3.1.1 合法矿山开采情况

新疆东北地区合法矿山530余处, 其中鄯善县、富蕴县、昌吉市和阜康市等地分布数量相对较多。开采方式以露天开采为主, 占合法矿山总数的69.23%。涉及矿种主要为建筑用砂和砖瓦用黏土等建材及其他非金属矿, 占合法矿山图斑总数的58.54%; 其次为煤等能源矿, 占17.64%; 铁矿等黑色金属、铜矿等有色金属和金矿等贵金属, 合计占18.58%。合法矿种数量百分比见图2。

图2

Fig.2

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	图2 新疆东北地区合法矿山开采矿种比例分布Fig.2 Mining mineral species ratio of legal mines in Northeastern Xinjiang

3.1.2 疑似违法矿山开采情况

疑似违法矿山逾300处, 总数与2015年度相当, 而较2013年和2014年有明显减少趋势。疑似违法矿山涉及县级行政单位27个, 2012— 2016年间疑似违法矿山图斑数量变化情况见图3。

图3

Fig.3

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	图3 新疆东北地区疑似违法矿山数量动态变化情况Fig.3 Dynamic situation of the amount of suspected

违法类型方面, 疑似无证开采数量较多, 占疑似违法开采矿山总数的76.13%; 其次为疑似越界开采, 占15.16%; 疑似以采代探的占8.71%。违法矿种涉及能源、黑色金属矿、有色金属矿、贵金属矿、化工原料非金属矿和建材及其他非金属矿6大类型, 具体为煤、铁矿、锰矿、铜矿、铅矿、砂金、金矿、建筑用砂、砖瓦用黏土和饰面用花岗岩等27个矿种。其中建筑用砂数量最多, 占疑似违法开采矿山总数的53.55%; 其次为砖瓦用黏土, 占13.87%; 煤矿占11.29%; 金属矿共占3.87%。

根据本次调查结果, 结合以往该区矿山监测情况, 区内疑似违法矿山主要存在3方面的特征:

(1)矿种特征。以建材类非金属矿为主要违法矿种。近年来, 新疆的交通、市政和水利等基础设施正在迅速发展, 而基础设施的发展需要大量砂岩、灰岩、黏土和花岗石等建材类非金属矿产。由于受该区地理位置、交通条件的限制, 同时受当地非金属矿采矿权数量、分布和成本等多方因素的影响, 在一定程度上导致了此类疑似违法开采矿山的存在。

(2)分布特征。疑似违法矿山集中分布。受矿产资源分布、矿石外运条件及矿产品需求等多方面影响, 该区大部分疑似违法矿山多沿交通道路呈集中式分布(图4)。

图4

Fig.4

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	图4 疑似违法花岗岩采石场(左)与疑似违法采砂场(右)分布Fig.4 Distribution of the suspected illegal granite mining fields (left) and the suspected illegal sand fields (right)illegal mines in Northeastern Xinjiang

(3)开采状态特征。部分疑似违法开采矿山持续存在或正在“ 死灰复燃” 。通过对比多期矿山监测成果, 以及实地野外验证发现, 该地区部分疑似违法矿山多年持续开采(2015— 2016年间持续违法逾140处)或正在“ 死灰复燃” (2015— 2016年间关停转违法约40处), 且多为规模较大的矿山或分布较集中的矿区。

3.2.1 矿山开发占地

遥感调查发现, 该区矿山开发占地逾62 000 hm², 较上一年度增加了近3 700 hm², 其中中转场地占地面积相对较多, 其次为采场。涉及的矿种类型主要为建材及其他非金属矿和能源, 这2类矿种占地合计达矿山占地总面积的79.36%。

3.2.2 矿山地质灾害与环境污染

本次调查共发现矿山次生地质灾害78处, 总面积约3 000 hm²。地质灾害类型主要为塌陷和滑坡, 两者数量之比为6.8: 1, 面积比为154.1: 1。涉及煤矿、金矿、铅矿、铜矿和铁矿5个矿种, 其中煤矿开采导致的地质灾害数量最多, 占92.31%。

矿山环境污染逾20处, 主要为粉尘污染。与矿山地质灾害所涉及的主要矿种相同, 煤矿开采所引发的粉尘污染数量较多, 占70.83%; 其次为石灰岩和砖瓦用黏土等非金属矿开采所引发粉尘污染, 占25%。

根据上述调查结果, 煤矿资源开发既为地方带来相对较高的经济效益, 也对该地区矿山地质环境造成了很大的负面影响。而由于地下开采煤矿大多集中于乌鲁木齐市及其周边的昌吉回族自治州、吐鲁番市等经济相对发达、居民人口相对集中的区县, 其所引发的地质环境问题会对当地居民的生产、生活及人身财产带来安全隐患。

3.2.3 矿山环境恢复治理与“ 复绿工程” 执行情况

矿山环境恢复治理面积近990 hm², 主要在水磨沟区、天山区、阿勒泰市、富蕴县、布尔津县和青河县等地, 采取了土地平整、矿坑填埋和边坡修护等措施, 对煤、建筑用砂、砖瓦用黏土、金矿和铁矿的采场、中转场地和固体废弃物进行了治理。遥感影像和实地查证发现, 该地区已开展的矿山环境恢复治理效果较好, 不仅使原本因矿山开发遭到破坏的地貌景观得到有效恢复, 而且使原本废弃的土地得到再次利用。典型矿山环境恢复治理区见图5。2016年度恢复治理面积虽较2015年度增加约170 hm², 但目前已恢复治理面积仅占废弃矿山占地总面积的5.55%, 总体进度较慢, 未来恢复治理工作任重道远。

图5

Fig.5

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	图5 天山区原建筑用砂矿环境恢复治理前后对比与野外查证Fig.5 Remote sensing image comparison and field verification before and after environmental restoration of the former building placer in Tianshan District

新疆东北地区共部署矿山“ 复绿工程” 29处, 2016年已复绿约20处, 主要位于奇台县、玛纳斯县、阿勒泰市、富蕴县、哈巴河县和乌鲁木齐县等地区。该地区复绿措施多为林地种植, 其能够在达到较好矿山地貌景观修复、改善矿区整体生态及自然环境的同时, 又能够在一定程度上降低风力与风速, 从而减少露天采场沙尘飞扬, 保护附近道路、公共设施和当地居民生产生活。哈巴河县砂石料场典型矿山“ 复绿工程” 执行情况如图6所示。而按照新疆矿山“ 复绿工程” 方案的验收时间要求, 未复绿矿山还有待加快进度, 以早日完成全部矿山复绿工作。

图6

Fig.6

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	图6 哈巴河县砂石料场矿山“ 复绿工程” 野外查证Fig.6 Field verification of “ Re-greening Project” in sandstone yard of Habahe County

矿产资源规划执行情况主要综合了重点开采区、鼓励开采区、限制开采区和禁止开采区, 以及规划区内矿权分布、数量、矿种、最低开采规模和疑似违法矿山开采情况等因素, 综合判断规划区是否符合规划要求, 并提出相应建议。

调查结果显示, 该地区22个矿产资源规划区总体执行情况良好, 符合规划或基本符合规划要求的规划区约占70%。仅部分鼓励开采区内存在主要开采矿种的矿区设置低于小型矿山最低开采规模; 限制开采区内采矿权和疑似违法矿山数量较多; 个别禁止开采区内存在采矿权等情况。建议对各分区按要求进一步落实规划, 加强对采矿权数量、矿种和规模的监管, 清理疑似违法开采矿山。

根据上述矿山开发占地、地质灾害和环境污染等本底调查成果, 根据矿山开占地、矿山环境污染和矿山地质灾害在单元格网内占地比例(以下简称占比), 将新疆东北地区矿山地质环境分为4个等级: ① 1级为矿山地质环境严重影响区, 占比(66%, 100%]; ②2级为矿山地质环境较严重区, 占比[33%, 66%]; ③ 3级为矿山地质环境一般影响区, 占比(0, 33%); ④ 4级为矿山地质环境无影响区, 占比为0。

在探索了目视人工分级和1 km× 1 km单元、2 km× 2 km单元与5 km× 5 km单元格网评价法4种方法后, 综合考虑了1: 50万比例尺图幅内等级分配标准、层次差异显著性、成图效果等因素, 最终选取2 km× 2 km单元格网评价法, 并对格网评价结果进行Natural Neighbor插值处理, 结果见图7。评价结果显示: 矿山地质环境严重影响区和较严重影响区主要分布于乌鲁木齐市达坂城区、乌鲁木齐县、水磨沟区和米东区等煤矿、非金属矿相对集中的区域, 以及吉木萨尔县五彩湾地区、奇台县疑似违法花岗岩集中开采区等地; 一般影响区分布较广, 新疆东北地区中部石河子市— 昌吉市— 乌鲁木齐市周围— 吉木尔萨县— 木垒哈萨克县沿东西方向相对集中, 其次为奇台县— 青河县— 富蕴县— 阿勒泰市— 哈巴河县沿东南至西北方向较集中, 南部的博湖县、和硕县和吐鲁番市三线均有相对分散的分布。

图7

Fig.7

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	图7 新疆东北地区矿山地质环境遥感评价Fig.7 Remote sensing evaluation of mine geological environment in Northeastern Xinjiang

尾矿作为特定经济技术条件下所形成的具有一定规模且(未来)可开发利用的资源, 研究其矿物和化学成分分布特点对今后尾矿资源再利用具有极其重要意义^[7]。本次工作基于2012— 2013年间在河北和江西进行的尾矿矿物成分研究工作的经验^[8], 选取了富蕴县喀拉通克铜镍尾矿库作为研究对象, 对实地采集不同位置、不同质地、不同颜色的13个尾矿样品进行了X射线衍射和荧光光谱分析, 分别检测矿物成分17种和化学成分31种, 并从矿物组成和化学成分2个方向研究了尾矿成分的空间和时间分布特征, 得到如下结论:

(1)该尾矿中含有农业与工业生产中所需的多种元素和化合物, 在采取必要的治理措施对其含有的有毒害性化合物进行处理后, 能够在多种领域发挥重要作用。部分分析结果见表1。

表1

Tab.1

表1(Tab.1)

表1 尾矿所含化学成分(部分)统计 Tab.1 Statistics of chemical composition (partial) of tailings 化学成分 wB/% 备注 1 2 3 11 12 13 SiO2 34.318 38.311 36.749 32.709 32.914 36.033 Fe2O3 19.660 12.706 16.682 19.489 19.006 15.567 MgO 15.555 16.117 14.885 13.594 14.023 15.422 N 0.419 — 0.453 — 0.425 0.368 含农作物所需营养元素 P2O5 0.452 0.347 0.526 0.394 0.407 0.324 K2O 0.855 1.135 1.112 0.901 0.885 1.143 Rb2O 0.003 0.003 0.002 — 0.002 0.002 含稀有轻金属 TiO2 0.758 0.572 0.856 0.702 0.749 0.716 含难熔稀有金属 ZrO2 0.012 0.008 0.011 — 0.011 — V2O5 — 0.021 0.035 0.019 0.023 0.023 Y2O3 0.002 0.002 0.002 0.001 0.002 0.002 含稀土元素 Cr2O3 0.198 0.072 0.145 0.106 0.120 0.141 含人体所需微量元素 SrO 0.050 0.058 0.061 0.063 0.062 0.064 As2O3 0.004 0.004 0.004 — — — 含有毒物质 注: 表项目栏中数字为尾矿编号; “ — ” 代表未检测到该成分。

表1 尾矿所含化学成分(部分)统计 Tab.1 Statistics of chemical composition (partial) of tailings

(2)该尾矿库中, 相似颜色或质地的尾矿矿物组成并不一致。因此, 不能简单地通过尾矿颜色和颗粒度等表象判断目标矿物的组成情况。对应情况详见表2。

表2

Tab.2

表2(Tab.2)

表2 尾矿外在表象与目标矿物对应情况统计 Tab.2 Statistics of the external appearance and target minerals of tailings 矿物 灰色泥质 黄色泥质 黄褐色泥质 黄色泥质 深灰色 泥质 灰白色 泥质 深灰色 泥质 灰白色 泥质 深灰色 砂质 占比均值/% 绿泥石 P O O P × × × O O 0.175 滑石 P P × × P P P P × 0.036 蛇纹石 × — P × P P P P × 0.018 辉石 O — — O P O O — O 0.020 橄榄石 — — O — — — — — — 0.040 磁铁矿 O — — — — — — — — 0.010 注: “ P” 代表高于均值; “ × ” 代表低于均值; “ O” 代表等于均值; “ — ” 代表未检测到该成分。

表2 尾矿外在表象与目标矿物对应情况统计 Tab.2 Statistics of the external appearance and target minerals of tailings

(3)表层水平方向上, 与排放口距离越远, 铜镍含量越低。

(4)纵深方向上, 在某一深度位置会形成矿物含量高低差异的节点, 而不是深度与含量线性渐变规律。初步分析表明, 该变化除受铜、镍矿存在形式的自然因素影响外, 还受降雨量、尾矿干湿度、原矿石品位和选矿技术改变等诸多外在因素影响。

(5)尾矿化学含量与矿物成分间关系复杂。X射线衍射和荧光检测所获得的尾矿矿物成分与化学含量间难以通过简单的数理分析建立相关联系。

本次探索研究, 分析了典型尾矿在水平、垂直位置的变化规律, 从而能探索该尾矿库成分组成在空间和时间上可能存在的变化规律, 为尾矿库资源调查、尾矿物质再利用与尾矿库环境质量评价等工作提供研究支持。但也存在2个方面的不足: ①采集样品数量有限, 数理分析所表现出的规律性不强; ②X射线衍射结果所获得的矿物含量的取值区间, 不利于进行数值差异和变化趋势分析。