计划经济时期的粗放开发导致的矿山地质环境问题，在分析了采石场的现状及边坡稳定性的基础上，提出了防治思路及治理对策。
关键词：柏木峡；采石场；矿山环境问题；对策
中图分类号：X37文献标识码：A文章编号：16749944（2016）02012205
1引言
青海省是一个矿产资源大省，地处青藏高原东北部，人口稀少，自然条件恶劣，矿业开发在国民经济和社会发展中占有非常重要的地位，由于在计划经济时代矿产资源开发粗放，利用低效，导致矿区环境恶化，矿山地质环境问题日益突出。
解放前青海省就有采盐、砂金、煤炭等采掘业。但均为小规模土法生产，至1949年全省采掘矿产总量仅4×104 t。新中国成立后，矿山逐步发展成为全省的支柱产业。矿产资源开发作为支撑经济社会发展的重要产业，在青海省经济发展历程中做出了巨大的贡献。
互助县柏木峡废弃采石场位于青海东部地区，黄河的一级支流湟水河流域内，计划经济年代起就以建材类资源为主的矿产资源开发，导致了青海东部地区大大小小的采砂场遍布湟水流域各大支流。不仅挖损、压占了大量耕地资源、破坏了地貌景观，而且造成了大面积的含水层结构破坏和水土流失，严重影响了青海东部地区的自然地貌景观和水土涵养。
2矿区自然地理及地质环境条件
2.1自然地理
柏木峡采石场位于青海省互助县东北部的柏木峡峡口处，行政上属互助县巴扎藏族乡管辖，距互助县城约24 km，距省会西宁市约57 km。其地理座标为北纬36°59′43″，东经102°51′27″。该采石场东侧为互助县威远镇至互助北山国家地质森林公园旅游公路，交通较为便利。
该区属高原半干旱大陆性气候，以寒长暑短、多风少雨、无霜期短为主要特征。据互助气象站（威远镇）资料，多年平均气温3.5 ℃，最高极端气温24.7 ℃，最低极端气温-33.1 ℃，无霜期105～125 d，多年平均降水量486.8 mm，蒸发量1 174.9 mm，相对湿度66.0%，降水量在年内分配不均，主要集中在6、7、8、9四个月，占全年的72%，蒸发量集中在4、5、6、7、8五个月，占全年的63%。区内气候具明显的垂直分带性规律，随着地势的升高，气温下降，北部山区海拔4 000 m以上，多年平均气温在0 ℃以下，平均降水量达600 mm；南部浅山区海拔2 500 m，多年平均气温在4 ℃左右，年降水量小于400 mm。以农业气候区划，属寒冷牧业气候带，微润气候区，牧草生长天数可达108 d左右。
矿区地表水系主要为紧邻采石场东侧10～40 m处的柏木峡河，为常年流水，现场调查时水量较小，在雨季水量较大。该区域土壤类型为栗钙土，土壤质地多为残坡积碎石土，表层有机质含量2%～6%左右，矿区因采石破坏的土壤层主要以其亚类—暗栗钙土为主，多见于阳坡地带，层厚40～50 cm。
采石场开采面位于阳坡，光照时间相对较长，地表蒸发量相对较大，采石场后部山坡植被发育、覆盖良好，主要为柠条、冰草、柽柳等，坡面植被覆盖率大于70%。采石场坡面山坡因采石，局部山体基岩裸露，坡面多堆积残坡积碎石土，植被覆盖率为零，植被恢复需客土回填。
2.2地质环境条件
2.2.1地形地貌
矿区地处互助柏木峡峡口柏木峡河北岸中低山前缘地带。总体地势东南高西北低，依地貌形态和成因分侵蚀剥蚀中低山区及河谷平原区。
（1）侵蚀剥蚀中低山区。矿区处于柏木峡的峡谷-侵蚀剥蚀中低山斜坡地带，海拔高程2 975～3 290 m，相对高差约315 m，地形坡度30～40°，山顶呈浑圆状，植被覆盖率小于10%，由奥陶系结晶灰岩构成主体，坡体上覆薄层坡积物，厚3～5 m，主要由碎石、块石组成。
采石破坏主要表现在原始完整山体被采剥为掌状，地形坡度人为改观大，共形成4个开采掌子面，掌子面多呈圆弧状，主要分布于山脊中下部，最低开采标高2 997 m，最高开采标高3 135 m，采深10～30 m，地面坡度呈下缓上陡状，平均坡度50°，其上以基岩陡坡崖为主，坡度在65°～85°之间，采石场顶部因采石局部呈反坡状；坡体上分布大量危岩、危石，坡脚崩坡积物堆积，坡度在35°～40°之间。
（2）河谷平原区。分布于矿区南部，柏木峡近呈东西向展布，河谷呈“U”字型，由河漫滩、一级阶地组成，河漫滩宽30～50 m，高出河床0.2～0.4m，由砂砾卵石组成，Ⅰ级阶地在该段分布不均，不连续、不对称，阶面宽10～30 m不等，具二元结构，并略向河床下游倾斜，纵坡度与河床坡度接近一致。
2.2.2地层岩性及岩土工程地质特性
根据现场调查，柏木峡采石场所在峡谷出露的主要地层由老至新分别为：奥陶系细晶灰岩、第四系全新统崩坡积碎石土及第四系全新统冲积卵砾石。
（1）细晶灰岩（O1）。浅灰或灰色，细晶质结构，中至厚层状构造，岩石坚硬，性脆，主要矿物成分为方解石，裂隙不甚发育，岩石断口岩质新鲜，呈强风化微风化，主要出露于采石时形成的陡坎处。
（2）崩坡积块碎石土（Qcol+dl4）。主要为采石时崩塌滑落的碎块石土，分布于坡体中部及坡脚地带，呈棱角状、尖棱角状，块径最大者达5 m左右，一般0.02～0.5 m，呈强中风化，碎石含量约占55%，块石含量约占15%，余为砂土，中密为主，碎块石土由于粒径大小悬殊，其不均一性尤为突出，粒径的不均一，孔隙悬殊很大，局部架空。
（3）冲积砾卵石（Qal4）。分布于柏木峡河河床河漫滩及阶地上，为白色卵砾石层，粒径一般在1～5 cm之间，最大15 cm，分选性一般，砾石多呈次圆状，成分以砂岩、花岗岩及变质岩为主，层厚约13～20 m，上部覆盖有薄层粉土，厚度约0.2～0.4 m。
2.2.3水文地质条件
（1）地表水。矿区地表水系主要为紧邻采石场东侧10～40 m处的柏木峡河，柏木峡河从矿区自北向南侧通过，沟谷呈“U”型，沟宽110 m左右，标高2 962 m，沟谷走向北东至南西向，柏木峡河为沙塘川河一级支沟，由北向南至互助县城附近汇入沙塘川河，发源于北部仙米达坂山主脊，呈南北方向展布沟道平均纵坡降15～30‰，流域面积119 km2，径流长度45 km，多年平均流量1.4×108 m3。由于上游山区降水补给丰沛，属常年性河流。
（2）地下水。区内地下水主要分布于柏木峡峡河谷区及北侧山体内，地下水主要为第四系松散岩类孔隙潜水及基岩裂隙水。①松散岩类孔隙潜水，分布于柏木峡河Ⅰ级阶地，含水层由第四系全新统冲积砂卵石层为主，含水层厚度13～20 m。地下水位埋深11～16 m，渗透系数15.19 m/d，单井涌水量580～737 m3/d，地下水主要接受山区地表水和地下水的径流补给，矿化度一般0.28～0.50 g/L，水化学类型属HCO3—Ca· Mg型。②基岩裂隙水，分布于柏木峡北侧中低山区，据区域水文地质资料，含水层岩性主要为奥陶系灰岩，由于该段现代流水强切割，山体支离破碎，沟谷深切，地形坡度大，不利于地下水的赋存，地下水短暂的径流即溢出地表成泉，具区域水文地质资料，Ⅱ区南侧距坡脚50 m处有泉水出露，单泉流量一般在0.1～1.0 L之间，水化学类型为HCO3—Ca为主。
2.2.4地质构造
区域上位于祁吕弧形西翼中部祁连多字型构造体系马雅雪山褶带，这一巨型构造体系展布在祁吕弧形带西翼之中，由一系列斜列相间的褶带和槽地构成，该构造带的地层和岩性均呈东西向带状分布，马雅雪山褶带构成高耸的马雅雪山顶峰和沿北西西向蜿蜒的群山，主要构造行迹呈北西西向，并以复式褶皱，压扭性结构面为主，核部和两翼分别由奥陶系地层组成，轴向290°，两翼倾角60～70°，核部小褶皱颇为发育，该褶带断裂以压扭性为主，规模较大的仙密大山压扭性断裂，呈北西西向延伸，断裂面倾角60～70°，在柏木峡沟清楚地看到奥陶统逆于白垩系红层之上。
该采石场矿石为灰深灰色细晶灰岩，有益组分含量高，且稳定，为变质型石灰岩矿床。采石场四个开采掌子面暴露的灰岩节理裂隙一般发育，岩体较破碎。
2.2.5地震
据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），采石场所在区域50年超越概率10%的地震动峰加速度为0.10 g，相应地震基本烈度为Ⅶ度。
2.2.6不良地质条件
柏木峡采石场范围内，除因开采石料在后部陡坎及中部坡面上分布危岩和小型崩塌外，未发现其它不良地质现象。
3采石场的开采现状及开采边坡的稳定
性分析3.1采石场的开采现状
自20世纪80年代起，柏木峡采石场开始采挖，开挖山体，爆破取石，现已废弃。经过多年采石，加上近期有在坡脚开挖取土活动，使得山体及开采区自然景观遭到严重破坏，柏木峡采石场按开采位置分为4个区，自南向北分别为Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区。其中Ⅰ区南侧和Ⅱ区上部部分区域属于金圆水泥厂矿权范围之内，但是该区域内的开采破坏现状非金圆水泥厂的开采行为所致，属20世纪80年代的偷采盗挖的遗留问题，本次一并纳入治理范围之内（图1）。
3.1.1Ⅰ区
Ⅰ区位于项目区最南侧，沿威北公路长135 m，起讫桩号K24+700～K24+835，开采区坡脚紧邻威北公路。开采高程介于2 982～3 080 m之间，上下相对高差约100 m，坡面上窄下宽，平面形态大致呈“三角形”，坡度较陡，平均约40～50°，根据现场调查及物探资料揭示，Ⅰ区松散堆积层平均厚度约为0.5 m。需清理危岩平均厚度约为0.6 m。
Ⅰ区采石场上部陡崖岩石裸露、岩壁陡直，开采形成的掌子面参差不齐，分布有大量危岩体，崩塌落石不断，斜坡上溜石、滚石现象严重，崩坡积的碎块石堆积于斜坡下部施工便道及坡脚，便道宽8 ～10 m。坡脚为开挖取土形成的陡坎，后壁高约8 m，受开挖影响，陡坎不断垮塌。
Ⅰ区开采区范围内植被基本破坏，岩石裸露，危岩较发育，坡脚开挖凌乱，地质环境和自然景观破坏严重（图2）。
3.1.2Ⅱ区
Ⅱ区位于Ⅰ区北侧，沿威北公路长120 m，起讫桩号K24+880～K25+000，开采区坡脚距威北公路约30～50 m。开采高程介于2 985～3 115 m之间，相对高差约130 m，坡面上窄下宽，平面形态呈“三角形”，坡度较陡，平均40～50°，根据现场调查及物探资料揭示，Ⅱ区松散堆积层平均厚度约0.5 m。需清理危岩平均厚度约为0.6 m。
Ⅱ区采石场上部陡崖岩石裸露、岩壁陡立，开采形成的掌子面参差不齐，岩体破碎，分布大量危岩体。斜坡上溜石、滚石现象严重，块石滚落堆积于斜坡中下部施工便道平台上。坡脚一级边坡左侧被施工弃渣覆盖掩埋，植被遭到破坏。
Ⅱ区开采区范围内植被破坏殆尽，岩石裸露，危岩发育，崩塌、滚石严重，坡脚施工弃渣随意堆积，地质环境及自然景观破坏严重（图3）。
3.1.3Ⅲ区
Ⅲ区位于Ⅱ区北侧，沿威北公路长130 m，起讫桩号K25+020～K25+150，开采区坡脚紧邻威北公路。开采高程介于2 985～3 085 m之间，开采范围相对高差约100 m。坡面上窄下宽，平面形态呈“三角形”，坡度较陡，平均35～45°，根据现场调查及物探资料揭示，Ⅲ区松散堆积层平均厚度约0.5 m。需清理危岩平均厚度约为0.6 m。
Ⅲ区采石场上部陡崖岩石裸露、岩壁陡直，开采形成的掌子面参差不齐，岩体较破碎，分布大量危岩体。斜坡上分布大量崩塌落石，孤石块径一般约50 cm～2 m，最大约3.5 m，多呈棱角状。
Ⅲ区开采区范围内植被破坏殆尽，岩石裸露，上部陡崖危岩发育，崩塌、滚石严重，地质环境及自然景观破坏严重（图4）。
3.1.4Ⅳ区
Ⅳ区位于开采区最北侧，沿威北公路长395 m，起讫桩号K25+240～K25+635，开采区坡脚距公路15～40 m。开采破坏规模最大，开采高程介于2 995～3 200 m之间，开采范围相对高差约205 m。开采掌子面从山脊处弯折成南、北两个开采“三角面”，根据现场调查及物探资料揭示，Ⅳ区松散堆积层平均厚度约0.5 m。需清理危岩平均厚度约为1 m。Ⅳ区采石场上部陡崖近直立，陡崖最高约40 m，岩层近直立，走向与公路大致垂直，开采形成的掌子面参差不齐，岩体节理裂隙较发育，岩体较破碎，陡崖上危岩体发育。
Ⅳ区中部斜坡较陡，平均坡度约38°，斜坡上分布大量崩塌落石，孤石块径一般约0.2～1.5 m，最大约2 m，多呈棱角状。斜坡下部坡脚处由于人工开挖取土，形成了3个取土坑，其中两个坑相连，取土坑宽约66 m，沿坡面斜长约40 m，开挖厚度约5 m。另一个取土坑底边宽约37 m，沿坡面斜长约45 m，开挖厚度约12 m。开挖取土后，后壁不断掉块、垮塌，向后发展，现场调查期间掉块时有发生。
根据现场调查，Ⅳ区威北公路左侧坡脚一带目前堆积有大量施工弃渣，主要以块石、碎石为主，块石块径一般0.8～1.5 m，碎石粒径2～5 cm。
3.2开采边坡的稳定性分析
开采边坡的岩性为变质灰岩，岩体裂隙不甚发育，岩体完整性相对较好，根据采石场的开采特征及工程地质类比综合判定，边坡整体稳定，不会产生整体破坏。
边坡开采之后，在后部陡崖及坡面上发育有危岩体及坡面危石，一旦滚落，势必会威胁坡脚的威北公路及行人车辆安全，需及时清除。
4采石场的矿山环境问题
柏木峡采石场的石料开采，不仅改变了原有的地形条件与地貌特征，造成了山体破损、岩石裸露、植被破坏等现象，而且增加了崩塌等地质灾害发生的风险。
4.1改变地形地貌、破坏自然景观
采石活动改变了开采区的原有地形条件和地貌特征，采石后使地形坡度变大，形成巨大的开采裸露“三角面”，后壁高陡临空，开采面上山体松动、破碎，岩石裸露；坡面被弃渣碎块石、岩屑覆盖，也破坏了原地表的植被生态系统。造成现场景观与周边自然地形地貌、植被覆盖形成很大视觉反差，与周边自然环境极不协调。经统计，采石场4个分区破坏的地形地貌景观共计达145 850 m2，破坏程度严重，恢复治理的难度较大。
由于开采“三角面”面临威北公路，而威北公路为通往互助北山国家地质森林公园的必经之路，给数以万计的过往游客造成视觉上极大的不适感，影响公众心理，降低互助乃至青海在国际、国内旅游者心目中的形象。在当地自然条件下，采石场区域内自然环境及植被系统短期内很难自然恢复。因此采取工程措施进行客土绿化恢复植被显得极为必要。
4.2破坏地质环境、引发地质灾害
采石场原有自然地理及地质环境是经漫长的地质作用改造的产物，人类工程活动应与之相协调。各种地质作用使原有坡体稳定性相对平衡，坡体结构一旦遭到破坏，产生地质灾害的风险大为增加。
该采石场开挖山体，爆破取石，对山体的稳定性和自然平衡势必造成极大扰动，地质环境造成破坏，开采后的巨大临空面上产生崩塌、危岩等地质灾害，随时发生坠落式崩塌。由于危岩体位置高出坡脚100～205 m，崩塌后较大块体将会产生跳跃式滚动，严重危及下方威北公路及车辆、行人的安全。因此，采用工程措施防治崩塌危岩显得极为必要。
5防治思路及治理对策
该矿区的防治思路及治理对策主要考虑为采石场边坡治理工程和绿化工程两部分，由于专业性质的差异分别进行叙述。
5.1边坡治理工程
5.1.1清除危岩
为防治崩塌危岩等地质灾害，同时为中下部地质环境治理工程施工提供安全保障，对上部陡崖发育的危岩，采用人工配合小型机械撬落，使碎块石滚落至坡脚一带。
5.1.2清理危石、平整坡面及刷坡
上部陡壁清危完成后，对坡面上的崩坡积碎块石、孤石、危石进行人工配合机械清理，清理时自上而下，坡脚设置警戒线，严禁人员在坡脚活动。坡面清理完成后，按设计边坡断面放线进行削方刷坡，自上而下施工，不得欠挖或乱挖，严禁掏洞开挖和爆破施工。遇有边坡高度、平台宽度、边坡坡率变化时，应平缓过渡，保证坡面连续顺畅。在各级边坡与自然边坡相接处，应平缓过渡，顺畅连接。
5.1.3坡脚填筑边坡
Ⅳ区坡脚区需要填埋取土坑和回填坡脚（格宾石笼），拟利用坡脚带堆积的碎块石和弃渣。覆坑整平利用推土机、装载机等设备将废渣按削高填低的要求推平，并大小级配混合，以利于压实，消除架空现象。平整后地面必须平顺，无大坡度和沟坎，以利于上层腐植土的覆盖和植树、草灌绿化。
5.1.4格宾石笼
格宾网石笼网眼尺寸为80 mm×100 mm，使用线径内径和外径分别为3.0 mm/4.0 mm，石笼尺寸1 m×1 m×2 m及1.55 m×1 m×2 m，垂直摆放。格宾供货厂家需提供至少国家一级实验室以上资质单位出具的网面抗拉强度检测报告。
5.2绿化工程
5.2.1三维网客土草灌绿化
（1）边坡处理。将边坡上堆积的碎块石等杂物清理干净，将低洼处回填夯实平整，确保坡面平顺。
（2）铺设三维网。将三维植被网沿坡面由上至下铺于坡面上，网与坡面之间保持平顺结合。三维网幅宽1.5 m，搭接宽度为10 cm，周边卷边10～15 cm，预埋三维网铺于坡顶时需延伸40～80 cm，埋于土中并压实，每100 m2坡面需用三维网面积为113.17 m2。将三维网自下而上用ф8 mm的U型钢钉固定，U型钢钉长67 cm， U型钢筋间距约1.0 m，中间用ф8 mm的U型钢钉进行辅助固定。每100 m2需用钢钉160个合计42.43 kg。三维植被网铺设完毕，将客土均匀覆盖于三维植被网上，将网包覆盖住，直至不出现空包，确保三维植被网上客土厚度不小于40 cm。然后将肥料施洒于表层。肥料为氮∶磷∶钾=15∶15∶15或氮∶磷∶钾=10∶8∶7的复合肥及含N有机质，肥量约为30～50 g/m2。
（3）撒播草籽。覆土回填完毕，进行人工撒播草籽，即将草籽（按25 g/m2左右撒播）和促使其生长的肥料及水按一定比例混合搅拌后均匀撒播于坡面上。
（4）养护管理。撒播植草完成之后，必需定期进行养护，直到草坪成坪。
5.2.2坡脚栽种乔、灌木
在坡脚带区域内，按行距2.0 m、株距2.0 m梅花状栽种当地耐旱乔木，乔木选用青杨，乔木胸径不小于3 cm。由于栽种区多为砂砾石空隙大，为确保所栽种树木的成活率，所购树苗应带直径不小于30 cm的根系土球。乔木之间栽植怪柳、柠条等灌木幼苗。栽种后，及时浇水养护，养护期为两个月。
5.2.3养护管理要求
养护管理期的主要内容包括施肥、浇水、病虫害防治等。
6结语
通过对矿区治理工程的实施，不但能抑制和缓解因矿业活动而产生的一系列生态环境问题及地质灾害，减缓生态环境被破坏的速度，逐步达到人与自然的和谐，实现矿产资源的可持续开发。但是由于青海省对于高边坡矿山的治理属于起步阶段，治理思路和防治对策存在一定的局限性，故对新技术、新方法的应用方面有待思考。
致谢：在此特别感谢项目协作单位青海九○六工程勘察设计院及青海省水文地质工程地质勘察院的大力支持。
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