南昌大學塗盛輝教授

㈠ 基於物元分析法的小秦嶺金礦區地質環境評價

邢永強¹鄭釗²吳梅¹潘元慶¹方士軍¹

（1.河南省國土資源科學研究院，鄭州 450016；2.天津大學建築工程學院，天津 300072）

《河南科學》，文章編號：1004-3918-(2008)-03-0353-04

摘要 近年來，隨著人類對小秦嶺金礦區開發活動的不斷增強，當地地質環境已受到嚴重破壞，評價小秦嶺礦區的地質環境狀況對於今後的礦山恢復治理工作有重要的指導意義。本文選取物元分析法來開展評價工作，首先根據實地調查結果並按照區域差異性原則，將小秦嶺金礦區劃分為87個評價單元，接著選取了評價指標和評價標准，確定出各指標的權重系數，在此基礎上開展小秦嶺金礦區地質環境質量綜合評價工作。研究結果表明：小秦嶺礦區整體地質環境狀況不容樂觀，特別是西南部強烈的采礦活動對地質環境造成極大破壞，是今後礦山地質環境恢復治理的重點。

關鍵詞 小秦嶺 物元分析法 地質環境評價

小秦嶺金礦區是我國四大黃金產地之一，自20世紀60年代中期以來，這里發現了1 200條含金礦脈，已探明黃金儲量約400 余t。當地礦業經濟發展很快，特別是20世紀80年代礦山采選企業迅速發展，礦區內有國家和地方黃金企業數十家，礦山坑口數千個，礦業已成為靈寶市的支柱產業。然而，由於我國礦業資源的管理、開發體制很不健全，小秦嶺金礦區在淘金者的亂采濫挖下，不可再生的礦業資源和礦區地質環境遭到了嚴重的破壞。此外，人為的破壞還給該地區帶來了滑坡、泥石流、地面坍塌等地質災害。因此，運用適當的方法對小秦嶺金礦區地質環境進行綜合評價，對以後開展礦山恢復治理工作有重要的指導意義。

1 研究區地質環境概況

1.1 自然概況

小秦嶺金礦區位於河南省西部靈寶市境內的豫、陝、晉三省交界處，地理坐標為北緯34°24′～34°30′，東經110°21′～110°34′，礦區屬暖溫帶半乾旱大陸性季風氣候，四季分明，年平均氣溫26.1℃，年平均降水量645.8mm，7～9月份降水量佔全年降水量的50.8%，且多暴雨，具年內降水量分布不均勻的特點。

礦區以西峪為界，峪東屬靈寶市豫靈鎮，峪西歸陝西省潼關縣。北部以小秦嶺北緣斷裂為界，為中新生代靈寶斷陷盆地-黃土丘陵區；南以松樹地—周家山斷裂為界，為朱陽鎮斷陷帶。礦區山脊高程多在1 000m以上，總體地形具有南北低、中間高，西高東低的地形變化特徵。區內山嶺起伏，溝壑縱橫，具有谷窄、坡陡地形險要之特點。

礦區地層具有典型華北型的前寒武結晶基底和中元古代以來的蓋層結構。基底主要由新太古界太華群（Ar₂）和古元古界（Pt₁）組成，蓋層以區域性構造不整合上覆於結晶基底之上，主要由中新元古界熊耳群（Pt_2-1）、震旦系（Pt₃），寒武系及新生界組成，基本上不發育晚古生代和中生代地層。礦區為中山地貌類型、溝谷深切、地形起伏變化大，斷裂構造發育，地層及岩石相對破碎，局部山體不穩定，易形成崩塌、滑坡和泥石流災害，工程地質條件不良。

1.2 礦山開采現狀調查

2006年9月，由河南省國土資源研究院組織相關人員對小秦嶺金礦區內的27座主要礦山開采現狀進行調查統計，其中21座金礦的采礦規模為4 165t/日，占總的采礦規模的74.7%；年產值3.67億元，占年總產值的89.3%。可見，雖然小秦嶺金礦區除金礦開采外尚有其他礦產資源的採集，但金礦開採的年產值收入遠大於其他礦業開采。因此，金礦礦坑所在地區應作為地質環境評價的主要對象。

1.3 礦山地質問題

1.3.1 礦渣廢水排放嚴重

調查顯示這27座礦山的產出固體廢棄物量為119.34萬t/年，尾礦量122.17萬t/年，合計產生礦渣241.51萬t/年；固體廢棄物現積存量為1 653.32萬t，尾礦現積存量為1 644.75萬t，合計礦渣積存量3 298.07萬t。總的年廢水外排量為379萬m³，其中以Ⅲ類水為主，其中部分礦山排放的選礦廢水，造成水質污染較嚴重，為Ⅳ和Ⅴ類。在各類礦山中，礦渣和廢水的生產和積存主要來自於金礦開采。21座金礦生產的礦渣量占礦渣生產總量的96.5%，礦渣積存量占礦渣積存總量的99.5%。

1.3.2 礦山開采引發地質災害

小秦嶺金礦區大多數礦山都屬於地下開采，而深部的采礦活動必然對山體的穩定性造成威脅，雖然地質災害的發生有其特定地質條件，但也與工程活動密切相關。過去的20多年內，由於開采礦山引發的諸如滑坡、泥石流、崩塌、地面坍塌等地質災害達30多起，其中最為嚴重的兩次是：①1996年8月，大西峪、文峪發生泥石流，沖毀礦區公路13km、通訊線路3km，房屋、設備多有損壞，直接經濟損失690萬元，間接經濟損失663萬元；②1987年11月1日，大湖峪口東山發生滑坡，滑體長192m，寬80～120m，總體積約40萬m³，造成空壓機房、職工宿舍被摧毀，礦山停產達一年之久，直接經濟損失在700萬元以上。由此可見，由於開采礦山所引發的地質災害給當地人民生命財產安全和社會經濟穩定發展造成極大威脅。

2 評價模型的選取

人類對地質災害危險性綜合評價的研究經歷了很長時間，20世紀70年代初，Hewitt等提出「一地多災」的研究構想；基於Hewitt的研究思路，Puget Sound的研究人員針對本區洪水、地震、風暴、火山等災害分別製作潛在損失圖；80年代後，Van Westen等在GIS系統支持下進行了山地地質災害風險分析研究。我國從20世紀90年代相繼開展區域地質災害危險性的評價工作，例如，張業成等（2003年）針對我國崩塌、滑坡、泥石流、岩溶塌陷等災害，建立了地質災害危險性指數評價模型和危險性評價分析模型；王家鼎（1996年）利用模糊信息優化處理技術建立了城市綜合地質災害的評價模型等，我國已建立多種地質災害危險性評價模型。

目前，礦山地質環境評價多採用多指標綜合評價方法，常用方法有模糊綜合評價法（萬金寶等，2006）、灰色關聯綜合法（王國富等，2001）、物元分析法（高軍省，2007）等，但很難斷定哪種方法評價的結果最准確、最客觀。模糊綜合評價和灰色關聯綜合法已被廣泛運用於地質環境評價，但是由於它們本身在評價地質環境中所具有的模糊性和不確定性，往往會造成評價結果失真。經過篩選本文選用物元分析法，它具有以下特點：①可以將復雜問題抽象為形象化的模型，並應用這些模型研究基本理論，提出相應的應用方法；②可以建立事物多指標性能參數的質量評定模型，並能以定量的數值表示評定結果，從而能夠較完整地反映事物質量的綜合水平；③方法簡單可操作，易計算機進行編程處理；④物元分析法還未被運用於礦山地質環境評價。

物元分析法原理為：對評價對象建立物元矩陣，經典域、節域矩陣，用關聯函數計算綜合關聯度，根據綜合關聯度的不同取值范圍作為礦山地質環境的評價標准，確定評價結果所屬等級。物元分析法的具體計算步驟見高軍省（2007）《基於物元理論的水環境質量綜合評價方法及其應用》。

3 小秦嶺礦區地質環境綜合評價

3.1 評價單元劃分

結合對小秦嶺金礦區的實地調研結果，並遵照客觀、公正、科學地反映礦區地質環境區域差異的原則，將評價區劃分了87個評價單元。採用先定性分析礦區的主要地質環境問題，並綜合考慮地形地貌特徵、水系發育特徵、人類活動強度等因素，對礦區內問題比較突出的地區劃定評價單元網格；對於其餘地區，則按照3km×3km的正方形網格來劃分評價單元，在單元劃分的同時還注意與行政界域、水系界域的相互包容以及對邊緣單元、小單元的適當合並。此外，在遵循地質環境客觀特徵的基礎上，還考慮到兼顧局部特殊要求的情況，如在豫陝兩省交界的地區則按照行政分區邊界來劃定。劃分結果如下：單元dx1、dx2為大西峪區間；w1～w4為文峪區間；單元z1～z3為棗香峪區間；單元dh1～dh3為大湖峪區間；單元zy為藏馬峪和閻家峪區間；單元f為夫夫峪區間；單元g為觀音峪區間；單元j為荊山峪區間；單元i1～i10 為蒼珠峪、白花峪、槍馬峪、楊砦峪、朱家峪相應的區間；單元1～單元61是按照正方形網格與各類界域邊界交匯並進行適當合並或裁減的評價單元。

3.2 評價指標選擇及其評價標准

在綜合比較成玉祥等（2007）、徐友寧等（2003）、蔡斌等（2006）關於選取評價指標研究成果的基礎上，從小秦嶺金礦區地質環境現狀條件出發，綜合考慮研究區自然條件、人類活動影響、資料收集情況等因素，選擇了地表坡度、岩土體抗侵蝕性、植被覆蓋率、年降水量、地質災害、水土流失、地表水污染、人類工程活動強度、礦渣堆積量9個評價指標。

對於選取的評價指標，按照地質環境質量「優」、「良」、「中」、「差」、「極差」劃分為5個級別，各級別相應指標的標准值如表1所示。

表1 小秦嶺金礦區地質環境評價指標分級標准Table1 Index classification standard of geology environmental in Xiaoqin hill goldfield

3.3 確定權重系數

目前系數確定的方法很多，大致可分為德爾菲、層次分析等主觀賦權法和主成分分析、因子分析等客觀賦權法，運用主觀賦權法摻雜了決策者的主觀隨意性，而運用客觀賦權法卻缺乏決策者的意願，故本次研究採用主觀賦權與客觀賦權相結合的方法，先由主成分-因子分析賦權法計算出一組初始權重，再帶入評價模型進行計算，如果計算結果合理則直接採用該指標權重，如果計算結果差別較大，則在初始權重的基礎上再進行適當微調，最終求出一組合理的權重系數，如表2。

表2 評價指標的權重系數Table2 Weighing coefficient of evaluation index

3.4 小秦嶺礦區地質環境評價結果及分析

運用物元分析法，用VB語言編制相應的計算程序，結合各單元評價指標的量值和小秦嶺金礦區實地調研情況，給定地質環境質量評價的最終結果，見表3和圖1。

表3 小秦嶺金礦區地質環境質量評價結果Table3 Evaluative result of geologic environmental quality in Xiaoqin hill goldfield

圖1 小秦嶺金礦區地質環境質量評價效果圖

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

從表3可以看出，「優」等級別評價單元12個、「良」等級別評價單元23個、「中」等級別評價單元36個、「差」等級別評價單元10個、「極差」等級別評價單元6個。

「極差」等級別單元序號為w1，w3，z1，dh1，i5，i8；「差」等級別單元序號為38，46，dx1，dx2，w2，z2，i1，i3，i4，i6，這些單元主要分布在礦區的西南部，由於這些單元所在地區礦坑密集、采礦活動劇烈，對地質環境造成了極壞的影響，該地區地質災害的發生幾率大大高於礦區的其他地區，今後應作為礦山環境恢復治理工作的重點。

「中」、「良」等級的單元分布在泥石流溝的四周，起到過渡和緩沖的作用；在遠離人類活動的東南部區域，有「優」等級的區域存在。總體來看，小秦嶺礦區東南部地區環境質量最好，中部其次，西南部最差。

4 結論

（1）小秦嶺金礦區地質環境具有問題種類多、危害程度大等特點，選取能全面反映礦山地質環境和礦山開采活動狀況的9個要素因子作為評價對象，較為合理。

（2）物元分析法計算方便，對屬於相同級別的檢測單元間的差別亦可分區，對小秦嶺礦區地質環境評價可行，可靠。

（3）小秦嶺西南部采礦活動對地質環境的影響較為嚴重，今後應作為礦山環境恢復治理的重點。

參考文獻

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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