冀东地区铁矿开采的水环境问题

刘 真,刘平贵

(1.中国地质图书馆, 北京 100083；2.中国地质科学院水文地质环境地质研究所，河北 正定 050803)

冀东地区铁矿位于唐山的迁安、迁西、遵化和承德的青龙、宽诚、兴隆等县。该区铁矿资源丰富，仅唐山地区保有量就有约 57.5 亿t，是全国三大铁矿区之一。20世纪80年代到90年代，地方中小铁矿已形成生产规模模，产量约占全国地方矿山的1/5～1/6。近年来,国内钢铁供需矛盾突出，开发铁矿利润丰厚，地方小铁矿数量巨增。虽然国家和地方政府对小矿山进行整合并加强了管理，由于受开采设备和技术条件的限制，矿山环境问题仍较突出。

本文通过对冀东地区多个地方铁矿的调查、研究及综合分析，重点分析和论述了地方铁矿采用疏干排水法大规模开采铁矿资源中存在的环境问题及对矿区地质环境和水环境的影响，并就冀东地区矿山开采宏观调控提出建议。

1 矿产资源及地质环境

1.1 矿区自然地理概况

铁矿主要分布在燕山山区和滦河中游地区，属燕山侵蚀构造山地丘陵亚区低山丘陵。研究区属大陆性气候，冬季寒冷干燥，夏季湿润多雨，春季多风。区内河网水系发育，河流和人工水库较多，这些地表水体对该区水文地质条件有较大的影响。

1.2 铁矿资源及开采概况

该区铁矿主要蕴藏于太古界迁西群变质岩中，以受变质沉积型铁硅质建造矿床为主，一般称其为“鞍山式”铁矿。该区小铁矿主要为露天或地下开采，地下开拓系统由平硐-斜井-竖井联合组成，采用浅孔留矿法采矿。当矿体位于当地侵蚀基准面以下的矿坑或矿井，一般均采用地下水疏干法采矿，矿体位于当地侵蚀基准面以上时，地下水由平硐或斜井疏干。

1.3 地质环境

冀东地区在大地构造单元中，处于华北地台北缘燕山沉降带中段，矿区大地构造处于马兰峪-山海关复式背斜及其两翼的次级构造穹褶、凹褶束。区内广泛出露的地层为太古界迁西群下亚群、上亚群,中、上元古界长城系。铁矿体主要赋存于太古界迁西群地层中，上覆第四系地层。

太古界迁西群主要为一套由浅粒岩、黑云变粒岩、黑云紫苏长片麻岩、二辉麻粒岩、斜长角闪岩、磁铁石英岩组成的地层；中上元古界长城系地层岩性主要为变质碎屑岩、砾岩、长石、石英砂岩、长石砂岩等，蓟县系以白云岩为主。第四系地层主要在山涧谷坡、沟谷、河谷以及盆地区，为坡积、洪积层，冲积、冲洪积层和冲湖积层。

该区断裂构造不发育，普遍发育有节理裂隙、小规模的断层和褶皱，断层延伸长度约数百米至一千多米不等。少量规模稍大的断层，如宽诚福林铁矿的喜峰口-下板城-凌源断裂、羊崖山铁矿蔡家沟断层、龙腾铁矿的F0断层、花椒园F10断层等。区内有多种岩浆岩，但规模较小。

2 矿区水文地质条件

2.1 含水层概述

区内地下水含水层主要由沟谷、河谷及盆地区的第四系孔隙潜水含水层、中低山及丘陵山区的基岩风化裂隙潜水含水层及构造裂隙潜水含水层组成。部分地段有承压裂隙水存在，但分布范围局限，水头低，水量小。

1)第四系孔隙潜水含水层：分残、坡积层，洪积层，冲积层层潜水含水层。

①残、坡积(Q4eld)层：主要分布在山涧沟谷及谷坡地带，含水层厚度0～5m，局部地段不足1m。含水层厚度较薄，分布局限，所处地貌部位不宜地下水的补给，水量微弱或基本不含水。②冲、洪积(Q4alp)层：主要分布在北部中低山区、低山丘陵山涧沟谷、河谷区，南部低山丘陵间的河谷盆地区，为第四系松散岩类孔隙潜水。

北部沟谷、河谷区潜水含水层厚度一般约5～10 m，透水性较好，地下水相对丰富。水位埋深3～5 m。局部地段含水层厚度相对较大，水量较大，大口井单井涌水量5～30 m3/d左右，部分地段大于100 m3/d，矿化度0.69～0.995 g/L，部分小铁矿的洗选场便选建在类似地段。

南部低山丘陵间的盆地及贯穿盆地的滦河、蓟运河水系及其支流两侧，发育有河漫滩和Ⅰ、Ⅱ级阶地区，含水层以太古界古老变质岩为基底，其上堆积有较厚的第四系冲积层、冲洪积层，岩性以卵石、砾石和中细砂、细粉砂为主，一般厚8～35 m，最厚达50 m。地下水位埋深3～5 m，水量相对丰富。如迁安盆地单位涌水量约10～20 m3/(d·m)，属重碳酸盐-钙镁型水，矿化度小于0.3g/L[1]。

2)基岩风化裂隙含水层：分布在滦河中游及其支流长河、柳河等流域，为基岩风化裂隙潜水。含水层地处中低山深谷及丘陵区，主要为太古界、中上元古界的变质岩、碳酸盐类。风化带发育深度约30～50 m，地下水位埋深15～30 m，局部地段埋深大于30m。含水层透水性好，水量相对丰富性，钻孔单位涌水量0.5875～6.2294 m3/(d·m)，渗透系数0.004～0.2768 m/d(据迁安羊崖山、遵化花椒园等铁矿资料)，地下水径流模数(5～10)×104m3/(a·km2)，部分地段小于5×104m3/(a·km2)[1]。多以泉的形式排泄，单泉流量10～50 m3/h不等，部分地段大于100 m3/h。属重碳酸盐-钠镁型水，矿化度小于0.27 g/L[2]。

基岩风化裂隙潜水各含水岩组受岩性、构造等条件差异控制，含水层富水性极不均一。不同含水岩组岩性不同，富水性亦相差悬殊，如常州沟组和串岭沟组富水性较弱，多数地段不含水或为隔水岩组。基岩裂隙发育密度和深度与埋藏条件，也直接控制着该含水层富水性的强弱。

3)构造裂隙含水层：由于区内广泛分布的是变质岩，构造总体上不太发育。部分地段发育的构造主要为褶皱，褶皱轴部分布有规模不等的断层和裂隙，且多被泥质充填，基本不含水。但局部地段构造带及其附近岩溶裂隙和节理发育，部分断层切穿矿体，未被充填，与地表水体水力关系密切，含水导水，富水性相对较强，但不均一。

4)承压裂隙含水层：两层片麻岩之间的混合花岗岩或磁铁石英岩裂隙发育处，一般极易形成承压裂隙水，另在深部构造带附近或凹褶轴部也极易形成承压裂隙水，局部地段承压水可涌出地表，水头0.32～13.50 m，自流量0.032～0.26L/s,渗透系数0.04 m/a[2-3]。

2.2 地下水的补给、径流与排泄

研究区其他山区地下水系统一样，多以小流域为单元，以分水岭为界在流域内形成规模不等、相对独立的水文地质单元，自成一地下水补、径、排系统。矿区多分布在山区，地下水的补给、径流和排泄，与山区沟谷地下水补、径、排模式基本一致。

山区地下水主要接受大气降水的补给，一般降水顺山坡由地势较高处运移至山涧沟谷、河谷区，除一部分形成地表水外，其他部分入渗补给沟谷、河谷区的地下水，在其底部形成地下水径流带。径流带由上游往下游运移，并在沿途与地表水相互频繁转换。山区中的沟谷和河流，是连接各水文地质单元的渠道，通过沟谷和河流将各水文地质单元串连成小区、亚区和水文地质分区。地下水动态变化主要受大气降水的控制，根据民井调查统计，地下水年变幅一般在1～2m之间。

3 采矿对矿山水环境影响因素的分析

3.1 采矿形成的主要水环境问题

1)将局部改变矿区的地质、构造条件：矿井中围岩不同程度发育有断层、裂隙及破碎带，局部地段次级构造和裂隙分布普遍。在采掘过程中，矿体和围岩的连续性和稳定性遭到破坏，使岩体原有的固结作用削弱，断层、裂隙及破碎带更加松动、加宽和延伸；同时，由于采矿爆破，会使部分岩体产生新的裂隙；特别是井下部分矿体采用浅孔留矿采矿法，这种采矿方法在一定程度上使局部浅埋区地层和岩石松动，卸荷裂隙发育，甚至有可能引起地面塌陷。

2)将局部改变矿区的地应力场和地下水流场：该区采矿历史较长，采矿活动使原有地层和岩石受扰动并遭到不同程度破坏。岩石的松动、破碎和塌陷，断层和裂隙的加宽和延伸，都将促使矿区地应力场发生改变，进而使矿区原有的地下水含水层遭到破坏。随着开采过程的进行和采空区的形成以及矿井水的不断地排出，地下水流场将随之发生改变，包括地下水的水力坡度、渗流速度、流量、水位等将随之发生较大变化，并将进一步影响或改变矿区及其相邻水文地质单元的水文地质条件。

3)将局部改变矿区地下水的循环系统：矿区地层的破坏、地应力场和地下水流场的改变，在一定程度上将改变矿区地下水的循环系统。首先表现在地下水补给来源、补给量大小、径流方向、途径、排泄点的位置、排泄量的大小等发生变化；与此同时，人类在生存中和地下水系统长期形成的相互依存的均衡关系，也因此被打破。矿区原有的地下水系统，是在漫长的地质年代中经过大自然的优化按特有的规律形成的，一旦遭到破坏，很难恢复；新的平衡系统，如地下水自身的运动规律、人类与地下水相互依存的关系等，很难在短期内重新形成。

3.2 采矿对矿区水环境的影响

1)对地下水动态的影响：地下水动态的主要因素是地下水位和流量，在正常情况下，随季节的变化呈周期性波动。矿区及其周边群众的用水(饮水或灌溉)量较小，不会打破地下水动态的平衡。矿井(坑)排水，使矿区形成地下水降落漏斗，矿区水位、水量都将发生较大变化,见表1。地下水动态这种大范围、大降深、大流量的变化，在矿区停止排水后的很长一段时间内，都将难以恢复。

表1 冀东地方铁矿矿产资源及开采设计一览表

2)对矿区及区域水资源量和生态环境的影响:正常情况下，地下水补排系统是一个动态的均衡。补给量是在当地水文地质条件的影响和控制下，在地质年代中形成的一个相对稳定的量，同样地下水的排泄量也亦然。地下水的补给和排泄的动态平衡，保证了矿区地下水资源量稳定在一个数量级上。然而，矿井(坑)疏干排水量都远远超出正常情况下地下水资源量的变化幅度和用水量，使地下水资源量的稳定性遭到破坏。其稳定性的破坏，表明当地水环境和生态环境也遭受了破坏。

3)对水资源质量的影响：水资源质量的好坏，是衡量水环境和生态环境是否遭受破坏的一个重要指标之一。该区矿井(坑)产生的废水，特别是选矿的废水基本上都排入河沟。这些废水虽经处理，但总有一部分不那么彻底。经分析表明，矿区内地表水、地下水均呈弱酸性，总硬度、矿化度、SO42—都明显偏高。这样长期下去，势必对该区的水环境和生态环境将产生较大影响。

3.3 区域水环境影响分析

冀东地方铁矿个体规模一般不算太大，铁矿保有资源储量在1000 kt以下约占调查总数的58%，其余均在1000～3000 kt，极少数超过10000 kt；开采面积多小于1 km2, 大于1 km2仅占调查总数的37%。矿山地层以变质岩为主，地下水量贫乏，矿井排水量不大。但从宏观进行分析，采矿对区域水环境的影响仍不可忽视。

该区各类大小矿山不计其数，即使整合后数量也很可观。如在唐山俗称“铁迁安”的迁安市，仅地方铁矿全市就有62家(首钢所属除外)，近期虽将其整合为14家，开采规模仍没有大的变化。这些矿山排水，对区域水资源和水环境的影响很大。又如在承德山家湾子到碾子峪这一东西狭长区域内，分布有20多个选矿厂，每日处理铁矿石达5000余t，大量取地表水或开采浅层地下水，导致该段部分河道断流，潜水位下降，民井干枯。尽管各选厂通过循环增加了水的利用效率，但水资源消耗量仍然很大。

受成矿地质条件的控制，这些铁矿山大都集中连片分布，每个矿山排水和选矿取水均形成规模不等的降落漏斗。这些降落漏斗亦集中连片分布，长期持续抽排地下水将使其相互贯通形成区域性大漏斗，进而对该区的区域地下水环境产生重大影响。

4 对冀东山区铁矿资源开发的认识

4.1 经济利益和环境代价利弊的权衡

近年来，冀东地区铁矿开发为该区经济发展和财政增收做出了重要的贡献，但也应该看到，它对当地地下水环境和生态环境也产生了重大的影响。采矿矿井(坑)排水时，降落漏斗影响范围内，地下水全部疏干，即便雨季降雨可能沿原补给渠道入渗补给一部分，但很快被人工或新的排泄渠道排走，无法重新形成地下水体。这些地段短期内当地群众生活和灌溉不仅无水可取，就连植被生长的最低需水量都无法获得。

过去在矿山开采中，采取多种措施对环境进行保护并起到一定的作用，但水环境和生态环境的破坏，目前还没有较好修复办法。只有等开矿结束后，较长一段时间内才能形成新的平衡，但原来被破坏的地下水系统已无法复原。如地下水一般情况下都会在比原来位置更低的地点重新形成新的排泄点，相应的地下水位的埋深也要加大。在一个区域，地下水位每加深1 m，人类经济活动所要额外付出的代价是巨大的。开矿对地下水环境的影响是不可逆的，从长远的观点看，目前的经济效益与水环境影响造成的损失相比，应该说是利弊相当甚至弊大于利。

4.2 要充分发挥地方政府宏观调控的重要作用

1987年，迁安有矿山6处，实际生产能力105×104t/a，90年代初增至20多处，使该县生产能力达到325×104t/a，目前该县已达3500×104t/a。与20世纪90年代初期相比，开采规模已经翻了十多倍。矿产是在漫长的地质年代中形成的不可再生的、有限的资源，越开采越少，最后将永远地在地球上消失。这种有限的资源，不应该在我们这一代为了暂时的经济利益将其全部消耗殆尽，而应该留给子孙后代一部分，他们也有权享受大自然赐与人类的资源和财富。

目前，矿山开采的技术和设备条件相对落后，特别是地方铁矿就更差一些，在开采中不可避免地要浪费资源，对矿山环境产生影响。这种资源浪费和矿山环境影响的程度，是与开采规模和数量成比例的。如果适当控制或缩小开采规模，随着技术和设备条件的逐步改善，再适当扩大，实现可持续发展，对矿山资源、环境的保护都具有重要意义。

地方各级政府对矿业发展和规划的科学制定负有重要责任，应该充分发挥各级主管部们的宏观调控作用，借鉴国外的体制和管理方法[4]，补充、修改和制定必要的政策法规和具体措施，将矿山开采规模调整到与技术设备、环境保护和资源节约相适应的最优化水平。

4.3 完善矿山生态环境保护的法律体系

矿山环境问题涉及水、气、土、岩体及生态等各方面,是一个复杂的生态环境系统,其中矿山水环境是矿山环境问题中较为重要的问题。目前，我国法律、法规条文中涉及矿山生态环境和生态环境保护的条文较少,特别是缺少矿山水环境的条文，也没有提及矿山生态环境权的内容，且没有明确的关于生态环境破坏的责任追究条款[5]。我们认为,国家环保部门和地方政府有必要研究、制定和出台关于以矿山水环境和生态环境保护为目标的管理条例,尽快完善矿山水环境和生态环境保护法规体系，使矿山环境管理和保护建立在法制的基础上。

4.4 加强国土资源监管执法的力度

由于近年来钢铁价格看好，开采铁矿经济效益可观，吸引了众多的各界人士参与到矿业开发中，这些人的专业素质、法律观念和环保意识相差悬殊。过去，执法部门在这方面作了大量工作，取得了很大成绩。但也有很多不尽人意的地方，如出于地方保护主义，对于那些无证开采、乱挖乱采、乱堆乱放，排放不达标，环保不过关等的个别现象，制止、追查、处理不力，甚至听之任之，致使部分矿山国有资源大量流失，矿山环境遭到严重破坏。

为了保证矿产资源的有序开采，资源和环境得到有效保护，应该进一步加大国土资源监管、执法的力度，铲除地方保护主义。特别是对于那些不惜以浪费资源和破坏环境为代价而谋取暴力的部分不法分子，应该从重从严打击。

5 结语

矿产资源和矿山环境的有效保护，是矿业经济发展中亟待解决的突出问题，但是它又和矿业开发中的经济效益互为消长。本文从分析矿业开发对水环境的影响出发，引伸出矿业布局、宏观调控、执法监管等目前社会普遍关注的热点问题，希望借此能引起有关部门的重视。

[1] 陈望和，等.河北地下水[M].北京:地震出版社，1999.

[2] 首钢地质勘探公司.河北首钢迁安铁矿区杨崖山铁矿床二期地质勘探总结报告附件——水文地质工作报告[R].

[3] 河北省地勘局第五地质大队.河北省宽城京峰矿业有限公司超贫钒钛磁铁矿资源储量核实报告[R].

[4] 胡德斌.国外矿山环境保护管理及对我国的启示[J].环境保护,2004,13(2):39-40.

[5] 陶知翔,成先雄，赵美珍，等.矿山环境问题与防治对策[J].金属矿山，2008(1)：103-106.