三亚市废弃花岗岩矿山地质环境问题及治理

夏 南，薛桂澄，傅杨荣，柳长柱，陈 毅

(1.海南省地质调查院，海南 海口 570206;2.中国地质大学(武汉)，湖北 武汉 430074)

1 基本概况

三亚市位于海南岛最南端，是海南省南部经济、文化中心和交通枢纽，是世界知名的热带滨海旅游城市。三亚地势北高南低，北面环山，南面临海，从北至南分布着山地、丘陵、剥蚀堆积平原、河流堆积平原、滨海堆积平原等地貌类型。区内地质构造复杂，岩浆活动频繁。陆地已探明的矿种主要有水晶、花岗石、石灰石、石英砂等，矿山规模以小型为主。20世纪末海南建省，城市基础设施建设迎来高峰期，建筑用花岗岩矿山开采遍地开花。由于缺乏地质环境保护意识，乱采滥挖现象普遍，大部分矿山闭坑后未经治理成为了废弃矿山。近年来，三亚市逐步建设成为世界知名的旅游城市，废弃矿山产生的地质环境问题已逐渐影响到人们的生活和三亚旅游城市形象。因此，对废弃矿山的治理工作十分紧迫。

2 矿山地质环境问题

2.1 废弃矿山分布情况

废弃矿山指开采结束后，没有及时进行边坡治理、复垦绿化等生态及环境恢复性治理工作的露天矿山［1］。三亚市境内共存在废弃花岗岩矿山43个，主要分布在吉阳镇、凤凰镇、崖城镇和天涯镇。其中36个废弃矿山沿着环岛高速公路、绕城高速公路等主要交通干线两侧分布(图1)。

2.2 矿山地质环境问题

区内存在的矿山地质环境问题主要为资源毁损和地质灾害隐患。资源毁损主要表现在土地资源占用及破坏、矿区植被破坏和地形地貌景观破坏。地质灾害隐患主要表现在高陡边坡危岩崩落、残积土边坡崩塌等。

2.2.1 土地资源占用及破坏

一种是矿山开采场地(原采矿区)占用和破坏土地;另一种是矿山配套生产设施和临时建筑占用和破坏土地资源。据统计，目前存在的43个废弃花岗岩矿山累计占用和破坏土地面积达到了44 hm2。其中露采场累计占用和破坏土地43 hm2。配套生产设施和临时建筑占用和破坏土地1 hm2。

2.2.2 植被破坏

三亚市属于热带季风岛屿型气候，降雨量大，森林植被覆盖率高，植被生长旺盛。矿山露天采矿需要砍伐植被和剥离残积土覆盖层，地表自然植被及人工植被遭到了严重破坏。调查发现矿山未开采区域植被发育状况良好，主要为桉树、芒果树、灌木、杂树和荒草等。矿山露采场、矿山生产设施及临时建筑等占用场地范围内原有植被已被完全破坏，再生植被发育较差，整个开采区及临时占用场地大多处于直接裸露状态，植被破坏较严重。

2.2.3 地形地貌景观破坏

交通道路是城市景观的骨架，是城市功能的重要组成部分，道路附近的景观直接影响来往人流对城市的直观印象。三亚市大部分废弃花岗岩矿山位于重要交通干线两侧，来往通行可直接看到破损的山体和裸露的石壁，矿山建设与采矿活动使得原有的地形条件和地貌特征发生了改变，对城市生态与景观的影响较大。

2.2.4 地质灾害隐患

区内矿山大多采用一坡到底的开采方式，未形成开采台阶。矿山开采形成了多处高陡边坡，局部近直立，边坡高度20～120 m，坡度60°～90°。部分边坡花岗岩节理裂隙发育，在强降雨或产生强震动时，位于高陡边坡局部节理裂隙交叉形成楔形的危岩易发生崩落，形成危岩崩落地质灾害。此外，部分矿山露采边坡顶部残积土覆盖层较厚，局部达到了10 m左右，稳定性较差，在强降雨作用下局部发生了崩塌地质灾害。

图1 废弃花岗岩矿山分布图Fig.1 Mines distribution of abandoned granite

3 工程治理措施

废弃花岗岩矿山地质环境治理措施分为边坡稳定性治理工程和生态复绿工程。边坡稳定性治理工程是废弃矿山生态环境治理的基础和第一步，主要作用是促使边坡稳定，为生态复绿工程提供基础。生态复绿是矿山生态环境治理的关键和重点，生态复绿工程必须在矿山边坡达到总体稳定的基础上进行。

3.1 边坡稳定性治理工程

边坡稳定性治理工程主要指对地质灾害隐患的治理。地质灾害隐患治理措施主要有四个方面:①清除废弃矿山坡面上的浮石、活石、危石;②利用锚杆、锚索等工程设置稳固坡面上的危岩体;③采用注浆加固工艺等方法将滑移岩体与稳定岩相固接，以达到消除危岩崩落、岩体移动等地质灾害隐患;④通过修建挡土墙等工程对较软、松散、破碎的岩体临界面处设置支挡构筑物，以消除其重力、地下水和地表水作用所引发的地质灾害。通过治理，消除岩石边坡存在的落石、崩塌、滑坡等地质灾害隐患，为后序绿化工程创造安全稳定的基础，是废弃矿山生态环境综合治理工程的重要前提条件和安全保障。

目前国内采用的治理方法主要有削方减载、挂网支护、锚杆(索)加固、锚杆(索)挡墙支护、锚喷支护、重力式挡墙支护等。

3.2 生态复绿工程

根据花岗岩矿山不同区域的地貌特点和治理难易程度，可以将采石场分为迹地和石壁两种不同类型区，分别采取不同的技术方法进行整治［2］。

3.2.1 迹地绿化工程

三亚市废弃花岗岩矿山迹地面积达到了44 hm2。迹地绿化工程是整个生态复绿工程的重要组成部分。矿山迹地一般较平整，绿化工程相对石壁容易的多，但往往该区域堆存有一定厚度石块、石渣，植物很难自然生长。场地整理和换土工作是关键，首先场地需要达到林业种植的场地条件，之后对场地采用覆土等手段营造生长条件。另外，植被树种的选择也是绿化工程成败的关键环节，首先考虑该区域未来的土地用途、土壤和气候等条件，并参考省内、市内其他同类工程复绿效果等因素综合分析，尽量选择当地生长的树种。三亚市常用的树种主要有小叶榕，小叶桉树、小叶相思、大叶相思等耐瘠薄、耐干旱树种，藤类植物主要选择爬山虎、三角梅等。

3.2.2 石壁绿化工程

石壁治理应根据采石场的岩性、石壁坡度和石壁表面粗糙程度等采取相应的措施。其核心是植被恢复，并在此基础上达到系统的自我维持，实现生态系统的良性循环和健康。石壁绿化工程是花岗岩矿山生态复绿工程的重点和难点。石壁的最大特征是坡面光滑，无任何种植基质，而且坡度大多超过80°，甚至达90°，是名副其实的“悬崖峭壁”。显然，石壁的复绿是极其困难的，几乎是生态恢复中的难度极限［3］。

石壁的复绿是一项复杂的坡面生态工程技术，它涉及工程力学、环境生态学、植物学、土壤学、肥料学、园艺学等多个学科领域。因此石壁的植被恢复异常艰难，是一个世界性的难题。部分发达国家如美国、德国、英国和日本等在该领域研究较早，开创了一系列绿化工程技术方法，如种子喷播法、客土喷播法、植生吹附工法、钢筋水泥框格法、植生卷铺盖法、纤维绿化法、厚层基材喷射绿化法、生态多孔混凝土绿化法以及客土袋液压喷播植草法等等［4－5］。国内目前石壁复绿采用的技术方法主要有爆破燕窝复绿法、阶梯复绿法、喷播复绿法、厚层基材分层喷射法、筑台拉网复绿法、香根草复合生态技术快速复绿法、景观再造法、飘台复绿法等。总结国内外石壁复绿的方法和经验，并结合三亚市的实际情况，石壁的治理推荐以下几种方法:

(1)阶梯复绿法 首先将开采面治理成阶梯形，并在每级阶梯上覆土种树，待树木长大后可实现有效遮蔽裸露岩壁的复绿方法。阶梯的高度、宽度、覆土厚度、树种选择和排水系统是该方法的主要技术要点。阶梯的高度和宽度设计要充分考虑施工条件和树种情况，也要考虑遮盖石壁效果。一般要求台阶高度不超过10 m，宽度不低于5 m，覆土厚度1 m以上。同时需要做好排水系统建设，防止降雨对覆土和树木的冲刷破坏。另外在树种选择上，要选择适合当地生长、根系发达且绿化效果好的树种。该项方法主要适合于边坡较陡、高差较大、边坡后缘有可拓展空间、边坡稳定、节理裂隙不发育的矿山。优点是施工技术简单、成熟、易操作;复绿效果明显且长久、可取得良好的视觉效果;阶梯拓展开采的石料可作为资金回收，销售资金可冲抵部分治理经费;后期养护成本较低。缺点是受地形条件限制、治理时间长、见效慢、对边坡及周边植被将造成暂时的二次破坏等。

(2)喷播复绿法 利用特制喷混机械将土壤、有机质、保水剂、粘合剂和种子等混合后喷射到岩面上，在岩壁表面形成喷播层，营造一个既能让植物生长发育而种植基质又不被冲刷的稳定结构，保证草种迅速萌芽和生长［6］。喷播基材、保水剂及粘合剂用量、挂网、草种选择是该方法主要技术要点。该项方法主要适用于边坡较缓(一般＜65°)、采坑边坡较稳定、节理裂隙不发育、当地气候湿润，降雨充沛的矿山。优点是工期短、施工方便、技术简单易管理，可在短期内达到复绿效果;缺点是对边坡稳定性要求高、工程造价较高、植被绿化实效短、养护时间长且养护管理成本高。

(3)爆破燕窝复绿法 采用爆破、开凿等方法在石壁上定点开挖一定规格的巢穴后，往巢穴中加入土壤、水分和肥料，最后种植合适的速生类植物［7］。爆破技术、巢穴规格、土壤和植物种类的选用是该方法主要技术要点。该项方法的优点是植物物种选择范围广、植被生长迅速，成活率高，能实现快速绿化效果。缺点是巢穴施工难度大，成本高，施工安全管理要求高，另外植物生长初期条件恶劣，复绿速度较慢。

(4)飘台复绿法 是专门针对高、陡岩石边坡快速生态修复的新型绿化技术，适用于坡度＞60°的高陡裸露坡面的生物护坡方法。施工时在岩壁上钻洞灌浆，用钢架支撑起一行行长短不等的飘台，然后在飘台中填土种植适宜的植物。飘台种植槽规格、种植基质组分、植物选择和灌溉系统是该方法的主要技术要点。该项方法主要适用于边坡稳定、周边有充足水源等能够满足日常养护条件的矿山。优点是施工技术简单、易操作;工程施工进度快、复绿效果显现快。缺点是工程投入大，后期养护周期长，成本高;对采坑边坡稳定性要求高，飘台存在较大的安全隐患。

4 行政措施

三亚市废弃花岗岩矿山地质环境治理的任务重，难度大。为保障治理工作的顺利实施，行政措施势必发挥至关重要的作用。三亚市废弃花岗岩矿山治理的行政措施重点关注以下几个方面:

4.1 加强领导，推进废弃矿山地质环境治理工作的开展

政府应切实加强领导，把废弃矿山地质环境治理纳入全市社会经济发展和生态文明建设规划，将废弃矿山地质环境治理工作同经济建设和社会发展的总体部署结合起来，真正把废弃矿山地质环境治理当做事关经济发展的一件大事。通过国土资源主管部门的组织与协调，广泛动员与吸纳社会各阶层人士、单位、团体参与到矿山地质环境治理工作中来，全面推进废弃矿山地质环境治理工作的开展。

4.2 依靠科技进步、科技创新，选择最佳治理方案

加大科技投入，提高矿山生态环境治理水平。开展废弃矿山治理新方法的试验和研究，摸索最合理的治理方案。积极探索生态树种的选择、客土基质的配制、生态治理规范和标准的制订等。建设矿山地质环境治理示范工程。引导全市矿山地质环境治理工作的全面开展。

4.3 加强废弃矿山地质治理工程项目管理

废弃矿山地质环境治理工程项目必须严格执行项目管理制度，建立和完善工程立项、审批、实施，质量监督与工程验收制度，实施动态管理。加强工程资金的管理和监督，确保项目建设资金专款专用，最大限度地发挥投资效益。

4.4 建立多元化治理资金投入渠道

多渠道筹集资金，增加对矿山地质环境治理的投入。建立政府、社会和责任企业共同参与的矿山地质环境治理方式，实现矿山地质环境治理经费利用的规范化。

4.5 加强废弃矿山地质环境治理宣传教育

增强公众对废弃矿山地质环境治理工作重要性的认识，为治理工作的有效实施奠定社会基础。通过电视、广播、座谈会等形式宣传废弃矿山地质环境现状和治理形势等，提高公众的认知度。

［1］石永国.露天废弃矿山治理方式及安全措施［J］.金属矿山，2011(8):151－154.

［2］方华，欧阳育林，林建平，等.采石场生态整治的技术与行政措施——以深圳市为例［J］.水土保持研究，2004，11(1):171 －173.

［3］杨冰冰，夏汉平，黄娟，等.采石场石壁生态恢复研究进展［J］.生态学杂志，2005，24(2):181 －186.

［4］Ga lan E，Carretero MI，Mayoral Z.Amethodology for locating the original quarries used for constructing historical buildings:application to M dlaga Cathedral，Spain［J］.Eng.Geol，1999，54(34):287 －298.

［5］Hengchaovanich D.Vetiver Grass Slope Stabilization and Erosion Control［M］.Bangkor:Office of the Royal Devec Lopment Projects Board，1998.

［6］张俊云，周德培，李绍才.厚层基材喷射护坡实验研究［J］.水土保持通报，2001，21(4):44 －46.

［7］Cullen WR，Wheater CP，Dun leavy PJ.Establishment of species-rich vegetation on reclaimed limestone quarry faces in Derbyshire，U K［J］.Biol.Conser，1998，84:25 －33.