萨拉乌苏组工程地质
A. 中国陆相第四系萨拉乌苏阶 ()
萨拉乌苏阶，是中国陆相第四系更新统最上部的一个阶，位于周口店阶之上。阶名由全中国地层委员会第四系工作组于 1999 年 12 月在第三届全国地层会议预备会期间，为建立 《中国区域年代地层(地质年代) 表》时提出，阶名源自同名岩石地层单位 “萨拉乌苏组”。
经课题组 (闵隆瑞等) 研究取得以下主要进展: 初步选定了萨拉乌苏阶的候选层型剖面，积累了较丰富的古生物化石资料。
(一) 萨拉乌苏阶候选层型剖面位置
课题组经踏勘，选定的萨拉乌苏阶层型剖面位于内蒙古乌审旗无定河镇米浪沟湾下游 2km 萨拉乌苏河左岸的酒房台西侧陡壁处 (图128) ，地理坐标为北纬 N37°46'，东经 108°33'，剖面顶部海拔 1283m。
图128 萨拉乌苏阶候选层型剖面位置图
(二) 萨拉乌苏阶候选层型剖面描述
酒房台层型剖面展示萨拉乌苏河左岸的陡壁处，由第四纪的松散沉积物构成 (图129) 。该剖面地层沉积连续，总厚 61. 61 m，自下而上由离石组、萨拉乌苏组 (狭义) 、城川组和全新统组成 (图130) 。
上覆地层 全新统
中国主要断代地层建阶研究项目(2001～2009) 进展与成果
中国主要断代地层建阶研究项目(2001～2009) 进展与成果
下伏地层 更新统中部离石组，顶部为红棕色古土壤层
图129 酒房台萨拉乌苏阶层型剖面地貌景观
(三) 萨拉乌苏阶内生物地层序列及其特征
通过课题组研究，结合前人资料，迄今在萨拉乌苏阶 (期) 内除发现古人类化石外，还有丰富的哺乳动物、双壳类、介形虫和孢粉等化石。
1. 哺乳动物群
在内蒙古乌审旗萨拉乌苏河流域的邵家沟湾、杨四沟湾、滴哨沟湾、范家沟湾和酒房台等处，于萨拉乌苏阶 (期) 内至今共发现人类化石 1 种，哺乳动物化石 34 种和鸟类化石 11 种。其主要分子如下:
人类的鄂尔多斯人 (Homo sapiens) ，食虫类的刺猬 (Erinaceus sp. ) 、麝鼹 (Scaptochirus moscha-tus) ，翼手类 (Chiroptere gen. indet. ) ，啮齿类的鼠兔 (Ochotona sp. ) 、野兔 (Lepus sp. ) 、蒙古黄鼠(Citellus mongolicus) 、索氏三趾跳鼠 (Dipus sowerbyi) 、五趾跳鼠 (Alactaga cf. annulata) 、子午沙鼠(Meriones meridianus) 、中华鼢鼠 (Myospalax fontanieri) 、原鼠 (Eothimomys sp. ) 、高山仓鼠 (Alticolacf. cricetulus) 、根田鼠 (Microtus cf. ratticeps) 、小耳鼠 (Microtus sp. ) 、仓鼠 (Cricetulus cf. griseus) ，食肉类的狼 (Canis lupus) 、虎 (Felis tigris) 、最晚斑鬣狗 (Crocuta ultima) 、狗獾 (Meles meles) ，长鼻类的诺氏象 (Palaeoloxodon naumanni) ，奇蹄类的披毛犀 (Coelodonta antiquitatis) 、野驴 (Equus hemio-nus) ，蒙古野马 (Equus cf. przewalskii) ，偶蹄类的野猪 (Sus scrofa) 、诺氏驼 (Camelus knoblochi) 、马鹿 (Cervus elaphus) 、蒙古鹿 (Cervus mongoliae) 、河套中国大角鹿 (Sinomegaceros ordosianus) 、普氏小羚羊 (Procapra ptcticaudata) 、鹅喉羚 (Gazella subgutturosa) 、恰克图转角羚羊 (Spirocerus kiakhtensis) 、盘羊 (Ovis ammon) 、王氏水牛 (Bubalus wansjocki) 、原始牛 (Bos primigenius) ，鸟类的 (Buteocf. ferox) 、兀 鹰 (Vultur monachus ) 、 麻 雀 (Passereaux ) 、 土 鹑 (Perdix cf. perdix ) 、 鹌鹑 (Coturnixsp. ) 、毛腿沙鸡 (Syrrhaptes paradoxus) 、涉水鸟类 (Echassier) 、角 (Podiceps auritus) 、野鸭 (An-as boschas) 、翘鼻麻鸭 (Tadorna tadorna) 、巨鸵鸟 (Struthiolithus) 。
图130 萨拉乌苏阶候选层型剖面综合柱状图
以上动物群中，以下属种 Palaeoloxodon naumanni，Spirocerus kiakhtensis，Sinomegaceros ordosianus，Bos primigenius 仅见于萨拉乌苏阶下部的萨拉乌苏组内; 现已灭绝的属种有: Palaeoloxodon naumanni，Crocuta ultima，Camelus knoblochi，Coeoldonta antiquitatis，Spirocerus kiakhtensis，Sinomegaceros ordosian-us，Bubalus wansjocki，Bos primigenius 等。
2. 孢粉组合特征
(1) 在萨拉乌苏组 1 段地层中，其底部花粉含量少，菌孢较多; 中部孢粉较贫乏，仅有少量 Pi-nus，Artemisia ，Chenopodiaceae; 上部孢粉较丰富，木本植物花粉以 Pinus 为主，另有少量 Ulmus 和Betula 等; 草本植物花粉以 Artemisia 为主，其次为 Chenopodiaceae 等。
(2) 萨拉乌苏组 2 段地层中，孢粉以 Pinus 和 Artemisia 为主。
(3) 萨拉乌苏组 3 段地层中，下部孢粉较贫乏，仅有少量 Pinus，Artemisia，Chenopodiaceae; 中部，仅有少量 Betule，Quercus 等; 上部含菌孢较多。
(4) 萨拉乌苏组 4 段地层中，下部所含孢粉以 Pinus 为主，其次为 Artemisia; 上部孢粉贫乏。
(5) 萨拉乌苏组 5 段地层中，下部孢粉贫乏，仅有少量 Pinus，Artemisia，Chenopodiaceae; 上部孢粉以 Pinus 为主，其次为 Abies。
(6) 城川组 1 段地层中，孢粉贫乏，仅含少量 Pinus，Artemisia，Chenopoiaceae。
(7) 城川组 2 段地层中，含孢粉丰富，其中木本植物花粉以 Pinus 为主，其次为 Picea，Abies，另有少量 Quercus，Ulmus; 草本植物花粉以 Artemisia 和 Chenopodiaceae 为主; 另有水生草本植物 Typha 和菌孢等。
(8) 城川组 3 段地层中，下部富含孢粉，木本植物花粉以 Pinus 为主，草本植物花粉以 Artemisia为主，另有水生植物草本植物花粉 Typha 等; 上部孢粉贫乏。
3. 介形虫组合特征
在萨拉乌苏组至城川组中均有介形虫发现。其中，在萨拉乌苏组 1 段地层的近底部见有较多的介形虫 Leucocythere plethora 及少量 Ilyocypris biplicata，中上部未见介形虫; 在萨拉乌苏组 3 段地层中下部的冻融褶皱层中含少量 Leucocythere plethora; 在萨拉乌萨组 5 段地层的上部灰绿色、灰褐色粘土质粉砂层中富含介形虫: Cylocypris serena，Ilyocypris biplicata，I. nschanensis，Candoiniella suzini，Candoniella albicius 等; 在城川组 2 段地层中的冻融褶皱含较多的介形虫 Candoniella albicius，Candona kirgizica，Cypris subeiensis 等，其上黄色砂层中含 Limnocythere biosa; 城川组 3 段地层的下部含介形虫 Cyprinotus sp. ，Eucypris inflata，Leucocythere plethora 等。
(四) 萨拉乌苏阶底界的认定
课题组经综合分析研究，将萨拉乌苏阶的底置于酒房台层型剖面萨拉乌苏组第3 段的底部处。目前，在底界处尚未发现可以定义阶的底界的首现生物标志。但在底界之上发现了识别萨拉乌苏阶的重要哺乳动物化石 Homo sapiens (鄂尔多斯人) 、Sinomegaceros ordosianus (河套中国大角鹿) 、Bubaluswansjocki (王氏水牛) 和 Palaeroloxodon naumanni (诺氏象) 等，这些生物化石可视为推定萨拉乌苏阶底界的生物标志。另外，课题组 (闵隆瑞等) 2007 年用光释光法测得萨拉乌苏阶底界年龄≥130ka，此年龄值接近于 《中国地层表》中更新统上部的底界年龄 126ka。
(五) 萨拉乌苏阶的区域对比
在国内，与萨拉乌苏阶大致同期的岩石地层单位有: 内蒙古乌审旗的萨拉乌苏组中上部至城川组;新疆准噶尔盆地和塔里木盆地的新疆群、戈壁组; 青海柴达木盆地的察尔汗组; 宁夏的吉兰泰组至水洞沟组; 山陕高原的马兰黄土; 山西汾河盆地的丁村组至峙峪组; 广西丘陵地区的新兴组; 四川盆地的成都粘土; 云南中部的官渡组; 贵州西部的松坡组上部; 辽宁榆树地区的榆树组; 河北阳原地区的许家窑组; 河南东部的新蔡组; 安徽北部的茆塘组，湖北地区的戚嘴组等。
B. 煤炭开发地质环境状况及其对能源开发的影响研究
一、煤炭赋存的地质环境状况
1.地质概况
地质学中的鄂尔多斯盆地是指中朝板块西部连片分布中生界(特别是二叠系和侏罗系)的广阔范围。长期以来，地质工作者把它看作是一个独立的、自成体系的中生代沉积盆地。本书所研究的鄂尔多斯能源基地的范围与地质学中的鄂尔多斯盆地范围基本一致，大致在北纬34°～41°20'，东经105°30'～111°30'。具体的地理边界为东起吕梁山，西抵桌子山、贺兰山、六盘山一线。南到秦岭北坡，北达阴山南麓，跨陕西、甘肃、宁夏、内蒙古、山西5省(区)。面积约40万km2。
鄂尔多斯盆地是一个不稳定的克拉通内部盆地，盆地基底形成后，在其后的盖层发展演化过程中，先后经历了坳拉槽—克拉通坳陷(内部和周边)—板内多旋回的陆相盆地及其前渊—周边断陷等盆地原型的多次演化，现在的鄂尔多斯盆地是上述若干个盆地原型的叠加(孙肇才等，1990)。从中生界开始，基底地层对于盖层的影响就已经很不明显，并且表层褶皱在盆地内部也极不发育。所以盆地内中生界以上的地层产状大都比较平缓，断裂和裂隙比较少。
鄂尔多斯盆地的基底岩系分为两类，一类是由变粒岩岩相(麻粒岩、浅粒岩、混合花岗岩及片麻状花岗岩等)组成的太古宇;另一类是由绿岩岩相组成为主(绿片岩、千枚岩、大理岩和变质伪火山岩)的中古元古界。基底岩系之上的沉积盖层年代自中元古界至第三系(古、新近系)，累积最大厚度超过10000m。其中，中古元古代在全盆地范围内沉积了厚达1500m的长城系石英砂岩和蓟县系合叠层石的硅质灰岩。早古生代在盆地中部沉积了400～700m的碳酸岩海相沉积，在南缘和西缘同期沉积达4500m。晚石炭至早二叠世早期，在本区形成了一个统一的以煤系地层为特征的滨海相沉积，沉积厚度为150～530m。晚三叠世盆地范围内部形成内陆差异沉降盆地，包括了5个明显的陆相碎屑岩沉积旋回，即晚三叠世延长组，早中侏罗世延安组、中侏罗世直罗-安定组、早白垩世志丹群下部及上部(孙肇才，1990)。早白垩世末期的燕山中期运动，导致本区同中国东部滨太平洋区一起，在晚白垩世至第三纪(古、新近系)期间，作为一个统一的受力单元，在开阔褶皱基础上发生大面积垂直隆起。就在这个隆起背景上，形成了环鄂尔多斯中生代盆地的以汾、渭、银川和河套为代表的新生代地堑系，并在其中沉积了厚达数千米至万米的以新第三系(新近系)为主的地堑型沉积。而盆地中心部位的晚白垩世至第三纪(古、新近纪)地层大面积缺失。
第四纪以来，鄂尔多斯盆地中南部大部分地区沉积了大厚度的黄土;而其北部却由于隆起剥蚀而没有黄土沉积。
鄂尔多斯盆地南部大部分为黄土高原。黄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为黄土塬，而受到较强侵蚀的塬地则变为破碎塬。在陕北的南部和甘肃陇东地区的塬地保存较完好，如著名的洛川塬和董志塬。在流水和重力作用下，黄土地层连同基底遭到严重切割的地貌成为黄土梁和峁。另外，由于流水侵蚀还可形成狭窄的黄土冲沟和宽浅的黄土涧地，使梁峁起伏，沟壑纵横，地形支离破碎，是人为活动频繁、植被破坏与水土流失最为严重的地区。
鄂尔多斯北部隆起的高平原地区由于气候干旱，长期受风力侵蚀，形成众多的新月形流动沙丘和半固定、固定沙地。北部有库布齐沙漠，南部有毛乌素沙地，东部为黄土丘陵。库布齐沙漠为延伸在黄河南岸的东西带状沙漠，大部分流动和半流动沙丘边沿水分较好。毛乌素沙地多为固定和半固定沙丘，水分条件较好，形成了沙丘间灌草地。
2.煤炭赋存的地质环境
鄂尔多斯盆地煤炭资源丰富，已探明储量近4000亿t，占全国总储量的39%。含煤地层包括石炭系、二叠系、三叠系和中下侏罗统的延安组。
(1)侏罗纪煤田
含煤岩系为下中侏罗统的延安组，由砂、泥岩类及煤层组成，其中泥岩、粉砂岩约占70%左右，透水性弱，其上覆直罗组、下伏富县组均为弱透水岩层。侏罗纪地层中地下水的补给、径流条件差，以风化裂隙为主，构造裂隙不很发育，风化带深度约40～60m，风化带以下岩层的富水性很快衰减。矿井涌水量在一定深度后不仅不再随开采深度的增加而增大，而且会减少，风化带以下地下水径流滞缓，水质很差，矿化度高。矿床水文地质类型一般属水文地质条件简单的裂隙充水型。但在有第四系松散砂层(萨拉乌苏组)广泛分布及烧变岩分布区，水文地质条件往往变得比较复杂，特别在开采浅部煤层时、可能形成比较严重的水文地质和地质环境问题。按照矿井充水强度及水文地质条件的差异，可将侏罗纪煤田划分为4个水文地质分区:①黄土高原梁峁区。主要分布于盆地北部。区内地形切割强烈，上部无松散岩层覆盖或砂层巢零星分布，降水量少而集中，不利于地下水的补给与汇集，岩层富水微弱，矿床充水以大气降水为主，矿井涌水量很小，矿床水文地质条件简单。②烧变岩分布区。沿主要煤层走向呈带状分布，深度一般在60m以浅，宽度受煤层层数、间距、倾角、地形等因素控制。岩层空隙发育，透水性能好，其富水性取决于补给面积和含水层被沟谷切割程度，当分布面积较大或上覆有较广泛的第四纪砂层时，富水性较强，对浅部煤层开采有影响，也常是当地重要的供水水源。③第四系砂层覆盖区。砂层出露于地面且广泛覆盖于煤系之上，厚度数米至数十米，甚至更厚。区内大气降水虽然较少，但砂层的入渗条件很好，可以在大范围内获得大气降水的就近渗入补给，然后汇集到砂层厚度较大且古地形低洼处，以泉或蒸发的形式排泄，在矿井开采浅部煤层时常是最主要的充水水源，可能出现涌水、涌砂问题。该区浅部煤层开采矿床水文地质条件中等至复杂居多。砂层水和烧变岩水往往有密切的水力联系，赋存有宝贵的水资源，但不适当的采煤和采水都可以导致大面积补给区的破坏和水质的污染及生态环境的恶化。因此，在煤田开发中应将采煤、保水和生态环境的保护作为一项系统工程统一规划。④一般地区。不用上述3个水文地质分区的其他地区。该区煤系地层地下水的补给条件不好，含水微弱，矿床水文地质条件属简单，少数中等，矿井涌水量多数为每小时1m3至数十立方米。
(2)陕北三叠纪煤田
该煤田位于盆地中部的黄土梁峁地区。地下水在黄土梁区接受大气降水的少量补给，在沟谷中排泄，径流浅，水量小，岩层富水性弱，风化带以下岩层富水性更弱，矿化度很高，水文地质条件多为简单，属裂隙充水矿床。
(3)石炭、二叠纪煤田
分布于盆地东、南、西部盆缘地区的石炭二叠纪煤田，煤系基底为奥陶、寒武系灰岩，是区域性的强含水层，煤系本身含水比较微弱，属裂隙-喀斯特充水矿床。其矿床水文地质条件的复杂程度，取决于煤系基底灰岩水是否成为向矿井充水的水源及其充水途径和方式。现分区叙述如下:①东部地区。包括准格尔煤田和河东煤田。煤系下伏灰岩强含水层的地下水位埋藏很深，常在许多矿区的可采煤层之下，煤系地层含水微弱，矿床水文地质条件简单，奥陶系灰岩水为矿区的主要供水水源。从长远看，当煤层开采延伸到奥陶系灰岩水位以下时，灰岩水将威胁到下部煤层的开采。②南部渭北煤田。奥灰水地下水位标高为380m左右，而煤层赋存标高从东至西逐渐始升。如在东部太原组煤层的开采普遍受到奥灰水的威胁，而西部铜川矿区的多数煤层则均赋存在灰岩地下水位以上。在渭北煤田，由于奥灰与煤系的接触关系为缓角度不整合，使得不同地区煤系下伏的灰岩岩性和富水性不同，形成不同的水文地质条件分区。380m水位标高以上的煤层，其矿床水文地质条件多为简单至中等，而380m水位标高以下的煤层，水文地质条件属中等至复杂。奥陶系、寒武系灰岩沿煤田南部边缘有部分山露或隐伏于第四系之下，接受大气降水直接或间接补给，灰岩和强径流带也沿煤田的南部边缘分布于浅部地区。故开采浅部煤层时，矿井涌水量大，开采深部煤层时突水的可能性增大，但水量则有可能减少。在韩城矿区北部，黄河水与灰岩水之间有一定的水力联系。灰岩水是当地工农业的最主要水源、要考虑矿坑水的综合利用和排供结合。③西部地区。煤系与奥陶系灰岩之间有厚度较大的羊虎沟组弱含水层存在，奥灰水不能进入矿井，煤系含水比较微弱，矿床水文地质条件多属以裂隙充水为主的简单至中等类型(王双明，1996)。
二、煤炭开发过程中的地质环境状况变化
煤炭开发引起的地质环境问题受矿山所处的自然地理环境、地形地貌、地层构造、水文气象、植被，以及矿产工业类型、开发方式等经济活动特征等因素的影响。目前鄂尔多斯盆地煤矿地质环境问题十分严重。地下开采和露天开采对矿区地质环境影响方式和程度不同。该区煤矿以地下开采为主，其产量约占煤炭产量的96%。尤以地下采煤导致的地质环境问题最为严重，主要地质环境问题以煤矿业导致的地质环境问题结果作为分类的主要原则，可以分为资源毁损、地质灾害和环境污染三大类型及众多的表现形式(表3-2)(徐友宁，2006)。
根据总结资料与实地调查，结合重点区大柳塔矿区及铜川矿区实际情况，我们重点介绍以下5个突出的地质环境问题:①地面塌陷及地裂缝;②煤矸石压占土地及污染水土环境;③地下水系统破坏及污染;④水土流失与土地沙化;⑤资源枯竭型矿业城市环境恶化。
1.地面塌陷与地裂缝
地下开采形成的地面塌陷、地裂缝造成耕地破坏，公路塌陷，铁轨扭曲，建筑物裂缝，以及洼地积水沿裂隙下渗引发矿井透水等事故。在干旱地区由于地表水系受到破坏，导致矿区生产、生活，以及农业用水发生困难。同时，还可诱发山地开裂形成滑坡。
表3-2 煤炭开采的主要地质环境问题
地面塌陷和地裂缝在大中型地下开采的煤矿区最为普遍，灾害也最为严重。如甘肃的华亭煤矿，宁夏的石嘴山、石炭井煤矿和陕西的渭北韩城—铜川，以及神府—东胜煤田矿区。
由于黄土高原人口密集，地面塌陷对土地的破坏主要是对农田的破坏。陕西渭北地区的铜川、韩城、蒲白、澄合等矿务局各矿区位于黄土台塬，该区是陕西渭北优质农业产区和我国优质苹果生产基地，这些国有大中型老煤矿区几十年地下开采导致了地面塌陷、地裂缝，以及山体开裂，成为西北地区煤矿开发对农业生产破坏最为严重地区之一。陕西省采空区地面塌陷总面积约110km2，主要分布于渭北及陕北煤矿区。不完全累计，1999年底，铜川矿区地面塌陷63.82km2，占到全省地面塌陷区55.38%，其中80%为耕地。煤矿区的地面塌陷最为严重，这是因为煤层厚度较金属矿体要大，过采区的空间较金属及其他非金属矿山要大得多，且上覆岩层多为松软的页岩、粉砂岩及泥质岩层。煤矿地表塌陷和地裂缝的范围及深度与采煤方法、工作面开采面积、采区回采率，以及煤层产状等多种因素有关。一般而言，埋深愈浅，开采面积越大，地面塌陷、裂缝范围及深度也越大。榆林神府矿区大砭窑煤矿开采5#煤层，煤层4～6m，埋深90～100m，1992年5月5日，矿井上方发生地面塌陷12000m2，陷落深度0.7m。宁夏石嘴山市石嘴山煤矿开采面积5.15km2，而塌陷面积已达6.97km2，是其开采面积的135%，形成深达8～20m地表塌陷凹地，部分地段的裂缝宽达1m。矿区铁路运输基地高出塌陷区10～20m，使得矿山企业每年用于铁路垫路费高达100万元，穿越矿区的109国道被迫改道。
陕西省煤矿采空区地面塌陷总面积约110km2(表3-3)，主要分布于渭北及陕北煤矿区。其中铜川市老矿区因开采较早，地面塌陷比较严重，到1999年底，不完全统计其地面塌陷63.82km2，占到全省地面塌陷区55.38%，其中80%为耕地。而神木县近几年煤矿开发力度不断增大，加之煤层埋藏较浅，地面塌陷程度增大，截至2001年，该县乡镇煤矿造成地面塌陷达5.32km2。
表3-3 鄂尔多斯能源基地陕西境内煤矿区地面塌陷
(据西北地矿所)
陕西省渭北煤田的铜川、黄陵、合阳、白水、韩城各矿区、陕北神府煤田的大柳塔、大砭窑、洋桃瑁、沙川沟、刘占沟、新民矿等矿区，均出现有不同程度的地面塌陷、地裂缝及山体滑坡，造成大面积的农田被毁、房屋开裂、铁轨扭曲、公路塌陷、矿井涌水等。2001年7月，特大暴雨使黄陵店头陕煤建五处矿区仓村三组的1.2hm2耕地发生地面塌陷、地裂缝，地裂缝最宽可达15m，塌陷落差达7.45m，60%耕地已无法复垦，农田搁荒，预计经济损失达270万元。铜川煤矿区地裂缝5400余条，以王石凹煤矿为例，在1∶5000的地形图上填绘的裂缝就有70多条，总长度近7000余米。神府矿区大柳塔矿201工作面煤层埋藏浅，1995年7月10日开始回采，放顶后地表形成裂缝，实测裂缝区面积为5742.5m2。第一期开采计划完成后，预计未来大柳塔矿采空区总面积5.8hm2，可能发生地裂缝区域总面积约5.45hm2。裂缝区与采空区面积之比为0.94。目前塌陷面积达到7.7km2。20世纪90年代，甘肃窑街矿区矿井地面占地598.1hm2。地面塌陷20处共计443.54hm2，地面塌陷面积比80年代扩大了48.4%，每年以14.47hm2的速度扩大，10年间因塌陷引起的特大型山体滑坡等灾难性地质事故数起。80年代造成水土流失面积449～550hm2，90年代达到663～720hm2。
2.煤矸石压占土地及污染水土环境
煤矸石是采煤和选煤过程中的废弃物，通常占煤矿产量的12%～20%，是煤矿最大的固体废弃物之一，其堆积会压占土地植被。陕西黄陵店头地处黄土高原地带，小流域地区的森林植被良好，但是部分煤矿排放的煤矸石堆积在山坡上，压占了生长良好的杂木林。陕西韩城下峪口黄河滩地湿地芦苇茂密，生态环境良好，但是下峪口煤矿排放煤矸石填滩造地，却压占并破坏了黄河湿地生态资源与环境，应引起有关部门的高度重视。煤炭资源大面积连续开采，造成了难以恢复的地下水破坏，同时导致地表河流流量锐减，生态环境破坏。1997年以来，陕西神府煤田开发区已有包括窟野河在内的许多河流出现断流。
煤矸石堆积长期占压土地。截至2000年，铜川矿务局下属12个矿山，煤矸石累计堆存量1264.99万t，大小矸石山150余处，其中100万t以上的矸石山35处，矸石压占2.37km2。
堆积的矸石山易发生自燃，产生大量硫化氢等有害气体，对周边村民身体健康产生很大危害。据有关资料，每平方米矸石山自燃一昼夜可排放CO10.8kg，SO26.5kg，H2S和NO22kg等。依据国家卫生标准规定，居民区大气环境中有害物质的最高允许浓度SO2日均浓度为0.15mg/m3、H2S为0.01mg/m3，显然，煤矸石自燃区的大气环境污染超过了国家标准，必然危害居民身体健康。
陕西铜川矿务局下属共有13个矿井，其中6个矿井煤矸石堆存在自燃(图3-2)，矸石山周围SO2，TSP，苯并芘等都严重超标，据有关资料在自燃矸石山周围工作过5年以上的职工患有不同程度的肺气肿。陕西韩城桑树坪矿矸石山自燃造成空气中SO2和CO2严重超标，其中SO2浓度平均超标16倍，CO2浓度平均超标20倍。在这种空气环境下，甚至发生了工人昏倒在排矸场的现象。
图3-2 铜川矿务局王石凹煤矿正在冒烟的矸石山
煤矸石不仅造成大气污染，矸石山淋滤水还会造成临近地表水源、地下水，以及矸石山下伏土壤的污染。本次调查在铜川矿务局金华山煤矿采集的矸石山淋滤水样，颜色发黑，经检测发现是酸性水，pH值为2.82，COD为812.5mg/L，悬浮物含量128.0mg/L，重金属含量汞、镉、铜、镍、锌、锰均超标;在三里洞煤矿采集的矸石山淋滤水pH值为1.77，COD为621.6mg/L，TDS含量达160.658g/L，水化学类型为Mg·SO4型;这些矸石山淋滤水流入地表水体或渗入土壤，都会造成一定程度的污染。
3.地下水系统破坏及污染
鄂尔多斯能源基地煤炭开采区大多为严重缺水地区。矿井疏干排水造成地下水均衡系统的破坏，地下水位下降，水量减少。煤矿酸性及高矿化度井水造成地下水污染，加剧了水资源危机。煤炭资源大面积连续开采，造成了难以恢复的地下水破坏，同时导致地表河流流量锐减，生态环境破坏。1997年以来，陕西神府煤田开发区的不少河流断流，如2000年窟野河断流75d，2001年断流106d。由于煤矿采空区裂缝遍布，最宽达2m多，局部地区地面下降2～3m，导致原流量达7344m3/d的双沟河已完全干涸，400多亩水田变为旱地，杨树等植被大片枯死。
陕西渭北铜川、蒲白、澄合和韩城等煤矿是矿井突水主要发生地，素有渭北“黑腰带”之称的铜川、蒲白、澄合、韩城四大煤矿区又是高瓦斯矿区，1975年5月11日，铜川矿务局焦坪煤矿前卫矿井发生重大瓦斯煤尘爆炸事故，死亡101人，受伤15人，全井造成严重破坏。2001年4月，铜川、韩城两起瓦斯爆炸造成86人死亡的重大恶性事故，社会影响极坏。
陕西省的矿井突水主要发生在渭北铜川、蒲白、澄合和韩城等煤矿区。1989年，上述4个矿务局27个煤矿31处自然矿井，受地下水威胁的矿井占32.3%。据不完全统计共计发生矿坑突水36次，其中1975～1982年该区发生奥灰岩土石事故29次，占其矿井突水事故地80.56%。该区矿井下水灾主要来源于奥灰岩岩溶水和古窑采空区积水。1960年1月19日，铜川矿务局李家塔煤矿发生老窑突水53476m3，淹没巷道18条，总长1880m，直接经济损失7142元，死亡14人。20世纪60年代以前，该区带主要矿井巷道还位于+380m水平面上，70年代后，蒲白、韩城、澄合等新建矿区部分开拓巷道位于+380m水平面之下。1974年以后，象山、马沟渠、桑树坪、董家河、权家河、二矿、马村矿相继发生奥灰岩突水事故29次，淹没巷道万余米，致被迫停产，重掘巷道的巨大损失，直接经济损失近2000万元。
宁夏石嘴山煤矿区因地面塌陷，地裂缝交错，地面低凹积水，地表水沿裂隙进入地下巷道，使矿区多次发生突水事件，造成人员伤亡和巨大的经济损失(表3-4)。
表3-4 宁夏石嘴山煤矿矿井突水一览表
陕西黄陵县店头沮水河两岸分布着十几家个体小煤矿，不顾后果在河道下采煤，在8km2范围内形成4处较大的塌陷区，均横跨沮水河床，地裂缝达20cm，最大塌陷区面积达1000m2以上，大片耕地塌陷，民房出现裂缝，饮水井水量和水质发生变化。1998年9月13日个体小煤矿牛武矿非法开采沮河河床保安煤柱，并越界穿过沮水河，同个体水沟小窑多处相互打通，发生矿井透水，最终导致苍村一号斜井西采区被淹，使陕西黄陵矿业公司一号煤矿主平硐在1999年“3.24”发生重大突水事故，涌水量瞬间增至800m3/h，迅速淹没了3条平硐。小煤窑无序采煤不仅造成自己淹井停产，也给黄陵矿业公司造成直接经济损失3401万元，间接经济损失3100万元。同时，沮水河河水在上游进入煤矿采空区后，又在下游报废小煤窑井口流出排入沮水河，给居民生产和生活带来了很大困难。黄陵个体煤矿无序开采诱发的矿井突水事故再一次说明采矿业的发展必须遵循可持续发展原则，合理布局，加强矿业秩序的日常监督管理，才能使整个采矿业沿着健康的轨道发展。
长期以来，由于技术水平所限和认识不足，矿井水被当作水害加以防治，矿井水被白白排掉而未加以综合利用和保护。2000年，西北地区国有矿井煤产量3785万t，平均吨煤排水量1.3t，其他矿井煤产量5209万t，平均吨煤排水量0.324t。西北地区的煤矿主要位于干旱、半干旱地区，矿区水资源匮乏，毫无节制的排水不仅大大破坏了地下水资源，增加了吨煤成本，而且还导致地面塌陷、地下水资源流失、水质恶化，还可能造成地下突然涌水淹井事故。
煤矿矿井水多属酸性水，未加处理直接排放，加剧了干旱地区矿山用水危机。陕西、宁夏、内蒙古部分矿井水pH值均小于6，陕西铜川李家塔矿井水pH值更低为3。酸性矿井水直接排放会破坏河流水生生物生存环境，抑制矿区植被生长。甘肃、宁夏、内蒙古西部大部分矿井及陕西中部和东部等矿井水是高矿化度水，一般矿化度均大于1000mg/L。
2002年7月在陕西渭北煤矿区的一些矿务局调查时发现，陕西白水部分矿山存在将坑道废水直接排入地下岩溶裂隙，导致岩溶水污染，此问题应引起有关部门的高度重视，尽快采取措施保护岩溶水，使地下水资源不受污染。
4.水土流失与土地沙化
水土流失导致的土壤侵蚀是生态恶化的重要原因。黄土区、黄土与风沙过渡区的矿区水土流失量最大。陕西的铜川、韩城、神府煤矿区;宁夏的石嘴山、石炭井煤矿区;陕蒙神府—内蒙古东胜水土流失都十分严重。有关环境报告资料预测，陕西神府—内蒙古东胜矿区平均侵蚀模数按1.21万t/km2·a，面积按3024km2计算;年土壤侵蚀量为3659.04万t。据几个矿区开发前后不同时期的遥感资料以及河流、库坝、泥沙资料综合分析和计算表明，煤矿开采后水土流失量一般为开采前的2倍左右。内蒙古的乌达等矿区，侵蚀模数达10000～30000t/km2·a，是开采前水土流失量的3.0～4.5倍。陕西黄陵矿区建矿前土壤侵蚀模数为500t/km2·a，建矿5年后，土壤侵蚀模数已达1000t/km2·a。随着矿区的开发水土流失问题日益严重，不仅破坏了生态环境，还直接威胁矿区安全。例如，陕西神木中鸡煤矿由于矿渣倾入河道，占据河床2/3的面积，1984年8月雨季时河水受阻回流，造成特大淹井事故。
煤炭开采形成的地面塌陷造成浅层地下水系统破坏，使塌陷区植被枯死，为土地沙漠化的活化提供了条件。其次，露天煤矿、交通及天然气管道工程建设占用大量耕地，破坏植被，使表土疏松，使部分原已固定和半固定沙丘活化。戈壁沙漠区煤矿废渣堆放，风化加剧了土地沙化。
陕西神府煤田矿区大规模开发以及地方、个体沿河沟两岸乱挖滥采，破坏植被，导致沙土裸露，加剧水土流失和土地沙化。自80年代中期开发以来，毁坏耕地666.7hm2，堆放废渣6000多万t，破坏植被4946.7hm2，增加入黄泥沙2019万t。据“神府东胜矿区环境影响报告书”提供的预测结果，若不采取必要的防沙措施，矿区生产能力达到3000万t规模时，将新增沙漠化面积129.64km2，煤矿开发导致的沙漠化面积为自然发展产生沙漠化面积的1.53倍，新增入河泥砂量480万t，比现有条件下进河泥砂量增加13.7%。
5.煤炭资源枯竭与城市环境恶化
鄂尔多斯现有煤田有些开发较早，可以追溯到20世纪五六十年代。起初，由于技术落后，造成资源浪费，加之很多矿区达到服务年限，到现在已无资源可采。如铜川矿务局是1955年在旧同官煤矿的基础上发展起来的大型煤炭企业。全局在册职工30041人，离退休人员32691人，职工家属约21.6万人。由于生产矿井大多数是50年代末60年代初建成投产的，受当时地质条件和开采条件所限，所建矿井煤炭储量、井田范围、生产能力小，服务年限短。80年代以来先后有9对矿井报废，实施关闭，核减设计能力396万t。目前全局8对生产核定能力965万t/a，均无接续矿井。东区部分矿井资源枯竭，人多负担重，生产成本高，正在申请实施国家资源枯竭矿井关闭破产项目。生产发展接续问题日益突出，企业生存发展面临严峻挑战。矿业城市的可持续发展受到地方政府及相关学者的关注。煤炭资源枯竭的直接后果是矿业城市面临转型，大量问题需要解决，如人员安置、环境改善、寻找新的主打产业等。
三、煤炭开发引起的地质环境问题对煤炭开采的影响
大规模的煤炭开发活动不但极大地破坏了当地的地质环境和生态环境，也在很大程度上制约了煤炭开采活动的正常进行，主要表现在以下几个方面:
(1)采煤塌陷及地裂缝造成水资源量减少、地下水体污染，影响矿区采煤活动的正常运行
采煤塌陷造成含水层结构破坏，使原来水平径流为主的潜水，沿导水裂隙垂直渗漏，转化为矿坑水;在采矿疏干水过程中又被排出到地表，在总量上影响地下水资源。采煤塌陷形成塌陷坑、自上而下的贯通裂隙，使当地本就稀缺的地表水、地下水进入矿坑而被污染，使地下水质受到影响，进而影响到地下水的可用资源量。如在神府东胜矿区，采煤塌陷一方面使萨拉乌苏组含水层中地下水与细沙大量涌入矿坑，造成井下突水溃沙事故;另一方面矿坑排水需大量排放地下水，既浪费了宝贵的水资源，又破坏了矿区的水环境(张发旺，2007)。
另外，采煤塌陷对水环境造成影响的最重要因素是塌陷裂缝。其存在不但增加了包气带水分的蒸发，造成地表沟泉、河流等的干涸，而且增加了污染物的入渗通道，从而导致土壤水和地下水体的污染。
西北煤矿区水资源原本缺乏，再加上塌陷及地裂缝造成的可用水资源量的减少，使矿井用水、洗煤厂用水、矿区生活用水等均面临严峻挑战。
(2)煤层及煤矸石自燃不但浪费了大量煤炭资源，而且影响煤炭开采
鄂尔多斯盆地北部的侏罗系煤田分布区，煤层埋藏浅深度只有0～60m，并且气候干旱，植被稀少，形成了有利于煤田大规模自燃的气候条件。因此煤层及煤矸石自燃大面积分布，如乌海煤田、神东煤田等。煤层及煤矸石自燃不仅会烧掉宝贵的煤炭资源，并且会影响煤炭开采、污染空气，造成巨大经济损失。
(3)矿坑突水事故不但破坏了地表水和地下水资源，往往也会淹没矿井巷道，严重影响煤炭开采，造成重大人员伤亡和经济损失
在我国，大部分石炭-二叠系煤炭开采时会受到水量丰富的奥陶系灰岩水的威胁。由于水量巨大，流速快，水压高，奥陶系灰岩水造成的突水事故往往十分巨大，如1984年6月发生的开滦范各庄煤矿发生的世界罕见的特大奥陶系灰岩水突水事故，突水4d内把范各庄煤矿淹没，又突入相邻的吕家坨煤矿并将其全部淹没，并向另一相邻矿林西矿渗水，经过4个月才完成封堵工作，造成的经济损失达5亿元以上。在鄂尔多斯盆地，石炭-二叠系煤层主要分布在铜川、蒲白、澄合和韩城一线，历史上共发生矿坑突水事故40余次。如1960年1月19日铜川矿务局李家塔煤矿发生老窑突水53476m3，淹没巷道18条，死亡14人。
陕西黄陵县店头沮水河两岸个体小煤矿无序生产，1998年9月至1999年3月造成一系列突水事故，给黄陵矿业公司造成的直接经济损失就有3401万元，间接经济损失3100万元。
C. 中国陆相第四系萨拉乌苏阶综合研究报告
闵隆瑞1朱关祥2关友义1
(1.中国地质科学院地质研究所，北京100037;2.中国地质科学院，北京100037)1萨拉乌苏阶阶名及其名称由来
萨拉乌苏阶由第二届全国地层委员会第四系工作组在1999年12月全国地层委员会召开的十三陵断代工作组工作会议期间提出(全国地层委员会，2001)，2002年正式列入中国区域年代地层表中。阶名源自同名岩石地层单位“萨拉乌苏组”。萨拉乌苏组命名于内蒙古萨拉乌苏河(又名红柳河)流域。20世纪20年代E.桑志华、P.德日进首次将流域内出露的一套河湖相地层称为萨拉乌苏河建造，其时代定为更新世晚期(表1)。1959年全国地层委员会正式建为萨拉乌苏河组，后于1964年改称萨拉乌苏组。萨拉乌苏组内含有著名的“鄂尔多斯人”(或称“河套人”)、人类活动遗迹和丰富的哺乳动物化石而闻名中外，是我国北方第四系更新统上部河湖相代表性地层。60～80年代期间中国科学院古脊椎动物与古人类研究所、地质研究所和沙漠研究所等单位进行了两次大规模的挖掘和考察，对萨拉乌苏组的认识更加深化，萨拉乌苏组被解体为下部萨拉乌苏组(狭义)和上部城川组。
表1 萨拉乌苏组地层划分对比沿革表
2 萨拉乌苏阶的层型剖面位置
萨拉乌苏阶建阶层型剖面，位于内蒙古乌审旗无定河镇米浪沟湾下游2km的萨拉乌苏河左岸，酒房台西侧陡壁处(图1)。地理坐标:北纬37°46'，东经108°33'，顶部海拔1283m。从陕北榆林、靖边或内蒙古乌审旗均有公交车到无定河镇。
此外，前人在建阶层型剖面上游，滴哨沟湾、范家沟湾和米浪沟湾均做过大量工作，建立了较好的地层剖面。这些剖面为酒房台建阶层型剖面的岩石地层、生物地层、年代地层和气候地层等研究提供了重要资料、数据。
图1 萨拉乌苏河流域萨拉乌苏阶层型剖面位置图
3 萨拉乌苏阶的层型剖面描述
酒房台建阶层型剖面是由萨拉乌苏河左岸酒房台陡壁第四系松散沉积物组成(图 2)。地层连续性好，总厚度达 61.61 m。根据沉积物颜色、岩性、结构构造和与下伏地层的接触关系等，将剖面自下而上划分为 32 层(图 3)。在划分的 32 层基础上，根据沉积旋回和岩相特征及测年数据，归并为更新统中部离石组; 更新统上部的下部萨拉乌苏组(狭义)，更新统上部的上部城川组和全新统。
萨拉乌苏组 厚 32.77 m，自下而上又分为 5 段
1 段: 黄褐色、灰褐色粉砂质粘土与灰黄色、杂色粘土质粉砂互层，夹多层红棕色薄古土壤层，底部为黄棕色粉细砂层。含软体动物化石。厚 11.11 m。与下伏中更新统离石组顶部红棕色古土壤层呈整合接触。
2 段: 黄土状土，为黄色粉砂层，致密块状，含钙质结核较多。厚 3 m。
3 段: 黄褐色粘土质粉砂层，夹细砂和钙板层，含软体动物化石，具冻融褶皱。厚 7.4 m。
4 段: 黄褐色中、细砂层，具水平层理和交错层理。厚 4.75 m。
5 段: 灰褐、灰绿色 粘 土质 粉 砂 层，含 软 体动物化 石。底 部是泥质 砾 石，顶 部 为红 棕 色 古 土壤 层。厚6.51 m。
图 2 萨拉乌苏河酒房台剖面地质地貌景观
上述5 段中，萨拉乌苏组底部的黄棕色砂层，下部的灰褐色粉砂质粘土层(或淤泥层)、中部冻融褶皱层和顶部棕色古土壤层均可作为标志层。
城川组 厚 25.19 m，自下而上又划分为 3 段
1 段: 灰黄色粉细砂层夹 灰 褐 色 粉 砂 层，具水平 层 理 和 交 错 层 理，夹 钙 板 层。近底 部 含 披毛犀 化 石。厚12.69 m。与下伏地层呈侵蚀接触关系。
2 段: 灰绿色、灰黄色粉细砂层，具水平层理，底部为中、细砂层。顶部和中部发育冻融褶皱，含软体动物化石。厚 7.19 m。
3 段: 灰黄色粉、细砂层夹灰褐色粉砂层和钙板层，具水平层理和交错层理。厚 5.31 m。
上述 3 段中，第 2 段中部两层含软体动物化石的冻融褶皱层可作为标志层。
从沉积相分析，萨拉乌苏组第 1 段以湖沼相沉积为主，底部发育黄棕色砂层，代表古湖泊开始的沉积物，湖沼相沉积物中发育多层古土壤层和含软体动物化石，表示水体较浅。第 2 段为堆积黄土状土，湖泊消失。第 3 段为黄褐色粘土质粉砂层，代表水进。第 4 段为厚层黄色中、细砂层，是河和风的堆积物，湖泊暂时被河、风堆积物取代。第 5 段为沉积的泥砾层和含软体动物化石的灰绿色粘土质粉砂层，代表又进入到湖泊发育时期，直至顶部棕色古土壤发育，萨拉乌苏湖再次消失。
城川组 1 段，发育风成砂和砂丘间洼地沼泽相沉积物。较高角度大型板状交错层理是风成砂结构构造的标志; 具水平层理的灰褐色粉砂质粘土条带层是砂丘间洼地沼泽相的沉积物。洼地沉积物顶部干涸后，常常发育钙板层。城川组 2 段沉积物颗粒较粗，反映水量较充沛，又进入到湖泊发育阶段。湖泊沼泽中发育较多的软体动物，水体不深。城川组 3 段，又被风成砂和砂丘间洼地沼泽相沉积代替。可见，萨拉乌苏组和城川组，总共经历了 4 次较为明显的水体扩张，4 次较为明显的风成砂袭击。
4 萨拉乌苏阶的底界界线定义
萨拉乌苏阶底界位于酒房台剖面萨拉乌苏组(狭义)第 3 段底，其标志是:
4.1 岩性、沉积相
萨拉乌苏阶底部为黄褐色粉细砂和粘土质粉砂层，具明显冻融褶皱，含较多的软体动物化石，属湖沼相沉积。其中冻融褶皱在萨拉乌苏河流域展布广，是明显的标志层。
图3 内蒙古萨拉乌苏河流域萨拉乌苏阶层型剖面综合柱状图
4.2 同位素年龄
据李保生等人资料，萨拉乌苏阶底部冻融褶皱层顶部年龄为(148000 ± 12500)a(TL)。因而，推算其底界年龄约为 0.15Ma，略大于更新统上部底界 128000 a 的年龄。
4.3 古脊椎动物化石和文化遗物
萨拉乌苏阶底界之上发现具代表性的古脊椎动物化石是 Homo sapiens(鄂尔多斯人)和 Sinomegac-eros ordosianus(河套中国大角鹿)、Bubalus wansjocki(王氏水牛)、Palaeoloxodon naumanni(诺氏象)等。据资料，1922 ～1923 年首次在邵家沟湾距河面 10 m 的砂层中，发现 “河套人”和 “河套文化”层。1978 ～1979 年董光荣等在原生层位中发现了河套人颌骨、臼齿等，其层位在距河床10 余米的萨拉乌苏组下部。另在范家沟湾剖面萨拉乌苏组的粉砂质粘土和粉砂层中，发现了大量小型旧石器。
由此可见，这些古人类化石和文化遗物及河套中国大角鹿、王氏水牛等脊椎动物化石，可作为萨拉乌苏阶底界的古生物标志。
4.4 孢粉特征
孢粉分析表明，酒房台剖面萨拉乌苏组第 3 段，即萨拉乌苏阶底部，孢粉较为贫乏。底部有少量Pinus(松属)、Artemisia(蒿属)、Chenopodiaceae(藜 科); 中 部 出 现 少 量 Betula(桦属)、Quercus(栎属); 上部菌孢较多。反映气候由凉干转为温湿。
4.5 介形类化石特征
介形类化石分析表明，酒房台剖面萨拉乌苏组第 3 段，含少量 Leucocythere plethora(丰满白花介)。属湖沼相沉积环境。
总之，萨拉乌苏阶底界为湖沼相层，含智人和河套中国大角鹿、诺氏象、王氏水牛等哺乳动物化石，孢粉贫乏，有少量丰满白花介等介形类，以此作为底界标志。
5 阶的单位层型内生物地层序列及特征描述
5.1 哺乳动物化石
截至目前，本区邵家沟湾，杨树沟湾、滴哨沟湾、范家沟湾和酒房台等地，除人类化石外，在萨拉乌苏阶内共发现哺乳动物化石 34 种，鸟类 11 种(表 2)。
其中已灭绝的有: Palaeoloxodon naumanni，Crocuta ultima，Camelus knoblochi，Coeoldonta antiquita-tis，Spirocerus kiakhtensis，Sinomegaceros ordosianus，Bubalus wansjocki，Bos primigenius 等 8 种; 而 Palae-oloxodon naumanni，Spirocerus kiakhtensis，Sinomegaceros ordosianus，Bos primigenius 仅见于萨拉乌苏阶下部的萨拉乌苏组内。
5.2 孢粉组合特征
自下而上孢粉组合特征是:
(1)萨拉乌苏组 1 段
底部: 花粉含量少，但菌孢较多，气候温湿。
中部: 孢粉贫乏，仅有少量 Pinus，Artemisia，Chenopodiaceae，气候凉干。
上部: 孢粉丰富，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为主，占37.3%～57.6%，另有少量Ulmus，Betula等。草本植物花粉以Artemisia为主，占19.7%～35.3%，其次为Chenopodiaceae等，反映以针叶林为主、针阔叶混交林草原植被景观，气候较暖湿。
表2 萨拉乌苏动物群
(2)萨拉乌苏组 2 段
孢粉以 Pinus(占 37.3%)，Artemisia(占 53.3%)为主，气候较凉干。
(3)萨拉乌苏组 3 段(即萨拉乌苏阶下部开始)
下部: 孢粉贫乏，仅有少量 Pinus，Artemisia，Chenopodiaceae，气候凉干。
中部: 有少量 Betula，Quercus 等，上部菌孢较多，反映中、上部气候温湿。
(4)萨拉乌苏组 4 段
下部: 孢粉以 Pinus(占 89.8%)，Artemisia(占 6.8%)为主，气候较温湿。
上部: 孢粉贫乏，气候凉干。
(5)萨拉乌苏组 5 段
下部: 孢粉贫乏，仅有少量 Pinus，Artemisia，Chenopodiaceae，气候较凉干。
上部: 孢粉以 Pinus(占 72.2%)，Abies(占 16.5%)为主，气候较温湿。
(6)城川组 1 段(即萨拉乌苏阶上部开始)
孢粉贫乏，仅有少量 Pinus，Artemisia，Chenopodiaceae 气候较冷干。
(7)城川组 2 段
孢粉丰富，木本花粉以 Pinus 为主，可占 47% ～81%，其次为 Picea(占 12% ～14%)，Abies(占10% ～ 12% ); 另 有 Quercus(占 7% )，Ulmus(占 3.1% )。草 本 花 粉 以 Chenopodiaceae(占 11% ～13% )，Artemisia(占 8% )为主，另有水生草本花粉 Typha 和菌孢等。
反映以针叶林为主的针阔叶混交林草原植被景观，气候以暖湿为主。
(8)城川组 3 段
下部: 孢粉丰富，木本花粉以 Pinus(占 15% ～ 52%)为主，草本花粉以 Artemisia(占 22% ～28% )为主。此外，尚有水生草本 Typha(占 10% )等。反映针叶林草原植被景观，气候温湿。
上部: 孢粉贫乏。
从上述孢粉组合可见，萨拉乌苏阶以针叶林为主的草原植被景观为主。
5.3 介形类组合特征
自下而上介形类组合特征是:
(1)萨拉乌苏组 1 段
底部: 见有较多的 Leucocythere plethora 及少量 Ilyocypris biplicata 为湖沼相沉积环境。
中、上部未见介形类化石。
(2)萨拉乌苏组 2 段，未见介形类化石。
(3)萨拉乌苏组 3 段(即进入萨拉乌苏阶下部)，仅在中下部的冻融褶皱层中见有少量 Leucocythe-re plethora，属湖沼相沉积环境。
(4)萨拉乌苏组 4 段，未见介形类化石。
(5)萨拉乌苏组 5 段中、下部未见介形类化石，上部的灰绿色、灰褐色粘土质粉砂层中见有较多
介形 类 化 石，有: Cyclocypris serena，Ilyocypris biplicata，Ilyocypris nschanensis，Candoniella suzini，Candoniella albicius 等，属小溪、湖沼相沉积环境。
(6)城川组 1 段(即进入萨拉乌苏阶上部)，未见介形类化石。
(7)城川组 2 段冻融褶皱层中见有较多的 Candoniella albicius，Candona kirgizica，Cypris subeiensis等，其上黄褐色砂层中见有 Limnocythere biosa。反映湖沼相沉积环境。
(8)城川组 3 段下部见有 Cyprinotus sp.，Eucypris inflata，Leucocythere plethora 等，反映湖沼相沉积环境。
总之，从已获介形类的属种分析来看，大部反映湖沼或小溪、小池的沉积环境。
6 同位素年代地层、磁性地层研究
6.1 萨拉乌苏阶底界年龄
(1)祁国琴(1975)、周昆叔(1982)和原思训(1983)等，依据旧石器文化遗址的年代和古脊椎动物化石及孢粉组合，认为萨拉乌苏组的时代不早于晚更新世中期。
(2)董光荣等(1983、1986)，经区域对比后，认为萨拉乌苏组相当于距今 10 万 ～7 万年的玉木—里斯间冰期，城川组相当于距今 7 万 ～1.2 万年的玉木冰期。1998 年，董光荣等进一步确定，萨拉乌苏组形成于 140 ～70 ka，城川组形成于 70 ～10 ka，分别与末次间冰期和末次冰期对比。
(3)李保生等(2001、2004)，据米浪沟湾剖面热释光年龄测定，认为萨拉乌苏组年龄为150～70ka，城川组为70～10ka。
2004年，进一步确定前者为150000～75000a，可与黄土高原S1和深海氧同位素5阶段对比;后者为75000～10000a，可与黄土高原L1和深海氧同位素2～4阶段对比。
(4)郑洪汉(1989)对滴哨沟湾剖面下部年龄测定结果为:(177±14)ka(TL)，认为萨拉乌苏动物群年龄为160～180ka。
(5)孙继敏(1996)，对滴哨沟湾剖面近底部的地层进行测定，其年龄为136000a(TL)。
(6)樊行昭等(2002)对滴哨沟湾剖面进行岩石磁学研究，认为萨拉乌苏组年代大致为180～10ka。
(7)靳鹤龄等(2007)，将滴哨沟湾右岸剖面与其他剖面对比后认为，萨拉乌苏组时代为80～140ka，城川组时代为11.5～80ka。
(8)闵隆瑞等(2007)对酒房台剖面萨拉乌苏组底界进行了光释光测定，确定为≥130ka(由中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室测定)。
上述大量年龄数据表明，由于对萨拉乌苏组区域地层对比看法不一致、底界标志的确定与测年方法的不同等等，目前对萨拉乌苏组底界年龄存在两种意见，即140～150ka和180ka。作者根据大于130ka测年数据、沉积速率和萨拉乌苏组内发育多层古土壤层特征分析，以及与米浪沟湾剖面的对比，偏向后者的年龄数据。但萨拉乌苏阶底界应在酒房台剖面萨拉乌苏组第3段底，其年龄值约为150ka。
6.2 萨拉乌苏阶上、下之间界线
据李保生(2004)资料，城川组底的年龄为(75080±7400)a(TL)。闵隆瑞(2007)获得顶部土壤层之下灰绿色粘土质粉砂层的年龄为:≥80ka(OSL)。因而推测萨拉乌苏阶上、下之间界线年龄约为75ka。
6.3 萨拉乌苏阶顶界年龄
据李保生(2004)资料，城川组顶部(约距顶界1.7m处)年龄为(14458±867)a(TL)。上覆全新统之底部年龄为(9880±900)a(TL)。故萨拉乌苏阶顶界年龄约为10～11ka。
7 古气候特征
随全球变化研究的开展及区域性气候变化研究的深入，不少学者对萨拉乌苏组气候演变的研究做了探讨。以董光荣、李保生为代表，认为萨拉乌苏组与末次间冰期相当;城川组则与末次冰期对比，其中间可划分出间冰段气候期。李保生近年来对米浪沟湾剖面做了大量化学元素百分含量等方面的研究，进一步将萨拉乌苏组与MlS5对比，城川组与MlS2－4对比。郑洪汉将萨拉乌苏组下部与MlS6阶段对比，代表一个寒冷时期，其上可与MlS5阶段对比，代表一个温暖期。总之，学者们对萨拉乌苏组和城川组古气候特征做了大量的研究，成绩是显著的。但正如上述关于萨拉乌苏阶年代框架讨论中所说，萨拉乌苏阶底界年龄目前仍在做工作。因此，本文仅根据地层岩性、岩相及古生物特征等粗略地论述其演化特征(图2)。
萨拉乌苏组第1段气候由温凉转为较暖湿，特别是上部湖沼相层中夹有多层红棕色古土壤层，含软体动物化石及少量阔叶植物花粉，反映较暖湿气候环境。第2段为黄土状土堆积，气候凉干。但第1、第2段均未进入萨拉乌苏阶时限内。萨拉乌苏组第3段，开始进入萨拉乌苏阶下部，为湖沼相沉积，内含软体动物化石和少量阔叶植物及发育大量脊椎动物化石，代表温湿气候，但中部湖相沉积层沉积后曾经历一次寒冷气候事件，使之发育冻融褶皱。上部含钙板多，气候变干。第4段黄色中、细砂层，孢粉中木本植物松属含量较高，气候较湿润。第5段湖相沉积，含大量软体动物化石，顶部有一层较厚的棕色古土壤层，是气候温湿的标志。
萨拉乌苏阶上部，城川组第1段是风成砂和砂丘间洼地沼泽相沉积，反映气候冷干环境。第2段湖相沉积，沉积物颗粒可达中细砂级，含喜暖湿的软体动物化石，孢粉中有阔叶类植物及水生草本植物花粉，反映气候暖湿，在2段顶部和中部有2层冻融褶皱，表明在这2层湖沼相层沉积后分别经历两次冰缘冷气候的事件。第3段的古气候特征基本上与第1段相似，但早期，孢粉显示较为湿润。
总之，从萨拉乌苏阶的岩性、岩相、古生物及孢粉组合分析结果看，萨拉乌苏阶以温湿气候与凉干气候交替出现，其中曾有2次冰缘冷气候事件发生。
8 对比关系
8.1 与深海氧同位素曲线对比
据李保生对本区米浪沟湾剖面化学元素的研究，将萨拉乌苏组(狭义)第5段分别与深海氧同位素第5阶段a、b、c、d、e对比;又据古生物资料，将城川组第3段与深海氧同位素第2～4阶段对比。
8.2 与华北晚更新世地层对比
萨拉乌苏阶在华北地区是一套河湖相夹风成相地层，分布广，具很好的对比性。在黄土高原河谷中，往往见萨拉乌苏组(狭义)夹于马兰黄土与离石黄土上部之间，如乾县剖面;在内蒙古大青山南麓包头附近台地或阶地上亦见有萨拉乌苏组和城川组，如万水泉、后水沟等剖面;河套盆地南缘达拉特旗瓦窑、昭君坟、王爱召地区和河套盆地东北托克托中滩地区及内蒙古广兴源西拉木伦河一带，同样也有可与萨拉乌苏河流域对比的剖面。此外，山西汾河流域丁村组地层中含有的丁村人化石与鄂尔多斯人同期或略早于鄂尔多斯人。
致谢 在萨拉乌苏阶建阶研究期间，华南师范大学李保生教授和内蒙古乌审旗文物局范金山教师等为我们提供了大量资料、信息，在此一并表示衷心的感谢。
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D. 平原地层区（Ⅱ）
平原地层区全新统（Qh）堆积物分布厚度，在Ⅱ1亚区的内黄隆起、太康隆起、郸城凸起等地较薄，一般在10～20m 之间，砀山凸起区最薄，＜10m。开封坳陷区最厚，可达40余米。其余地区均在20～30m之间（图3.46）。堆积物主要为黄河冲积物，受黄河多次改道作用，堆积物空间上交叠分布，形成一个规模巨大的黄河冲积扇。岩性由轻亚砂土、亚砂土、黄土状土、亚黏土与厚层粉细砂、细粉砂组成，构成一个较厚的具“二元结构”的旋回层。该层富含分散状钙质，不含钙核及铁锰结核，个别地段见有搬运而来的钙质小砾石，圆度较好，粒径1～3cm。本统可见1～2层淤泥质层，特别是在河间洼地、沼泽洼地中更为发育，颜色以灰、灰黑、黄灰色为主（图3.47、图3.48）。
Ⅱ2亚区全新统（Qh）主要为沼泽洼地相堆积，沿河谷两侧有冲积物分布。地层厚度自南向北逐渐增厚，最厚处在周口、沈丘坳陷一带，可达15m之多。岩性主要为灰色、灰黑色亚砂土、亚黏土，含淤泥质层。周口一带还见有薄层灰黄色泥质细粉砂层（图3.49）。
图3.38 太康县基11钻孔第四纪地质演化与环境变迁综合分析图
图3.39 新蔡县基18钻孔第四纪地质演化与环境变迁综合分析图
河南平原第四纪地质演化与环境变迁：兼论黄河发育演化与再造
1962年，河南省地质研究所建立了“黄泛组”，泛指全区。笼统地对全区岩性进行了概括描述，无建组的具体地点、测年资料和其他建组依据，也无法证实它的底界和接触关系，故难以对比采用。
图3.41 萨拉乌苏阶（Qp3）厚度等值线图
1985年，河南省地质局水文地质一队、地矿部水文地质工程地质研究所根据孢粉、重矿物分析资料、14C 测年结果等，将全新统划分为3个相应的地层段，即全新统下段（Qh1）、中段（Qh2）和上段（Qh3），并给出了代表这一地区的典型剖面，在Ⅱ1亚区为濮阳市的HK4孔，在Ⅱ2亚区为项城的刘铁冢剖面，分别建组命名为濮阳组（Qhp）和项城组（Qhx）。
河南平原第四纪地质演化与环境变迁：兼论黄河发育演化与再造
3.5.2.1 濮阳组（Qhp）
本组地层为黄河冲积物，具典型的“二元结构”特征。位于濮阳市铁丘村HK4钻孔深0～25.7m处，地层较典型，测试资料齐全。其岩性特征见图3.47。
该组地层中见有部分微体化石，在⑦层中见有布氏土星介、玛纳斯土星介、纯净小玻璃介及磨拉石轮藻。在②层中见纯净小玻璃介及盐城似松轮藻。
重矿物分析表明，本组有3个组合段：下段为角闪石、鳞灰石-石榴子石组合；中段为石榴子石、榍石、金属矿物-角闪石组合；上段为绿帘石、角闪石、鳞灰石-锆石组合。
河南平原第四纪地质演化与环境变迁：兼论黄河发育演化与再造
孢粉分析可划分3个组合段：下段为松林-草原型；中段为针阔叶林-草原型；上段为松林-草原型。
建立濮阳组Qhp的依据：
1）地层标志明显。濮阳组为灰黄、灰黑色亚砂土、淤泥质亚黏土互层，下部为细中砂，二元结构明显。而下伏地层太康组为灰黄、浅黄、灰褐色亚黏土、亚砂土及砂层互层，含钙质小结核。两套地层标志明显、界线清楚。
河南平原第四纪地质演化与环境变迁：兼论黄河发育演化与再造
2）重砂、孢粉组合不同。濮阳组重砂、孢粉组合均与下伏地层有明显的区别（图3.48）。
3）氧化物、全盐量差异明显。濮阳组氧化物、全盐量均明显高于下伏地层（图3.48）。
图3.45 河南平原第四系萨拉乌苏阶（Qp3）太康组、新蔡组地层剖面对比图
4）濮阳组④层中14C测年为8125±605a。
5）古生物化石时代清楚。濮阳组⑦层与⑤层中均见到类扁卷螺未定种化石，经南京古生物研究所鉴定为全新世化石。
3.5.2.2 项城组（Qhx）
该组地层在豫南地区广泛分布，厚度较小，其岩性特征见图3.49、图3.50。
建立项城组（Qhx）的依据：
1）除岩性、颜色等宏观标志差异外，全新统、萨拉乌苏阶之间有古土壤层存在。
2）项城组（Qhx）层⑤中14C测年为1167±69a。
河南平原全新世的分布状况不同，各地厚度不一，相差悬殊，具有从西向东、从南向北逐渐增厚的规律，详见地层柱状对比图（图3.51）。
综上所述，河南平原第四纪地层，由于受各种因素的综合控制，不同区域、不同时段沉积物的空间厚度、粒度、成因类型诸方面相差较大。总的规律是：平原西部、北部堆积物颗粒较粗，中部、北部堆积物厚度较山前及南部、东部大，坳陷区较隆起区大。从山前向平原成因类型的分布主要是由残坡积（坡洪积）、冲洪积（冰碛）向冲积（冰水堆积）、湖积过渡。属于较为典型的流水搬运堆积的多成因结构平原，见图3.52、图3.53。
图3.46 全新统（Qh）底界面埋深等值线图
图3.47 HK4钻孔濮阳组（Qhp）地层柱状图
（东经114°56′，北纬35°42′；标高52m）
图3.48 濮阳铁丘HK4钻孔第四纪地质演化与环境变迁综合分析图
图3.49 周口市周水2钻孔项城组（Qhx）地层柱状图
图3.50 项城刘铁冢实测地质剖面图
图3.50中各地层情况如下：
⑥亚砂土：浅棕黄色，含有瓦片。厚0.60m。
⑤亚黏土：浅棕、灰黑色，具锈染，多虫孔，含碳化植物根系，14C测年为1167±69a。厚0.45m。
④粉砂：棕黄色，泥质含量高，分选较好，主要成分为石英、长石，暗色矿物少。厚0.60m。
③亚黏土：棕黄色，少量灰绿染，顶部及中间各有一古土壤层，具团粒结构，内含较多已炭化植物根系及虫孔。厚0.50m。
②黏土：黑褐色，干硬，有虫孔，具少量锈染。厚0.20m。
①粉砂：灰色，淤泥质及黏性土含量高，具嗅味。厚度未穿。
图3.51 河南省平原第四系全新统（Qh）濮阳组、项城组地层剖面对比图
E. 评估区自然地理与地质环境
一、自然地理条件
（一）地形地貌
管线所经陕西北部地貌大致以长城沿线为界，以北属沙漠高原，以南为黄土高原。在马路壕以西，管线沿毛乌素沙漠南缘经过，沿线地形平缓，海拔1328～1449m，由西向东缓倾，河谷宽短，地面物质组成以松散的砂为主。按其形成特征，分为沙丘沙地与草滩盆地两个地貌类型。在马路壕以东，管线横跨陕北黄土高原中部，梁峁起伏，沟壑纵横，地形破碎，谷深坡陡，海拔1079～1732m，在东部黄河河谷区降至776m。根据地貌形态的差异，可分为黄土梁
1.沙丘沙地
主要分布于红柳河与芦河之间、梁镇至定边以北地区及靖边县城附近，以固定和半固定沙丘为主，流动沙丘仅靖边县城附近局部分布。沙丘高度一般3～7m，高者达30余米，迎风坡一般面向西北。
2.草滩盆地
分布于定边—靖边一带，由一些低缓的内陆小盆地和滩地组成。滩地和盆地中部低洼，有的积水成湖。因盐分长期积累，形成许多盐湖、盐碱地。小盆地间为高几米至十几米的宽缓分水鞍地，表面坡度3°～10°。
3.黄土梁
主要分布于马路壕至武家坡之间。沟间地与沟壑之比为1:1，沟壑密度5～6km/km2，相对切割深度100～200m，
4.黄土峁梁沟壑
主要分布于子长境内及延川西北。峁多梁窄，峁梁起伏，谷坡坡度5°～30°，悬沟及“V”形冲沟密集。河流及冲沟下切强烈，相对切深大于150m，多数切入基岩。沟壑密度平均7～8km/km2。
5.黄土宽梁残塬沟壑
主要分布在延川县杨家圪塔至黄河之间，梁地宽500～600m，梁顶坡度1°～3°，邻近沟缘线时增大至10°～30°。河谷范围内以短梁低峁为主，河流切割深度150～220m，基岩出露厚度由20～30m至70～80m不等。沟壑密度一般4～5km/km2。
6.河谷阶地
沿线河流普遍发育两级阶地，均属基座阶地，基座为中生界砂、页岩或新近系粘土岩。一级阶地阶面平坦，一般宽50～100m，前缘以陡坎形式高出河床4～10m；二级阶地受切沟侵蚀分割断续分布，阶面宽度一般30～40m。
（二）气候气象
陕西北部属温带半干旱大陆性季风气候，春季风大沙多，夏季炎热多雨，秋季凉爽多霜，冬季干燥寒冷。年平均气温7.9℃～10.6℃，沿线定边、靖边、子长、延川年均降水量依次为324、395、517、456mm，降水季节变化明显，60%～70%的降水集中于7～9月，多暴雨。总体上西部较东部风大，平均风速定边、靖边3m/s以上，子长、延川小于2m/s，而东部较西部降水量大，易导致西部风蚀沙埋和东部的崩滑流灾害。另外，沿线存在季节性冻土，平均最大冻结深度分别是：定边133cm、靖边106cm、子长103cm、延川93cm。
（三）河川水文
包括内流水系与外流水系，以外流水系为主。外流水系属黄河流域，以长城为界，河网发育迥然不同。长城以北受毛乌素沙地影响，水系不甚发育，出现大片无流区域。管道仅经无定河支流红柳河、芦河两条较大河流，一般流程短，河床宽浅。长城以南水系发育，河网密布，干流深切，冲沟极为发育。河流枯、洪期流量变化悬殊，河水含沙量高，且具暴涨暴落特征。7、8、9三个月流量占全年径流量的50%～80%。内流区集中于安边一定边一带，八里河为陕西省最大的内陆河，7～9月多洪流。西部沙区地势低洼，形成一系列内陆湖泊海子，较大者有花马池、烂泥池、苟池等。
输气管线在本段末端延川县的延水关第二次跨越黄河干流而进入山西境内。
二、地质环境条件
（一）评估区地层与岩土工程性质
1.地层
陕北高原新生界第四系发育全、分布广，为一套风积和河湖积的松散堆积物。高原北部沙地区出露全新统风积砂和上更新统萨拉乌苏组，高原南部黄土区出露全新统黄土状土、上更新统黄土、中更新统黄土和下更新统黄土。新生界新近系保德组在无定河中游、大理河、清涧河中上游及其支沟、沟垴出露。前新生界仅在深切沟谷和大河两岸出露，由东向西依次为中生界中三叠统铜川组（T2t）、上三叠统延长群胡家村组（T3h）、永坪组（T3y）、瓦窑堡组（T3w）、下侏罗统富县组（J1f）、中侏罗统延安组（J2y）、直罗组（J2z）、安定组（J2a）、下白垩统志丹群洛河组（K1l）、环河组（K1h）。综合地层岩性详见图9-1。
2.岩土工程性质
沿线岩土体类型划分见表9-1，分布情况详见图9-2。其中，坚硬—较坚硬厚层—块状碎屑岩组岩块单轴抗压强度35～65MPa；软硬相间互层状含煤油页岩碎屑岩组砂岩抗压强度25～48MPa，软化系数0.36～0.50，泥页岩抗剪强度参数φ＝33°、c=17kPa；软弱层状粘土岩组抗剪强度参数φ＝32°、c=13.6kPa，风化后浸水膨胀、崩解。黄土主要物理力学性质见表9-2。
（二）地质构造与地震
管线所经陕西段位于我国第二级地形阶梯上。区域大地构造部位处于华北准地台西部鄂尔多斯台坳的陕北台凹。鄂尔多斯台坳为一大型向斜构造，长轴走向近南北，两翼不对称，西翼倾角3°～10°，东翼宽缓，倾角1°左右。陕西段管线处向斜东翼，为一向西缓倾的单斜构造，构造简单，盆地内部无明显大断层，长期以来是个比较稳定的地块。沿线新构造运动整体表现为间歇性缓慢抬升，中、新生代地壳垂直变形不明显（图9-3），褶皱、断裂不发育，地震活动水平低。据历史记载：公元966年横山曾发生过5～6级地震，1448年、1472年榆林曾发生过两次5级地震，1621年府谷曾发生过5级地震，1591年延长曾发生过5级地震，以后再未发生过4级以上地震，小震也很少发生。根据最新地震区划，陕西段50年超越概率10%水平的地震烈度为Ⅵ度，地震动加速度峰值≤50gal。
图9-1陕西段综合地层柱状剖面图
表9-1岩土体工程地质分类表
表9-2陕西段沿线黄土主要物理力学性质统计表
（三）水文地质特征
管线所经地区地下水按含水介质、赋存条件和水力特征可分为第四系松散岩类孔隙水和碎屑岩类裂隙水。
1.第四系松散岩类孔隙水
冲洪积层孔隙水：分布在大理河、秀延河、永坪川、清涧河及赵家河等较大河谷漫滩及一级阶地较连续段，含水层为具二元结构的黄土状土及冲洪积砂砾石，厚度一般1～4m，矿化度一般小于1g/L，水位埋深3～10m，主要接受大气降水补给，丰水期时又可接受地表水的侧向渗漏补给，主要向河流方向径流排泄。
冲湖积层孔隙水：主要分布于沙漠高原区，含水层为上更新统萨拉乌苏组粉细砂，厚5～80m不等，水量较丰，水位埋深一般小于3m，其水质复杂。靖边以东地下水矿化度一般小于1g/L，水质较好；靖边以西，地下水矿化度一般1～3g/L，草滩盆地等地势低洼地带多大于3g/L，在定边盐场堡高达9.3g/L，多为微咸水或咸水，水质差。主要接受大气降水及凝结水补给，径流条件较差，多向地势低洼的湖泊、海子排泄。
黄土层裂隙孔隙水：分布于黄土高原区，具零散而不连续的特点，含水层主要为中更新统黄土，埋深一般30～120m。矿化度1.05～1.35g/L。主要接受大气降水补给，大多于下伏粘土岩或碎屑岩风化泥岩接触面处以泉的形式向沟谷排泄，常导致斜坡失稳。
2.碎屑岩类裂隙水
主要为三叠系、侏罗系、白垩系基岩裂隙潜水，分布较广泛。含水层以中粗粒砂岩为主，空间分布不连续。地下水主要赋存于风化裂隙和构造裂隙中，在秀延河，永坪川及清涧河一带地下水位埋深7～20m，水质较为复杂，青阳岔以上白垩系含水岩组地下水矿化度多小于lg/L，青阳岔以下三叠系、侏罗系含水岩组地下水矿化度多大于1g/L。以大气降水及地表水补给为主，常以下降泉或悬挂泉形式从岩层节理裂隙中溢出，数量较多，形成沟沟有水的特点。
图9-2西气东输管道工程陕西段地质环境图
图9-3管道所处鄂尔多斯及周缘地壳垂直形变速率（周慕林，中国第四系）
（四）固体矿产资源
陕西段管道沿线固体矿产资源主要为煤，包括侏罗系煤田和三叠系煤田。侏罗系含煤地层为侏罗系中统延安组，分布在无定河东南大理河以北，面积7349km2，预测储量883.580万吨，煤层厚1m左右，目前尚未开采。三叠系含煤地层为上三叠统瓦窑堡组，其中5号煤厚0.2～2.93m，平均厚1.80m,3号煤厚0.05～1.06m，平均厚0.80m，其余为薄煤层或煤线。三叠系煤田煤炭总储量29.62亿吨，其中探明储量8.27亿吨，预测储量1.35亿吨。子长矿区地处三叠系煤田腹部，已探明储量7.99亿吨。规划开采能力每年300万吨，现有开采能力每年为64万吨。目前在子长县瓦窑堡镇、余家坪乡和栾家坪乡共建小煤矿45个，开采深度30～40m，局部达70m。
三、人类工程经济活动对自然地质环境的影响
人类工程经济活动对自然地质环境的影响分为正面影响和负面影响。正面影响是指原本就脆弱不稳定的地质环境通过人类有意识的积极的活动加以改善，使之变得稳定和具有生态效益。负面影响就是对自然地质环境的干扰破坏，输气管道沿线陕西段人类工程经济活动对自然地质环境的干扰破坏主要为采矿引起采空塌陷；其次，对土地的掠夺式利用，过牧、过樵、滥垦加上陡坡种植，造成土地退化，加剧了土地沙化和水土流失灾害。
陕西段沿线系国家能源重化工基地，蕴藏着丰富的煤炭、石油、天然气和岩盐等矿产资源，主要有子长—永坪煤田、靖边整装天然气田、定边—靖边、子长—永坪油田。其中子长—永坪煤田探明储量7.99×108吨；靖边整装天然气田探明储量1593×108m3，开采的天然气已输送至北京、西安、银川等城市，也是西气东输的首批气源和重要气源。随着能源重化工基地的建设，城市化和交通设施也在加速发展中，特别是煤矿开发和建设、交通管线的修建，破坏了地质环境自然状态下的稳定和平衡，导致脆弱生态环境的进一步恶化，产生崩塌、滑坡、泥石流、采空塌陷等地质灾害。
四、地质环境条件复杂性等级的分段划分
评估区地质环境条件如图9-2所示，地质环境的复杂程度划分如下：
红柳沟—土墩梁：冲沟发育、地质灾害种类多、危险性较大，地质环境条件中等，段长56.163km；
土墩梁—高家滩：地形平缓、岩性简单，地质灾害轻微，地质环境条件简单，段长55.127km；
高家滩—李家梁：以固定半固定沙丘为主，局部地段有流动沙丘分布，地质环境条件中等，段长27.212km；
李家梁—马路壕：地处黄土高原与沙漠高原接壤地带，梁峁坡面上覆有薄层片沙或低缓的流动沙丘，风蚀严重，地质环境条件中等，段长11.686km；
马路壕—黄河：地处黄土丘陵沟壑及宽梁残塬沟壑区，地形高差大，突发性地质灾害频发，人类活动强烈，采空区存在塌陷和潜在塌陷隐患，地质环境条件复杂，段长185.007km。
合计：地质环境条件复杂段管线长185.007km，占54%；中等段管线长104.061km，占30%，简单段管线长55.127km，占16%。
F. 鄂尔多斯能源基地地质环境保护与治理适用技术研究
一、煤炭开发地质环境保护与治理适用技术研究
煤炭开发地质环境保护与治理适用技术，需要针对不同类型的矿区，以及矿区存在的主要地质环境问题，结合当地气候、地貌、经济条件等，选择合适的治理技术进行地质环境的保护与治理。如在广泛收集资料以及调研的基础上，我们发现大柳塔矿区存在的最主要地质环境问题有以下几方面:一是地面塌陷与地裂缝;二是煤矸石山堆放及自燃;三是水资源破坏问题。铜川矿区除存在地面塌陷、地裂缝、煤矸石山、水源污染问题外，还面临煤炭资源枯竭城市转型问题。下面以大柳塔矿区地面塌陷与地裂缝、煤矸石山堆放、水资源破坏问题，以及铜川矿区存在的煤炭资源枯竭城市转型问题为例，探讨两个重点区煤炭开发地质环境保护与治理适用技术。
(一)地面塌陷与地裂缝的治理适用技术
1.矿区土地利用分布状况
大柳塔地区地处毛乌素沙地与黄土高原的接壤地区，属盖沙黄土丘陵区和黄土丘陵区。大柳塔镇农业人口平均14.2人/km2，耕地(水浇地和川地)为15亩/km2，山地为18亩/km2，为地广人稀的地区。土地面积的70.5%为草灌地、沙地和基岩区，综采形成的塌陷区系整体冒落，与原有的丘陵地貌难以区分，在这些地区塌陷治理的重点是对较大的地裂缝进行回填。
同时，我们不能忽略塌陷对耕地的破坏性作用，以及对塌陷区耕地的治理与恢复利用。据2005年7月31日的SPOT5卫星遥感影像和实地调查(徐友宁，2006)，大柳塔矿区耕地面积占整个矿区面积的15.8%，其中包括旱地6.6%和水浇地9.2%。旱地分布于沙丘间滩地、台地、低缓丘陵、沟谷平原，面积24.84km2，主要作物有玉米、黍子、糜子、土豆、谷子、向日葵等。水浇地主要分布于乌兰木伦河以及水源地的沟谷中。如双沟、母河沟、活鸡免沟、郝家沟、哈拉沟等。主要作物为玉米、黍子、糜子、土豆、谷子、蔬菜、瓜类、药柴等植物，面积9.24km2。这些农耕地在整个矿区所占比例虽然不大，但却是当地农民赖以生存的根本。因此对耕地的破坏需要重点治理。
2.地面塌陷与地裂缝治理适用技术
根据大柳塔矿区的地貌及土地利用情况，对草灌地、沙地及基岩区等，可对大的裂缝进行简单填充即可，塌陷坑、洞等只要不影响煤炭开采，就不需要特别治理，可待其自然稳定，与当地的丘陵地貌自然融合即可。
对于农耕地则需要应用一些工程治理技术配合生物治理技术等，恢复耕地的使用。鉴于大柳塔矿区煤矸石中含有一定量的重金属及氟化物，故不能用其对塌陷坑、洞等进行充填复垦。因此，对大柳塔矿区塌陷农耕地的复垦可以采用简单的挖深垫浅法以平整土地后，恢复耕地适用。再配合泥浆泵复垦技术或者酸碱中和法、绿肥法等简单价廉又有效的生物复垦技术，使复垦后的土壤容重、孔隙度、含水量及入渗性、有机质含量、养分含量等适宜，以提高土地的生产力。
(二)煤矸石山治理适用技术
1.矿区煤矸石性质与存在问题
神东矿区各煤层均属低变质煤，煤岩类型属半亮型、半暗型及暗淡型煤。其成分为亮煤、暗煤，夹少量镜煤及丝煤，有机质总量达到98%以上，易燃。煤中有害成分低，绝大多数为特低灰及低灰、特低硫，特低磷，高发热量煤。煤矸石和选煤矸石是以煤层夹石、伪顶、伪底岩石为主的黑矸组成，在开采矸石中混入煤炭增加了矸石的可燃性，机械化程度愈高，混入的煤矸石愈多。因此，即使在矸石含硫低的情况下，矸石中混有易燃的煤后，在外部条件具备的情况下，矸石堆的自燃在所难免。调查区前柳塔大柳塔煤矿矸石堆场就存在矸石自燃现象。
矸石在堆场存放的过程中，遇到大风天气容易产生风蚀扬尘，其扬尘条件主要取决于其粒度、表面含湿量和风速大小。根据气象统计资料，该地区年平均风速1.7m/s，春季多风，一年中风速超4.8m/s的频率在5.53%左右，说明矸石堆在特定条件下是可以起尘的。
另外，煤矸石中含有一定量的重金属及氟化物，因此随意堆排、不采取措施复垦，矸石扬尘、降水淋溶会对土壤环境造成一定的污染。
2.煤矸石山综合治理适用技术
对于煤矸石山自燃问题，预防最重要。鉴于大柳塔矿区选煤机械化程度高的实际情况，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块。此外，针对矿区煤矸石存在重金属污染可能性的问题，采用分层堆积，覆土复垦再绿化的方式是行之有效的。对已经自燃的煤矸石山，针对火区范围、自燃严重程度、地理环境，以及施工作业条件等的差异，选择合理有效的矸石山自燃治理方案。从国内外工程实践来看，以注浆法为主，辅以表面密封和压实及灌注泡沫灭火剂的综合措施是目前较为成熟、有效的矸石山自燃治理技术。
近年来大柳塔矿区为提高效益降低成本减少污染，在矿井设计和建设阶段考虑和实施矸石矿渣井下处理技术，在井下消化处理全部矸石(叶青，2002)。
井下矸石矿渣处理就是用矿用铲车配合无轨自卸胶轮车将生产过程中产生的矸石矿渣就近排至联巷、排矸巷、施工巷，以及其他废弃的巷道内，并配以其他的安全辅助措施。
(1)大巷延伸、平巷开口及平巷胶带机头硐室施工阶段矸石的处理
根据排矸量就近在预留永久煤柱内开掘井下排矸硐室，并尽可能充分利用矿井原有的废弃巷道。
(2)掘进过程中煤层变薄或其他构造时矸石的处理
按照设计，两条临近平巷之间每隔50m开一条15m的联巷，除生产过程中必须预留的联巷外，其他均可作为排矸巷。如果预留的联巷仍不足以排矸，根据需要，就近在平巷煤柱内开掘深8m左右，与联巷同断面的排矸巷。对于一些废弃的施工巷，也作为排矸巷使用。排矸时，在矸石少的情况下，直接由矿用铲车将矸石铲至排矸巷;矸石多的情况下，先由无轨自卸胶轮车将矸石倒至排矸巷，再用矿用铲车将其堆积，最大限度地利用排矸巷。
为防治矸石自燃，在所有堆满矸石的排矸巷口处砌上挡墙。对排满掺有碎煤的排矸巷，煤矸表面一律用黄土覆盖严密;为了防止矸石二次污染，要设置隔水层;巷口打上永久密闭，以防自燃。
采用矸石矿渣井下处理技术，降低吨煤成本，不占用土地，杜绝了煤矸石中有毒有害物质在风化和淋滤作用下对环境和水体的污染;杜绝了煤矸石的自燃，降低了空气中硫化物及其他有毒有害物质的含量，达到了很好的经济、生态环境效益。
(三)矿区水资源综合利用适用技术
1.矿区水文地质条件及水资源破坏情况
矿区位于毛乌素沙地与陕北黄土高原的接壤地带，地势呈西北高而东南低，西部及北部为沙丘沙地、沙丘草滩和风沙河谷，东部及东南部为黄土梁峁丘陵区。矿区地下水类型可分为松散岩类孔隙含水岩组，烧变岩裂隙孔洞含水岩组，侏罗系碎屑岩类孔隙裂隙含水岩组三大类。煤炭开发影响的含水岩组主要是:第四系上更新统萨拉乌苏组含水层和烧变岩含水层。
由于煤炭资源的开发活动，对区内水资源的破坏情况是全方位的:地下采煤导致的地表塌陷及地裂缝改变了包气带岩土结构，矿井疏干排水使地下水补、径、排条件发生了变化，导致含水层疏干，地下水位下降，地表水体干涸，水质恶化等一系列问题，从而在总量和质上影响矿区可用水资源。矿区受影响最大的为风积沙含水层，部分区域含水层已经疏干，原有的含水层变为深厚包气带。现状条件下对区内地下水的影响范围受天然含水层规模控制，有数百米到数公里不等。在乌兰木伦河西侧，由于风积沙和黄土含水层规模较小，影响范围小;而在乌兰木伦河东侧，特别是在敖包十里一带，含水层规模大，采矿对地下水的影响范围大(徐友宁，2006)。
2.矿区水资源综合利用适用技术
大柳塔矿区在神东煤炭公司的有效管理下，已经基本实现了矿井水的资源化。具体措施是采用先进技术对生活污水进行处理的同时，结合矿井水和采空区及其充填物的特点，重点开发了矿井水采空区过滤净化技术，并在大柳塔井田成功实施，取得了客观的经济、环保生态效益。
尽管大柳塔矿区成功实现了矿井水的综合利用，然而由于矿区地处西北干旱沙漠地带，降水少，蒸发多，水资源量天然不足，再加上煤炭开发造成的水资源破坏问题，使水资源的损耗成为一个越来越大的亏空，因此还需要考虑其他途径进行矿区水资源的综合有效利用。
国内外有关学者针对这一现状，已经把目标转移到对土壤水利用的研究上。但这些研究均处于基础理论研究阶段，涉及的内容包括:塌陷对土壤水分的影响研究、塌陷区土壤水分运移机理研究、采矿造成的土壤水污染研究等。真正提高到塌陷区土壤水利用方面的研究还没有。2005～2007年，张发旺负责开展的国家自然科学基金面上项目“采矿塌陷条件下包气带水分运移机理研究”(项目编号:40472124)开展了神府东胜采煤塌陷区包气带水分运移及生态环境研究，得出一些初步成果，对煤矿区土壤水资源的保护与综合利用提供了理论依据和技术支持。我们将在此基础上，进一步探讨采煤塌陷区土壤水的综合利用问题，提出适用于大柳塔矿区土壤水综合利用的保护治理方案，为矿区节约生态用水做出一定贡献。
(四)煤炭资源枯竭城市转型适用技术
1.矿业城市发展现状
铜川矿务局是1955年在旧同官煤矿的基础上发展起来的大型煤炭企业。全局在册职工30041人，离退休人员32691人，职工家属约21.6万人。由于生产矿井大多数是50年代末60年代初建成投产的，受当时地质条件和开采条件所限，所建矿井煤炭储量、井田范围、生产能力小，服务年限短。80年代以来先后有9对矿井报废，实施关闭，核减设计能力396万t。目前全局8对矿井生产核定能力965万t/a，均无接续矿井。东区部分矿井资源枯竭，人多负担重，生产成本高，正在申请实施国家资源枯竭矿井关闭破产项目。生产发展接续问题日益突出，企业生存发展面临严峻挑战。
2.资源枯竭矿业城市转型适用技术
参考国内外资源枯竭型城市转型的经验，我们认为以下几点对于铜川矿业城市的成功转型至为重要。
(1)以大力发展接续替代产业为核心推进其经济转型
具体有:充分挖掘现有煤炭资源的利用潜力;加强共伴生资源、废弃物的综合利用和再利用，减少资源浪费;积极申请接续矿井，延长煤炭资源开采期，延长开采时间;根据自身功能定位和特色及市场需求，尽早发展接替产业(如旅游业)，最终形成产业结构多元化格局。
(2)以推进就业和完善社保为重点推进其社会转型
具体措施有:培训下岗职工的技能;支持中小企业发展;鼓励自主创业;建立健全社会保障机制等。
(3)以改变矿业城市环境为目标推进其环境转型
具体措施有:将废弃矿井、露天矿坑等因地制宜地改造成矿山公园，以改善矿业城市的居住环境，并促进矿业城市旅游业的发展。
二、石油开发地质环境保护与治理技术研究
在鄂尔多斯油田开发区内大量存在以含油污水、落地原油、含有废气泥浆等形式的石油类污染物，这就意味着如不及时采取措施，石油类污染将成为该地区的主要污染方式，污染程度将会进一步加深，生态环境将会进一步恶化。分析研究以往研究成果和本次研究结论认为，含油污水、落地原油、含有废气泥浆对当地地下水的直接污染不存在，对地表水的污染程度相对较小，而对土壤的污染是非常严重的。土壤生态环境的保护与治理对人们的生存与生活有重要意义应受到普遍关注。根据黄土区的土壤性质及污染状况，再加上该地区地质、气候及城市规划等各方面的综合因素，可以考虑采用生物修复处理技术。通过分析调查测试，发现黄土土壤中生存有大量的微生物菌群，这为利用微生物修复油污土壤提供了先天条件。
因此，本着这样的事实，通过以落地原油造成土壤污染为突破口和示范，开展该地区微生物原位修复土壤的试验，为黄土地区的生态恢复探索可行性方法。
(一)修复黄土区石油污染土壤应考虑的因素
在陕北和陇东地区，土壤的油类污染情况比较严重，而且由于石油工业的发展，石油使用量不断增加，土壤的石油污染会越发普遍和严重。鉴于以上分析，黄土区土壤石油污染修复应考虑以下几点因素:①污染场地的气候特征，地质结构，土壤类型;②根据污染物的种类、数量、性质的差异，采用适宜的修复技术;③修复效果、时间、难易程度及费用;④所选方法应适合当地的经济发展和城市规划;⑤尽量采用低成本、无污染、高效率、操作性强的技术;⑥因地制宜开发新技术。
(二)修复方法的选择
对于黄土区，土壤容易吸附石油类污染物。一方面从石油类污染物的性质来说，石油类是大分子疏水黏性物质，故石油分子易于到达土壤表面且极易于黏附于土粒表面，而黏附于土粒表面的石油类污染物更易于黏附更多的石油类污染物;同时石油类比水轻，且水中的石油类以溶解相和乳化油为主，分散性较好易于被土壤颗粒胶体所捕获并吸附;而且石油类在水中溶解度较低，根据吸附的经验规则溶解度越低吸附量越大;最后水中石油类在水湍流状态下是以极细小的微粒存在的，其吸附机理除了油分子以分子间力和电荷力等作用下与颗粒的吸附外，更主要的是整个油粒在颗粒物上的黏附，所以使油以较大的速度在短时间内达到吸附平衡，这也是油吸附的特点;另一方面从黄土的性质来说，一般多孔介质吸附速度主要取决于颗粒的外部扩散速度和空隙扩散速度。颗粒外扩散速度与溶解浓度成正比，也与吸附剂的表面积大小成正比，与吸附剂的粒径成反比，空隙扩散速度一般与吸附剂的颗粒粒径更高次方成反比。而黄土以粉粒(0.05～0.005mm)为主，颗粒粒径较小，具有更大的外表面积和较小的颗粒内扩散距离，致其吸附速度较快。正是由于黄土区具有这样的特点，在对黄土区石油污染的土壤进行修复时就需要采用一种高效、经济、生态可承受的清洁技术。微生物修复技术是在生物降解的基础上发展起来的一种新兴的清洁技术，它是传统的生物处理方法的发展。与物理、化学修复污染土壤技术相比，微生物修复可通过环境因素的最优化而加速自然生物降解速率，无疑是一种高效、经济、生态可承受的清洁技术，是治理石油污染最有生命力的方法。
鉴于上述，目前在黄土区采用微生物技术修复石油污染的土壤较适用。
G. 毛乌素沙漠地质环境条件研究
关于沙漠地质环境条件方面的研究，最早起始于19世纪末有关风沙地貌学的研究。起初主要是国外旅行家或探险家对沙丘形态等进行简单定性的描述与分析，研究区域主要涉及撒哈拉沙漠、南亚次大陆、阿拉伯半岛、卡拉哈利沙漠和中亚地区沙漠等。其后Bagnold在1941年出版了经典著作“The Physics of Blown Sand and Desert Dunes”［4］，为风沙地貌学、风沙物理学理论体系的形成奠定了基础。此后，风沙地貌学研究日渐完善，研究方法、手段变得多样化，研究结果定量化，研究区域扩大化（几乎涵盖世界上所有沙漠地区）。研究内容包括：沙丘（沙漠）起源、沙区风沙情况及沙丘（沙漠）分类及演化等。对沙漠化的原因、风沙的物质来源、沙漠化的扩展、沙区环境演变与风况的关系及沙区输沙量与风况的关系等进行了研究。上述研究成果使得人们对风沙地貌的特征、成因、分布、演变等有了较为清晰的认识。
在新中国成立前的半个世纪内，对毛乌素沙漠的研究多集中于地质学和环境演变方面，但多为基于资料收集和初步分析的阶段，且主要是由一些国外学者利用野外考察所得的材料和印象对本地区的自然情况进行了初步报道，还未出现关于该地区的区域性研究论著。
新中国成立后对毛乌素沙漠的研究进入了一个新阶段，20世纪50年代开展的大规模地质勘探与考察对该地区的地质学研究不断深入。1962年，北京大学地理系与中国科学院治沙队共同组成了毛乌素沙区综合考察队，对毛乌素沙地进行了综合考察，内容涉及风沙来源与荒漠化问题、气候、水文、植被、土壤、土地分类与评价、农林牧生产等各个方面，主要对毛乌素沙地进行了较为宏观层面上的研究。
80年代毛乌素沙地的荒漠化问题逐渐成为人们关注的焦点。研究着重于植被生态学，其次为环境演变与历史地理、草地建设与畜牧业发展，荒漠化等问题再次之。国内学者对毛乌素区域地理、地质构造及沙漠的形成、分布、运移及其发展规律方面有所研究。北京大学地理系与中国科学院治沙队在以前研究的基础上出版了《毛乌素沙区自然条件及其改良利用》，该书对该区土壤的形成、分布及分类进行了简要的阐述，并对沙区土壤的机械组成和化学成分进行了一些初步研究。朱震达［5，6］、朱震达等［7，8］指出现今的毛乌素沙漠是历史时期形成的，其沙漠化过程大约延续在唐代后的千余年间，并由西北向东南逐渐推进。
90年代的研究主要围绕环境演变和历史地理方面的问题，着重于毛乌素沙漠的形成、演变与成因问题以及一些时期的古环境重建，与80年代以前相比，这个时期的研究在研究尺度上开始向微观与宏观两个方面发展。董光荣等［9～14］对鄂尔多斯第四纪特别是晚更新世以来的环境演变进行了研究，认为影响毛乌素沙地形成、演变的因素首先是冰期气候波动，其次才是新构造运动和人类不合理的经济活动。中国林业科学院等单位组织实施了“毛乌素沙区立地分类评价与适地适树研究”项目，对毛乌素沙地的乔灌木立地类型进行了研究［15］，中国科学院植物研究所在毛乌素沙漠地区设立了鄂尔多斯草地沙地生态站，使得研究手段从以前的以地面调查为主走向定位研究；内蒙古草场资源遥感应用考察队伊克昭盟（现为鄂尔多斯）分队采用遥感技术与野外调查相结合的方法对鄂尔多斯高原的自然资源和环境进行了相关研究［16］，以期研究监测沙漠化动态。史培军于1991年出版了专著《地理环境演变研究的理论与实践———鄂尔多斯地区晚第四纪以来地理环境演变研究》［17］，对该地区的环境演变问题进行了进一步探讨。李保生等人［18］在萨拉乌苏河流域研究了新近命名的“米浪沟湾地层剖面”，该剖面记录了距今150ka以来毛乌素地区27个旋回的沙漠与河湖相和古土壤沉积发育的交替演变的历史。指出这种沉积模式是由过去亚洲冬季风与夏季风相互对峙、互为消长的作用而产生的结果。吴波等［19］分析了50年代以来毛乌素地区荒漠化发展及其时空特征，指出荒漠化迅速扩展主要是由于不合理的人类活动造成的，气候波动也有一定的影响。对于毛乌素沙漠成因问题的研究，虽然在初始沙漠化的发生时间及沙漠形成原因两个方面尚存在争论，但有关理论已趋于成熟，研究深度也较为深入全面，在不同成因观点的争论过程中对毛乌素沙漠地质环境条件的研究也逐渐趋于全面深入。
进入21世纪，随着各类工程向沙漠地区的发展，工程实践中开始遇到越来越多的与沙漠这一独特的地理单元有关的岩土工程问题和工程地质问题，有些问题变得日益突出，成为严重阻滞该区各类工程建设的瓶颈。在这些工程建设中，以公路工程建设居多，如新疆交通科学研究院等单位［20］和一些学者如彭世古［21］、任仓钰［22，23］、刘文白等［24，25］，他们大多围绕甘肃、陕西、新疆等地沙漠地区特殊地质地段的公路建设技术开展了一些研究工作，多集中于公路设计、施工、养护技术和公路环境影响评价、路面材料与耐久性及沙害防治等问题的研究，获得了沙漠地区一些基础的工程力学指标和经验。出发点基本都是基于解决某一实际工程实践中所遇到的问题所做的一些基于点上的研究。目前有关砂土颗粒级配及矿物成分分析的一些试验一般只是为了满足单一工程的需要［26～28］，而胶结状态、微结构分析等方面则几乎是空白。
对于毛乌素沙漠的层序地层学方面的研究资料还较为缺乏，仅有的极少数成果也只对较浅部地层的结构进行过一些研究［29］，其着眼点在于研究全新世的古气候特征；而对于该区工程实践涉及深度范围内的地层结构缺乏应有的认识，仅有的一些认识也仅仅局限在个别场地［30］，且其着眼点仅在于研究剖面土壤水分动态。侯光才等［31］出版的《鄂尔多斯盆地地下水勘查研究》对鄂尔多斯盆地地下水的赋存条件、循环机理和地下水资源特征等方面进行了系统研究，其中涉及毛乌素沙漠地下水资源环境部分的研究是目前该方面较为系统深入的研究成果，对毛乌素沙漠的含水层结构也有着较为深入的认识。
综观国内外的研究历史及现状可以看出，研究成果多集中于古人类和考古文化、植物学、农牧业生产、生态学及地质学等领域，使我们对毛乌素沙漠的成因、水文水资源及土壤资源等，气候、沙漠和沙漠化问题有了一定认识，对毛乌素沙漠的区域自然地理概况有了初步的了解，同时也在一定程度上从一些角度揭示了毛乌素沙漠地区的地质环境条件，这些研究成果虽然尚缺乏系统性，但还是为以后的研究工作奠定了一定的基础。
H. 大柳塔矿区煤炭开发与地质环境互馈效应
一、矿区概况
大柳塔煤矿是神华集团神府东胜煤炭有限责任公司所属的一座特大型现代化矿井，地处陕西省神木县境内大柳塔镇南端的乌兰木伦河畔，所辖大柳塔、活鸡兔两个矿井，拥有井田面积189.80km2，煤炭地质储量23.18亿t，可采储量15.27亿t。井田地质构造简单，煤层倾角平缓，赋存稳定，具有埋藏浅、易开采的优势。煤炭品种为中高发热量的不黏煤和长焰煤，主采煤层煤质优良，具有低灰、低硫、低磷、化学反应性强、热稳定好的特点，是良好的动力、气化、化工和民用煤。
1.地理位置
大柳塔矿区位于陕西省榆林市神木县大柳塔镇与中鸡镇部分境内，地理坐标为东经110°05༼″～110°20༼″，北纬39°15༼″～39°27༼″，面积约376km2。区内交通便利，有西安—包头铁路，包头—神木铁路、神木—黄骅港铁路。神木—东胜公路贯穿矿区南北，府谷—新街公路经过矿区南部，矿区内各乡镇间均有公路相通(图4-1)。
2.地形地貌及水系
井田地处陕北黄土高原之北侧和毛乌素沙地东南缘。地势北高南低，中间高而东西低。最高点在井田北部的陈家坡附近，海拔1334.1m;最低点在井田西南角乌兰木伦河谷，海拔1057.5m。相对最大高差276.6m，一般海拔1120～1280m之间。区内大部属风沙堆积地貌，沙丘、沙垄和沙坪交错分布，植被稀少。东西两部沟壑纵横，切割强烈，沟谷两侧基岩裸露。属河流侵蚀地貌。区内河流有:西界的乌兰木伦河、东界的牛川。井田中部柠条梁为分水岭，母河沟、王渠沟、双沟等河流均向西流入乌兰木伦河;七概沟、活朱太沟、三不拉沟则向东流入牛川。
3.气象
本区属半干旱大陆性季风气候，冬季干旱寒冷，夏季干燥炎热，昼夜温差悬殊。年平均气温8.5°C，年极端气温38.9～28.1℃。年平均降雨量441.2mm，雨季多集中在7，8月份;年平均蒸发量为2111.2mm。秋末、冬春盛行西北风，夏季多为东南风，年平均风速2.2m/s。
4.地震
井田地处稳定的鄂尔多斯向斜上，历史上未发生过破坏性地震，基本地震烈度为Ⅵ度。
图4-1 矿区地理位置图(据西安地质调查中心，2006)
5.经济
本矿区地处陕西省榆林市与内蒙古自治区的鄂尔多斯市交界处，生态环境脆弱，土地贫瘠，水土流失严重。地区经济基础薄弱，生产力水平低下，是一个经济落后的地区。但本地区地域广阔，矿产资源丰富，特别是煤炭资源得天独厚，适应建设特大型的现代化煤炭生产基地。井田内多为沙丘覆盖，当地农民居住稀散，耕地少且为沙土耕地，在各沟内有河滩淤积耕地，农产品以玉米、谷子、荞麦等杂粮为主。畜牧业主要是喂养猪、羊等牲畜。工业近年来发展迅速，主要有煤炭、电力、化工等。
二、煤炭开发引起的地质环境问题
自1985年大柳塔煤矿始建至今，现有大柳塔、活鸡兔两个年产原煤均超1000万t的矿井。大规模的矿业开发引起的水资源枯竭、水质恶化、地面沉降、露天边坡失稳及煤矸石的存放和污染等对地质环境及自然生态环境的危害也日趋严重，必须引起足够的重视。
中国地质调查局2005年初部署了“陕西大柳塔煤矿区地质环境问题调查”项目，经过两年研究，西安地质调查中心的研究人员调查得出，截至2005年底，调查区煤矿井下开采形成了采空区，煤矿地面塌陷、地裂缝都对农业生产造成了不良影响，并对地面建筑物形成了不同程度的损坏，对当地群众的人居生活和农业生产产生了一定程度的危害。调查还发现，采煤塌陷区77.3%的村民水井干涸或水位下降，73.3%的泉水干涸或流量显著下降。
另外，大矿周边分布有十余家地方和个体煤矿，年产原煤约500万t(徐友宁等，2007)。高强度、大规模的机械化采煤引发了一系列地质环境问题，加剧了脆弱生态环境的恶化。结合本项目野外调查结果，本区由于采煤引起的地质环境问题可以归结为以下三个方面:①地面塌陷与地裂缝;②土壤环境恶化;③地表水与地下水系统破坏。
1.地面塌陷与地裂缝
地面塌陷与地裂缝是煤矿区普遍存在的一种地质环境问题。随着煤炭开采量的不断增加，地下采空区急剧扩大，采煤塌陷已成为矿区危害范围最广、危害程度最大、延续时间最长的一种环境地质灾害。
神东公司矿井均采用综合机械化开采技术，综采工作面长200～240m，采高4m，每向前推进1m，就会形成800～960m3的采空区，加之所采煤层埋深仅为50～150m，开采后地表会立即发生下沉、地表形成裂缝等。截止2005年7月，大柳塔矿区累计形成采空区面积42.69km2(其中，大柳塔矿井采空区面积已达27.087km2)，地面塌陷影响面积48.23～54.64km2(徐友宁等，2008)。
采煤塌陷是由于矿层采出后，采空区在上覆岩土层重力作用下，发生变形弯曲，冒落而形成塌陷。地下煤层采出后，采空区围岩体内原有的应力状态失去平衡，出现应力集中现象，经过一段时间后，集中应力超过岩石的强度时，顶板岩层开始断裂、冒落，形成冒落带。冒落带上部岩层也随后发生弯曲、断裂，随着采空区的逐渐增大，地表开始坍塌、破坏(图4-2)。
图4-2 塌陷剖面示意图
大柳塔矿区主要分布的塌陷类型为基岩上覆薄土层塌陷类型以及基岩上覆厚风积沙层塌陷类型。前者为上覆第四系砂土或黄土，但土层都很薄，一般为0.2m左右。地表植被较少，塌陷表现明显，如出现塌陷洞、地裂缝等(图4-3)。在废弃的房屋壁上也发现有裂缝存在。后者第四系覆盖砂层很厚，塌陷表现为地裂缝、塌陷坑、塌陷阶地等，塌陷初期表现为菱形网格状地裂缝，稳定后，地裂缝易被风积沙所填埋(图4-4)。
采煤过程造成的地表塌陷与地裂缝不同程度地损害了土壤、水体、植被等人类赖以生存的基本环境因素，从而对生态环境产生了严重的影响。
2.土壤环境恶化
(1)土壤结构破坏
煤炭开发造成的地面塌陷使地表产生很多地裂缝、塌陷坑、塌陷洞等，破坏了土壤结构。地表土壤在经历了最初的破坏、重组，以及随后的再度沉压、密实，使土壤的粒度组成、孔隙度、容重、含水量等均发生一定程度的改变。
图4-3 基岩上覆薄土层塌陷区塌陷洞
图4-4 基岩上覆厚风积沙层塌陷区地裂缝
本项目在大柳塔采煤塌陷区建立了两个土壤剖面，一个在非塌陷区，记为 S1; 另一个在塌陷区，记为 S2。土壤剖面图见图 4-5，分层描述如下:
非塌陷区剖面 S1:
细砂层 ( 0 ～160 cm) : 含细粒细砂，夹极少量砾石;
粗砂层 ( 160 ～175 cm) : 含砾粗砂，夹较多砾石;
细砂层 ( 175 ～ 275 cm) : 其中 175 ～ 250 cm为粉质亚砂土 ( 细粒土) ，泥质含量较多; 250 ～265 cm 为 粉 土 质 粉砂，黑色，泥 质 含 量 较 多;265 ～ 275 cm 为含细粒细砂;
中砂层 ( 275 ～ 320 cm) : 其中 275 ～ 285 cm为黄色条带状粉土质中砂; 285 ～ 295 cm 为含细粒中砂; 295 ～320 cm 为粉土质中砂。
图 4-5 土壤剖面图
塌陷区剖面 S2:
细砂层 ( 0 ～70 cm) : 其中 0 ～60 cm 为含细粒细砂; 60 ～70 cm 为粉土质粉砂，夹少量砾石;
中砂层 ( 70 ～100 cm) : 为粉土质中砂，含少量粘粒;
粗砂层 ( 100 ～ 310 cm) : 其中 100 ～ 130 cm 为粗砂; 130 ～ 230 cm 为含细粒粗砂;230 ～ 310 cm 为砾砂;
砾石层 ( 310 ～330 cm) : 为细砾石，含少量粉土;
中砂层 ( 330 ～400 cm) : 为中砂，夹少量砾石。
土壤的颗粒组成状况对土壤物理和化学性质均有很大影响。塌陷区和非塌陷区土壤粒组含量在研究深度范围内总体的差异情况如表 4-1 中所示。
从表中可以发现，塌陷区土壤层粒度较粗，砾粒组含量较多，而细粒组含量较少。
表 4-1 塌陷区和非塌陷区各土壤粒组总体含量 ( %)
另外，我们对矿区塌陷区、非塌陷区以及裂缝区表层 0 ～60 cm 的土壤容重进行了测试，结果表明裂缝区土壤容重较大，不利于植被正常生长，随着塌陷时间的增长，土壤容重大小趋近于正常土壤容重水平 ( 表 4-2) 。
表 4-2 表层土壤容重统计值
( 2) 土壤侵蚀加剧
采煤对土壤环境的影响还表现在使地表原有的地形、地貌与植被等自然景观受到破坏，加剧了土壤侵蚀作用，加速了土壤的干旱和沙化，造成地表土壤退化和水土流失加剧，使矿区的生态环境受到影响。研究表明，地表坡度的变化是引起土壤侵蚀与退化的主要因素。地下开采引起地表塌陷形成塌陷盆地、塌陷阶地等新的微地貌 ( 图 4-6) ，从而改变了原有的地表坡度，由此将引起原有的地表径流发生改变，坡度越大径流量越大，引起的水土流失和土壤侵蚀也越严重。另外，由于地表裂缝的产生，地表与地下水向深部渗漏，使潜水位下降，导致土壤湿度减小，使本来干燥的土地更加干燥。由于土壤侵蚀程度的加剧与土壤湿度的减小，使土壤退化、沙化现象日益加重，严重影响地表植被景观。
图 4-6 大柳塔双沟塌陷阶地
( 3) 土壤水分减少
包气带土壤水在西北干旱半干旱降雨稀少的地区显得尤为重要。矿区采煤塌陷后，包气带岩土结构被破坏，使包气带水分的分布和运移机制发生相应的改变。采煤产生的地裂缝使得降水入渗的补给水源更易渗入地下，补给地下水，从而减少了对包气带土壤水的补给，且地裂缝的存在增加了土壤层与外界的接触面积，因此土壤水的蒸发量也相应增加。补给减少而蒸发量增加，必然导致包气带土壤含水量的减少。另外，采煤塌陷作用引起的土壤侵蚀作用使包气带岩土层的土壤颗粒粗化，导致其持水能力的下降，也是包气带土壤含水量减少的一个重要原因。本次研究采集了大柳塔矿区内塌陷区和非塌陷区 0 ～60 cm的土样进行土壤体积含水量的测试分析，结果证实了采煤塌陷作用尤其是地裂缝对矿区土壤的持水能力具有明显的负面影响 ( 图 4-7、4-8) 。
图 4-7 塌陷区与非塌陷区土壤含水量垂向变化特征
图 4-8 裂缝壁与非裂缝壁土壤含水量垂向变化特征
( 4) 地表植被破坏
采煤对地表植被的影响，是矿区生态环境恶化的直接原因。土壤和水分是植物生存的必要条件，煤炭开采引发的地面塌陷与地裂缝造成了水土流失和土壤侵蚀，以及地表水和土壤水的破坏，必然对地表植被产生严重影响。
由于地面塌陷作用破坏了地面原有形态和包气带岩土层固有结构，地表塌陷坑、塌陷洞、地裂缝等发育，土壤颗粒粗化，容重改变，对地表植被和农作物产生不利影响。塌陷区内植被覆盖率小，植物种属少，许多在非塌陷区分布的沙生植物 ( 如柠条、沙柳等)在塌陷区不能生存，而且，塌陷区的原生植物 ( 如沙蒿等) 部分枯死，农田全部废弃。
另外，水作为植被正常生长必不可少的要素，土壤中水分含量的多少直接影响着地表植被的生存环境。当土壤水分低于凋萎点时，植物将无法萌发和成活。煤炭开采造成的地表塌陷作用导致土壤持水性减弱，含水率降低，不利于地表植被的生长。研究结果显示，塌陷区土壤含水量在 0 ～60 cm 的深度层内均小于非塌陷区，由此造成了两者地表景观上的显著差异 ( 图4-9、4-10) 。从图中可以看到，塌陷区尤其地裂缝发育的初塌区，塌陷还未稳定，土壤结构仍处在动态变化过程中，在此过程中土壤被拉伸或压缩变形，易导致植物根系被扯断、植物枯死，从而表现出塌陷条件下的典型景观特征 ( 宋亚新，2007) 。
3. 煤炭开发造成地表水与地下水系统的破坏
煤炭开发对水环境的影响是生态环境恶化的最主要因素之一。露天矿床的开采大面积剥离矿体上覆岩层，其上的含水层被破坏，改变了地下水的储水条件和补给、径流、排泄条件，造成矿区地下水位的大幅度下降，使影响范围以内的一些大泉断流或消失，一些取水建筑物的供水能力降低。有研究表明，活鸡兔露天矿先期露天矿排水形成的地下水降落漏斗最大影响范围为 2. 029 km2。
井硐矿的煤层采空区将引起顶板岩层的变形、破裂，直至岩体的冒落和塌陷，当这些冒落、冒裂带的裂隙与上覆含水层连通时，将改变地下水径流条件，使地下水沿着这些裂隙通道涌入矿井，引起地下水位下降，甚至疏干。另外，为了保证安全生产，往往是在大规模开采之前就要先排去巷道上部的地下水，造成地下水流失，以致其影响范围内的植被因缺水而干枯死亡，土地无法耕种。
图 4-9 塌陷区地表植被状况
图 4-10 非塌陷区地表植被状况
首先，地表塌陷与地裂缝在某种程度上直接改变了地面大气降水的径流和汇水条件，使部分地表水通过塌陷裂缝渗入地下，使地表水系流量减小，甚至干涸; 其次，地表由于地裂缝的存在，使土壤水的蒸散面积增大，包气带土壤的持水能力下降; 最后，大的地裂缝将沟通煤层上覆各含水层，使地下水位降低，地表井泉干涸。
( 1) 煤炭开采造成地表水减少
煤炭开采对地表水的影响主要有两方面。一方面是对地表沟泉的影响。大规模的采煤活动产生的地裂缝、塌陷洞、塌陷盆地等使地表径流条件发生变化。原有沟水、泉水易于沿地裂缝、塌陷洞等渗漏到地下，导致采煤塌陷区范围内的沟泉干涸。最典型的是神府-东胜大柳塔矿区塌陷区范围内的双沟水源地，1996 年发生初塌，据 1996 年 9 月观测资料，双沟水流量为 0. 079 m3/ s; 到 2005 年笔者去大柳塔双沟水源地调查的时候，双沟塌陷区范围扩大，沟中水已完全干涸，沟壁两侧树木也大部分枯死 ( 图 4-11) 。而与乌兰木伦河流域仅一梁 ( 柠条梁) 之隔的 牛川流域，目前尚属于未开采区域。其所属一级支流七概沟和二级支流大、小水头沟均有水。小水头沟宽约20 m，沟深约8 m，两侧长有树木和茂盛的芦苇。沟脑处有一侵蚀下降泉，侵蚀切割至潜水位以下，流量约 3 m3/ h。沟两侧也可见地下水从第四系或侏罗系地层接触面流出，与泉水汇合成溪。该沟为季节性河流，每年 8 ～10 月有水。小水头沟北为大水头沟，与小水头沟同是七概沟的支流，是常年性河流，四季有水。大、小水头沟水均流入七概沟，再汇入 牛川。七概沟河流量约0. 04 m3/ s，两岸长有茂盛蒲草 ( 图 4-12) 。
另一方面是对地表河流的影响。矿区内河流的补给方式主要有三种: 一是降雨入渗补给; 二是沟泉侧向补给; 三是地下水上渗补给。由于采煤形成许多地裂缝使得降雨补给来源大部分渗漏到地下，使地表径流明显减少，对河流的补给也相应减少; 另外，地表沟泉干涸使得河流的侧向补给来源明显减少; 有的地裂缝贯通上下含水层，造成潜水向深层渗漏，潜水位大幅下降，也导致地下水对地表河流补给的减少 ( 赵红梅，2006) 。
( 2) 煤炭开采破坏地下水系统
地下水是影响矿区生态环境的关键因素。地下水位的深浅对沙地植物群落组成、地貌景观及治理的难易有举足轻重的影响。煤层开采后，上覆岩层不断发生冒落，形成冒落带及导水裂隙带，从而使含水层结构和地下水径流、排泄条件发生变化。第四系松散层潜水由水平径流、排泄为主转化为以垂向渗漏为主，地下水位发生较大变化 ( 张发旺等，2006) 。
图 4-11 双沟水流植被状况
图 4-12 七概沟水流植被状况
· 煤炭开采对地下水补给的影响
在大柳塔地区，潜水主要靠降雨入渗补给。由于采煤塌陷造成的地裂缝的存在，当降雨强度很大，地面出现积水并产生径流时，径流经过塌陷裂缝时都会被截流，从而缩短了降雨入渗补给时间，减少蒸发，加大入渗量。
另一方面，大柳塔矿区自煤矿开采以来，由于采煤活动 ( 矿坑疏干排水以及采煤塌陷) 造成地下水位大幅下降，从而形成了厚度可达 40 m 左右的深厚包气带。这种深厚包气带对上部接收到的水分具有明显的滞后分配作用，当包气带厚度很大时，这种滞后分配作用的时间尺度甚至可以达到年，其结果是降水通过深厚包气带对潜水实现均匀补给。因此，采煤塌陷使降雨入渗补给量增加，并且通过深厚包气带实现对潜水的均匀补给，对地下水补给的影响为正效应。
·煤炭开采对地下储水空间及地下水运动的影响
采煤塌陷作用往往会破坏潜水含水层，使其与地下采空区连通，成为新的、统一的含水层，称之为 “含水层再造” ( 张发旺等，2006) 。由于含水层与采空区相连通，明显加大了地下水的储水空间，形成一个 “含水层再造”后的地下水库。
在天然条件下，煤、水资源共存于地质体中，并且各有其自身的赋存条件和变化规律。由于煤矿排水以及塌陷渗漏打破了地下水原有的自然平衡状态，形成以矿井为中心的降落漏斗，使地下水向矿坑汇流，在其影响半径内，地下水流速加快，水位下降，贮存量减少，局部由承压转为无压，使地下水运动受到明显影响。因此，采煤塌陷将加大地下储水空间，并改变地下水的运动规律。
·煤炭开采对地下水排泄的影响
如前所述，采煤塌陷造成地下含水层再造，使原本相对独立的含水层变成统一含水体，引起潜水位降低，导致地下水流场、水头压力发生变化，形成以矿井为排泄点的新的地下水排泄方式，进而使原有的地下水排泄点干枯或泉流量减少。
如大柳塔井田 201 工作面，该工作面上部为第四系萨拉乌苏组含水层，属母河沟泉域，沙层厚度20 ～50 m，含水层厚度0 ～30 m，富水性中等至强。采矿前，地下水以母河沟泉为排泄点，而开采后，由母河沟排泄变成了矿井排水 ( 通过疏放排水钻孔和导水裂隙带进入矿井) 排泄; 活鸡兔矿试生产时间不长，其顶部也出现了地面裂隙和塌陷，引起了含水层水位下降，其中王家壕一带地下水位也由开矿前埋深 1 m 左右，降至 6 m 左右; 布袋壕一带煤矿开采前，地下水位埋深仅 1 ～2 m，低洼地带常年积水形成海子，近年来随着煤矿的开采地下水位已下降至4 m 以下，多数海子已经干枯。矿区内民井水位也有明显下降趋势 ( 李连娟，2005) 。
·煤炭开采对地下水资源量的影响
大柳塔地区的地下水资源，主要是赋存于第四系松散含水层中的潜水，其次是烧变岩中的基岩裂隙水，二者为统一的含水系统，具有统一的水位和良好的水力联系，第四系松散含水层中的潜水，是其下伏烧变岩裂隙潜水的补给来源。煤炭开采对地下水资源量的影响主要来自两方面。
1) 采煤塌陷造成含水层结构破坏，使原来水平径流为主的潜水，沿导水裂隙垂直渗漏，转化为矿坑水; 在采矿疏干水过程中又被排出到地表，在总量上影响地下水资源。
2) 采煤塌陷形成塌陷坑、自上而下的贯通裂隙，使当地本就稀缺的地表水、地下水进入矿坑而被污染，使地下水质受到影响，进而影响到地下水的可用资源量。
在大柳塔矿区，煤炭开采一方面使萨拉乌苏组含水层中地下水与细沙大量涌入矿坑，造成井下突水溃沙事故; 另一方面矿坑排水需大量排放地下水，既浪费了宝贵的水资源，又破坏了矿区的水环境。
三、地质环境问题对煤炭开发的反作用
煤炭开发破坏了矿区的生态环境，严重影响当地居民的生存环境。恶化的生态地质环境反过来又给煤炭开发带来了严重的影响，造成了巨大的直接和间接经济损失。
首先，地面塌陷破坏农田、损毁房屋，所造成的经济损失要由煤矿来承担，增加了煤炭生产成本，也加剧了煤矿与当地居民的矛盾，甚至可能成为阻碍煤矿进一步发展的重要因素。如大柳塔煤矿开采造成前柳塔村除村子及附近农田以外的大面积塌陷，使双沟沟泉干涸，地下水位下降至40 m 以下，当地居民饮用水要依靠神东公司从镇上引来的自来水。2006 年，项目组通过访问前柳塔村民了解到，大柳塔煤矿要把原本保留煤柱的前柳塔村及附近大片农田也都纳入下期开采规划中，正与村民协商补偿问题。村民没了土地，要求的补偿较高，而矿上又不肯答应，于是双方协商陷入僵局，问题迟迟不能解决，煤炭开采的下一步工作也将无法顺利实施。
其次，煤炭开发破坏了地表水和地下水系统，使该地区本来就十分缺乏的水资源变得更加稀缺，使煤矿生产用水和工人、居民生活用水面临无水可用的境地，形成了煤炭开发过程中难以逾越的障碍。据报道，陕北神木县中鸡镇李家畔村，由于地面塌陷，地下水遭到破坏，塬上的井水干涸，村民吃水非常困难，人吃水必须到 1. 5 km 以外的地方去运水，每次用牛车拉一罐，得 4 元钱。羊吃水就到附近煤矿的进风口去，吃那种混着煤屑的黑乎乎的地下水。
再次，煤矿旧采空区容易发生冒顶，贯通正在开采的工作面，造成煤矿工人受伤，甚至死亡，也使开采工作陷入混乱。据 《三秦都市报》2008 年 12 月 5 日最新报道，12 月 3日15时10分，神木县大柳塔镇后柳塔煤矿井下旧采空区发生大面积冒顶事故，冲击波将两处标准密闭墙冲塌，从旧采空区涌出的有毒气体致运输大巷中的9名运煤车司机不同程度中毒，经全力抢救升井并立即送往当地医院救治，其中4人不幸遇难，5人正在医院救治并已脱离危险。冒顶地点距主井口约1200m处的主运大巷西侧旧采空区(1996～1997年采空，已封闭多年)，事故发生时，共有19人在井下作业，除9人中毒以外，其余人员都安全升井。
最后，地表植被的破坏还使矿区风蚀严重，影响了煤矿的生产环境，也影响到煤炭的生产，如增加了成品煤的含沙量等。
I. 区域第四纪地层的对比
河南平原第四纪地层分区所划Ⅰ区大别山前区段、Ⅱ2地层亚区与皖北平原相邻，两地区版无论是从大地构造权背景、地貌条件、气候环境和地层特征及古生物群落诸方面均有一致性。因此，划分结果与原安徽区测队所划地层区宿县-阜阳小区、嘉山-六安小区有着较好的可对比性，相互之间所划意见基本一致。
在颍河以北的广大平原区（Ⅱ1），第四系特征与相邻的鲁西、河北平原南部第四系特征基本相同，可进行对比。其划分方案与1982年原地矿部水文地质工程地质研究所提出的河北平原第四系划分意见基本一致。
总之，河南平原第四纪地层，除与周边相邻地区可对比外，还可与华北地区第四纪地层进行对比（表3.4）。
河南平原第四系地层各方法综合划分结果，参见表3.5。
上述地层划分对比中，主要考虑了岩性特征、气候、地层、微体及古生物化石等方面的相似性、可比性进行的。其各时段的年龄对比，除全新统、萨拉乌苏阶上段有14C资料外，其他各时段的年龄对比一般多以古地磁资料为准，因此说本次地层对比尚显粗略。
表3.4 河南平原第四系地层划分与邻区对比结果表
J. 萨拉乌苏文化的遗址在哪里
在鄂尔多斯草原南端，有一条蜿蜒的河流，它源于陕西西北定边县境内，流经内蒙古鄂托克旗、乌审旗，然后从八吐湾村东折流入陕北境内，与响水河汇合后向东南方向流入黄河的支流无定河。在地层松散的毛乌素沙漠上，冲刷出一条宽阔幽深的“U”字形河谷。这条河流就被称为萨拉乌苏河。
英文：Sjara-osso-gol 萨拉乌苏，蒙语的意思是黄色的水，由此可知这里的河水终年浑黄；在河的两岸长满了摇曳多姿的红柳，所以人们也称这条河为“红柳河”。就是在这条河流一带，曾经是古老而灿烂的鄂尔多斯文明的发祥地。 1922年，法国天主教神父，地质生物学家桑志华，首次在这里发现了一颗“河套人”的门齿化石，此后我国考古学家又多次亲临实地考察。发掘出的大量文物证明，早在35000年前，“河套人”就在这里生活着。而“河套人”所创造的物质文化现在被称为“萨拉乌苏文化”。经过对地质、动物化石和石器的综合分析研究，萨拉乌苏文化被认定为旧石器时代晚期文化。 萨拉乌苏文化遗址主要在乌审旗的大沟湾村和滴哨沟湾村。 在大沟湾村发现了一处灰烬遗迹，遗迹呈椭圆形，长宽约为1—2米，灰烬中部下限，呈一盆底形洼坑。洼坑附近发现了三十多块破碎的动物烧骨，由此可见这是人类举火烧食野兽之处。同时在大沟湾村还采集到一、二百件石器，这些石器器形比较小，主要有尖状器、刮削器、雕刻器等。尤以圆头刮削器、小雕刻器和楔形石核较为典型。这些石器虽与新石器时代早期的细石器有严格区别，但遗址中发现了柱状石核，说明有细石器的存在。萨拉乌苏文化的石器与比他早的北京人文化、山西阳高许家窑人文化，以及比他略晚的山西朔县峙峪文化、河南安阳小南海文化的石器，有许多方面的相同之处。说明他们在文化传统上都属于“周口店第一地点（北京人遗址）—峙峪系”，也说明萨拉乌苏文化与内地有密切的关系。 “河套人”化石到目前为止共出土二十三件，它们包括：1956年在内蒙古乌审旗滴哨沟湾村采集到的一段残右顶骨、一段左股骨；1960年在乌审旗大沟湾村发现的一块顶骨化石；1978—1980年，获得的顶骨、额骨、枕骨、下颌骨、股骨、胫骨、腓骨和肩胛骨等十九件化石，其中出自晚更新世原生地层的有六件；还有1922年发现的幼童门齿化石。通过对“河套人”化石的研究表明，他们生活在距今3.5年到5万年左右。他们的特征已接近现代人，但仍保留了一些原始性，如头骨骨壁较厚，骨缝简单，颌骨粗壮，股骨臂较厚，髓腔较小，这些原始性表明，“河套人”属于晚期智人。根据“河套人”的门齿和头部化石特征来看，它与现代的蒙古人种（黄种人）相近。 在萨拉乌苏河河畔同时发掘出土的还有许多哺乳动物化石残片，如犀牛头骨和牙齿化石、原始牛马肋骨化石、象骨象牙化石，另外还有很多动物腿骨化石残片等。依据动物化石记录：萨拉乌苏组动物群主要有：1、纳玛古菱齿象——这是一类身体巨大，门齿略有弯曲的古象，与现代象相似，在鄂尔多斯发现的门齿化石长达2.4—3米左右。2、披毛犀——体外披长毛的犀牛，这类化石在鄂尔多斯这个时期的地层中发现最多且分布较广，本世纪20年代在萨拉乌苏河曾发现一具相当完整的披毛犀化石骨架。3、河套大角鹿——这种鹿个体高大，身躯粗壮，最特殊的是鹿角眉枝扩展，呈扁平扇状，几乎与头骨垂直，主枝为开阔的掌状而高耸于眉枝之上。这在鹿类中是独一无二的。4、王氏水牛——它是为了纪念发现者蒙古族农民王顺而命名的，这种水牛牛角较为独特，横切面呈三角形。5、诺氏驼——这种驼比现代驼头骨粗壮，个体高大，它是萨拉乌苏动物群中特有的古动物之一。6、鬣狗与老虎——在食肉类中，这类化石发现最多，在萨拉乌苏河的杨四湾一带，发现了一具第四纪虎化石中稀有的虎的后半身骨架。 萨拉乌苏动物群化石至少有45种以上，这里是名副其实的“化石之乡”。这些萨拉乌苏文化遗物和共存的动物群表明，萨拉乌苏河一带，曾经有很多的淡水湖，那里水草和森林茂盛，成群的动物活跃其间。生活在河湖两岸的“河套人”就是在这样水草丰茂的地方创造了自己的文明。为人类的历史的发展谱写了光辉灿烂的一页。