中粗粒结构，块状构造，其新鲜岩石裂隙不发育，完整性较好。地势南高北低，地形较为简单。由于资源的过度挖掘及肆意堆放，多数山体不全，形成露天采坑、残丘、料场等，部分陡崖高达40m，角度接近80°。土壤主要是棕色砂壤土，土体厚度约10～40cm，质地较好，土壤呈酸性至微酸性，pH一般为5.5～6.3，土壤有机质含量比较丰富，为1%～2%。治理区植被多见于坡地、田地间隙等处，人工植被为农田栽培植被。

2.1 地质环境现状

本区破坏单元主要为2处采坑(以下称为CK1、CK2)、2处残丘(以下称为CQ1、CQ2)、3处料场(以下称为LC1、LC2、LC3)，已破坏土地类型为旱地、其他林地和裸岩石砾地，破坏面积80611.66m2。其中破坏旱地面积1329.62m2，其他林地面积25986.75m2，裸岩石砾地面积53295.29m2(图1)。

1—其他林地；
2—裸岩石砾地；
3—旱地图1 治理区土地类型情况

(1)采坑现状

治理区内以往的开采活动形成了2个规模大小不一的采坑(CK1、CK2)，CK1和CK2相互贯通。露天采坑破坏了土地植被资源及当地的地形地貌景观，CK2南部部分边坡位于“三区两线”可视范围内，造成了严重的视觉污染。CK1位于治理区中部，采坑近似呈椭圆形，东西长约210～400m，南北宽约73～98m，占地面积约26961m2，采坑东部边坡较陡，坡高22～34m，边坡坡度约65°～80°。CK1底部有积水，积水较深，水深约12～16m。积水来源为大气降水。CK2位于治理区北部，占地面积约10308m2，采坑西部边坡较陡，局部边坡近乎直立，坡高8～31m，坡度约65°～85°。CK2底部存有积水，积水水面面积1545m2，水深约1m，积水来源为大气降水(图2)。

图2 治理区采坑(CK1、CK2)现状

(2)残丘现状

根据现场调查，CK1西侧有2处残丘，编号CQ1、CQ2。CQ1位于CK1西南部，上部基岩裸露，风化层厚度约2m左右，无表土覆盖，CQ1南北长约85～228m，东西宽约45～100m，高约24m，面积14178m2。CQ2位于CK1西北部，上部基岩裸露，风化层厚度约2m左右，无表土覆盖，CQ2南北长约25～48m，东西宽约23～33m，高约17m，面积2156m2。

(3)料场现状

根据现场调查，治理区内有3处料场，编号分别为LC1、LC2、LC3。LC1位于治理区北部，长185～210m，宽58～96m，占地面积为11631.82m2。LC1西部堆放有料石，形状不规则，高度1～5m不等，体积约为20530m3。LC2位于治理区东北部，场内有料石，呈阶梯状堆放于整个料场，料场长118～123m，宽56～88m，占地面积为8113.21m2，料石堆高度为8～10m，体积约199040m3。LC3位于治理区北部，场内料石主要堆放于料场东西两侧及南部区域，料场长120～125m，宽57～65m，占地面积为5660.06m2，料石堆高度为8～13m，体积约为53941m3(图3)。

图3 治理区料场(LC)现状

在充分分析治理区内已有矿山地质环境资料的基础上，在区内开展了矿山地质环境调查工作，主要工作手段包括地面调查、地形测绘、地质环境调查等[8-9]。通过调查基本查明了治理区矿山地质环境背景，地质环境问题分布、规模、危害对象、危害程度，并进一步分析研究预测了矿山地质环境问题发展趋势，为确定后续施工工程手段、工程布置、工程量提供了基础依据[10]。野外实地调查结果表明，治理区主要的地质环境问题为地形地貌景观破坏，土地资源及植被破坏等[11]。

2.2 地质环境问题

(1) 地形地貌景观破坏

由于历史矿山开采活动形成的采坑，改变了治理区原始地形和地貌特征，造成山体破损、裸露，与周边生态环境极不协调，造成较严重的视觉污染。

(2) 破坏土地资源

治理区内的采坑、杂乱边坡的直接挖损，破坏了地表土层和植被，破坏土地类型为旱地、其他林地和裸岩石砾地，破坏土地面积80611m2。严重影响了该区土地资源原有的功能。

(3)植被破坏、水土流失

治理区内大部分区域地表残积土覆盖层已被剥离，原有的林木、草类等具有水土保持功能的植被遭到了破坏，再生植被发育差，采坑和边坡多处于直接裸露状态，抗侵蚀能力下降，水土流失严重，并带走了肥力强、颗粒细的表土，使得土壤肥力缺失，土层变薄，基岩裸露，土地功能退化[12]。

(4)形成地质灾害隐患的治理区采坑边坡较陡，局部岩体较破碎，局部呈直立状态，有发生崩塌的隐患。

研究区采取的修复方案主要有残丘爆破整平、采坑回填、续坡回填和场地平整，以优先恢复耕地、草地和林地为目标(图4)[13-19]。

1—采坑位置及编号；
2—料场位置及编号；
3—残丘位置及编号；
4—坑塘水面 图4 治理区破环单元分布情况

残丘爆破整平是为了保持治理后的地质情况与周边环境的相适应性，将CQ1的216m以上残留部分、CQ2的203m以上残留部分全部剥离，采用以爆破为主、机械剥离为辅的方式开展施工。爆破施工采用浅孔爆破、深孔梯段爆破、孔间微差控制爆破相结合的施工方法。爆破后及时对边坡岩体进行检查、整修和处理，保证边坡必须平整坚实，并种植黑松和爬山虎以保证美观(图5)。

1—二长花岗岩；
2—种植黑松；
3—栽植爬山虎；
4—残丘爆破整平部分图5 残丘爆破整平示意图

对CK2进行回填，将CK2回填至与北部道路标高持平。回填所用物料来自CQ1、CQ2爆破整平时产生的风化石渣及石料，选用回填物料优先使用爆破剥离的风化石渣，尚缺部分使用爆破后的石料，因地制宜，就地取材，控制成本，提高了修复效率。

因CK2南部位于“三区两线”可视范围内，造成了严重的视觉污染。在CK2回填至+190m标高时，设计利用CQ1、CQ2爆破整平时产生的石料对CK2南部边坡进行续坡回填。待料场料石清运完毕后，需要对场地进行平整工作。治理区内平整的区域为：LC1、LC2、LC3、CQ1、CQ2、CK2及CK1南部破损平台。待料石清运完毕后，采用机械与人工相结合的方式，对场地进行土地平整及压实工作。

矿山地质环境生态修复是一个复杂的系统工程，与生态、环境保护、地质、土壤、地理、水文、农田水利、林业、农艺等许多学科有关，是涉及多领域专业技术的客观需要。矿山生态修复应加强技术合作，多学科联合攻关，选择适宜的复垦区进行总体设计。需要从科学修复的角度树立正确的生态修复理念，围绕土壤重构、地貌重塑和植被恢复三大核心技术进行科学施工，确定“生态红线”、确定破坏山体与“三区两线”可视范围位置关系。

(1)已经关闭的露天矿山地质环境问题主要是地形地貌景观破坏及高陡边坡形成的安全隐患。矿山地质环境治理工程应着重恢复地形地貌景观，减少髙陡边坡对过往行人、牲畜的危害。

(2)充分利用区内废石料，力争绿色修复。本项目因地制宜，就地取材，残丘爆破整平时所产生的风化石渣及石料用于续坡回填和采坑回填，部分余料作为人工合成大理石的原材料，做到了控制成本，提高修复效率。

(3)已关闭的露天矿山地质环境治理工程要保障实施后的生态效益，复绿措施应首先考虑本地树种及草种。采用地貌重塑、土壤重构和植被恢复三大核心技术。在美观、经济的原则下，维护生物多样性，选择符合当地气候条件的植物来种植。