北京市矿山地质环境评价

秦 沛

（北京市地质工程设计研究院，北京密云 101500)

1 矿山地质环境

1.1 现状

北京矿产资源开采历史悠久，遗留问题较为突出。2004年至2012年，累计关闭固体矿山808家。自2003年起开展废弃矿山地质环境治理，效果显著。但矿山废水(渣)、崩塌、采空塌陷、占用、损坏土地资源及地形地貌景观破坏等，对环境影响仍然较大。

1443(含在生产34)处矿山中，已经治理407处；改建成道路、公园、房屋、池塘等综合利用289处；可以自然恢复121处；未治理且存在矿山地质环境问题538处；局部治理、待进一步治理88处。

（1）已治理的矿山

共治理矿山4511.68ha。其中：实施矿山地质环境治理项目58个；21家矿山企业编制了《矿山地质环境保护与治理恢复方案》并实施保护与治理工程。

（2）已综合利用的矿山

部分关闭废弃的矿山根据当地城镇发展规划已经进行了综合利用，主要是砂石坑及砖瓦用粘土矿矿区修建或改造成道路、公园、厂房、鱼塘、大棚菜种植等，废弃矿山经过平整后增加了农林业或工业用地，使废弃矿山的土地得到了有效利用，给当地带来较好的经济效益和社会效益。

（3）可自然恢复的矿山情况

部分粘土矿、建筑用砂、金矿在现阶段可自然恢复。面积共计439.50ha。

（4）待治理的矿山情况

经统计，共有13351.41ha需要治理。其中538处矿山未进行过治理；88处矿山局部治理，尚需进一步治理。

1.2 矿山地质环境特点

北京市矿山地质环境问题具有：类型齐全、破坏面广、分区明显的特点。

（1）类型齐全：包括地形地貌破坏，采空塌陷、地裂缝、崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害，废渣石、煤矸石等压占土地；水土污染等均有不同程度的发育；

（2）破坏面广：北京市矿种齐全，分布广泛。京西的煤矿以及密怀平的铁矿、金矿的大量开采，造成山区矿山地质环境破坏，平原区广泛分布的优质砂砾石资源，在带来大量的经济利益的同时，也使地质环境不可避免的遭受破坏，造成破坏耕地、扬沙扬尘等；

（3）分区明显：北京市矿种分布比较集中，由此造成的地质环境问题也相对集中，形成不同地质环境问题分区。

①山区主要有密云铁矿，房山、门头沟的煤矿，平谷、怀柔及昌平的贵金属及各类石灰岩。主要有崩塌、泥石流、滑坡、采空塌陷、地裂缝、煤矸石压占土地、地形地貌破坏等。

②平原区建筑用砂、砖瓦用粘土等，砂石料主要分布于潮白河、清水河、南独乐河、泃河、永定河等河道附近。粘土矿主要分布于各区县山前平原区地带。主要问题有占用破坏土地，破坏植被，甚至改变本区的地形地貌及土地结构，采场未及时恢复，使土肥能力降低，长期裸露使土地沙化等。

1.3 矿山地质环境问题

主要有：地形地貌景观的破坏、压占破坏土地资源、矿山地质灾害及隐患、环境污染、地下含水层破坏等。

（1）矿山地质灾害

北京市矿山地灾及隐患共139处，其中崩塌73处、滑坡4处、采空塌陷39处、地裂缝8处、潜在泥石流沟15处。主要分布在房山、门头沟、延庆、平谷、顺义、怀柔和密云等区县。见图1、图2。

图1 采空塌陷区房屋变形

图2 沟谷内的大量废渣

（2）地形地貌景观破坏及占用损坏土地资源。

由于矿山开采方式多为露天开采，由此造成了对地形地貌的改变、地貌景观的破坏、占用损坏土地资源。主要表现为矿山采场、固体废弃物、尾矿压占土地资源。见图3、图4。

图3 铁矿开采对地形地貌的影响

图4 煤矸石堆积占用土地

目前全市因采矿占用破坏仍需治理的土地总面积为13351.41ha。按照2011年划分的地类统计,破坏的主要土地地类是采矿用地、灌木林地及其他草地。

（3）矿山废水、废渣对环境的影响

①废水：矿山废水主要是指在生产矿山企业的矿坑水、选矿废水及生活污水，主要为煤矿和铁矿。近几年，矿山企业加大了对废水的循环利用，均建有污水处理系统，生产及生活废水基本不会对矿山地质环境造成危害。

②废渣：矿山废渣分为废石（土）、尾矿、煤矸石3类，废石（土）分布零散，各区县均有分布，尾矿主要分布在密云铁矿区，煤矸石主要分布在房山及门头沟煤矿区。废渣排放去向主要堆积在山谷坡地上不仅占用破坏土地、为泥石流提供物源，而且污染水土环境和污染大气等。目前，关闭废弃矿山遗留废渣石415万m3，煤矸石1107万m3，合计1522万m3。

③水土环境：在白马关河、牤牛河流域和潮河流域地表水均达到了地表水二类标准及以上。其他Ca、SO42-、HCO3-水样中含量相对较高。

经分析测试，约80%的样品中重金属含量均接近于北京市土壤背景值。但部分地区土壤重金属超标严重,个别点Cd、Pb、As最高超出背景值数百倍,Hg最高超出背景值达千倍。

金属(尤其是金)矿区是重金属富集的主要来源。初步分析，As、Pb、Cu等重金属元素与金伴生，Hg元素超标主要是使用混汞提金法和氰化物喷淋法采选工艺，造成金矿尾砂及周边土壤中汞的严重富集。

（4）对地下含水层的影响

主要是煤矿深部及部分铁矿地下开采改变了含水层原有的补、径、排条件，致使水位下降，局部由承压转为无压，形成大面积的下降漏斗区。

老窑、小窑煤矿开采层较浅且部分疏干的含水层通过大气降水、废弃巷道积水及其他通过相互贯通的水力通道补给，部分采空区及部分含水层已经充水，地下水位有一定的回升。据探测，门头沟龙泉镇地区的历史小窑开采深度均在50m以下，目前已充水处于稳定。

2 矿山地质环境评价

2.1 评价原则及评价方法的选择

（1）评价原则

①统筹兼顾：以开发所引起的矿山地质环境问题和治理情况为主兼顾矿山的自然地理位置、地形地貌及水工地质等地质环境背景条件。

②综合分析：分析各种因素，综合考虑不同的矿种、不同的开采方式所引发的环境地质问题不同它们之间的联系。

③以人为本：综合评估中，要着重考虑对生命财产安全和人居环境造成严重威胁的地质灾害等不利因素及能改善人居环境的积极因素要。

④结合实际：按照《全国矿山地质环境调查技术要求实施细则（试用稿）》,“以采矿对矿山地质环境造成的影响为主”，结合北京实际：97.6%矿山已经闭坑；50%的矿山已经治理或可自然恢复。因此，从评估因子、指标权重、评估分级等方面充分考虑上述情况。

（2）评价指标选取方法

依上述原则选取评价指标：一是从引起矿山地质环境问题的原因方面选取指标，即成因指标；二是从矿产开发所引起的矿山地质环境问题方面选取指标，即结果表现指标。

（3）数据处理方法

ArcGIS 具有强大的空间信息处理、分析、存贮和管理功能，在ArcGIS支持下可以实现矿山地质环境的空间评估。因此,应用ArcGIS进行数据处理。

（4）评价指标量化分级方法

按照一定的标准分级，消除指标间量纲不同的影响。把地形地貌、岩土体工程地质条件、采矿方式和危害与损失等4个指标划分为3个等级。依据采矿破坏影响对象的性质及重要程度、采空区面积的大小、占用破坏土地面积的多少、所产生灾害数量的多少、灾害规模及矿山未治理面积，分别将破坏影响对象、采空区面积、占用破坏土地面积、灾害数量、灾害规模、危害与损失和治理情况等6个指标划分为4个等级，以表明采矿所带来的不同数量、规模、危害程度的地质灾害，对地质环境的不同影响以及不同的治理面积对改善地质环境的不同效果。

（5）评估指标权重确定方法

评估指标权重通过层次分析法确定。计算出各要素的权重，并进行一致性检验，当CR（随机一致性比率）＜0.1时，判断矩阵具有满意的一致性，否则就需要调整，直到达到满意的一致性为止。

（6）矿山地质环境指数计算方法

矿山地质环境综合评估需要将成因指标和结果表现指标，通过一定的数学模型加以计算，得到一系列连续数值，以此数值来反映地质环境状况。地质环境质量与数值大小呈反相关，即数值越大，地质环境质量越差。本次采用综合指数法建立评估数学模型，公式如下：

式中，GEI为地质环境指数，数值由小到大表示地质环境质量由好至差；wi为评估指标权重；GEI为评估指标等级；n为评估指标个数。

（7）矿山地质环境分级方法

上述公式计算得到的GEI是一系列连续数值，在ArcGIS软件支持下，使用“natural breaks”（自然断点法）将GEI分成3级，分别代表矿山地质环境影响严重区(Ⅰ）、较严重区(Ⅱ）和轻微区(Ⅲ)。

2.2 评价结果

（1）评价指标的确定

评估指标选取的方法，首先从成因方面选取指标，包括自然成因因子和人为成因因子。地形地貌和岩土体工程地质条件是矿山地质环境问题产生的重要自然因子；采矿方式有井下开采、露天开采及井下和露天联合开采3种方式，不同的采矿方式引起的地质环境问题的数量、规模、表现方式不同；矿山地质环境治理情况表明当前情况下，用于改善矿山地质环境所投入的治理资金的大小，反映了政府对矿山治理的力度。其次从采矿对矿山地质环境造成的不良后果即结果表现方面选取指标。破坏影响对象、采空区面积、占用破坏土地面积、灾害数量、灾害规模、危害与损失这些指标表明了采矿对地质环境影响破坏的状况和程度（图5）。

（2）量化分级

采用上述方法，在ArcGIS支持下，将上面确定的10个指标进行处理，依据上面确定的量化分级方法，将各指标量化分级。

图5 矿山地质环境评估指标

在ArcGIS中，将上述量化分级结果以空间图的形式表现出来，得到单个评估指标分布(分区)图。

（3）评估指标权重

采用上面确定的层次分析法，首先构造两两比较的判断矩阵。然后计算各指标权重，最后，检验判断矩阵的随机一致性，计算结果为：CR =0.06<0.1，表明判断矩阵具有满意的一致性，不需重新调整。

（4）矿山地质环境指数计算结果

计算得到 ，并生成GEI数值柱状分布图（图6）。可以看出，GEI数值呈偏态分布，表明矿山地质环境影响轻微区面积相对较小。计算所得GEI是一系列连续的数值，介于0.7～2.8之间，断点分别位于1.1和1.6处，据此，在AcrGIS中使用自然断点法，将GEI分成3类，分别为矿山地质环境影响严重区(Ⅰ)、影响较严重区(Ⅱ)和影响轻微区(Ⅲ)。评估分区标准见表1。

图6 GEI数值柱状分布图

表1 矿山地质环境综合评估分区标准

根据ArcGIS中生成的评价分区图，北京市矿山地质环境影响严重区79.05km2，主要分布在门头沟、房山、怀柔和密云等地区；较严重区64.58 km2，主要分布在房山、昌平、平谷、怀柔和密云等地区，顺义有少量分布；轻微区12.08 km2，主要分布在房山、怀柔和延庆等地区，平谷有少量分布（见图7）。

图7 北京市矿山地质环境影响评价图

3 结论

通过调查，详细查明了北京市矿山地质环境现状及对生态环境的影响。为合理开发矿产资源、保护矿山地质环境、恢复矿山生态，提供了基础资料；为加强矿山地质环境的监管、加快矿山地质环境恢复治理、实施矿山地质环境监测，提供了基础资料和科学依据。同时表明：矿山(主要是关闭矿山)地质环境历史遗留问题较突出，缺乏对矿山地质环境的全面监测，治理工作仍需加强。

（1）关闭(废弃)矿山地质环境历史遗留问题较突出

废弃矿山占矿山总数的97.6%，废弃矿山中94.6%矿山仍未治理；矿山地质环境问题类型齐全、破坏面广，既有关闭废弃矿山采空塌陷等地质灾害、地形地貌破坏、废渣(煤矸石)等压占土地。又有水土污染、大气污染等；全市因采矿占用破坏仍需治理的土地总面积为13351.41ha，其中废弃矿山11531.81ha，占86.4%。在生产矿山1819.6ha，占13.6%。废弃矿区及沟谷内有废渣石约425万m3，煤矸石约1111万m3；各矿山废水、淋滤水和矿区内水样品测试中未有发现明显的水质污染，但金矿矿山的土壤样品测试中存在明显的重金属污染，局部达到重度污染程度；废弃矿山分布范围广，治理任务依然艰巨。分布在道路、湖泊、风景名胜区的建材类固体矿山因治理措施复杂、治理费用较高，成为治理工作的重点和难点。

（2）矿山地质环境问题总体影响范围较小，但严重区、较严重区比例较高。

采用地质环境指数法进行评估，利用ArcGIS软件，使用“natural breaks”（自然断点法）分级，对矿山地质环境问题进行综合评价。

将矿山地质环境影响区分为3个区：矿山地质环境影响严重区(Ⅰ)7个、影响较严重区(Ⅱ)14个和影响轻微区(Ⅲ)13个。矿山地质环境影响严重区面积为79.05km2，主要分布在门头沟、房山、怀柔和密云等地区；矿山地质环境影响较严重区面积为64.58 km2，主要分布在房山、昌平、平谷、怀柔和密云等地区，顺义有少量分布；矿山地质环境影响轻微区面积为12.08 km2，主要分布在房山、怀柔和延庆等地区，平谷有少量分布。

[1]北京市地质工程设计研究院.《北京市矿山地质环境现状调查评估及治理对策研究成果报告》北京，2014.

[2]《北京市区域地质志》.北京市地质矿产局,1991.

[3]《典型矿山调查报告》.北京市地质工程设计研究院、北京市环境保护监测,2002年.

[4]《县市地质灾害调查与区划细则》.国土资源部，2006年.

[5]《北京市废弃矿井调查报告》，北京市地质研究所、北京市地质矿产勘查开发总公司、北京市地质工程设计研究院，2008年.

[6]《北京市在生产矿山地质环境调查及治理对策研究报告》，北京市地质研究所、北京市地质工程设计研究院，2009年.

[7]《北京市治理矿山地质环境现状调查》，北京市地质工程设计研究院，2011年.

[8]《北京市矿产资源集中开采区矿山地质环境调查》，北京市地质环境监测总站，北京市地质工程设计研究院，2012年.