薩拉烏蘇組工程地質
A. 中國陸相第四系薩拉烏蘇階 ()
薩拉烏蘇階，是中國陸相第四系更新統最上部的一個階，位於周口店階之上。階名由全中國地層委員會第四系工作組於 1999 年 12 月在第三屆全國地層會議預備會期間，為建立 《中國區域年代地層(地質年代) 表》時提出，階名源自同名岩石地層單位 「薩拉烏蘇組」。
經課題組 (閔隆瑞等) 研究取得以下主要進展: 初步選定了薩拉烏蘇階的候選層型剖面，積累了較豐富的古生物化石資料。
(一) 薩拉烏蘇階候選層型剖面位置
課題組經踏勘，選定的薩拉烏蘇階層型剖面位於內蒙古烏審旗無定河鎮米浪溝灣下游 2km 薩拉烏蘇河左岸的酒房台西側陡壁處 (圖128) ，地理坐標為北緯 N37°46'，東經 108°33'，剖面頂部海拔 1283m。
圖128 薩拉烏蘇階候選層型剖面位置圖
(二) 薩拉烏蘇階候選層型剖面描述
酒房台層型剖面展示薩拉烏蘇河左岸的陡壁處，由第四紀的鬆散沉積物構成 (圖129) 。該剖面地層沉積連續，總厚 61. 61 m，自下而上由離石組、薩拉烏蘇組 (狹義) 、城川組和全新統組成 (圖130) 。
上覆地層 全新統
中國主要斷代地層建階研究項目(2001～2009) 進展與成果
中國主要斷代地層建階研究項目(2001～2009) 進展與成果
下伏地層 更新統中部離石組，頂部為紅棕色古土壤層
圖129 酒房台薩拉烏蘇階層型剖面地貌景觀
(三) 薩拉烏蘇階內生物地層序列及其特徵
通過課題組研究，結合前人資料，迄今在薩拉烏蘇階 (期) 內除發現古人類化石外，還有豐富的哺乳動物、雙殼類、介形蟲和孢粉等化石。
1. 哺乳動物群
在內蒙古烏審旗薩拉烏蘇河流域的邵家溝灣、楊四溝灣、滴哨溝灣、范家溝灣和酒房台等處，於薩拉烏蘇階 (期) 內至今共發現人類化石 1 種，哺乳動物化石 34 種和鳥類化石 11 種。其主要分子如下:
人類的鄂爾多斯人 (Homo sapiens) ，食蟲類的刺蝟 (Erinaceus sp. ) 、麝鼴 (Scaptochirus moscha-tus) ，翼手類 (Chiroptere gen. indet. ) ，嚙齒類的鼠兔 (Ochotona sp. ) 、野兔 (Lepus sp. ) 、蒙古黃鼠(Citellus mongolicus) 、索氏三趾跳鼠 (Dipus sowerbyi) 、五趾跳鼠 (Alactaga cf. annulata) 、子午沙鼠(Meriones meridianus) 、中華鼢鼠 (Myospalax fontanieri) 、原鼠 (Eothimomys sp. ) 、高山倉鼠 (Alticolacf. cricetulus) 、根田鼠 (Microtus cf. ratticeps) 、小耳鼠 (Microtus sp. ) 、倉鼠 (Cricetulus cf. griseus) ，食肉類的狼 (Canis lupus) 、虎 (Felis tigris) 、最晚斑鬣狗 (Crocuta ultima) 、狗獾 (Meles meles) ，長鼻類的諾氏象 (Palaeoloxodon naumanni) ，奇蹄類的披毛犀 (Coelodonta antiquitatis) 、野驢 (Equus hemio-nus) ，蒙古野馬 (Equus cf. przewalskii) ，偶蹄類的野豬 (Sus scrofa) 、諾氏駝 (Camelus knoblochi) 、馬鹿 (Cervus elaphus) 、蒙古鹿 (Cervus mongoliae) 、河套中國大角鹿 (Sinomegaceros ordosianus) 、普氏小羚羊 (Procapra ptcticaudata) 、鵝喉羚 (Gazella subgutturosa) 、恰克圖轉角羚羊 (Spirocerus kiakhtensis) 、盤羊 (Ovis ammon) 、王氏水牛 (Bubalus wansjocki) 、原始牛 (Bos primigenius) ，鳥類的 (Buteocf. ferox) 、兀 鷹 (Vultur monachus ) 、 麻 雀 (Passereaux ) 、 土 鶉 (Perdix cf. perdix ) 、 鵪鶉 (Coturnixsp. ) 、毛腿沙雞 (Syrrhaptes paradoxus) 、涉水鳥類 (Echassier) 、角 (Podiceps auritus) 、野鴨 (An-as boschas) 、翹鼻麻鴨 (Tadorna tadorna) 、巨鴕鳥 (Struthiolithus) 。
圖130 薩拉烏蘇階候選層型剖面綜合柱狀圖
以上動物群中，以下屬種 Palaeoloxodon naumanni，Spirocerus kiakhtensis，Sinomegaceros ordosianus，Bos primigenius 僅見於薩拉烏蘇階下部的薩拉烏蘇組內; 現已滅絕的屬種有: Palaeoloxodon naumanni，Crocuta ultima，Camelus knoblochi，Coeoldonta antiquitatis，Spirocerus kiakhtensis，Sinomegaceros ordosian-us，Bubalus wansjocki，Bos primigenius 等。
2. 孢粉組合特徵
(1) 在薩拉烏蘇組 1 段地層中，其底部花粉含量少，菌孢較多; 中部孢粉較貧乏，僅有少量 Pi-nus，Artemisia ，Chenopodiaceae; 上部孢粉較豐富，木本植物花粉以 Pinus 為主，另有少量 Ulmus 和Betula 等; 草本植物花粉以 Artemisia 為主，其次為 Chenopodiaceae 等。
(2) 薩拉烏蘇組 2 段地層中，孢粉以 Pinus 和 Artemisia 為主。
(3) 薩拉烏蘇組 3 段地層中，下部孢粉較貧乏，僅有少量 Pinus，Artemisia，Chenopodiaceae; 中部，僅有少量 Betule，Quercus 等; 上部含菌孢較多。
(4) 薩拉烏蘇組 4 段地層中，下部所含孢粉以 Pinus 為主，其次為 Artemisia; 上部孢粉貧乏。
(5) 薩拉烏蘇組 5 段地層中，下部孢粉貧乏，僅有少量 Pinus，Artemisia，Chenopodiaceae; 上部孢粉以 Pinus 為主，其次為 Abies。
(6) 城川組 1 段地層中，孢粉貧乏，僅含少量 Pinus，Artemisia，Chenopoiaceae。
(7) 城川組 2 段地層中，含孢粉豐富，其中木本植物花粉以 Pinus 為主，其次為 Picea，Abies，另有少量 Quercus，Ulmus; 草本植物花粉以 Artemisia 和 Chenopodiaceae 為主; 另有水生草本植物 Typha 和菌孢等。
(8) 城川組 3 段地層中，下部富含孢粉，木本植物花粉以 Pinus 為主，草本植物花粉以 Artemisia為主，另有水生植物草本植物花粉 Typha 等; 上部孢粉貧乏。
3. 介形蟲組合特徵
在薩拉烏蘇組至城川組中均有介形蟲發現。其中，在薩拉烏蘇組 1 段地層的近底部見有較多的介形蟲 Leucocythere plethora 及少量 Ilyocypris biplicata，中上部未見介形蟲; 在薩拉烏蘇組 3 段地層中下部的凍融褶皺層中含少量 Leucocythere plethora; 在薩拉烏薩組 5 段地層的上部灰綠色、灰褐色粘土質粉砂層中富含介形蟲: Cylocypris serena，Ilyocypris biplicata，I. nschanensis，Candoiniella suzini，Candoniella albicius 等; 在城川組 2 段地層中的凍融褶皺含較多的介形蟲 Candoniella albicius，Candona kirgizica，Cypris subeiensis 等，其上黃色砂層中含 Limnocythere biosa; 城川組 3 段地層的下部含介形蟲 Cyprinotus sp. ，Eucypris inflata，Leucocythere plethora 等。
(四) 薩拉烏蘇階底界的認定
課題組經綜合分析研究，將薩拉烏蘇階的底置於酒房台層型剖面薩拉烏蘇組第3 段的底部處。目前，在底界處尚未發現可以定義階的底界的首現生物標志。但在底界之上發現了識別薩拉烏蘇階的重要哺乳動物化石 Homo sapiens (鄂爾多斯人) 、Sinomegaceros ordosianus (河套中國大角鹿) 、Bubaluswansjocki (王氏水牛) 和 Palaeroloxodon naumanni (諾氏象) 等，這些生物化石可視為推定薩拉烏蘇階底界的生物標志。另外，課題組 (閔隆瑞等) 2007 年用光釋光法測得薩拉烏蘇階底界年齡≥130ka，此年齡值接近於 《中國地層表》中更新統上部的底界年齡 126ka。
(五) 薩拉烏蘇階的區域對比
在國內，與薩拉烏蘇階大致同期的岩石地層單位有: 內蒙古烏審旗的薩拉烏蘇組中上部至城川組;新疆准噶爾盆地和塔里木盆地的新疆群、戈壁組; 青海柴達木盆地的察爾汗組; 寧夏的吉蘭泰組至水洞溝組; 山陝高原的馬蘭黃土; 山西汾河盆地的丁村組至峙峪組; 廣西丘陵地區的新興組; 四川盆地的成都粘土; 雲南中部的官渡組; 貴州西部的松坡組上部; 遼寧榆樹地區的榆樹組; 河北陽原地區的許家窯組; 河南東部的新蔡組; 安徽北部的茆塘組，湖北地區的戚嘴組等。
B. 煤炭開發地質環境狀況及其對能源開發的影響研究
一、煤炭賦存的地質環境狀況
1.地質概況
地質學中的鄂爾多斯盆地是指中朝板塊西部連片分布中生界(特別是二疊系和侏羅系)的廣闊范圍。長期以來，地質工作者把它看作是一個獨立的、自成體系的中生代沉積盆地。本書所研究的鄂爾多斯能源基地的范圍與地質學中的鄂爾多斯盆地范圍基本一致，大致在北緯34°～41°20'，東經105°30'～111°30'。具體的地理邊界為東起呂梁山，西抵桌子山、賀蘭山、六盤山一線。南到秦嶺北坡，北達陰山南麓，跨陝西、甘肅、寧夏、內蒙古、山西5省(區)。面積約40萬km2。
鄂爾多斯盆地是一個不穩定的克拉通內部盆地，盆地基底形成後，在其後的蓋層發展演化過程中，先後經歷了坳拉槽—克拉通坳陷(內部和周邊)—板內多旋迴的陸相盆地及其前淵—周邊斷陷等盆地原型的多次演化，現在的鄂爾多斯盆地是上述若干個盆地原型的疊加(孫肇才等，1990)。從中生界開始，基底地層對於蓋層的影響就已經很不明顯，並且表層褶皺在盆地內部也極不發育。所以盆地內中生界以上的地層產狀大都比較平緩，斷裂和裂隙比較少。
鄂爾多斯盆地的基底岩系分為兩類，一類是由變粒岩岩相(麻粒岩、淺粒岩、混合花崗岩及片麻狀花崗岩等)組成的太古宇;另一類是由綠岩岩相組成為主(綠片岩、千枚岩、大理岩和變質偽火山岩)的中古元古界。基底岩系之上的沉積蓋層年代自中元古界至第三系(古、新近系)，累積最大厚度超過10000m。其中，中古元古代在全盆地范圍內沉積了厚達1500m的長城系石英砂岩和薊縣系合疊層石的硅質灰岩。早古生代在盆地中部沉積了400～700m的碳酸岩海相沉積，在南緣和西緣同期沉積達4500m。晚石炭至早二疊世早期，在本區形成了一個統一的以煤系地層為特徵的濱海相沉積，沉積厚度為150～530m。晚三疊世盆地范圍內部形成內陸差異沉降盆地，包括了5個明顯的陸相碎屑岩沉積旋迴，即晚三疊世延長組，早中侏羅世延安組、中侏羅世直羅-安定組、早白堊世志丹群下部及上部(孫肇才，1990)。早白堊世末期的燕山中期運動，導致本區同中國東部濱太平洋區一起，在晚白堊世至第三紀(古、新近系)期間，作為一個統一的受力單元，在開闊褶皺基礎上發生大面積垂直隆起。就在這個隆起背景上，形成了環鄂爾多斯中生代盆地的以汾、渭、銀川和河套為代表的新生代地塹系，並在其中沉積了厚達數千米至萬米的以新第三系(新近系)為主的地塹型沉積。而盆地中心部位的晚白堊世至第三紀(古、新近紀)地層大面積缺失。
第四紀以來，鄂爾多斯盆地中南部大部分地區沉積了大厚度的黃土;而其北部卻由於隆起剝蝕而沒有黃土沉積。
鄂爾多斯盆地南部大部分為黃土高原。黃土高原的地形外貌在很大程度上受古地貌的控制。基底平坦而未受流水切割的部分為黃土塬，而受到較強侵蝕的塬地則變為破碎塬。在陝北的南部和甘肅隴東地區的塬地保存較完好，如著名的洛川塬和董志塬。在流水和重力作用下，黃土地層連同基底遭到嚴重切割的地貌成為黃土梁和峁。另外，由於流水侵蝕還可形成狹窄的黃土沖溝和寬淺的黃土澗地，使梁峁起伏，溝壑縱橫，地形支離破碎，是人為活動頻繁、植被破壞與水土流失最為嚴重的地區。
鄂爾多斯北部隆起的高平原地區由於氣候乾旱，長期受風力侵蝕，形成眾多的新月形流動沙丘和半固定、固定沙地。北部有庫布齊沙漠，南部有毛烏素沙地，東部為黃土丘陵。庫布齊沙漠為延伸在黃河南岸的東西帶狀沙漠，大部分流動和半流動沙丘邊沿水分較好。毛烏素沙地多為固定和半固定沙丘，水分條件較好，形成了沙丘間灌草地。
2.煤炭賦存的地質環境
鄂爾多斯盆地煤炭資源豐富，已探明儲量近4000億t，佔全國總儲量的39%。含煤地層包括石炭系、二疊系、三疊系和中下侏羅統的延安組。
(1)侏羅紀煤田
含煤岩系為下中侏羅統的延安組，由砂、泥岩類及煤層組成，其中泥岩、粉砂岩約佔70%左右，透水性弱，其上覆直羅組、下伏富縣組均為弱透水岩層。侏羅紀地層中地下水的補給、徑流條件差，以風化裂隙為主，構造裂隙不很發育，風化帶深度約40～60m，風化帶以下岩層的富水性很快衰減。礦井涌水量在一定深度後不僅不再隨開采深度的增加而增大，而且會減少，風化帶以下地下水徑流滯緩，水質很差，礦化度高。礦床水文地質類型一般屬水文地質條件簡單的裂隙充水型。但在有第四系鬆散砂層(薩拉烏蘇組)廣泛分布及燒變岩分布區，水文地質條件往往變得比較復雜，特別在開采淺部煤層時、可能形成比較嚴重的水文地質和地質環境問題。按照礦井充水強度及水文地質條件的差異，可將侏羅紀煤田劃分為4個水文地質分區:①黃土高原梁峁區。主要分布於盆地北部。區內地形切割強烈，上部無鬆散岩層覆蓋或砂層巢零星分布，降水量少而集中，不利於地下水的補給與匯集，岩層富水微弱，礦床充水以大氣降水為主，礦井涌水量很小，礦床水文地質條件簡單。②燒變岩分布區。沿主要煤層走向呈帶狀分布，深度一般在60m以淺，寬度受煤層層數、間距、傾角、地形等因素控制。岩層空隙發育，透水性能好，其富水性取決於補給面積和含水層被溝谷切割程度，當分布面積較大或上覆有較廣泛的第四紀砂層時，富水性較強，對淺部煤層開采有影響，也常是當地重要的供水水源。③第四系砂層覆蓋區。砂層出露於地面且廣泛覆蓋於煤系之上，厚度數米至數十米，甚至更厚。區內大氣降水雖然較少，但砂層的入滲條件很好，可以在大范圍內獲得大氣降水的就近滲入補給，然後匯集到砂層厚度較大且古地形低窪處，以泉或蒸發的形式排泄，在礦井開采淺部煤層時常是最主要的充水水源，可能出現涌水、涌砂問題。該區淺部煤層開采礦床水文地質條件中等至復雜居多。砂層水和燒變岩水往往有密切的水力聯系，賦存有寶貴的水資源，但不適當的採煤和采水都可以導致大面積補給區的破壞和水質的污染及生態環境的惡化。因此，在煤田開發中應將採煤、保水和生態環境的保護作為一項系統工程統一規劃。④一般地區。不用上述3個水文地質分區的其他地區。該區煤系地層地下水的補給條件不好，含水微弱，礦床水文地質條件屬簡單，少數中等，礦井涌水量多數為每小時1m3至數十立方米。
(2)陝北三疊紀煤田
該煤田位於盆地中部的黃土梁峁地區。地下水在黃土梁區接受大氣降水的少量補給，在溝谷中排泄，徑流淺，水量小，岩層富水性弱，風化帶以下岩層富水性更弱，礦化度很高，水文地質條件多為簡單，屬裂隙充水礦床。
(3)石炭、二疊紀煤田
分布於盆地東、南、西部盆緣地區的石炭二疊紀煤田，煤系基底為奧陶、寒武系灰岩，是區域性的強含水層，煤系本身含水比較微弱，屬裂隙-喀斯特充水礦床。其礦床水文地質條件的復雜程度，取決於煤系基底灰岩水是否成為向礦井充水的水源及其充水途徑和方式。現分區敘述如下:①東部地區。包括准格爾煤田和河東煤田。煤系下伏灰岩強含水層的地下水位埋藏很深，常在許多礦區的可採煤層之下，煤系地層含水微弱，礦床水文地質條件簡單，奧陶系灰岩水為礦區的主要供水水源。從長遠看，當煤層開采延伸到奧陶系灰岩水位以下時，灰岩水將威脅到下部煤層的開采。②南部渭北煤田。奧灰水地下水位標高為380m左右，而煤層賦存標高從東至西逐漸始升。如在東部太原組煤層的開采普遍受到奧灰水的威脅，而西部銅川礦區的多數煤層則均賦存在灰岩地下水位以上。在渭北煤田，由於奧灰與煤系的接觸關系為緩角度不整合，使得不同地區煤系下伏的灰岩岩性和富水性不同，形成不同的水文地質條件分區。380m水位標高以上的煤層，其礦床水文地質條件多為簡單至中等，而380m水位標高以下的煤層，水文地質條件屬中等至復雜。奧陶系、寒武系灰岩沿煤田南部邊緣有部分山露或隱伏於第四系之下，接受大氣降水直接或間接補給，灰岩和強徑流帶也沿煤田的南部邊緣分布於淺部地區。故開采淺部煤層時，礦井涌水量大，開采深部煤層時突水的可能性增大，但水量則有可能減少。在韓城礦區北部，黃河水與灰岩水之間有一定的水力聯系。灰岩水是當地工農業的最主要水源、要考慮礦坑水的綜合利用和排供結合。③西部地區。煤系與奧陶系灰岩之間有厚度較大的羊虎溝組弱含水層存在，奧灰水不能進入礦井，煤系含水比較微弱，礦床水文地質條件多屬以裂隙充水為主的簡單至中等類型(王雙明，1996)。
二、煤炭開發過程中的地質環境狀況變化
煤炭開發引起的地質環境問題受礦山所處的自然地理環境、地形地貌、地層構造、水文氣象、植被，以及礦產工業類型、開發方式等經濟活動特徵等因素的影響。目前鄂爾多斯盆地煤礦地質環境問題十分嚴重。地下開采和露天開采對礦區地質環境影響方式和程度不同。該區煤礦以地下開采為主，其產量約占煤炭產量的96%。尤以地下採煤導致的地質環境問題最為嚴重，主要地質環境問題以煤礦業導致的地質環境問題結果作為分類的主要原則，可以分為資源毀損、地質災害和環境污染三大類型及眾多的表現形式(表3-2)(徐友寧，2006)。
根據總結資料與實地調查，結合重點區大柳塔礦區及銅川礦區實際情況，我們重點介紹以下5個突出的地質環境問題:①地面塌陷及地裂縫;②煤矸石壓占土地及污染水土環境;③地下水系統破壞及污染;④水土流失與土地沙化;⑤資源枯竭型礦業城市環境惡化。
1.地面塌陷與地裂縫
地下開采形成的地面塌陷、地裂縫造成耕地破壞，公路塌陷，鐵軌扭曲，建築物裂縫，以及窪地積水沿裂隙下滲引發礦井透水等事故。在乾旱地區由於地表水系受到破壞，導致礦區生產、生活，以及農業用水發生困難。同時，還可誘發山地開裂形成滑坡。
表3-2 煤炭開採的主要地質環境問題
地面塌陷和地裂縫在大中型地下開採的煤礦區最為普遍，災害也最為嚴重。如甘肅的華亭煤礦，寧夏的石嘴山、石炭井煤礦和陝西的渭北韓城—銅川，以及神府—東勝煤田礦區。
由於黃土高原人口密集，地面塌陷對土地的破壞主要是對農田的破壞。陝西渭北地區的銅川、韓城、蒲白、澄合等礦務局各礦區位於黃土台塬，該區是陝西渭北優質農業產區和我國優質蘋果生產基地，這些國有大中型老煤礦區幾十年地下開采導致了地面塌陷、地裂縫，以及山體開裂，成為西北地區煤礦開發對農業生產破壞最為嚴重地區之一。陝西省采空區地面塌陷總面積約110km2，主要分布於渭北及陝北煤礦區。不完全累計，1999年底，銅川礦區地面塌陷63.82km2，佔到全省地面塌陷區55.38%，其中80%為耕地。煤礦區的地面塌陷最為嚴重，這是因為煤層厚度較金屬礦體要大，過采區的空間較金屬及其他非金屬礦山要大得多，且上覆岩層多為松軟的頁岩、粉砂岩及泥質岩層。煤礦地表塌陷和地裂縫的范圍及深度與採煤方法、工作面開采面積、采區回採率，以及煤層產狀等多種因素有關。一般而言，埋深愈淺，開采面積越大，地面塌陷、裂縫范圍及深度也越大。榆林神府礦區大砭窯煤礦開采5#煤層，煤層4～6m，埋深90～100m，1992年5月5日，礦井上方發生地面塌陷12000m2，陷落深度0.7m。寧夏石嘴山市石嘴山煤礦開采面積5.15km2，而塌陷面積已達6.97km2，是其開采面積的135%，形成深達8～20m地表塌陷凹地，部分地段的裂縫寬達1m。礦區鐵路運輸基地高出塌陷區10～20m，使得礦山企業每年用於鐵路墊路費高達100萬元，穿越礦區的109國道被迫改道。
陝西省煤礦采空區地面塌陷總面積約110km2(表3-3)，主要分布於渭北及陝北煤礦區。其中銅川市老礦區因開采較早，地面塌陷比較嚴重，到1999年底，不完全統計其地面塌陷63.82km2，佔到全省地面塌陷區55.38%，其中80%為耕地。而神木縣近幾年煤礦開發力度不斷增大，加之煤層埋藏較淺，地面塌陷程度增大，截至2001年，該縣鄉鎮煤礦造成地面塌陷達5.32km2。
表3-3 鄂爾多斯能源基地陝西境內煤礦區地面塌陷
(據西北地礦所)
陝西省渭北煤田的銅川、黃陵、合陽、白水、韓城各礦區、陝北神府煤田的大柳塔、大砭窯、洋桃瑁、沙川溝、劉占溝、新民礦等礦區，均出現有不同程度的地面塌陷、地裂縫及山體滑坡，造成大面積的農田被毀、房屋開裂、鐵軌扭曲、公路塌陷、礦井涌水等。2001年7月，特大暴雨使黃陵店頭陝煤建五處礦區倉村三組的1.2hm2耕地發生地面塌陷、地裂縫，地裂縫最寬可達15m，塌陷落差達7.45m，60%耕地已無法復墾，農田擱荒，預計經濟損失達270萬元。銅川煤礦區地裂縫5400餘條，以王石凹煤礦為例，在1∶5000的地形圖上填繪的裂縫就有70多條，總長度近7000餘米。神府礦區大柳塔礦201工作面煤層埋藏淺，1995年7月10日開始回採，放頂後地表形成裂縫，實測裂縫區面積為5742.5m2。第一期開采計劃完成後，預計未來大柳塔礦采空區總面積5.8hm2，可能發生地裂縫區域總面積約5.45hm2。裂縫區與采空區面積之比為0.94。目前塌陷面積達到7.7km2。20世紀90年代，甘肅窯街礦區礦井地面佔地598.1hm2。地面塌陷20處共計443.54hm2，地面塌陷面積比80年代擴大了48.4%，每年以14.47hm2的速度擴大，10年間因塌陷引起的特大型山體滑坡等災難性地質事故數起。80年代造成水土流失面積449～550hm2，90年代達到663～720hm2。
2.煤矸石壓占土地及污染水土環境
煤矸石是採煤和選煤過程中的廢棄物，通常占煤礦產量的12%～20%，是煤礦最大的固體廢棄物之一，其堆積會壓占土地植被。陝西黃陵店頭地處黃土高原地帶，小流域地區的森林植被良好，但是部分煤礦排放的煤矸石堆積在山坡上，壓佔了生長良好的雜木林。陝西韓城下峪口黃河灘地濕地蘆葦茂密，生態環境良好，但是下峪口煤礦排放煤矸石填灘造地，卻壓占並破壞了黃河濕地生態資源與環境，應引起有關部門的高度重視。煤炭資源大面積連續開采，造成了難以恢復的地下水破壞，同時導致地表河流流量銳減，生態環境破壞。1997年以來，陝西神府煤田開發區已有包括窟野河在內的許多河流出現斷流。
煤矸石堆積長期占壓土地。截至2000年，銅川礦務局下屬12個礦山，煤矸石累計堆存量1264.99萬t，大小矸石山150餘處，其中100萬t以上的矸石山35處，矸石壓佔2.37km2。
堆積的矸石山易發生自燃，產生大量硫化氫等有害氣體，對周邊村民身體健康產生很大危害。據有關資料，每平方米矸石山自燃一晝夜可排放CO10.8kg，SO26.5kg，H2S和NO22kg等。依據國家衛生標准規定，居民區大氣環境中有害物質的最高允許濃度SO2日均濃度為0.15mg/m3、H2S為0.01mg/m3，顯然，煤矸石自燃區的大氣環境污染超過了國家標准，必然危害居民身體健康。
陝西銅川礦務局下屬共有13個礦井，其中6個礦井煤矸石堆存在自燃(圖3-2)，矸石山周圍SO2，TSP，苯並芘等都嚴重超標，據有關資料在自燃矸石山周圍工作過5年以上的職工患有不同程度的肺氣腫。陝西韓城桑樹坪礦矸石山自燃造成空氣中SO2和CO2嚴重超標，其中SO2濃度平均超標16倍，CO2濃度平均超標20倍。在這種空氣環境下，甚至發生了工人昏倒在排矸場的現象。
圖3-2 銅川礦務局王石凹煤礦正在冒煙的矸石山
煤矸石不僅造成大氣污染，矸石山淋濾水還會造成臨近地表水源、地下水，以及矸石山下伏土壤的污染。本次調查在銅川礦務局金華山煤礦採集的矸石山淋濾水樣，顏色發黑，經檢測發現是酸性水，pH值為2.82，COD為812.5mg/L，懸浮物含量128.0mg/L，重金屬含量汞、鎘、銅、鎳、鋅、錳均超標;在三里洞煤礦採集的矸石山淋濾水pH值為1.77，COD為621.6mg/L，TDS含量達160.658g/L，水化學類型為Mg·SO4型;這些矸石山淋濾水流入地表水體或滲入土壤，都會造成一定程度的污染。
3.地下水系統破壞及污染
鄂爾多斯能源基地煤炭開采區大多為嚴重缺水地區。礦井疏干排水造成地下水均衡系統的破壞，地下水位下降，水量減少。煤礦酸性及高礦化度井水造成地下水污染，加劇了水資源危機。煤炭資源大面積連續開采，造成了難以恢復的地下水破壞，同時導致地表河流流量銳減，生態環境破壞。1997年以來，陝西神府煤田開發區的不少河流斷流，如2000年窟野河斷流75d，2001年斷流106d。由於煤礦采空區裂縫遍布，最寬達2m多，局部地區地面下降2～3m，導致原流量達7344m3/d的雙溝河已完全乾涸，400多畝水田變為旱地，楊樹等植被大片枯死。
陝西渭北銅川、蒲白、澄合和韓城等煤礦是礦井突水主要發生地，素有渭北「黑腰帶」之稱的銅川、蒲白、澄合、韓城四大煤礦區又是高瓦斯礦區，1975年5月11日，銅川礦務局焦坪煤礦前衛礦井發生重大瓦斯煤塵爆炸事故，死亡101人，受傷15人，全井造成嚴重破壞。2001年4月，銅川、韓城兩起瓦斯爆炸造成86人死亡的重大惡性事故，社會影響極壞。
陝西省的礦井突水主要發生在渭北銅川、蒲白、澄合和韓城等煤礦區。1989年，上述4個礦務局27個煤礦31處自然礦井，受地下水威脅的礦井佔32.3%。據不完全統計共計發生礦坑突水36次，其中1975～1982年該區發生奧灰岩土石事故29次，占其礦井突水事故地80.56%。該區礦井下水災主要來源於奧灰岩岩溶水和古窯采空區積水。1960年1月19日，銅川礦務局李家塔煤礦發生老窯突水53476m3，淹沒巷道18條，總長1880m，直接經濟損失7142元，死亡14人。20世紀60年代以前，該區帶主要礦井巷道還位於+380m水平面上，70年代後，蒲白、韓城、澄合等新建礦區部分開拓巷道位於+380m水平面之下。1974年以後，象山、馬溝渠、桑樹坪、董家河、權家河、二礦、馬村礦相繼發生奧灰岩突水事故29次，淹沒巷道萬余米，致被迫停產，重掘巷道的巨大損失，直接經濟損失近2000萬元。
寧夏石嘴山煤礦區因地面塌陷，地裂縫交錯，地面低凹積水，地表水沿裂隙進入地下巷道，使礦區多次發生突水事件，造成人員傷亡和巨大的經濟損失(表3-4)。
表3-4 寧夏石嘴山煤礦礦井突水一覽表
陝西黃陵縣店頭沮水河兩岸分布著十幾家個體小煤礦，不顧後果在河道下採煤，在8km2范圍內形成4處較大的塌陷區，均橫跨沮水河床，地裂縫達20cm，最大塌陷區面積達1000m2以上，大片耕地塌陷，民房出現裂縫，飲水井水量和水質發生變化。1998年9月13日個體小煤礦牛武礦非法開采沮河河床保安煤柱，並越界穿過沮水河，同個體水溝小窯多處相互打通，發生礦井透水，最終導致蒼村一號斜井西采區被淹，使陝西黃陵礦業公司一號煤礦主平硐在1999年「3.24」發生重大突水事故，涌水量瞬間增至800m3/h，迅速淹沒了3條平硐。小煤窯無序採煤不僅造成自己淹井停產，也給黃陵礦業公司造成直接經濟損失3401萬元，間接經濟損失3100萬元。同時，沮水河河水在上游進入煤礦采空區後，又在下游報廢小煤窯井口流出排入沮水河，給居民生產和生活帶來了很大困難。黃陵個體煤礦無序開采誘發的礦井突水事故再一次說明采礦業的發展必須遵循可持續發展原則，合理布局，加強礦業秩序的日常監督管理，才能使整個采礦業沿著健康的軌道發展。
長期以來，由於技術水平所限和認識不足，礦井水被當作水害加以防治，礦井水被白白排掉而未加以綜合利用和保護。2000年，西北地區國有礦井煤產量3785萬t，平均噸煤排水量1.3t，其他礦井煤產量5209萬t，平均噸煤排水量0.324t。西北地區的煤礦主要位於乾旱、半乾旱地區，礦區水資源匱乏，毫無節制的排水不僅大大破壞了地下水資源，增加了噸煤成本，而且還導致地面塌陷、地下水資源流失、水質惡化，還可能造成地下突然涌水淹井事故。
煤礦礦井水多屬酸性水，未加處理直接排放，加劇了乾旱地區礦山用水危機。陝西、寧夏、內蒙古部分礦井水pH值均小於6，陝西銅川李家塔礦井水pH值更低為3。酸性礦井水直接排放會破壞河流水生生物生存環境，抑制礦區植被生長。甘肅、寧夏、內蒙古西部大部分礦井及陝西中部和東部等礦井水是高礦化度水，一般礦化度均大於1000mg/L。
2002年7月在陝西渭北煤礦區的一些礦務局調查時發現，陝西白水部分礦山存在將坑道廢水直接排入地下岩溶裂隙，導致岩溶水污染，此問題應引起有關部門的高度重視，盡快採取措施保護岩溶水，使地下水資源不受污染。
4.水土流失與土地沙化
水土流失導致的土壤侵蝕是生態惡化的重要原因。黃土區、黃土與風沙過渡區的礦區水土流失量最大。陝西的銅川、韓城、神府煤礦區;寧夏的石嘴山、石炭井煤礦區;陝蒙神府—內蒙古東勝水土流失都十分嚴重。有關環境報告資料預測，陝西神府—內蒙古東勝礦區平均侵蝕模數按1.21萬t/km2·a，面積按3024km2計算;年土壤侵蝕量為3659.04萬t。據幾個礦區開發前後不同時期的遙感資料以及河流、庫壩、泥沙資料綜合分析和計算表明，煤礦開采後水土流失量一般為開采前的2倍左右。內蒙古的烏達等礦區，侵蝕模數達10000～30000t/km2·a，是開采前水土流失量的3.0～4.5倍。陝西黃陵礦區建礦前土壤侵蝕模數為500t/km2·a，建礦5年後，土壤侵蝕模數已達1000t/km2·a。隨著礦區的開發水土流失問題日益嚴重，不僅破壞了生態環境，還直接威脅礦區安全。例如，陝西神木中雞煤礦由於礦渣傾入河道，占據河床2/3的面積，1984年8月雨季時河水受阻迴流，造成特大淹井事故。
煤炭開采形成的地面塌陷造成淺層地下水系統破壞，使塌陷區植被枯死，為土地沙漠化的活化提供了條件。其次，露天煤礦、交通及天然氣管道工程建設佔用大量耕地，破壞植被，使表土疏鬆，使部分原已固定和半固定沙丘活化。戈壁沙漠區煤礦廢渣堆放，風化加劇了土地沙化。
陝西神府煤田礦區大規模開發以及地方、個體沿河溝兩岸亂挖濫采，破壞植被，導致沙土裸露，加劇水土流失和土地沙化。自80年代中期開發以來，毀壞耕地666.7hm2，堆放廢渣6000多萬t，破壞植被4946.7hm2，增加入黃泥沙2019萬t。據「神府東勝礦區環境影響報告書」提供的預測結果，若不採取必要的防沙措施，礦區生產能力達到3000萬t規模時，將新增沙漠化面積129.64km2，煤礦開發導致的沙漠化面積為自然發展產生沙漠化面積的1.53倍，新增入河泥砂量480萬t，比現有條件下進河泥砂量增加13.7%。
5.煤炭資源枯竭與城市環境惡化
鄂爾多斯現有煤田有些開發較早，可以追溯到20世紀五六十年代。起初，由於技術落後，造成資源浪費，加之很多礦區達到服務年限，到現在已無資源可采。如銅川礦務局是1955年在舊同官煤礦的基礎上發展起來的大型煤炭企業。全局在冊職工30041人，離退休人員32691人，職工家屬約21.6萬人。由於生產礦井大多數是50年代末60年代初建成投產的，受當時地質條件和開采條件所限，所建礦井煤炭儲量、井田范圍、生產能力小，服務年限短。80年代以來先後有9對礦井報廢，實施關閉，核減設計能力396萬t。目前全局8對生產核定能力965萬t/a，均無接續礦井。東區部分礦井資源枯竭，人多負擔重，生產成本高，正在申請實施國家資源枯竭礦井關閉破產項目。生產發展接續問題日益突出，企業生存發展面臨嚴峻挑戰。礦業城市的可持續發展受到地方政府及相關學者的關注。煤炭資源枯竭的直接後果是礦業城市面臨轉型，大量問題需要解決，如人員安置、環境改善、尋找新的主打產業等。
三、煤炭開發引起的地質環境問題對煤炭開採的影響
大規模的煤炭開發活動不但極大地破壞了當地的地質環境和生態環境，也在很大程度上制約了煤炭開采活動的正常進行，主要表現在以下幾個方面:
(1)採煤塌陷及地裂縫造成水資源量減少、地下水體污染，影響礦區採煤活動的正常運行
採煤塌陷造成含水層結構破壞，使原來水平徑流為主的潛水，沿導水裂隙垂直滲漏，轉化為礦坑水;在采礦疏干水過程中又被排出到地表，在總量上影響地下水資源。採煤塌陷形成塌陷坑、自上而下的貫通裂隙，使當地本就稀缺的地表水、地下水進入礦坑而被污染，使地下水質受到影響，進而影響到地下水的可用資源量。如在神府東勝礦區，採煤塌陷一方面使薩拉烏蘇組含水層中地下水與細沙大量湧入礦坑，造成井下突水潰沙事故;另一方面礦坑排水需大量排放地下水，既浪費了寶貴的水資源，又破壞了礦區的水環境(張發旺，2007)。
另外，採煤塌陷對水環境造成影響的最重要因素是塌陷裂縫。其存在不但增加了包氣帶水分的蒸發，造成地表溝泉、河流等的乾涸，而且增加了污染物的入滲通道，從而導致土壤水和地下水體的污染。
西北煤礦區水資源原本缺乏，再加上塌陷及地裂縫造成的可用水資源量的減少，使礦井用水、洗煤廠用水、礦區生活用水等均面臨嚴峻挑戰。
(2)煤層及煤矸石自燃不但浪費了大量煤炭資源，而且影響煤炭開采
鄂爾多斯盆地北部的侏羅系煤田分布區，煤層埋藏淺深度只有0～60m，並且氣候乾旱，植被稀少，形成了有利於煤田大規模自燃的氣候條件。因此煤層及煤矸石自燃大面積分布，如烏海煤田、神東煤田等。煤層及煤矸石自燃不僅會燒掉寶貴的煤炭資源，並且會影響煤炭開采、污染空氣，造成巨大經濟損失。
(3)礦坑突水事故不但破壞了地表水和地下水資源，往往也會淹沒礦井巷道，嚴重影響煤炭開采，造成重大人員傷亡和經濟損失
在我國，大部分石炭-二疊系煤炭開采時會受到水量豐富的奧陶系灰岩水的威脅。由於水量巨大，流速快，水壓高，奧陶系灰岩水造成的突水事故往往十分巨大，如1984年6月發生的開灤范各庄煤礦發生的世界罕見的特大奧陶系灰岩水突水事故，突水4d內把范各庄煤礦淹沒，又突入相鄰的呂家坨煤礦並將其全部淹沒，並向另一相鄰礦林西礦滲水，經過4個月才完成封堵工作，造成的經濟損失達5億元以上。在鄂爾多斯盆地，石炭-二疊系煤層主要分布在銅川、蒲白、澄合和韓城一線，歷史上共發生礦坑突水事故40餘次。如1960年1月19日銅川礦務局李家塔煤礦發生老窯突水53476m3，淹沒巷道18條，死亡14人。
陝西黃陵縣店頭沮水河兩岸個體小煤礦無序生產，1998年9月至1999年3月造成一系列突水事故，給黃陵礦業公司造成的直接經濟損失就有3401萬元，間接經濟損失3100萬元。
C. 中國陸相第四系薩拉烏蘇階綜合研究報告
閔隆瑞1朱關祥2關友義1
(1.中國地質科學院地質研究所，北京100037;2.中國地質科學院，北京100037)1薩拉烏蘇階階名及其名稱由來
薩拉烏蘇階由第二屆全國地層委員會第四系工作組在1999年12月全國地層委員會召開的十三陵斷代工作組工作會議期間提出(全國地層委員會，2001)，2002年正式列入中國區域年代地層表中。階名源自同名岩石地層單位「薩拉烏蘇組」。薩拉烏蘇組命名於內蒙古薩拉烏蘇河(又名紅柳河)流域。20世紀20年代E.桑志華、P.德日進首次將流域內出露的一套河湖相地層稱為薩拉烏蘇河建造，其時代定為更新世晚期(表1)。1959年全國地層委員會正式建為薩拉烏蘇河組，後於1964年改稱薩拉烏蘇組。薩拉烏蘇組內含有著名的「鄂爾多斯人」(或稱「河套人」)、人類活動遺跡和豐富的哺乳動物化石而聞名中外，是我國北方第四系更新統上部河湖相代表性地層。60～80年代期間中國科學院古脊椎動物與古人類研究所、地質研究所和沙漠研究所等單位進行了兩次大規模的挖掘和考察，對薩拉烏蘇組的認識更加深化，薩拉烏蘇組被解體為下部薩拉烏蘇組(狹義)和上部城川組。
表1 薩拉烏蘇組地層劃分對比沿革表
2 薩拉烏蘇階的層型剖面位置
薩拉烏蘇階建階層型剖面，位於內蒙古烏審旗無定河鎮米浪溝灣下游2km的薩拉烏蘇河左岸，酒房台西側陡壁處(圖1)。地理坐標:北緯37°46'，東經108°33'，頂部海拔1283m。從陝北榆林、靖邊或內蒙古烏審旗均有公交車到無定河鎮。
此外，前人在建階層型剖面上游，滴哨溝灣、范家溝灣和米浪溝灣均做過大量工作，建立了較好的地層剖面。這些剖面為酒房台建階層型剖面的岩石地層、生物地層、年代地層和氣候地層等研究提供了重要資料、數據。
圖1 薩拉烏蘇河流域薩拉烏蘇階層型剖面位置圖
3 薩拉烏蘇階的層型剖面描述
酒房台建階層型剖面是由薩拉烏蘇河左岸酒房台陡壁第四系鬆散沉積物組成(圖 2)。地層連續性好，總厚度達 61.61 m。根據沉積物顏色、岩性、結構構造和與下伏地層的接觸關系等，將剖面自下而上劃分為 32 層(圖 3)。在劃分的 32 層基礎上，根據沉積旋迴和岩相特徵及測年數據，歸並為更新統中部離石組; 更新統上部的下部薩拉烏蘇組(狹義)，更新統上部的上部城川組和全新統。
薩拉烏蘇組 厚 32.77 m，自下而上又分為 5 段
1 段: 黃褐色、灰褐色粉砂質粘土與灰黃色、雜色粘土質粉砂互層，夾多層紅棕色薄古土壤層，底部為黃棕色粉細砂層。含軟體動物化石。厚 11.11 m。與下伏中更新統離石組頂部紅棕色古土壤層呈整合接觸。
2 段: 黃土狀土，為黃色粉砂層，緻密塊狀，含鈣質結核較多。厚 3 m。
3 段: 黃褐色粘土質粉砂層，夾細砂和鈣板層，含軟體動物化石，具凍融褶皺。厚 7.4 m。
4 段: 黃褐色中、細砂層，具水平層理和交錯層理。厚 4.75 m。
5 段: 灰褐、灰綠色 粘 土質 粉 砂 層，含 軟 體動物化 石。底 部是泥質 礫 石，頂 部 為紅 棕 色 古 土壤 層。厚6.51 m。
圖 2 薩拉烏蘇河酒房台剖面地質地貌景觀
上述5 段中，薩拉烏蘇組底部的黃棕色砂層，下部的灰褐色粉砂質粘土層(或淤泥層)、中部凍融褶皺層和頂部棕色古土壤層均可作為標志層。
城川組 厚 25.19 m，自下而上又劃分為 3 段
1 段: 灰黃色粉細砂層夾 灰 褐 色 粉 砂 層，具水平 層 理 和 交 錯 層 理，夾 鈣 板 層。近底 部 含 披毛犀 化 石。厚12.69 m。與下伏地層呈侵蝕接觸關系。
2 段: 灰綠色、灰黃色粉細砂層，具水平層理，底部為中、細砂層。頂部和中部發育凍融褶皺，含軟體動物化石。厚 7.19 m。
3 段: 灰黃色粉、細砂層夾灰褐色粉砂層和鈣板層，具水平層理和交錯層理。厚 5.31 m。
上述 3 段中，第 2 段中部兩層含軟體動物化石的凍融褶皺層可作為標志層。
從沉積相分析，薩拉烏蘇組第 1 段以湖沼相沉積為主，底部發育黃棕色砂層，代表古湖泊開始的沉積物，湖沼相沉積物中發育多層古土壤層和含軟體動物化石，表示水體較淺。第 2 段為堆積黃土狀土，湖泊消失。第 3 段為黃褐色粘土質粉砂層，代表水進。第 4 段為厚層黃色中、細砂層，是河和風的堆積物，湖泊暫時被河、風堆積物取代。第 5 段為沉積的泥礫層和含軟體動物化石的灰綠色粘土質粉砂層，代表又進入到湖泊發育時期，直至頂部棕色古土壤發育，薩拉烏蘇湖再次消失。
城川組 1 段，發育風成砂和砂丘間窪地沼澤相沉積物。較高角度大型板狀交錯層理是風成砂結構構造的標志; 具水平層理的灰褐色粉砂質粘土條帶層是砂丘間窪地沼澤相的沉積物。窪地沉積物頂部乾涸後，常常發育鈣板層。城川組 2 段沉積物顆粒較粗，反映水量較充沛，又進入到湖泊發育階段。湖泊沼澤中發育較多的軟體動物，水體不深。城川組 3 段，又被風成砂和砂丘間窪地沼澤相沉積代替。可見，薩拉烏蘇組和城川組，總共經歷了 4 次較為明顯的水體擴張，4 次較為明顯的風成砂襲擊。
4 薩拉烏蘇階的底界界線定義
薩拉烏蘇階底界位於酒房台剖面薩拉烏蘇組(狹義)第 3 段底，其標志是:
4.1 岩性、沉積相
薩拉烏蘇階底部為黃褐色粉細砂和粘土質粉砂層，具明顯凍融褶皺，含較多的軟體動物化石，屬湖沼相沉積。其中凍融褶皺在薩拉烏蘇河流域展布廣，是明顯的標志層。
圖3 內蒙古薩拉烏蘇河流域薩拉烏蘇階層型剖面綜合柱狀圖
4.2 同位素年齡
據李保生等人資料，薩拉烏蘇階底部凍融褶皺層頂部年齡為(148000 ± 12500)a(TL)。因而，推算其底界年齡約為 0.15Ma，略大於更新統上部底界 128000 a 的年齡。
4.3 古脊椎動物化石和文化遺物
薩拉烏蘇階底界之上發現具代表性的古脊椎動物化石是 Homo sapiens(鄂爾多斯人)和 Sinomegac-eros ordosianus(河套中國大角鹿)、Bubalus wansjocki(王氏水牛)、Palaeoloxodon naumanni(諾氏象)等。據資料，1922 ～1923 年首次在邵家溝灣距河面 10 m 的砂層中，發現 「河套人」和 「河套文化」層。1978 ～1979 年董光榮等在原生層位中發現了河套人頜骨、臼齒等，其層位在距河床10 余米的薩拉烏蘇組下部。另在范家溝灣剖面薩拉烏蘇組的粉砂質粘土和粉砂層中，發現了大量小型舊石器。
由此可見，這些古人類化石和文化遺物及河套中國大角鹿、王氏水牛等脊椎動物化石，可作為薩拉烏蘇階底界的古生物標志。
4.4 孢粉特徵
孢粉分析表明，酒房台剖面薩拉烏蘇組第 3 段，即薩拉烏蘇階底部，孢粉較為貧乏。底部有少量Pinus(松屬)、Artemisia(蒿屬)、Chenopodiaceae(藜 科); 中 部 出 現 少 量 Betula(樺屬)、Quercus(櫟屬); 上部菌孢較多。反映氣候由涼干轉為溫濕。
4.5 介形類化石特徵
介形類化石分析表明，酒房台剖面薩拉烏蘇組第 3 段，含少量 Leucocythere plethora(豐滿白花介)。屬湖沼相沉積環境。
總之，薩拉烏蘇階底界為湖沼相層，含智人和河套中國大角鹿、諾氏象、王氏水牛等哺乳動物化石，孢粉貧乏，有少量豐滿白花介等介形類，以此作為底界標志。
5 階的單位層型內生物地層序列及特徵描述
5.1 哺乳動物化石
截至目前，本區邵家溝灣，楊樹溝灣、滴哨溝灣、范家溝灣和酒房台等地，除人類化石外，在薩拉烏蘇階內共發現哺乳動物化石 34 種，鳥類 11 種(表 2)。
其中已滅絕的有: Palaeoloxodon naumanni，Crocuta ultima，Camelus knoblochi，Coeoldonta antiquita-tis，Spirocerus kiakhtensis，Sinomegaceros ordosianus，Bubalus wansjocki，Bos primigenius 等 8 種; 而 Palae-oloxodon naumanni，Spirocerus kiakhtensis，Sinomegaceros ordosianus，Bos primigenius 僅見於薩拉烏蘇階下部的薩拉烏蘇組內。
5.2 孢粉組合特徵
自下而上孢粉組合特徵是:
(1)薩拉烏蘇組 1 段
底部: 花粉含量少，但菌孢較多，氣候溫濕。
中部: 孢粉貧乏，僅有少量 Pinus，Artemisia，Chenopodiaceae，氣候涼干。
上部: 孢粉豐富，木本植物花粉占 38.3% ～62.1%，草本植物花粉占 37.9% ～61.7%。木本植物花粉以Pinus為主，佔37.3%～57.6%，另有少量Ulmus，Betula等。草本植物花粉以Artemisia為主，佔19.7%～35.3%，其次為Chenopodiaceae等，反映以針葉林為主、針闊葉混交林草原植被景觀，氣候較暖濕。
表2 薩拉烏蘇動物群
(2)薩拉烏蘇組 2 段
孢粉以 Pinus(占 37.3%)，Artemisia(占 53.3%)為主，氣候較涼干。
(3)薩拉烏蘇組 3 段(即薩拉烏蘇階下部開始)
下部: 孢粉貧乏，僅有少量 Pinus，Artemisia，Chenopodiaceae，氣候涼干。
中部: 有少量 Betula，Quercus 等，上部菌孢較多，反映中、上部氣候溫濕。
(4)薩拉烏蘇組 4 段
下部: 孢粉以 Pinus(占 89.8%)，Artemisia(占 6.8%)為主，氣候較溫濕。
上部: 孢粉貧乏，氣候涼干。
(5)薩拉烏蘇組 5 段
下部: 孢粉貧乏，僅有少量 Pinus，Artemisia，Chenopodiaceae，氣候較涼干。
上部: 孢粉以 Pinus(占 72.2%)，Abies(占 16.5%)為主，氣候較溫濕。
(6)城川組 1 段(即薩拉烏蘇階上部開始)
孢粉貧乏，僅有少量 Pinus，Artemisia，Chenopodiaceae 氣候較冷干。
(7)城川組 2 段
孢粉豐富，木本花粉以 Pinus 為主，可占 47% ～81%，其次為 Picea(占 12% ～14%)，Abies(佔10% ～ 12% ); 另 有 Quercus(占 7% )，Ulmus(占 3.1% )。草 本 花 粉 以 Chenopodiaceae(占 11% ～13% )，Artemisia(占 8% )為主，另有水生草本花粉 Typha 和菌孢等。
反映以針葉林為主的針闊葉混交林草原植被景觀，氣候以暖濕為主。
(8)城川組 3 段
下部: 孢粉豐富，木本花粉以 Pinus(占 15% ～ 52%)為主，草本花粉以 Artemisia(占 22% ～28% )為主。此外，尚有水生草本 Typha(占 10% )等。反映針葉林草原植被景觀，氣候溫濕。
上部: 孢粉貧乏。
從上述孢粉組合可見，薩拉烏蘇階以針葉林為主的草原植被景觀為主。
5.3 介形類組合特徵
自下而上介形類組合特徵是:
(1)薩拉烏蘇組 1 段
底部: 見有較多的 Leucocythere plethora 及少量 Ilyocypris biplicata 為湖沼相沉積環境。
中、上部未見介形類化石。
(2)薩拉烏蘇組 2 段，未見介形類化石。
(3)薩拉烏蘇組 3 段(即進入薩拉烏蘇階下部)，僅在中下部的凍融褶皺層中見有少量 Leucocythe-re plethora，屬湖沼相沉積環境。
(4)薩拉烏蘇組 4 段，未見介形類化石。
(5)薩拉烏蘇組 5 段中、下部未見介形類化石，上部的灰綠色、灰褐色粘土質粉砂層中見有較多
介形 類 化 石，有: Cyclocypris serena，Ilyocypris biplicata，Ilyocypris nschanensis，Candoniella suzini，Candoniella albicius 等，屬小溪、湖沼相沉積環境。
(6)城川組 1 段(即進入薩拉烏蘇階上部)，未見介形類化石。
(7)城川組 2 段凍融褶皺層中見有較多的 Candoniella albicius，Candona kirgizica，Cypris subeiensis等，其上黃褐色砂層中見有 Limnocythere biosa。反映湖沼相沉積環境。
(8)城川組 3 段下部見有 Cyprinotus sp.，Eucypris inflata，Leucocythere plethora 等，反映湖沼相沉積環境。
總之，從已獲介形類的屬種分析來看，大部反映湖沼或小溪、小池的沉積環境。
6 同位素年代地層、磁性地層研究
6.1 薩拉烏蘇階底界年齡
(1)祁國琴(1975)、周昆叔(1982)和原思訓(1983)等，依據舊石器文化遺址的年代和古脊椎動物化石及孢粉組合，認為薩拉烏蘇組的時代不早於晚更新世中期。
(2)董光榮等(1983、1986)，經區域對比後，認為薩拉烏蘇組相當於距今 10 萬 ～7 萬年的玉木—里斯間冰期，城川組相當於距今 7 萬 ～1.2 萬年的玉木冰期。1998 年，董光榮等進一步確定，薩拉烏蘇組形成於 140 ～70 ka，城川組形成於 70 ～10 ka，分別與末次間冰期和末次冰期對比。
(3)李保生等(2001、2004)，據米浪溝灣剖面熱釋光年齡測定，認為薩拉烏蘇組年齡為150～70ka，城川組為70～10ka。
2004年，進一步確定前者為150000～75000a，可與黃土高原S1和深海氧同位素5階段對比;後者為75000～10000a，可與黃土高原L1和深海氧同位素2～4階段對比。
(4)鄭洪漢(1989)對滴哨溝灣剖面下部年齡測定結果為:(177±14)ka(TL)，認為薩拉烏蘇動物群年齡為160～180ka。
(5)孫繼敏(1996)，對滴哨溝灣剖面近底部的地層進行測定，其年齡為136000a(TL)。
(6)樊行昭等(2002)對滴哨溝灣剖面進行岩石磁學研究，認為薩拉烏蘇組年代大致為180～10ka。
(7)靳鶴齡等(2007)，將滴哨溝灣右岸剖面與其他剖面對比後認為，薩拉烏蘇組時代為80～140ka，城川組時代為11.5～80ka。
(8)閔隆瑞等(2007)對酒房台剖面薩拉烏蘇組底界進行了光釋光測定，確定為≥130ka(由中國地震局地質研究所地震動力學國家重點實驗室測定)。
上述大量年齡數據表明，由於對薩拉烏蘇組區域地層對比看法不一致、底界標志的確定與測年方法的不同等等，目前對薩拉烏蘇組底界年齡存在兩種意見，即140～150ka和180ka。作者根據大於130ka測年數據、沉積速率和薩拉烏蘇組內發育多層古土壤層特徵分析，以及與米浪溝灣剖面的對比，偏向後者的年齡數據。但薩拉烏蘇階底界應在酒房台剖面薩拉烏蘇組第3段底，其年齡值約為150ka。
6.2 薩拉烏蘇階上、下之間界線
據李保生(2004)資料，城川組底的年齡為(75080±7400)a(TL)。閔隆瑞(2007)獲得頂部土壤層之下灰綠色粘土質粉砂層的年齡為:≥80ka(OSL)。因而推測薩拉烏蘇階上、下之間界線年齡約為75ka。
6.3 薩拉烏蘇階頂界年齡
據李保生(2004)資料，城川組頂部(約距頂界1.7m處)年齡為(14458±867)a(TL)。上覆全新統之底部年齡為(9880±900)a(TL)。故薩拉烏蘇階頂界年齡約為10～11ka。
7 古氣候特徵
隨全球變化研究的開展及區域性氣候變化研究的深入，不少學者對薩拉烏蘇組氣候演變的研究做了探討。以董光榮、李保生為代表，認為薩拉烏蘇組與末次間冰期相當;城川組則與末次冰期對比，其中間可劃分出間冰段氣候期。李保生近年來對米浪溝灣剖面做了大量化學元素百分含量等方面的研究，進一步將薩拉烏蘇組與MlS5對比，城川組與MlS2－4對比。鄭洪漢將薩拉烏蘇組下部與MlS6階段對比，代表一個寒冷時期，其上可與MlS5階段對比，代表一個溫暖期。總之，學者們對薩拉烏蘇組和城川組古氣候特徵做了大量的研究，成績是顯著的。但正如上述關於薩拉烏蘇階年代框架討論中所說，薩拉烏蘇階底界年齡目前仍在做工作。因此，本文僅根據地層岩性、岩相及古生物特徵等粗略地論述其演化特徵(圖2)。
薩拉烏蘇組第1段氣候由溫涼轉為較暖濕，特別是上部湖沼相層中夾有多層紅棕色古土壤層，含軟體動物化石及少量闊葉植物花粉，反映較暖濕氣候環境。第2段為黃土狀土堆積，氣候涼干。但第1、第2段均未進入薩拉烏蘇階時限內。薩拉烏蘇組第3段，開始進入薩拉烏蘇階下部，為湖沼相沉積，內含軟體動物化石和少量闊葉植物及發育大量脊椎動物化石，代表溫濕氣候，但中部湖相沉積層沉積後曾經歷一次寒冷氣候事件，使之發育凍融褶皺。上部含鈣板多，氣候變干。第4段黃色中、細砂層，孢粉中木本植物松屬含量較高，氣候較濕潤。第5段湖相沉積，含大量軟體動物化石，頂部有一層較厚的棕色古土壤層，是氣候溫濕的標志。
薩拉烏蘇階上部，城川組第1段是風成砂和砂丘間窪地沼澤相沉積，反映氣候冷干環境。第2段湖相沉積，沉積物顆粒可達中細砂級，含喜暖濕的軟體動物化石，孢粉中有闊葉類植物及水生草本植物花粉，反映氣候暖濕，在2段頂部和中部有2層凍融褶皺，表明在這2層湖沼相層沉積後分別經歷兩次冰緣冷氣候的事件。第3段的古氣候特徵基本上與第1段相似，但早期，孢粉顯示較為濕潤。
總之，從薩拉烏蘇階的岩性、岩相、古生物及孢粉組合分析結果看，薩拉烏蘇階以溫濕氣候與涼干氣候交替出現，其中曾有2次冰緣冷氣候事件發生。
8 對比關系
8.1 與深海氧同位素曲線對比
據李保生對本區米浪溝灣剖面化學元素的研究，將薩拉烏蘇組(狹義)第5段分別與深海氧同位素第5階段a、b、c、d、e對比;又據古生物資料，將城川組第3段與深海氧同位素第2～4階段對比。
8.2 與華北晚更新世地層對比
薩拉烏蘇階在華北地區是一套河湖相夾風成相地層，分布廣，具很好的對比性。在黃土高原河谷中，往往見薩拉烏蘇組(狹義)夾於馬蘭黃土與離石黃土上部之間，如乾縣剖面;在內蒙古大青山南麓包頭附近台地或階地上亦見有薩拉烏蘇組和城川組，如萬水泉、後水溝等剖面;河套盆地南緣達拉特旗瓦窯、昭君墳、王愛召地區和河套盆地東北托克托中灘地區及內蒙古廣興源西拉木倫河一帶，同樣也有可與薩拉烏蘇河流域對比的剖面。此外，山西汾河流域丁村組地層中含有的丁村人化石與鄂爾多斯人同期或略早於鄂爾多斯人。
致謝 在薩拉烏蘇階建階研究期間，華南師范大學李保生教授和內蒙古烏審旗文物局範金山教師等為我們提供了大量資料、信息，在此一並表示衷心的感謝。
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D. 平原地層區（Ⅱ）
平原地層區全新統（Qh）堆積物分布厚度，在Ⅱ1亞區的內黃隆起、太康隆起、鄲城凸起等地較薄，一般在10～20m 之間，碭山凸起區最薄，＜10m。開封坳陷區最厚，可達40餘米。其餘地區均在20～30m之間（圖3.46）。堆積物主要為黃河沖積物，受黃河多次改道作用，堆積物空間上交疊分布，形成一個規模巨大的黃河沖積扇。岩性由輕亞砂土、亞砂土、黃土狀土、亞黏土與厚層粉細砂、細粉砂組成，構成一個較厚的具「二元結構」的旋迴層。該層富含分散狀鈣質，不含鈣核及鐵錳結核，個別地段見有搬運而來的鈣質小礫石，圓度較好，粒徑1～3cm。本統可見1～2層淤泥質層，特別是在河間窪地、沼澤窪地中更為發育，顏色以灰、灰黑、黃灰色為主（圖3.47、圖3.48）。
Ⅱ2亞區全新統（Qh）主要為沼澤窪地相堆積，沿河谷兩側有沖積物分布。地層厚度自南向北逐漸增厚，最厚處在周口、沈丘坳陷一帶，可達15m之多。岩性主要為灰色、灰黑色亞砂土、亞黏土，含淤泥質層。周口一帶還見有薄層灰黃色泥質細粉砂層（圖3.49）。
圖3.38 太康縣基11鑽孔第四紀地質演化與環境變遷綜合分析圖
圖3.39 新蔡縣基18鑽孔第四紀地質演化與環境變遷綜合分析圖
河南平原第四紀地質演化與環境變遷：兼論黃河發育演化與再造
1962年，河南省地質研究所建立了「黃泛組」，泛指全區。籠統地對全區岩性進行了概括描述，無建組的具體地點、測年資料和其他建組依據，也無法證實它的底界和接觸關系，故難以對比採用。
圖3.41 薩拉烏蘇階（Qp3）厚度等值線圖
1985年，河南省地質局水文地質一隊、地礦部水文地質工程地質研究所根據孢粉、重礦物分析資料、14C 測年結果等，將全新統劃分為3個相應的地層段，即全新統下段（Qh1）、中段（Qh2）和上段（Qh3），並給出了代表這一地區的典型剖面，在Ⅱ1亞區為濮陽市的HK4孔，在Ⅱ2亞區為項城的劉鐵冢剖面，分別建組命名為濮陽組（Qhp）和項城組（Qhx）。
河南平原第四紀地質演化與環境變遷：兼論黃河發育演化與再造
3.5.2.1 濮陽組（Qhp）
本組地層為黃河沖積物，具典型的「二元結構」特徵。位於濮陽市鐵丘村HK4鑽孔深0～25.7m處，地層較典型，測試資料齊全。其岩性特徵見圖3.47。
該組地層中見有部分微體化石，在⑦層中見有布氏土星介、瑪納斯土星介、純凈小玻璃介及磨拉石輪藻。在②層中見純凈小玻璃介及鹽城似松輪藻。
重礦物分析表明，本組有3個組合段：下段為角閃石、鱗灰石-石榴子石組合；中段為石榴子石、榍石、金屬礦物-角閃石組合；上段為綠簾石、角閃石、鱗灰石-鋯石組合。
河南平原第四紀地質演化與環境變遷：兼論黃河發育演化與再造
孢粉分析可劃分3個組合段：下段為松林-草原型；中段為針闊葉林-草原型；上段為松林-草原型。
建立濮陽組Qhp的依據：
1）地層標志明顯。濮陽組為灰黃、灰黑色亞砂土、淤泥質亞黏土互層，下部為細中砂，二元結構明顯。而下伏地層太康組為灰黃、淺黃、灰褐色亞黏土、亞砂土及砂層互層，含鈣質小結核。兩套地層標志明顯、界線清楚。
河南平原第四紀地質演化與環境變遷：兼論黃河發育演化與再造
2）重砂、孢粉組合不同。濮陽組重砂、孢粉組合均與下伏地層有明顯的區別（圖3.48）。
3）氧化物、全鹽量差異明顯。濮陽組氧化物、全鹽量均明顯高於下伏地層（圖3.48）。
圖3.45 河南平原第四系薩拉烏蘇階（Qp3）太康組、新蔡組地層剖面對比圖
4）濮陽組④層中14C測年為8125±605a。
5）古生物化石時代清楚。濮陽組⑦層與⑤層中均見到類扁卷螺未定種化石，經南京古生物研究所鑒定為全新世化石。
3.5.2.2 項城組（Qhx）
該組地層在豫南地區廣泛分布，厚度較小，其岩性特徵見圖3.49、圖3.50。
建立項城組（Qhx）的依據：
1）除岩性、顏色等宏觀標志差異外，全新統、薩拉烏蘇階之間有古土壤層存在。
2）項城組（Qhx）層⑤中14C測年為1167±69a。
河南平原全新世的分布狀況不同，各地厚度不一，相差懸殊，具有從西向東、從南向北逐漸增厚的規律，詳見地層柱狀對比圖（圖3.51）。
綜上所述，河南平原第四紀地層，由於受各種因素的綜合控制，不同區域、不同時段沉積物的空間厚度、粒度、成因類型諸方面相差較大。總的規律是：平原西部、北部堆積物顆粒較粗，中部、北部堆積物厚度較山前及南部、東部大，坳陷區較隆起區大。從山前向平原成因類型的分布主要是由殘坡積（坡洪積）、沖洪積（冰磧）向沖積（冰水堆積）、湖積過渡。屬於較為典型的流水搬運堆積的多成因結構平原，見圖3.52、圖3.53。
圖3.46 全新統（Qh）底界面埋深等值線圖
圖3.47 HK4鑽孔濮陽組（Qhp）地層柱狀圖
（東經114°56′，北緯35°42′；標高52m）
圖3.48 濮陽鐵丘HK4鑽孔第四紀地質演化與環境變遷綜合分析圖
圖3.49 周口市周水2鑽孔項城組（Qhx）地層柱狀圖
圖3.50 項城劉鐵冢實測地質剖面圖
圖3.50中各地層情況如下：
⑥亞砂土：淺棕黃色，含有瓦片。厚0.60m。
⑤亞黏土：淺棕、灰黑色，具銹染，多蟲孔，含碳化植物根系，14C測年為1167±69a。厚0.45m。
④粉砂：棕黃色，泥質含量高，分選較好，主要成分為石英、長石，暗色礦物少。厚0.60m。
③亞黏土：棕黃色，少量灰綠染，頂部及中間各有一古土壤層，具團粒結構，內含較多已炭化植物根系及蟲孔。厚0.50m。
②黏土：黑褐色，干硬，有蟲孔，具少量銹染。厚0.20m。
①粉砂：灰色，淤泥質及黏性土含量高，具嗅味。厚度未穿。
圖3.51 河南省平原第四系全新統（Qh）濮陽組、項城組地層剖面對比圖
E. 評估區自然地理與地質環境
一、自然地理條件
（一）地形地貌
管線所經陝西北部地貌大致以長城沿線為界，以北屬沙漠高原，以南為黃土高原。在馬路壕以西，管線沿毛烏素沙漠南緣經過，沿線地形平緩，海拔1328～1449m，由西向東緩傾，河谷寬短，地面物質組成以鬆散的砂為主。按其形成特徵，分為沙丘沙地與草灘盆地兩個地貌類型。在馬路壕以東，管線橫跨陝北黃土高原中部，梁峁起伏，溝壑縱橫，地形破碎，谷深坡陡，海拔1079～1732m，在東部黃河河谷區降至776m。根據地貌形態的差異，可分為黃土梁
1.沙丘沙地
主要分布於紅柳河與蘆河之間、梁鎮至定邊以北地區及靖邊縣城附近，以固定和半固定沙丘為主，流動沙丘僅靖邊縣城附近局部分布。沙丘高度一般3～7m，高者達30餘米，迎風坡一般面向西北。
2.草灘盆地
分布於定邊—靖邊一帶，由一些低緩的內陸小盆地和灘地組成。灘地和盆地中部低窪，有的積水成湖。因鹽分長期積累，形成許多鹽湖、鹽鹼地。小盆地間為高幾米至十幾米的寬緩分水鞍地，表面坡度3°～10°。
3.黃土梁
主要分布於馬路壕至武家坡之間。溝間地與溝壑之比為1:1，溝壑密度5～6km/km2，相對切割深度100～200m，
4.黃土峁梁溝壑
主要分布於子長境內及延川西北。峁多梁窄，峁梁起伏，谷坡坡度5°～30°，懸溝及「V」形沖溝密集。河流及沖溝下切強烈，相對切深大於150m，多數切入基岩。溝壑密度平均7～8km/km2。
5.黃土寬梁殘塬溝壑
主要分布在延川縣楊家圪塔至黃河之間，梁地寬500～600m，梁頂坡度1°～3°，鄰近溝緣線時增大至10°～30°。河谷范圍內以短梁低峁為主，河流切割深度150～220m，基岩出露厚度由20～30m至70～80m不等。溝壑密度一般4～5km/km2。
6.河谷階地
沿線河流普遍發育兩級階地，均屬基座階地，基座為中生界砂、頁岩或新近系粘土岩。一級階地階面平坦，一般寬50～100m，前緣以陡坎形式高出河床4～10m；二級階地受切溝侵蝕分割斷續分布，階面寬度一般30～40m。
（二）氣候氣象
陝西北部屬溫帶半乾旱大陸性季風氣候，春季風大沙多，夏季炎熱多雨，秋季涼爽多霜，冬季乾燥寒冷。年平均氣溫7.9℃～10.6℃，沿線定邊、靖邊、子長、延川年均降水量依次為324、395、517、456mm，降水季節變化明顯，60%～70%的降水集中於7～9月，多暴雨。總體上西部較東部風大，平均風速定邊、靖邊3m/s以上，子長、延川小於2m/s，而東部較西部降水量大，易導致西部風蝕沙埋和東部的崩滑流災害。另外，沿線存在季節性凍土，平均最大凍結深度分別是：定邊133cm、靖邊106cm、子長103cm、延川93cm。
（三）河川水文
包括內流水系與外流水系，以外流水系為主。外流水系屬黃河流域，以長城為界，河網發育迥然不同。長城以北受毛烏素沙地影響，水系不甚發育，出現大片無流區域。管道僅經無定河支流紅柳河、蘆河兩條較大河流，一般流程短，河床寬淺。長城以南水系發育，河網密布，幹流深切，沖溝極為發育。河流枯、洪期流量變化懸殊，河水含沙量高，且具暴漲暴落特徵。7、8、9三個月流量佔全年徑流量的50%～80%。內流區集中於安邊一定邊一帶，八里河為陝西省最大的內陸河，7～9月多洪流。西部沙區地勢低窪，形成一系列內陸湖泊海子，較大者有花馬池、爛泥池、苟池等。
輸氣管線在本段末端延川縣的延水關第二次跨越黃河幹流而進入山西境內。
二、地質環境條件
（一）評估區地層與岩土工程性質
1.地層
陝北高原新生界第四系發育全、分布廣，為一套風積和河湖積的鬆散堆積物。高原北部沙地區出露全新統風積砂和上更新統薩拉烏蘇組，高原南部黃土區出露全新統黃土狀土、上更新統黃土、中更新統黃土和下更新統黃土。新生界新近系保德組在無定河中游、大理河、清澗河中上游及其支溝、溝堖出露。前新生界僅在深切溝谷和大河兩岸出露，由東向西依次為中生界中三疊統銅川組（T2t）、上三疊統延長群胡家村組（T3h）、永坪組（T3y）、瓦窯堡組（T3w）、下侏羅統富縣組（J1f）、中侏羅統延安組（J2y）、直羅組（J2z）、安定組（J2a）、下白堊統志丹群洛河組（K1l）、環河組（K1h）。綜合地層岩性詳見圖9-1。
2.岩土工程性質
沿線岩土體類型劃分見表9-1，分布情況詳見圖9-2。其中，堅硬—較堅硬厚層—塊狀碎屑岩組岩塊單軸抗壓強度35～65MPa；軟硬相間互層狀含煤油頁岩碎屑岩組砂岩抗壓強度25～48MPa，軟化系數0.36～0.50，泥頁岩抗剪強度參數φ＝33°、c=17kPa；軟弱層狀粘土岩組抗剪強度參數φ＝32°、c=13.6kPa，風化後浸水膨脹、崩解。黃土主要物理力學性質見表9-2。
（二）地質構造與地震
管線所經陝西段位於我國第二級地形階梯上。區域大地構造部位處於華北准地台西部鄂爾多斯台坳的陝北台凹。鄂爾多斯台坳為一大型向斜構造，長軸走向近南北，兩翼不對稱，西翼傾角3°～10°，東翼寬緩，傾角1°左右。陝西段管線處向斜東翼，為一向西緩傾的單斜構造，構造簡單，盆地內部無明顯大斷層，長期以來是個比較穩定的地塊。沿線新構造運動整體表現為間歇性緩慢抬升，中、新生代地殼垂直變形不明顯（圖9-3），褶皺、斷裂不發育，地震活動水平低。據歷史記載：公元966年橫山曾發生過5～6級地震，1448年、1472年榆林曾發生過兩次5級地震，1621年府谷曾發生過5級地震，1591年延長曾發生過5級地震，以後再未發生過4級以上地震，小震也很少發生。根據最新地震區劃，陝西段50年超越概率10%水平的地震烈度為Ⅵ度，地震動加速度峰值≤50gal。
圖9-1陝西段綜合地層柱狀剖面圖
表9-1岩土體工程地質分類表
表9-2陝西段沿線黃土主要物理力學性質統計表
（三）水文地質特徵
管線所經地區地下水按含水介質、賦存條件和水力特徵可分為第四系鬆散岩類孔隙水和碎屑岩類裂隙水。
1.第四系鬆散岩類孔隙水
沖洪積層孔隙水：分布在大理河、秀延河、永坪川、清澗河及趙家河等較大河谷漫灘及一級階地較連續段，含水層為具二元結構的黃土狀土及沖洪積砂礫石，厚度一般1～4m，礦化度一般小於1g/L，水位埋深3～10m，主要接受大氣降水補給，豐水期時又可接受地表水的側向滲漏補給，主要向河流方向徑流排泄。
沖湖積層孔隙水：主要分布於沙漠高原區，含水層為上更新統薩拉烏蘇組粉細砂，厚5～80m不等，水量較豐，水位埋深一般小於3m，其水質復雜。靖邊以東地下水礦化度一般小於1g/L，水質較好；靖邊以西，地下水礦化度一般1～3g/L，草灘盆地等地勢低窪地帶多大於3g/L，在定邊鹽場堡高達9.3g/L，多為微鹹水或鹹水，水質差。主要接受大氣降水及凝結水補給，徑流條件較差，多向地勢低窪的湖泊、海子排泄。
黃土層裂隙孔隙水：分布於黃土高原區，具零散而不連續的特點，含水層主要為中更新統黃土，埋深一般30～120m。礦化度1.05～1.35g/L。主要接受大氣降水補給，大多於下伏粘土岩或碎屑岩風化泥岩接觸面處以泉的形式向溝谷排泄，常導致斜坡失穩。
2.碎屑岩類裂隙水
主要為三疊系、侏羅系、白堊系基岩裂隙潛水，分布較廣泛。含水層以中粗粒砂岩為主，空間分布不連續。地下水主要賦存於風化裂隙和構造裂隙中，在秀延河，永坪川及清澗河一帶地下水位埋深7～20m，水質較為復雜，青陽岔以上白堊系含水岩組地下水礦化度多小於lg/L，青陽岔以下三疊系、侏羅系含水岩組地下水礦化度多大於1g/L。以大氣降水及地表水補給為主，常以下降泉或懸掛泉形式從岩層節理裂隙中溢出，數量較多，形成溝溝有水的特點。
圖9-2西氣東輸管道工程陝西段地質環境圖
圖9-3管道所處鄂爾多斯及周緣地殼垂直形變速率（周慕林，中國第四系）
（四）固體礦產資源
陝西段管道沿線固體礦產資源主要為煤，包括侏羅系煤田和三疊系煤田。侏羅系含煤地層為侏羅系中統延安組，分布在無定河東南大理河以北，面積7349km2，預測儲量883.580萬噸，煤層厚1m左右，目前尚未開采。三疊系含煤地層為上三疊統瓦窯堡組，其中5號煤厚0.2～2.93m，平均厚1.80m,3號煤厚0.05～1.06m，平均厚0.80m，其餘為薄煤層或煤線。三疊系煤田煤炭總儲量29.62億噸，其中探明儲量8.27億噸，預測儲量1.35億噸。子長礦區地處三疊系煤田腹部，已探明儲量7.99億噸。規劃開采能力每年300萬噸，現有開采能力每年為64萬噸。目前在子長縣瓦窯堡鎮、余家坪鄉和欒家坪鄉共建小煤礦45個，開采深度30～40m，局部達70m。
三、人類工程經濟活動對自然地質環境的影響
人類工程經濟活動對自然地質環境的影響分為正面影響和負面影響。正面影響是指原本就脆弱不穩定的地質環境通過人類有意識的積極的活動加以改善，使之變得穩定和具有生態效益。負面影響就是對自然地質環境的干擾破壞，輸氣管道沿線陝西段人類工程經濟活動對自然地質環境的干擾破壞主要為采礦引起采空塌陷；其次，對土地的掠奪式利用，過牧、過樵、濫墾加上陡坡種植，造成土地退化，加劇了土地沙化和水土流失災害。
陝西段沿線系國家能源重化工基地，蘊藏著豐富的煤炭、石油、天然氣和岩鹽等礦產資源，主要有子長—永坪煤田、靖邊整裝天然氣田、定邊—靖邊、子長—永坪油田。其中子長—永坪煤田探明儲量7.99×108噸；靖邊整裝天然氣田探明儲量1593×108m3，開採的天然氣已輸送至北京、西安、銀川等城市，也是西氣東輸的首批氣源和重要氣源。隨著能源重化工基地的建設，城市化和交通設施也在加速發展中，特別是煤礦開發和建設、交通管線的修建，破壞了地質環境自然狀態下的穩定和平衡，導致脆弱生態環境的進一步惡化，產生崩塌、滑坡、泥石流、采空塌陷等地質災害。
四、地質環境條件復雜性等級的分段劃分
評估區地質環境條件如圖9-2所示，地質環境的復雜程度劃分如下：
紅柳溝—土墩梁：沖溝發育、地質災害種類多、危險性較大，地質環境條件中等，段長56.163km；
土墩梁—高家灘：地形平緩、岩性簡單，地質災害輕微，地質環境條件簡單，段長55.127km；
高家灘—李家梁：以固定半固定沙丘為主，局部地段有流動沙丘分布，地質環境條件中等，段長27.212km；
李家梁—馬路壕：地處黃土高原與沙漠高原接壤地帶，梁峁坡面上覆有薄層片沙或低緩的流動沙丘，風蝕嚴重，地質環境條件中等，段長11.686km；
馬路壕—黃河：地處黃土丘陵溝壑及寬梁殘塬溝壑區，地形高差大，突發性地質災害頻發，人類活動強烈，采空區存在塌陷和潛在塌陷隱患，地質環境條件復雜，段長185.007km。
合計：地質環境條件復雜段管線長185.007km，佔54%；中等段管線長104.061km，佔30%，簡單段管線長55.127km，佔16%。
F. 鄂爾多斯能源基地地質環境保護與治理適用技術研究
一、煤炭開發地質環境保護與治理適用技術研究
煤炭開發地質環境保護與治理適用技術，需要針對不同類型的礦區，以及礦區存在的主要地質環境問題，結合當地氣候、地貌、經濟條件等，選擇合適的治理技術進行地質環境的保護與治理。如在廣泛收集資料以及調研的基礎上，我們發現大柳塔礦區存在的最主要地質環境問題有以下幾方面:一是地面塌陷與地裂縫;二是煤矸石山堆放及自燃;三是水資源破壞問題。銅川礦區除存在地面塌陷、地裂縫、煤矸石山、水源污染問題外，還面臨煤炭資源枯竭城市轉型問題。下面以大柳塔礦區地面塌陷與地裂縫、煤矸石山堆放、水資源破壞問題，以及銅川礦區存在的煤炭資源枯竭城市轉型問題為例，探討兩個重點區煤炭開發地質環境保護與治理適用技術。
(一)地面塌陷與地裂縫的治理適用技術
1.礦區土地利用分布狀況
大柳塔地區地處毛烏素沙地與黃土高原的接壤地區，屬蓋沙黃土丘陵區和黃土丘陵區。大柳塔鎮農業人口平均14.2人/km2，耕地(水澆地和川地)為15畝/km2，山地為18畝/km2，為地廣人稀的地區。土地面積的70.5%為草灌地、沙地和基岩區，綜采形成的塌陷區系整體冒落，與原有的丘陵地貌難以區分，在這些地區塌陷治理的重點是對較大的地裂縫進行回填。
同時，我們不能忽略塌陷對耕地的破壞性作用，以及對塌陷區耕地的治理與恢復利用。據2005年7月31日的SPOT5衛星遙感影像和實地調查(徐友寧，2006)，大柳塔礦區耕地面積占整個礦區面積的15.8%，其中包括旱地6.6%和水澆地9.2%。旱地分布於沙丘間灘地、台地、低緩丘陵、溝谷平原，面積24.84km2，主要作物有玉米、黍子、糜子、土豆、穀子、向日葵等。水澆地主要分布於烏蘭木倫河以及水源地的溝谷中。如雙溝、母河溝、活雞免溝、郝家溝、哈拉溝等。主要作物為玉米、黍子、糜子、土豆、穀子、蔬菜、瓜類、葯柴等植物，面積9.24km2。這些農耕地在整個礦區所佔比例雖然不大，但卻是當地農民賴以生存的根本。因此對耕地的破壞需要重點治理。
2.地面塌陷與地裂縫治理適用技術
根據大柳塔礦區的地貌及土地利用情況，對草灌地、沙地及基岩區等，可對大的裂縫進行簡單填充即可，塌陷坑、洞等只要不影響煤炭開采，就不需要特別治理，可待其自然穩定，與當地的丘陵地貌自然融合即可。
對於農耕地則需要應用一些工程治理技術配合生物治理技術等，恢復耕地的使用。鑒於大柳塔礦區煤矸石中含有一定量的重金屬及氟化物，故不能用其對塌陷坑、洞等進行充填復墾。因此，對大柳塔礦區塌陷農耕地的復墾可以採用簡單的挖深墊淺法以平整土地後，恢復耕地適用。再配合泥漿泵復墾技術或者酸鹼中和法、綠肥法等簡單價廉又有效的生物復墾技術，使復墾後的土壤容重、孔隙度、含水量及入滲性、有機質含量、養分含量等適宜，以提高土地的生產力。
(二)煤矸石山治理適用技術
1.礦區煤矸石性質與存在問題
神東礦區各煤層均屬低變質煤，煤岩類型屬半亮型、半暗型及暗淡型煤。其成分為亮煤、暗煤，夾少量鏡煤及絲煤，有機質總量達到98%以上，易燃。煤中有害成分低，絕大多數為特低灰及低灰、特低硫，特低磷，高發熱量煤。煤矸石和選煤矸石是以煤層夾石、偽頂、偽底岩石為主的黑矸組成，在開采矸石中混入煤炭增加了矸石的可燃性，機械化程度愈高，混入的煤矸石愈多。因此，即使在矸石含硫低的情況下，矸石中混有易燃的煤後，在外部條件具備的情況下，矸石堆的自燃在所難免。調查區前柳塔大柳塔煤礦矸石堆場就存在矸石自燃現象。
矸石在堆場存放的過程中，遇到大風天氣容易產生風蝕揚塵，其揚塵條件主要取決於其粒度、表面含濕量和風速大小。根據氣象統計資料，該地區年平均風速1.7m/s，春季多風，一年中風速超4.8m/s的頻率在5.53%左右，說明矸石堆在特定條件下是可以起塵的。
另外，煤矸石中含有一定量的重金屬及氟化物，因此隨意堆排、不採取措施復墾，矸石揚塵、降水淋溶會對土壤環境造成一定的污染。
2.煤矸石山綜合治理適用技術
對於煤矸石山自燃問題，預防最重要。鑒於大柳塔礦區選煤機械化程度高的實際情況，防止煤矸石自燃最有效的措施是有效剔除混入其中的煤屑或煤塊。此外，針對礦區煤矸石存在重金屬污染可能性的問題，採用分層堆積，覆土復墾再綠化的方式是行之有效的。對已經自燃的煤矸石山，針對火區范圍、自燃嚴重程度、地理環境，以及施工作業條件等的差異，選擇合理有效的矸石山自燃治理方案。從國內外工程實踐來看，以注漿法為主，輔以表面密封和壓實及灌注泡沫滅火劑的綜合措施是目前較為成熟、有效的矸石山自燃治理技術。
近年來大柳塔礦區為提高效益降低成本減少污染，在礦井設計和建設階段考慮和實施矸石礦渣井下處理技術，在井下消化處理全部矸石(葉青，2002)。
井下矸石礦渣處理就是用礦用鏟車配合無軌自卸膠輪車將生產過程中產生的矸石礦渣就近排至聯巷、排矸巷、施工巷，以及其他廢棄的巷道內，並配以其他的安全輔助措施。
(1)大巷延伸、平巷開口及平巷膠帶機頭硐室施工階段矸石的處理
根據排矸量就近在預留永久煤柱內開掘井下排矸硐室，並盡可能充分利用礦井原有的廢棄巷道。
(2)掘進過程中煤層變薄或其他構造時矸石的處理
按照設計，兩條臨近平巷之間每隔50m開一條15m的聯巷，除生產過程中必須預留的聯巷外，其他均可作為排矸巷。如果預留的聯巷仍不足以排矸，根據需要，就近在平巷煤柱內開掘深8m左右，與聯巷同斷面的排矸巷。對於一些廢棄的施工巷，也作為排矸巷使用。排矸時，在矸石少的情況下，直接由礦用鏟車將矸石鏟至排矸巷;矸石多的情況下，先由無軌自卸膠輪車將矸石倒至排矸巷，再用礦用鏟車將其堆積，最大限度地利用排矸巷。
為防治矸石自燃，在所有堆滿矸石的排矸巷口處砌上擋牆。對排滿摻有碎煤的排矸巷，煤矸表面一律用黃土覆蓋嚴密;為了防止矸石二次污染，要設置隔水層;巷口打上永久密閉，以防自燃。
採用矸石礦渣井下處理技術，降低噸煤成本，不佔用土地，杜絕了煤矸石中有毒有害物質在風化和淋濾作用下對環境和水體的污染;杜絕了煤矸石的自燃，降低了空氣中硫化物及其他有毒有害物質的含量，達到了很好的經濟、生態環境效益。
(三)礦區水資源綜合利用適用技術
1.礦區水文地質條件及水資源破壞情況
礦區位於毛烏素沙地與陝北黃土高原的接壤地帶，地勢呈西北高而東南低，西部及北部為沙丘沙地、沙丘草灘和風沙河谷，東部及東南部為黃土梁峁丘陵區。礦區地下水類型可分為鬆散岩類孔隙含水岩組，燒變岩裂隙孔洞含水岩組，侏羅系碎屑岩類孔隙裂隙含水岩組三大類。煤炭開發影響的含水岩組主要是:第四繫上更新統薩拉烏蘇組含水層和燒變岩含水層。
由於煤炭資源的開發活動，對區內水資源的破壞情況是全方位的:地下採煤導致的地表塌陷及地裂縫改變了包氣帶岩土結構，礦井疏干排水使地下水補、徑、排條件發生了變化，導致含水層疏干，地下水位下降，地表水體乾涸，水質惡化等一系列問題，從而在總量和質上影響礦區可用水資源。礦區受影響最大的為風積沙含水層，部分區域含水層已經疏干，原有的含水層變為深厚包氣帶。現狀條件下對區內地下水的影響范圍受天然含水層規模控制，有數百米到數公里不等。在烏蘭木倫河西側，由於風積沙和黃土含水層規模較小，影響范圍小;而在烏蘭木倫河東側，特別是在敖包十里一帶，含水層規模大，采礦對地下水的影響范圍大(徐友寧，2006)。
2.礦區水資源綜合利用適用技術
大柳塔礦區在神東煤炭公司的有效管理下，已經基本實現了礦井水的資源化。具體措施是採用先進技術對生活污水進行處理的同時，結合礦井水和采空區及其充填物的特點，重點開發了礦井水采空區過濾凈化技術，並在大柳塔井田成功實施，取得了客觀的經濟、環保生態效益。
盡管大柳塔礦區成功實現了礦井水的綜合利用，然而由於礦區地處西北乾旱沙漠地帶，降水少，蒸發多，水資源量天然不足，再加上煤炭開發造成的水資源破壞問題，使水資源的損耗成為一個越來越大的虧空，因此還需要考慮其他途徑進行礦區水資源的綜合有效利用。
國內外有關學者針對這一現狀，已經把目標轉移到對土壤水利用的研究上。但這些研究均處於基礎理論研究階段，涉及的內容包括:塌陷對土壤水分的影響研究、塌陷區土壤水分運移機理研究、采礦造成的土壤水污染研究等。真正提高到塌陷區土壤水利用方面的研究還沒有。2005～2007年，張發旺負責開展的國家自然科學基金面上項目「采礦塌陷條件下包氣帶水分運移機理研究」(項目編號:40472124)開展了神府東勝採煤塌陷區包氣帶水分運移及生態環境研究，得出一些初步成果，對煤礦區土壤水資源的保護與綜合利用提供了理論依據和技術支持。我們將在此基礎上，進一步探討採煤塌陷區土壤水的綜合利用問題，提出適用於大柳塔礦區土壤水綜合利用的保護治理方案，為礦區節約生態用水做出一定貢獻。
(四)煤炭資源枯竭城市轉型適用技術
1.礦業城市發展現狀
銅川礦務局是1955年在舊同官煤礦的基礎上發展起來的大型煤炭企業。全局在冊職工30041人，離退休人員32691人，職工家屬約21.6萬人。由於生產礦井大多數是50年代末60年代初建成投產的，受當時地質條件和開采條件所限，所建礦井煤炭儲量、井田范圍、生產能力小，服務年限短。80年代以來先後有9對礦井報廢，實施關閉，核減設計能力396萬t。目前全局8對礦井生產核定能力965萬t/a，均無接續礦井。東區部分礦井資源枯竭，人多負擔重，生產成本高，正在申請實施國家資源枯竭礦井關閉破產項目。生產發展接續問題日益突出，企業生存發展面臨嚴峻挑戰。
2.資源枯竭礦業城市轉型適用技術
參考國內外資源枯竭型城市轉型的經驗，我們認為以下幾點對於銅川礦業城市的成功轉型至為重要。
(1)以大力發展接續替代產業為核心推進其經濟轉型
具體有:充分挖掘現有煤炭資源的利用潛力;加強共伴生資源、廢棄物的綜合利用和再利用，減少資源浪費;積極申請接續礦井，延長煤炭資源開采期，延長開采時間;根據自身功能定位和特色及市場需求，盡早發展接替產業(如旅遊業)，最終形成產業結構多元化格局。
(2)以推進就業和完善社保為重點推進其社會轉型
具體措施有:培訓下崗職工的技能;支持中小企業發展;鼓勵自主創業;建立健全社會保障機制等。
(3)以改變礦業城市環境為目標推進其環境轉型
具體措施有:將廢棄礦井、露天礦坑等因地制宜地改造成礦山公園，以改善礦業城市的居住環境，並促進礦業城市旅遊業的發展。
二、石油開發地質環境保護與治理技術研究
在鄂爾多斯油田開發區內大量存在以含油污水、落地原油、含有廢氣泥漿等形式的石油類污染物，這就意味著如不及時採取措施，石油類污染將成為該地區的主要污染方式，污染程度將會進一步加深，生態環境將會進一步惡化。分析研究以往研究成果和本次研究結論認為，含油污水、落地原油、含有廢氣泥漿對當地地下水的直接污染不存在，對地表水的污染程度相對較小，而對土壤的污染是非常嚴重的。土壤生態環境的保護與治理對人們的生存與生活有重要意義應受到普遍關注。根據黃土區的土壤性質及污染狀況，再加上該地區地質、氣候及城市規劃等各方面的綜合因素，可以考慮採用生物修復處理技術。通過分析調查測試，發現黃土土壤中生存有大量的微生物菌群，這為利用微生物修復油污土壤提供了先天條件。
因此，本著這樣的事實，通過以落地原油造成土壤污染為突破口和示範，開展該地區微生物原位修復土壤的試驗，為黃土地區的生態恢復探索可行性方法。
(一)修復黃土區石油污染土壤應考慮的因素
在陝北和隴東地區，土壤的油類污染情況比較嚴重，而且由於石油工業的發展，石油使用量不斷增加，土壤的石油污染會越發普遍和嚴重。鑒於以上分析，黃土區土壤石油污染修復應考慮以下幾點因素:①污染場地的氣候特徵，地質結構，土壤類型;②根據污染物的種類、數量、性質的差異，採用適宜的修復技術;③修復效果、時間、難易程度及費用;④所選方法應適合當地的經濟發展和城市規劃;⑤盡量採用低成本、無污染、高效率、操作性強的技術;⑥因地制宜開發新技術。
(二)修復方法的選擇
對於黃土區，土壤容易吸附石油類污染物。一方面從石油類污染物的性質來說，石油類是大分子疏水黏性物質，故石油分子易於到達土壤表面且極易於黏附於土粒表面，而黏附於土粒表面的石油類污染物更易於黏附更多的石油類污染物;同時石油類比水輕，且水中的石油類以溶解相和乳化油為主，分散性較好易於被土壤顆粒膠體所捕獲並吸附;而且石油類在水中溶解度較低，根據吸附的經驗規則溶解度越低吸附量越大;最後水中石油類在水湍流狀態下是以極細小的微粒存在的，其吸附機理除了油分子以分子間力和電荷力等作用下與顆粒的吸附外，更主要的是整個油粒在顆粒物上的黏附，所以使油以較大的速度在短時間內達到吸附平衡，這也是油吸附的特點;另一方面從黃土的性質來說，一般多孔介質吸附速度主要取決於顆粒的外部擴散速度和空隙擴散速度。顆粒外擴散速度與溶解濃度成正比，也與吸附劑的表面積大小成正比，與吸附劑的粒徑成反比，空隙擴散速度一般與吸附劑的顆粒粒徑更高次方成反比。而黃土以粉粒(0.05～0.005mm)為主，顆粒粒徑較小，具有更大的外表面積和較小的顆粒內擴散距離，致其吸附速度較快。正是由於黃土區具有這樣的特點，在對黃土區石油污染的土壤進行修復時就需要採用一種高效、經濟、生態可承受的清潔技術。微生物修復技術是在生物降解的基礎上發展起來的一種新興的清潔技術，它是傳統的生物處理方法的發展。與物理、化學修復污染土壤技術相比，微生物修復可通過環境因素的最優化而加速自然生物降解速率，無疑是一種高效、經濟、生態可承受的清潔技術，是治理石油污染最有生命力的方法。
鑒於上述，目前在黃土區採用微生物技術修復石油污染的土壤較適用。
G. 毛烏素沙漠地質環境條件研究
關於沙漠地質環境條件方面的研究，最早起始於19世紀末有關風沙地貌學的研究。起初主要是國外旅行家或探險家對沙丘形態等進行簡單定性的描述與分析，研究區域主要涉及撒哈拉沙漠、南亞次大陸、阿拉伯半島、卡拉哈利沙漠和中亞地區沙漠等。其後Bagnold在1941年出版了經典著作「The Physics of Blown Sand and Desert Dunes」［4］，為風沙地貌學、風沙物理學理論體系的形成奠定了基礎。此後，風沙地貌學研究日漸完善，研究方法、手段變得多樣化，研究結果定量化，研究區域擴大化（幾乎涵蓋世界上所有沙漠地區）。研究內容包括：沙丘（沙漠）起源、沙區風沙情況及沙丘（沙漠）分類及演化等。對沙漠化的原因、風沙的物質來源、沙漠化的擴展、沙區環境演變與風況的關系及沙區輸沙量與風況的關系等進行了研究。上述研究成果使得人們對風沙地貌的特徵、成因、分布、演變等有了較為清晰的認識。
在新中國成立前的半個世紀內，對毛烏素沙漠的研究多集中於地質學和環境演變方面，但多為基於資料收集和初步分析的階段，且主要是由一些國外學者利用野外考察所得的材料和印象對本地區的自然情況進行了初步報道，還未出現關於該地區的區域性研究論著。
新中國成立後對毛烏素沙漠的研究進入了一個新階段，20世紀50年代開展的大規模地質勘探與考察對該地區的地質學研究不斷深入。1962年，北京大學地理系與中國科學院治沙隊共同組成了毛烏素沙區綜合考察隊，對毛烏素沙地進行了綜合考察，內容涉及風沙來源與荒漠化問題、氣候、水文、植被、土壤、土地分類與評價、農林牧生產等各個方面，主要對毛烏素沙地進行了較為宏觀層面上的研究。
80年代毛烏素沙地的荒漠化問題逐漸成為人們關注的焦點。研究著重於植被生態學，其次為環境演變與歷史地理、草地建設與畜牧業發展，荒漠化等問題再次之。國內學者對毛烏素區域地理、地質構造及沙漠的形成、分布、運移及其發展規律方面有所研究。北京大學地理系與中國科學院治沙隊在以前研究的基礎上出版了《毛烏素沙區自然條件及其改良利用》，該書對該區土壤的形成、分布及分類進行了簡要的闡述，並對沙區土壤的機械組成和化學成分進行了一些初步研究。朱震達［5，6］、朱震達等［7，8］指出現今的毛烏素沙漠是歷史時期形成的，其沙漠化過程大約延續在唐代後的千餘年間，並由西北向東南逐漸推進。
90年代的研究主要圍繞環境演變和歷史地理方面的問題，著重於毛烏素沙漠的形成、演變與成因問題以及一些時期的古環境重建，與80年代以前相比，這個時期的研究在研究尺度上開始向微觀與宏觀兩個方面發展。董光榮等［9～14］對鄂爾多斯第四紀特別是晚更新世以來的環境演變進行了研究，認為影響毛烏素沙地形成、演變的因素首先是冰期氣候波動，其次才是新構造運動和人類不合理的經濟活動。中國林業科學院等單位組織實施了「毛烏素沙區立地分類評價與適地適樹研究」項目，對毛烏素沙地的喬灌木立地類型進行了研究［15］，中國科學院植物研究所在毛烏素沙漠地區設立了鄂爾多斯草地沙地生態站，使得研究手段從以前的以地面調查為主走向定位研究；內蒙古草場資源遙感應用考察隊伊克昭盟（現為鄂爾多斯）分隊採用遙感技術與野外調查相結合的方法對鄂爾多斯高原的自然資源和環境進行了相關研究［16］，以期研究監測沙漠化動態。史培軍於1991年出版了專著《地理環境演變研究的理論與實踐———鄂爾多斯地區晚第四紀以來地理環境演變研究》［17］，對該地區的環境演變問題進行了進一步探討。李保生等人［18］在薩拉烏蘇河流域研究了新近命名的「米浪溝灣地層剖面」，該剖面記錄了距今150ka以來毛烏素地區27個旋迴的沙漠與河湖相和古土壤沉積發育的交替演變的歷史。指出這種沉積模式是由過去亞洲冬季風與夏季風相互對峙、互為消長的作用而產生的結果。吳波等［19］分析了50年代以來毛烏素地區荒漠化發展及其時空特徵，指出荒漠化迅速擴展主要是由於不合理的人類活動造成的，氣候波動也有一定的影響。對於毛烏素沙漠成因問題的研究，雖然在初始沙漠化的發生時間及沙漠形成原因兩個方面尚存在爭論，但有關理論已趨於成熟，研究深度也較為深入全面，在不同成因觀點的爭論過程中對毛烏素沙漠地質環境條件的研究也逐漸趨於全面深入。
進入21世紀，隨著各類工程向沙漠地區的發展，工程實踐中開始遇到越來越多的與沙漠這一獨特的地理單元有關的岩土工程問題和工程地質問題，有些問題變得日益突出，成為嚴重阻滯該區各類工程建設的瓶頸。在這些工程建設中，以公路工程建設居多，如新疆交通科學研究院等單位［20］和一些學者如彭世古［21］、任倉鈺［22，23］、劉文白等［24，25］，他們大多圍繞甘肅、陝西、新疆等地沙漠地區特殊地質地段的公路建設技術開展了一些研究工作，多集中於公路設計、施工、養護技術和公路環境影響評價、路面材料與耐久性及沙害防治等問題的研究，獲得了沙漠地區一些基礎的工程力學指標和經驗。出發點基本都是基於解決某一實際工程實踐中所遇到的問題所做的一些基於點上的研究。目前有關砂土顆粒級配及礦物成分分析的一些試驗一般只是為了滿足單一工程的需要［26～28］，而膠結狀態、微結構分析等方面則幾乎是空白。
對於毛烏素沙漠的層序地層學方面的研究資料還較為缺乏，僅有的極少數成果也只對較淺部地層的結構進行過一些研究［29］，其著眼點在於研究全新世的古氣候特徵；而對於該區工程實踐涉及深度范圍內的地層結構缺乏應有的認識，僅有的一些認識也僅僅局限在個別場地［30］，且其著眼點僅在於研究剖面土壤水分動態。侯光才等［31］出版的《鄂爾多斯盆地地下水勘查研究》對鄂爾多斯盆地地下水的賦存條件、循環機理和地下水資源特徵等方面進行了系統研究，其中涉及毛烏素沙漠地下水資源環境部分的研究是目前該方面較為系統深入的研究成果，對毛烏素沙漠的含水層結構也有著較為深入的認識。
綜觀國內外的研究歷史及現狀可以看出，研究成果多集中於古人類和考古文化、植物學、農牧業生產、生態學及地質學等領域，使我們對毛烏素沙漠的成因、水文水資源及土壤資源等，氣候、沙漠和沙漠化問題有了一定認識，對毛烏素沙漠的區域自然地理概況有了初步的了解，同時也在一定程度上從一些角度揭示了毛烏素沙漠地區的地質環境條件，這些研究成果雖然尚缺乏系統性，但還是為以後的研究工作奠定了一定的基礎。
H. 大柳塔礦區煤炭開發與地質環境互饋效應
一、礦區概況
大柳塔煤礦是神華集團神府東勝煤炭有限責任公司所屬的一座特大型現代化礦井，地處陝西省神木縣境內大柳塔鎮南端的烏蘭木倫河畔，所轄大柳塔、活雞兔兩個礦井，擁有井田面積189.80km2，煤炭地質儲量23.18億t，可采儲量15.27億t。井田地質構造簡單，煤層傾角平緩，賦存穩定，具有埋藏淺、易開採的優勢。煤炭品種為中高發熱量的不黏煤和長焰煤，主採煤層煤質優良，具有低灰、低硫、低磷、化學反應性強、熱穩定好的特點，是良好的動力、氣化、化工和民用煤。
1.地理位置
大柳塔礦區位於陝西省榆林市神木縣大柳塔鎮與中雞鎮部分境內，地理坐標為東經110°05༼″～110°20༼″，北緯39°15༼″～39°27༼″，面積約376km2。區內交通便利，有西安—包頭鐵路，包頭—神木鐵路、神木—黃驊港鐵路。神木—東勝公路貫穿礦區南北，府谷—新街公路經過礦區南部，礦區內各鄉鎮間均有公路相通(圖4-1)。
2.地形地貌及水系
井田地處陝北黃土高原之北側和毛烏素沙地東南緣。地勢北高南低，中間高而東西低。最高點在井田北部的陳家坡附近，海拔1334.1m;最低點在井田西南角烏蘭木倫河谷，海拔1057.5m。相對最大高差276.6m，一般海拔1120～1280m之間。區內大部屬風沙堆積地貌，沙丘、沙壟和沙坪交錯分布，植被稀少。東西兩部溝壑縱橫，切割強烈，溝谷兩側基岩裸露。屬河流侵蝕地貌。區內河流有:西界的烏蘭木倫河、東界的牛川。井田中部檸條梁為分水嶺，母河溝、王渠溝、雙溝等河流均向西流入烏蘭木倫河;七概溝、活朱太溝、三不拉溝則向東流入牛川。
3.氣象
本區屬半乾旱大陸性季風氣候，冬季乾旱寒冷，夏季乾燥炎熱，晝夜溫差懸殊。年平均氣溫8.5°C，年極端氣溫38.9～28.1℃。年平均降雨量441.2mm，雨季多集中在7，8月份;年平均蒸發量為2111.2mm。秋末、冬春盛行西北風，夏季多為東南風，年平均風速2.2m/s。
4.地震
井田地處穩定的鄂爾多斯向斜上，歷史上未發生過破壞性地震，基本地震烈度為Ⅵ度。
圖4-1 礦區地理位置圖(據西安地質調查中心，2006)
5.經濟
本礦區地處陝西省榆林市與內蒙古自治區的鄂爾多斯市交界處，生態環境脆弱，土地貧瘠，水土流失嚴重。地區經濟基礎薄弱，生產力水平低下，是一個經濟落後的地區。但本地區地域廣闊，礦產資源豐富，特別是煤炭資源得天獨厚，適應建設特大型的現代化煤炭生產基地。井田內多為沙丘覆蓋，當地農民居住稀散，耕地少且為沙土耕地，在各溝內有河灘淤積耕地，農產品以玉米、穀子、蕎麥等雜糧為主。畜牧業主要是喂養豬、羊等牲畜。工業近年來發展迅速，主要有煤炭、電力、化工等。
二、煤炭開發引起的地質環境問題
自1985年大柳塔煤礦始建至今，現有大柳塔、活雞兔兩個年產原煤均超1000萬t的礦井。大規模的礦業開發引起的水資源枯竭、水質惡化、地面沉降、露天邊坡失穩及煤矸石的存放和污染等對地質環境及自然生態環境的危害也日趨嚴重，必須引起足夠的重視。
中國地質調查局2005年初部署了「陝西大柳塔煤礦區地質環境問題調查」項目，經過兩年研究，西安地質調查中心的研究人員調查得出，截至2005年底，調查區煤礦井下開采形成了采空區，煤礦地面塌陷、地裂縫都對農業生產造成了不良影響，並對地面建築物形成了不同程度的損壞，對當地群眾的人居生活和農業生產產生了一定程度的危害。調查還發現，採煤塌陷區77.3%的村民水井乾涸或水位下降，73.3%的泉水乾涸或流量顯著下降。
另外，大礦周邊分布有十餘家地方和個體煤礦，年產原煤約500萬t(徐友寧等，2007)。高強度、大規模的機械化採煤引發了一系列地質環境問題，加劇了脆弱生態環境的惡化。結合本項目野外調查結果，本區由於採煤引起的地質環境問題可以歸結為以下三個方面:①地面塌陷與地裂縫;②土壤環境惡化;③地表水與地下水系統破壞。
1.地面塌陷與地裂縫
地面塌陷與地裂縫是煤礦區普遍存在的一種地質環境問題。隨著煤炭開采量的不斷增加，地下采空區急劇擴大，採煤塌陷已成為礦區危害范圍最廣、危害程度最大、延續時間最長的一種環境地質災害。
神東公司礦井均採用綜合機械化開采技術，綜采工作面長200～240m，采高4m，每向前推進1m，就會形成800～960m3的采空區，加之所採煤層埋深僅為50～150m，開采後地表會立即發生下沉、地表形成裂縫等。截止2005年7月，大柳塔礦區累計形成采空區面積42.69km2(其中，大柳塔礦井采空區面積已達27.087km2)，地面塌陷影響面積48.23～54.64km2(徐友寧等，2008)。
採煤塌陷是由於礦層采出後，采空區在上覆岩土層重力作用下，發生變形彎曲，冒落而形成塌陷。地下煤層采出後，采空區圍岩體內原有的應力狀態失去平衡，出現應力集中現象，經過一段時間後，集中應力超過岩石的強度時，頂板岩層開始斷裂、冒落，形成冒落帶。冒落帶上部岩層也隨後發生彎曲、斷裂，隨著采空區的逐漸增大，地表開始坍塌、破壞(圖4-2)。
圖4-2 塌陷剖面示意圖
大柳塔礦區主要分布的塌陷類型為基岩上覆薄土層塌陷類型以及基岩上覆厚風積沙層塌陷類型。前者為上覆第四系砂土或黃土，但土層都很薄，一般為0.2m左右。地表植被較少，塌陷表現明顯，如出現塌陷洞、地裂縫等(圖4-3)。在廢棄的房屋壁上也發現有裂縫存在。後者第四系覆蓋砂層很厚，塌陷表現為地裂縫、塌陷坑、塌陷階地等，塌陷初期表現為菱形網格狀地裂縫，穩定後，地裂縫易被風積沙所填埋(圖4-4)。
採煤過程造成的地表塌陷與地裂縫不同程度地損害了土壤、水體、植被等人類賴以生存的基本環境因素，從而對生態環境產生了嚴重的影響。
2.土壤環境惡化
(1)土壤結構破壞
煤炭開發造成的地面塌陷使地表產生很多地裂縫、塌陷坑、塌陷洞等，破壞了土壤結構。地表土壤在經歷了最初的破壞、重組，以及隨後的再度沉壓、密實，使土壤的粒度組成、孔隙度、容重、含水量等均發生一定程度的改變。
圖4-3 基岩上覆薄土層塌陷區塌陷洞
圖4-4 基岩上覆厚風積沙層塌陷區地裂縫
本項目在大柳塔採煤塌陷區建立了兩個土壤剖面，一個在非塌陷區，記為 S1; 另一個在塌陷區，記為 S2。土壤剖面圖見圖 4-5，分層描述如下:
非塌陷區剖面 S1:
細砂層 ( 0 ～160 cm) : 含細粒細砂，夾極少量礫石;
粗砂層 ( 160 ～175 cm) : 含礫粗砂，夾較多礫石;
細砂層 ( 175 ～ 275 cm) : 其中 175 ～ 250 cm為粉質亞砂土 ( 細粒土) ，泥質含量較多; 250 ～265 cm 為 粉 土 質 粉砂，黑色，泥 質 含 量 較 多;265 ～ 275 cm 為含細粒細砂;
中砂層 ( 275 ～ 320 cm) : 其中 275 ～ 285 cm為黃色條帶狀粉土質中砂; 285 ～ 295 cm 為含細粒中砂; 295 ～320 cm 為粉土質中砂。
圖 4-5 土壤剖面圖
塌陷區剖面 S2:
細砂層 ( 0 ～70 cm) : 其中 0 ～60 cm 為含細粒細砂; 60 ～70 cm 為粉土質粉砂，夾少量礫石;
中砂層 ( 70 ～100 cm) : 為粉土質中砂，含少量粘粒;
粗砂層 ( 100 ～ 310 cm) : 其中 100 ～ 130 cm 為粗砂; 130 ～ 230 cm 為含細粒粗砂;230 ～ 310 cm 為礫砂;
礫石層 ( 310 ～330 cm) : 為細礫石，含少量粉土;
中砂層 ( 330 ～400 cm) : 為中砂，夾少量礫石。
土壤的顆粒組成狀況對土壤物理和化學性質均有很大影響。塌陷區和非塌陷區土壤粒組含量在研究深度范圍內總體的差異情況如表 4-1 中所示。
從表中可以發現，塌陷區土壤層粒度較粗，礫粒組含量較多，而細粒組含量較少。
表 4-1 塌陷區和非塌陷區各土壤粒組總體含量 ( %)
另外，我們對礦區塌陷區、非塌陷區以及裂縫區表層 0 ～60 cm 的土壤容重進行了測試，結果表明裂縫區土壤容重較大，不利於植被正常生長，隨著塌陷時間的增長，土壤容重大小趨近於正常土壤容重水平 ( 表 4-2) 。
表 4-2 表層土壤容重統計值
( 2) 土壤侵蝕加劇
採煤對土壤環境的影響還表現在使地表原有的地形、地貌與植被等自然景觀受到破壞，加劇了土壤侵蝕作用，加速了土壤的乾旱和沙化，造成地表土壤退化和水土流失加劇，使礦區的生態環境受到影響。研究表明，地表坡度的變化是引起土壤侵蝕與退化的主要因素。地下開采引起地表塌陷形成塌陷盆地、塌陷階地等新的微地貌 ( 圖 4-6) ，從而改變了原有的地表坡度，由此將引起原有的地表徑流發生改變，坡度越大徑流量越大，引起的水土流失和土壤侵蝕也越嚴重。另外，由於地表裂縫的產生，地表與地下水向深部滲漏，使潛水位下降，導致土壤濕度減小，使本來乾燥的土地更加乾燥。由於土壤侵蝕程度的加劇與土壤濕度的減小，使土壤退化、沙化現象日益加重，嚴重影響地表植被景觀。
圖 4-6 大柳塔雙溝塌陷階地
( 3) 土壤水分減少
包氣帶土壤水在西北乾旱半乾旱降雨稀少的地區顯得尤為重要。礦區採煤塌陷後，包氣帶岩土結構被破壞，使包氣帶水分的分布和運移機制發生相應的改變。採煤產生的地裂縫使得降水入滲的補給水源更易滲入地下，補給地下水，從而減少了對包氣帶土壤水的補給，且地裂縫的存在增加了土壤層與外界的接觸面積，因此土壤水的蒸發量也相應增加。補給減少而蒸發量增加，必然導致包氣帶土壤含水量的減少。另外，採煤塌陷作用引起的土壤侵蝕作用使包氣帶岩土層的土壤顆粒粗化，導致其持水能力的下降，也是包氣帶土壤含水量減少的一個重要原因。本次研究採集了大柳塔礦區內塌陷區和非塌陷區 0 ～60 cm的土樣進行土壤體積含水量的測試分析，結果證實了採煤塌陷作用尤其是地裂縫對礦區土壤的持水能力具有明顯的負面影響 ( 圖 4-7、4-8) 。
圖 4-7 塌陷區與非塌陷區土壤含水量垂向變化特徵
圖 4-8 裂縫壁與非裂縫壁土壤含水量垂向變化特徵
( 4) 地表植被破壞
採煤對地表植被的影響，是礦區生態環境惡化的直接原因。土壤和水分是植物生存的必要條件，煤炭開采引發的地面塌陷與地裂縫造成了水土流失和土壤侵蝕，以及地表水和土壤水的破壞，必然對地表植被產生嚴重影響。
由於地面塌陷作用破壞了地面原有形態和包氣帶岩土層固有結構，地表塌陷坑、塌陷洞、地裂縫等發育，土壤顆粒粗化，容重改變，對地表植被和農作物產生不利影響。塌陷區內植被覆蓋率小，植物種屬少，許多在非塌陷區分布的沙生植物 ( 如檸條、沙柳等)在塌陷區不能生存，而且，塌陷區的原生植物 ( 如沙蒿等) 部分枯死，農田全部廢棄。
另外，水作為植被正常生長必不可少的要素，土壤中水分含量的多少直接影響著地表植被的生存環境。當土壤水分低於凋萎點時，植物將無法萌發和成活。煤炭開采造成的地表塌陷作用導致土壤持水性減弱，含水率降低，不利於地表植被的生長。研究結果顯示，塌陷區土壤含水量在 0 ～60 cm 的深度層內均小於非塌陷區，由此造成了兩者地表景觀上的顯著差異 ( 圖4-9、4-10) 。從圖中可以看到，塌陷區尤其地裂縫發育的初塌區，塌陷還未穩定，土壤結構仍處在動態變化過程中，在此過程中土壤被拉伸或壓縮變形，易導致植物根系被扯斷、植物枯死，從而表現出塌陷條件下的典型景觀特徵 ( 宋亞新，2007) 。
3. 煤炭開發造成地表水與地下水系統的破壞
煤炭開發對水環境的影響是生態環境惡化的最主要因素之一。露天礦床的開采大面積剝離礦體上覆岩層，其上的含水層被破壞，改變了地下水的儲水條件和補給、徑流、排泄條件，造成礦區地下水位的大幅度下降，使影響范圍以內的一些大泉斷流或消失，一些取水建築物的供水能力降低。有研究表明，活雞兔露天礦先期露天礦排水形成的地下水降落漏斗最大影響范圍為 2. 029 km2。
井硐礦的煤層采空區將引起頂板岩層的變形、破裂，直至岩體的冒落和塌陷，當這些冒落、冒裂帶的裂隙與上覆含水層連通時，將改變地下水徑流條件，使地下水沿著這些裂隙通道湧入礦井，引起地下水位下降，甚至疏干。另外，為了保證安全生產，往往是在大規模開采之前就要先排去巷道上部的地下水，造成地下水流失，以致其影響范圍內的植被因缺水而乾枯死亡，土地無法耕種。
圖 4-9 塌陷區地表植被狀況
圖 4-10 非塌陷區地表植被狀況
首先，地表塌陷與地裂縫在某種程度上直接改變了地面大氣降水的徑流和匯水條件，使部分地表水通過塌陷裂縫滲入地下，使地表水系流量減小，甚至乾涸; 其次，地表由於地裂縫的存在，使土壤水的蒸散面積增大，包氣帶土壤的持水能力下降; 最後，大的地裂縫將溝通煤層上覆各含水層，使地下水位降低，地表井泉乾涸。
( 1) 煤炭開采造成地表水減少
煤炭開采對地表水的影響主要有兩方面。一方面是對地表溝泉的影響。大規模的採煤活動產生的地裂縫、塌陷洞、塌陷盆地等使地表徑流條件發生變化。原有溝水、泉水易於沿地裂縫、塌陷洞等滲漏到地下，導致採煤塌陷區范圍內的溝泉乾涸。最典型的是神府-東勝大柳塔礦區塌陷區范圍內的雙溝水源地，1996 年發生初塌，據 1996 年 9 月觀測資料，雙溝水流量為 0. 079 m3/ s; 到 2005 年筆者去大柳塔雙溝水源地調查的時候，雙溝塌陷區范圍擴大，溝中水已完全乾涸，溝壁兩側樹木也大部分枯死 ( 圖 4-11) 。而與烏蘭木倫河流域僅一梁 ( 檸條梁) 之隔的 牛川流域，目前尚屬於未開采區域。其所屬一級支流七概溝和二級支流大、小水頭溝均有水。小水頭溝寬約20 m，溝深約8 m，兩側長有樹木和茂盛的蘆葦。溝腦處有一侵蝕下降泉，侵蝕切割至潛水位以下，流量約 3 m3/ h。溝兩側也可見地下水從第四系或侏羅系地層接觸面流出，與泉水匯合成溪。該溝為季節性河流，每年 8 ～10 月有水。小水頭溝北為大水頭溝，與小水頭溝同是七概溝的支流，是常年性河流，四季有水。大、小水頭溝水均流入七概溝，再匯入 牛川。七概溝河流量約0. 04 m3/ s，兩岸長有茂盛蒲草 ( 圖 4-12) 。
另一方面是對地表河流的影響。礦區內河流的補給方式主要有三種: 一是降雨入滲補給; 二是溝泉側向補給; 三是地下水上滲補給。由於採煤形成許多地裂縫使得降雨補給來源大部分滲漏到地下，使地表徑流明顯減少，對河流的補給也相應減少; 另外，地表溝泉乾涸使得河流的側向補給來源明顯減少; 有的地裂縫貫通上下含水層，造成潛水向深層滲漏，潛水位大幅下降，也導致地下水對地表河流補給的減少 ( 趙紅梅，2006) 。
( 2) 煤炭開采破壞地下水系統
地下水是影響礦區生態環境的關鍵因素。地下水位的深淺對沙地植物群落組成、地貌景觀及治理的難易有舉足輕重的影響。煤層開采後，上覆岩層不斷發生冒落，形成冒落帶及導水裂隙帶，從而使含水層結構和地下水徑流、排泄條件發生變化。第四系鬆散層潛水由水平徑流、排泄為主轉化為以垂向滲漏為主，地下水位發生較大變化 ( 張發旺等，2006) 。
圖 4-11 雙溝水流植被狀況
圖 4-12 七概溝水流植被狀況
· 煤炭開采對地下水補給的影響
在大柳塔地區，潛水主要靠降雨入滲補給。由於採煤塌陷造成的地裂縫的存在，當降雨強度很大，地面出現積水並產生徑流時，徑流經過塌陷裂縫時都會被截流，從而縮短了降雨入滲補給時間，減少蒸發，加大入滲量。
另一方面，大柳塔礦區自煤礦開采以來，由於採煤活動 ( 礦坑疏干排水以及採煤塌陷) 造成地下水位大幅下降，從而形成了厚度可達 40 m 左右的深厚包氣帶。這種深厚包氣帶對上部接收到的水分具有明顯的滯後分配作用，當包氣帶厚度很大時，這種滯後分配作用的時間尺度甚至可以達到年，其結果是降水通過深厚包氣帶對潛水實現均勻補給。因此，採煤塌陷使降雨入滲補給量增加，並且通過深厚包氣帶實現對潛水的均勻補給，對地下水補給的影響為正效應。
·煤炭開采對地下儲水空間及地下水運動的影響
採煤塌陷作用往往會破壞潛水含水層，使其與地下采空區連通，成為新的、統一的含水層，稱之為 「含水層再造」 ( 張發旺等，2006) 。由於含水層與采空區相連通，明顯加大了地下水的儲水空間，形成一個 「含水層再造」後的地下水庫。
在天然條件下，煤、水資源共存於地質體中，並且各有其自身的賦存條件和變化規律。由於煤礦排水以及塌陷滲漏打破了地下水原有的自然平衡狀態，形成以礦井為中心的降落漏斗，使地下水向礦坑匯流，在其影響半徑內，地下水流速加快，水位下降，貯存量減少，局部由承壓轉為無壓，使地下水運動受到明顯影響。因此，採煤塌陷將加大地下儲水空間，並改變地下水的運動規律。
·煤炭開采對地下水排泄的影響
如前所述，採煤塌陷造成地下含水層再造，使原本相對獨立的含水層變成統一含水體，引起潛水位降低，導致地下水流場、水頭壓力發生變化，形成以礦井為排泄點的新的地下水排泄方式，進而使原有的地下水排泄點乾枯或泉流量減少。
如大柳塔井田 201 工作面，該工作面上部為第四系薩拉烏蘇組含水層，屬母河溝泉域，沙層厚度20 ～50 m，含水層厚度0 ～30 m，富水性中等至強。采礦前，地下水以母河溝泉為排泄點，而開采後，由母河溝排泄變成了礦井排水 ( 通過疏放排水鑽孔和導水裂隙帶進入礦井) 排泄; 活雞兔礦試生產時間不長，其頂部也出現了地面裂隙和塌陷，引起了含水層水位下降，其中王家壕一帶地下水位也由開礦前埋深 1 m 左右，降至 6 m 左右; 布袋壕一帶煤礦開采前，地下水位埋深僅 1 ～2 m，低窪地帶常年積水形成海子，近年來隨著煤礦的開采地下水位已下降至4 m 以下，多數海子已經乾枯。礦區內民井水位也有明顯下降趨勢 ( 李連娟，2005) 。
·煤炭開采對地下水資源量的影響
大柳塔地區的地下水資源，主要是賦存於第四系鬆散含水層中的潛水，其次是燒變岩中的基岩裂隙水，二者為統一的含水系統，具有統一的水位和良好的水力聯系，第四系鬆散含水層中的潛水，是其下伏燒變岩裂隙潛水的補給來源。煤炭開采對地下水資源量的影響主要來自兩方面。
1) 採煤塌陷造成含水層結構破壞，使原來水平徑流為主的潛水，沿導水裂隙垂直滲漏，轉化為礦坑水; 在采礦疏干水過程中又被排出到地表，在總量上影響地下水資源。
2) 採煤塌陷形成塌陷坑、自上而下的貫通裂隙，使當地本就稀缺的地表水、地下水進入礦坑而被污染，使地下水質受到影響，進而影響到地下水的可用資源量。
在大柳塔礦區，煤炭開采一方面使薩拉烏蘇組含水層中地下水與細沙大量湧入礦坑，造成井下突水潰沙事故; 另一方面礦坑排水需大量排放地下水，既浪費了寶貴的水資源，又破壞了礦區的水環境。
三、地質環境問題對煤炭開發的反作用
煤炭開發破壞了礦區的生態環境，嚴重影響當地居民的生存環境。惡化的生態地質環境反過來又給煤炭開發帶來了嚴重的影響，造成了巨大的直接和間接經濟損失。
首先，地面塌陷破壞農田、損毀房屋，所造成的經濟損失要由煤礦來承擔，增加了煤炭生產成本，也加劇了煤礦與當地居民的矛盾，甚至可能成為阻礙煤礦進一步發展的重要因素。如大柳塔煤礦開采造成前柳塔村除村子及附近農田以外的大面積塌陷，使雙溝溝泉乾涸，地下水位下降至40 m 以下，當地居民飲用水要依靠神東公司從鎮上引來的自來水。2006 年，項目組通過訪問前柳塔村民了解到，大柳塔煤礦要把原本保留煤柱的前柳塔村及附近大片農田也都納入下期開采規劃中，正與村民協商補償問題。村民沒了土地，要求的補償較高，而礦上又不肯答應，於是雙方協商陷入僵局，問題遲遲不能解決，煤炭開採的下一步工作也將無法順利實施。
其次，煤炭開發破壞了地表水和地下水系統，使該地區本來就十分缺乏的水資源變得更加稀缺，使煤礦生產用水和工人、居民生活用水面臨無水可用的境地，形成了煤炭開發過程中難以逾越的障礙。據報道，陝北神木縣中雞鎮李家畔村，由於地面塌陷，地下水遭到破壞，塬上的井水乾涸，村民吃水非常困難，人吃水必須到 1. 5 km 以外的地方去運水，每次用牛車拉一罐，得 4 元錢。羊吃水就到附近煤礦的進風口去，吃那種混著煤屑的黑乎乎的地下水。
再次，煤礦舊采空區容易發生冒頂，貫通正在開採的工作面，造成煤礦工人受傷，甚至死亡，也使開采工作陷入混亂。據 《三秦都市報》2008 年 12 月 5 日最新報道，12 月 3日15時10分，神木縣大柳塔鎮後柳塔煤礦井下舊采空區發生大面積冒頂事故，沖擊波將兩處標准密閉牆沖塌，從舊采空區湧出的有毒氣體致運輸大巷中的9名運煤車司機不同程度中毒，經全力搶救升井並立即送往當地醫院救治，其中4人不幸遇難，5人正在醫院救治並已脫離危險。冒頂地點距主井口約1200m處的主運大巷西側舊采空區(1996～1997年采空，已封閉多年)，事故發生時，共有19人在井下作業，除9人中毒以外，其餘人員都安全升井。
最後，地表植被的破壞還使礦區風蝕嚴重，影響了煤礦的生產環境，也影響到煤炭的生產，如增加了成品煤的含沙量等。
I. 區域第四紀地層的對比
河南平原第四紀地層分區所劃Ⅰ區大別山前區段、Ⅱ2地層亞區與皖北平原相鄰，兩地區版無論是從大地構造權背景、地貌條件、氣候環境和地層特徵及古生物群落諸方面均有一致性。因此，劃分結果與原安徽區測隊所劃地層區宿縣-阜陽小區、嘉山-六安小區有著較好的可對比性，相互之間所劃意見基本一致。
在潁河以北的廣大平原區（Ⅱ1），第四系特徵與相鄰的魯西、河北平原南部第四系特徵基本相同，可進行對比。其劃分方案與1982年原地礦部水文地質工程地質研究所提出的河北平原第四系劃分意見基本一致。
總之，河南平原第四紀地層，除與周邊相鄰地區可對比外，還可與華北地區第四紀地層進行對比（表3.4）。
河南平原第四系地層各方法綜合劃分結果，參見表3.5。
上述地層劃分對比中，主要考慮了岩性特徵、氣候、地層、微體及古生物化石等方面的相似性、可比性進行的。其各時段的年齡對比，除全新統、薩拉烏蘇階上段有14C資料外，其他各時段的年齡對比一般多以古地磁資料為准，因此說本次地層對比尚顯粗略。
表3.4 河南平原第四系地層劃分與鄰區對比結果表
J. 薩拉烏蘇文化的遺址在哪裡
在鄂爾多斯草原南端，有一條蜿蜒的河流，它源於陝西西北定邊縣境內，流經內蒙古鄂托克旗、烏審旗，然後從八吐灣村東折流入陝北境內，與響水河匯合後向東南方向流入黃河的支流無定河。在地層鬆散的毛烏素沙漠上，沖刷出一條寬闊幽深的「U」字形河谷。這條河流就被稱為薩拉烏蘇河。
英文：Sjara-osso-gol 薩拉烏蘇，蒙語的意思是黃色的水，由此可知這里的河水終年渾黃；在河的兩岸長滿了搖曳多姿的紅柳，所以人們也稱這條河為「紅柳河」。就是在這條河流一帶，曾經是古老而燦爛的鄂爾多斯文明的發祥地。 1922年，法國天主教神父，地質生物學家桑志華，首次在這里發現了一顆「河套人」的門齒化石，此後我國考古學家又多次親臨實地考察。發掘出的大量文物證明，早在35000年前，「河套人」就在這里生活著。而「河套人」所創造的物質文化現在被稱為「薩拉烏蘇文化」。經過對地質、動物化石和石器的綜合分析研究，薩拉烏蘇文化被認定為舊石器時代晚期文化。 薩拉烏蘇文化遺址主要在烏審旗的大溝灣村和滴哨溝灣村。 在大溝灣村發現了一處灰燼遺跡，遺跡呈橢圓形，長寬約為1—2米，灰燼中部下限，呈一盆底形窪坑。窪坑附近發現了三十多塊破碎的動物燒骨，由此可見這是人類舉火燒食野獸之處。同時在大溝灣村還採集到一、二百件石器，這些石器器形比較小，主要有尖狀器、刮削器、雕刻器等。尤以圓頭刮削器、小雕刻器和楔形石核較為典型。這些石器雖與新石器時代早期的細石器有嚴格區別，但遺址中發現了柱狀石核，說明有細石器的存在。薩拉烏蘇文化的石器與比他早的北京人文化、山西陽高許家窯人文化，以及比他略晚的山西朔縣峙峪文化、河南安陽小南海文化的石器，有許多方面的相同之處。說明他們在文化傳統上都屬於「周口店第一地點（北京人遺址）—峙峪系」，也說明薩拉烏蘇文化與內地有密切的關系。 「河套人」化石到目前為止共出土二十三件，它們包括：1956年在內蒙古烏審旗滴哨溝灣村採集到的一段殘右頂骨、一段左股骨；1960年在烏審旗大溝灣村發現的一塊頂骨化石；1978—1980年，獲得的頂骨、額骨、枕骨、下頜骨、股骨、脛骨、腓骨和肩胛骨等十九件化石，其中出自晚更新世原生地層的有六件；還有1922年發現的幼童門齒化石。通過對「河套人」化石的研究表明，他們生活在距今3.5年到5萬年左右。他們的特徵已接近現代人，但仍保留了一些原始性，如頭骨骨壁較厚，骨縫簡單，頜骨粗壯，股骨臂較厚，髓腔較小，這些原始性表明，「河套人」屬於晚期智人。根據「河套人」的門齒和頭部化石特徵來看，它與現代的蒙古人種（黃種人）相近。 在薩拉烏蘇河河畔同時發掘出土的還有許多哺乳動物化石殘片，如犀牛頭骨和牙齒化石、原始牛馬肋骨化石、象骨象牙化石，另外還有很多動物腿骨化石殘片等。依據動物化石記錄：薩拉烏蘇組動物群主要有：1、納瑪古菱齒象——這是一類身體巨大，門齒略有彎曲的古象，與現代象相似，在鄂爾多斯發現的門齒化石長達2.4—3米左右。2、披毛犀——體外披長毛的犀牛，這類化石在鄂爾多斯這個時期的地層中發現最多且分布較廣，本世紀20年代在薩拉烏蘇河曾發現一具相當完整的披毛犀化石骨架。3、河套大角鹿——這種鹿個體高大，身軀粗壯，最特殊的是鹿角眉枝擴展，呈扁平扇狀，幾乎與頭骨垂直，主枝為開闊的掌狀而高聳於眉枝之上。這在鹿類中是獨一無二的。4、王氏水牛——它是為了紀念發現者蒙古族農民王順而命名的，這種水牛牛角較為獨特，橫切面呈三角形。5、諾氏駝——這種駝比現代駝頭骨粗壯，個體高大，它是薩拉烏蘇動物群中特有的古動物之一。6、鬣狗與老虎——在食肉類中，這類化石發現最多，在薩拉烏蘇河的楊四灣一帶，發現了一具第四紀虎化石中稀有的虎的後半身骨架。 薩拉烏蘇動物群化石至少有45種以上，這里是名副其實的「化石之鄉」。這些薩拉烏蘇文化遺物和共存的動物群表明，薩拉烏蘇河一帶，曾經有很多的淡水湖，那裡水草和森林茂盛，成群的動物活躍其間。生活在河湖兩岸的「河套人」就是在這樣水草豐茂的地方創造了自己的文明。為人類的歷史的發展譜寫了光輝燦爛的一頁。