多金屬礦區地質環境承載力的評價研究

杜金亮，徐志強

（山東省第四地質礦產勘查院，山東 濰坊 261000）

1 多金屬礦區地質環境承載力評價的現狀研究

近年來，關于多金屬礦區地質環境承載力的研究方興未艾。隨著研究的不斷深入，學者們對其重要性的認識發生了明顯的轉變，關于地質環境承載力的內涵也逐漸豐富，更加完善。

總的來說，礦區地質環境承載力廣義上是指在不影響礦區結構穩定及人類正常的社會經濟活動的前提下，礦業活動可對礦區進行的最大開發強度[1]。

礦區的地質環境承載力直接反映著礦業活動的適宜性，承載力越高越適宜開采。

目前關于地質環境承載力的研究存在以下兩個難點：①缺乏一個適宜的表征量來對地質環境承載力進行量化和表征；②目前的定量指標通常選取人口、面積和經濟等指標進行，這些指標已經不單單是自然屬性，因此無法從整體評估礦區的地質環境承載力。當前關于礦區地質環境承載力的評價已經有許多系統性研究，但取得的成果有限，有待進一步地深入研究，當前研究的不足之處主要有以下幾點：①以單項研究居多，缺乏地質環境承載力的綜合要素評價研究；②研究較膚淺，未形成完整的理論體系；③地質環境承載力的定量方法尚未統一[2]。

2 環境承載力的評價方法

2.1 地質環境系統分析

地質環境系統十分龐大且復雜，其包含眾多物質和能量，這些物質和能量按照一定的方式共同構成了地質環境系統。

地質環境系統作為一個整體，我們可以將其看作是時間和空間的結合體，其結構也可分為時間和空間結構。空間結構是由物質實體形態按照一定的空間特征排列而成，可根據其空間結構不同分為水平和垂直結構，其結構呈現顯著的層次性。因此，基于其層次性結構的特點，我們可以采用層析分析法來進行地質環境承載力指標體系的構建[3]。

2.2 評價指標的確定

多金屬礦區通常地質十分廣闊且復雜，通過對問題進行深入分析，并對條件進行分解，我們可以將地質環境承載力評價體系劃分為目標、準則、問題和指標等4個層次，這4個層次與其組成元素是一一對應的。在評價時應以原生環境作為重點，同時還應考慮自然環境因素，最終的評價結果能夠反映多金屬礦區的開發潛力。

目標層表示的是多金屬礦區地質環境的承載力，準則層則是衡量目標能否實現的準則，也可理解成多金屬礦區的開采對地質環境的影響，具體影響主要包括三個方面，水土污染、環境破壞及地質災害的發生等。上述因素從三個不同角度反映了礦產開采對地質環境的影響，以及這種影響對礦業活動的危害[4]。

結合上述三個因素就可以反映多金屬礦區的地質環境是否適宜礦業活動。基于此，我們常將標準層劃分成三個方面：水土資源、地質條件及生態環境，其對應的地質環境問題如下：水土資源：包括水資源及土壤污染等；地質條件：塌陷、崩塌、滑坡等地質災害，生態環境：植被破壞、土地荒漠化以及水土流失等[5，6]。

評價指標在選擇時應該充分考慮其普適性和可操作性等，我們首先要做的是對容易引發地質環境問題的因素進行總結。這些因素往往不具備明確的物理意義，或較難獲取，抑或是相關性較高但精度不統一，在實際應用中可操作性較差。而通過GIS系統的聚類分析功能對這些因素進行優化后，即可篩選出獨立的、清晰、代表性的評價指標。

2.3 評價指標的量化分級

不同評價指標在屬性、尺度和維度等方面均存在明顯的差異，因此其定量可比性不高。對于部分定量數據不足的指標，我們根據其對目標的影響程度分級，以此來反映地質環境的由好到壞的變化。

通過對其定性描述并賦予分值后即可做比較，這里的分值是相對的。在參考國內外相關標準及研究成果，并結合當前國內外多金屬礦區的實際情況，并委托多位相關專家對其進行分類評分，最后評價指標共分為五個層次，最高記為5，最低記為1。

2.4 評價指標的權重

考慮到研究領域的廣泛性，太過精確的權重定義方法顯然不合適，基于此我們選擇了層次分析法來進行定義權重，該方法相對成熟，且在宏觀評價中非常實用。具體步驟：①層次結構的建立，主要有目標、問題和指標層三種；②判斷矩陣的確定，根據satty 1-9進行標度，各專家分別比較各評價因素，確定自己的判斷矩陣，集中所有成員的判斷矩陣，進行分析匯總并經過修改討論后確定綜合判斷矩陣；③權重的計算，由②中確定的判斷矩陣來計算指標的權重，且須經過一致性檢驗[7]。

采用問卷調查的方式對調查相關專家的意見，同時在查閱國內外文獻基礎上，采用相關軟件計算對應的判斷矩陣以及指標的權重，對各個評價指標分別打分，并構建各自的判斷矩陣。

經一致性檢驗，若其平均一致性＜0.1，表明其具有一致性，權重分配合理。

2.5 評價模型

評價模型選擇的是基于GIS的加權平均綜合指數模型。該技術可以有效地提取、處理各地質環境承載力的指標層，并采用加權平均綜合指數法對各評價指標層作疊置分析，即可得到多金屬礦區地質環境的承載力指數。

式中：PI為地質環境的承載力指數；

Wi為綜合權重；

Pi為指標的評分；

n為指標的數量。

2.6 評價過程

在ArcGIS軟件的基礎上，通過其矢量數據疊加分析功能對指定單元進行劃分、編輯和賦值。常見的數據類型主要可以分為兩種。其一是有明確數據來源的柵格如氣溫、降雨、坡度和植被覆蓋率等，主要是通過建立一系列評價指標網格集。每個網格單元根據分類級別給出一個特定的值來描述網格的類別、類型和組成，最后在ArcGIS中將其轉換為矢量數據信息并以字段的形式存儲[8]。其二是土壤類型、巖層特征和土地利用類型等分類指標，是通過收集遙感解譯資料和地質背景資料，并以矢量數據進行存儲。單個要素圖層疊置分析后，網格將進行自動剖分，并分配新的ID和分級指數[9]。

最后，利用ArcGIS平臺中的相關計算器計算特定ID單元格的值，即可知曉各評價單元的綜合指數。通常認為計算值越小，地質環境承載力越低，反之則越高。

根據計算值可將地質環境承載力的評價以數值形式表示，并將其分成5個等級，其中的0～1分則認為其承載力極弱，1分～2分為較弱，2分～3分為良好，3分～5為較好，4分～5分為最好。

3 小結

對于承載力較強的礦區可以開展中小型的礦業活動，承載力中等的礦區只能開展小型的礦業活動，而承載力較弱的礦區則應禁止開展任何礦業活動。在礦業開發活動中，應該做到科學規劃和布局，嚴格監測，對于已經受影響的礦區應該及時采取有效措施進行治理，此外還應建立健全生態環境保護及補償修復機制。