Question

基于物元分析法的小秦岭金矿区地质环境评价

Answer 1

邢永强¹　郑钊²　吴梅¹　潘元庆¹　方士军¹

（1.河南省国土资源科学研究院，郑州 450016；2.天津大学建筑工程学院，天津 300072）

《河南科学》，文章编号：1004-3918-(2008)-03-0353-04

摘要 近年来，随着人类对小秦岭金矿区开发活动的不断增强，当地地质环境已受到严重破坏，评价小秦岭矿区的地质环境状况对于今后的矿山恢复治理工作有重要的指导意义。本文选取物元分析法来开展评价工作，首先根据实地调查结果并按照区域差异性原则，将小秦岭金矿区划分为87个评价单元，接着选取了评价指标和评价标准，确定出各指标的权重系数，在此基础上开展小秦岭金矿区地质环境质量综合评价工作。研究结果表明：小秦岭矿区整体地质环境状况不容乐观，特别是西南部强烈的采矿活动对地质环境造成极大破坏，是今后矿山地质环境恢复治理的重点。

关键词 小秦岭 物元分析法 地质环境评价

小秦岭金矿区是我国四大黄金产地之一，自20世纪60年代中期以来，这里发现了1 200条含金矿脉，已探明黄金储量约400 余t。当地矿业经济发展很快，特别是20世纪80年代矿山采选企业迅速发展，矿区内有国家和地方黄金企业数十家，矿山坑口数千个，矿业已成为灵宝市的支柱产业。然而，由于我国矿业资源的管理、开发体制很不健全，小秦岭金矿区在淘金者的乱采滥挖下，不可再生的矿业资源和矿区地质环境遭到了严重的破坏。此外，人为的破坏还给该地区带来了滑坡、泥石流、地面坍塌等地质灾害。因此，运用适当的方法对小秦岭金矿区地质环境进行综合评价，对以后开展矿山恢复治理工作有重要的指导意义。

1 研究区地质环境概况

1.1 自然概况

小秦岭金矿区位于河南省西部灵宝市境内的豫、陕、晋三省交界处，地理坐标为北纬34°24′～34°30′，东经110°21′～110°34′，矿区属暖温带半干旱大陆性季风气候，四季分明，年平均气温26.1℃，年平均降水量645.8mm，7～9月份降水量占全年降水量的50.8%，且多暴雨，具年内降水量分布不均匀的特点。

矿区以西峪为界，峪东属灵宝市豫灵镇，峪西归陕西省潼关县。北部以小秦岭北缘断裂为界，为中新生代灵宝断陷盆地-黄土丘陵区；南以松树地—周家山断裂为界，为朱阳镇断陷带。矿区山脊高程多在1 000m以上，总体地形具有南北低、中间高，西高东低的地形变化特征。区内山岭起伏，沟壑纵横，具有谷窄、坡陡地形险要之特点。

矿区地层具有典型华北型的前寒武结晶基底和中元古代以来的盖层结构。基底主要由新太古界太华群（Ar₂）和古元古界（Pt₁）组成，盖层以区域性构造不整合上覆于结晶基底之上，主要由中新元古界熊耳群（Pt_2-1）、震旦系（Pt₃），寒武系及新生界组成，基本上不发育晚古生代和中生代地层。矿区为中山地貌类型、沟谷深切、地形起伏变化大，断裂构造发育，地层及岩石相对破碎，局部山体不稳定，易形成崩塌、滑坡和泥石流灾害，工程地质条件不良。

1.2 矿山开采现状调查

2006年9月，由河南省国土资源研究院组织相关人员对小秦岭金矿区内的27座主要矿山开采现状进行调查统计，其中21座金矿的采矿规模为4 165t/日，占总的采矿规模的74.7%；年产值3.67亿元，占年总产值的89.3%。可见，虽然小秦岭金矿区除金矿开采外尚有其他矿产资源的采集，但金矿开采的年产值收入远大于其他矿业开采。因此，金矿矿坑所在地区应作为地质环境评价的主要对象。

1.3 矿山地质问题

1.3.1 矿渣废水排放严重

调查显示这27座矿山的产出固体废弃物量为119.34万t/年，尾矿量122.17万t/年，合计产生矿渣241.51万t/年；固体废弃物现积存量为1 653.32万t，尾矿现积存量为1 644.75万t，合计矿渣积存量3 298.07万t。总的年废水外排量为379万m³，其中以Ⅲ类水为主，其中部分矿山排放的选矿废水，造成水质污染较严重，为Ⅳ和Ⅴ类。在各类矿山中，矿渣和废水的生产和积存主要来自于金矿开采。21座金矿生产的矿渣量占矿渣生产总量的96.5%，矿渣积存量占矿渣积存总量的99.5%。

1.3.2 矿山开采引发地质灾害

小秦岭金矿区大多数矿山都属于地下开采，而深部的采矿活动必然对山体的稳定性造成威胁，虽然地质灾害的发生有其特定地质条件，但也与工程活动密切相关。过去的20多年内，由于开采矿山引发的诸如滑坡、泥石流、崩塌、地面坍塌等地质灾害达30多起，其中最为严重的两次是：①1996年8月，大西峪、文峪发生泥石流，冲毁矿区公路13km、通讯线路3km，房屋、设备多有损坏，直接经济损失690万元，间接经济损失663万元；②1987年11月1日，大湖峪口东山发生滑坡，滑体长192m，宽80～120m，总体积约40万m³，造成空压机房、职工宿舍被摧毁，矿山停产达一年之久，直接经济损失在700万元以上。由此可见，由于开采矿山所引发的地质灾害给当地人民生命财产安全和社会经济稳定发展造成极大威胁。

2 评价模型的选取

人类对地质灾害危险性综合评价的研究经历了很长时间，20世纪70年代初，Hewitt等提出“一地多灾”的研究构想；基于Hewitt的研究思路，Puget Sound的研究人员针对本区洪水、地震、风暴、火山等灾害分别制作潜在损失图；80年代后，Van Westen等在GIS系统支持下进行了山地地质灾害风险分析研究。我国从20世纪90年代相继开展区域地质灾害危险性的评价工作，例如，张业成等（2003年）针对我国崩塌、滑坡、泥石流、岩溶塌陷等灾害，建立了地质灾害危险性指数评价模型和危险性评价分析模型；王家鼎（1996年）利用模糊信息优化处理技术建立了城市综合地质灾害的评价模型等，我国已建立多种地质灾害危险性评价模型。

目前，矿山地质环境评价多采用多指标综合评价方法，常用方法有模糊综合评价法（万金宝等，2006）、灰色关联综合法（王国富等，2001）、物元分析法（高军省，2007）等，但很难断定哪种方法评价的结果最准确、最客观。模糊综合评价和灰色关联综合法已被广泛运用于地质环境评价，但是由于它们本身在评价地质环境中所具有的模糊性和不确定性，往往会造成评价结果失真。经过筛选本文选用物元分析法，它具有以下特点：①可以将复杂问题抽象为形象化的模型，并应用这些模型研究基本理论，提出相应的应用方法；②可以建立事物多指标性能参数的质量评定模型，并能以定量的数值表示评定结果，从而能够较完整地反映事物质量的综合水平；③方法简单可操作，易计算机进行编程处理；④物元分析法还未被运用于矿山地质环境评价。

物元分析法原理为：对评价对象建立物元矩阵，经典域、节域矩阵，用关联函数计算综合关联度，根据综合关联度的不同取值范围作为矿山地质环境的评价标准，确定评价结果所属等级。物元分析法的具体计算步骤见高军省（2007）《基于物元理论的水环境质量综合评价方法及其应用》。

3 小秦岭矿区地质环境综合评价

3.1 评价单元划分

结合对小秦岭金矿区的实地调研结果，并遵照客观、公正、科学地反映矿区地质环境区域差异的原则，将评价区划分了87个评价单元。采用先定性分析矿区的主要地质环境问题，并综合考虑地形地貌特征、水系发育特征、人类活动强度等因素，对矿区内问题比较突出的地区划定评价单元网格；对于其余地区，则按照3km×3km的正方形网格来划分评价单元，在单元划分的同时还注意与行政界域、水系界域的相互包容以及对边缘单元、小单元的适当合并。此外，在遵循地质环境客观特征的基础上，还考虑到兼顾局部特殊要求的情况，如在豫陕两省交界的地区则按照行政分区边界来划定。划分结果如下：单元dx1、dx2为大西峪区间；w1～w4为文峪区间；单元z1～z3为枣香峪区间；单元dh1～dh3为大湖峪区间；单元zy为藏马峪和阎家峪区间；单元f为夫夫峪区间；单元g为观音峪区间；单元j为荆山峪区间；单元i1～i10 为苍珠峪、白花峪、枪马峪、杨砦峪、朱家峪相应的区间；单元1～单元61是按照正方形网格与各类界域边界交汇并进行适当合并或裁减的评价单元。

3.2 评价指标选择及其评价标准

在综合比较成玉祥等（2007）、徐友宁等（2003）、蔡斌等（2006）关于选取评价指标研究成果的基础上，从小秦岭金矿区地质环境现状条件出发，综合考虑研究区自然条件、人类活动影响、资料收集情况等因素，选择了地表坡度、岩土体抗侵蚀性、植被覆盖率、年降水量、地质灾害、水土流失、地表水污染、人类工程活动强度、矿渣堆积量9个评价指标。

对于选取的评价指标，按照地质环境质量“优”、“良”、“中”、“差”、“极差”划分为5个级别，各级别相应指标的标准值如表1所示。

表1 小秦岭金矿区地质环境评价指标分级标准　Table1 Index classification standard of geology environmental in Xiaoqin hill goldfield

3.3 确定权重系数

目前系数确定的方法很多，大致可分为德尔菲、层次分析等主观赋权法和主成分分析、因子分析等客观赋权法，运用主观赋权法掺杂了决策者的主观随意性，而运用客观赋权法却缺乏决策者的意愿，故本次研究采用主观赋权与客观赋权相结合的方法，先由主成分-因子分析赋权法计算出一组初始权重，再带入评价模型进行计算，如果计算结果合理则直接采用该指标权重，如果计算结果差别较大，则在初始权重的基础上再进行适当微调，最终求出一组合理的权重系数，如表2。

表2 评价指标的权重系数　Table2 Weighing coefficient of evaluation index

3.4 小秦岭矿区地质环境评价结果及分析

运用物元分析法，用VB语言编制相应的计算程序，结合各单元评价指标的量值和小秦岭金矿区实地调研情况，给定地质环境质量评价的最终结果，见表3和图1。

表3 小秦岭金矿区地质环境质量评价结果　Table3 Evaluative result of geologic environmental quality in Xiaoqin hill goldfield

图1 小秦岭金矿区地质环境质量评价效果图

Fig.1 Evaluative result map of geologic environmental quality in Xiaoqin hill goldfield

从表3可以看出，“优”等级别评价单元12个、“良”等级别评价单元23个、“中”等级别评价单元36个、“差”等级别评价单元10个、“极差”等级别评价单元6个。

“极差”等级别单元序号为w1，w3，z1，dh1，i5，i8；“差”等级别单元序号为38，46，dx1，dx2，w2，z2，i1，i3，i4，i6，这些单元主要分布在矿区的西南部，由于这些单元所在地区矿坑密集、采矿活动剧烈，对地质环境造成了极坏的影响，该地区地质灾害的发生几率大大高于矿区的其他地区，今后应作为矿山环境恢复治理工作的重点。

“中”、“良”等级的单元分布在泥石流沟的四周，起到过渡和缓冲的作用；在远离人类活动的东南部区域，有“优”等级的区域存在。总体来看，小秦岭矿区东南部地区环境质量最好，中部其次，西南部最差。

4 结论

（1）小秦岭金矿区地质环境具有问题种类多、危害程度大等特点，选取能全面反映矿山地质环境和矿山开采活动状况的9个要素因子作为评价对象，较为合理。

（2）物元分析法计算方便，对属于相同级别的检测单元间的差别亦可分区，对小秦岭矿区地质环境评价可行，可靠。

（3）小秦岭西南部采矿活动对地质环境的影响较为严重，今后应作为矿山环境恢复治理的重点。

参考文献

蔡斌，胡卸文.2006.模糊综合评判在绵阳市环境地质风险性分区评价中的应用.水文地质工程地质，（2）：67～74.

成天翔，张骏，杜东菊.2007.天水地区断裂活动性与地质灾害的相关性研究.工程地质学报，15（1）：33～37.

高军省.2007.基于物元理论的水环境质量综合评价方法及其应用.水科学研究，1（1）：20～26.

万金宝，侯得印，万兴，涂盛辉.2006.模糊综合评价法在乐安河水质评价中的应用.环境工程，24（6）：77～80.

王国富，刘明，刘石年，孙振家.2001.灰色关联度在白银矿田矿床预测中的应用.桂林工学院学报，21（1）：73～77.

王家鼎，惠泱河.1996.西安市综合地质灾害研究及灾害程度图的编制.中国地质灾害与防治学报，7（2）：94～100.

徐友宁，袁汉春，何芳，陈社斌，张江华.2003.矿山环境地质问题综合评价指标体系.地质通报，22（10）：829～832.

张春山，张业成，张立海.2004.中国崩塌、滑坡、泥石流灾害危险性评价.地质力学学报，10（1）：27～32.

Geological Environment Evaluation of Xiaoqinling Hill Goldfield Based on Matter Element Analysis Method

Xing Yong-qiang¹Zheng Zhao²Wu Mei¹Pan Yuan-qing¹Fang Shi-jun¹

（1.Henan Land and Resources Research Institute，Zhengzhou 450016；2.College of Civil Engineering，Tianjin University，Tianjin 300072）

Abstract：In recent years，the geological environment of Xiaoqin hill mining area was damaged seriously with the increasing of mining in this area.It is needed to evaluate the situation of local geological environment for the sake of further recover and maintenance of the mine.Matter element analysis method was employed.The mining area was divided into 87 evaluation units according to field investigation which follows the principles of difference.Then the standard and evaluation index were set to fix the weighting coefficients of different indexes，based on which the integral evaluation of the geological environment of Xiaoqin hill gold mining area was made.The results show that the geological situation is aggravating because of the intense mining，especially that in the southwest of the area which should be focused on in future works.

Key words：Xiaoqin hill；matter element analysis method；geological environment evaluation