礦山地質(zhì)環(huán)境的研究進(jìn)展綜述

吳尚彬

（中國地質(zhì)大學(xué)（北京）工程技術(shù)學(xué)院，北京 100083）

礦山地質(zhì)環(huán)境是指曾經(jīng)開采、正在開采或準(zhǔn)備開采的礦山及其鄰近地區(qū)的巖石圈表層與大氣圈、水圈、生物圈組分之間不斷進(jìn)行物質(zhì)交換和能量流動(dòng)的一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的環(huán)境系統(tǒng)。礦產(chǎn)資源在開采過程中必然會(huì)對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境造成影響進(jìn)而引起礦山地質(zhì)環(huán)境問題。因此需要采用合理的方法對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行調(diào)查和監(jiān)測(cè)，進(jìn)而采取科學(xué)的方法對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)，最后制定出行之有效的方案對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行防治。這樣才能在開發(fā)礦產(chǎn)資源時(shí)減少對(duì)環(huán)境的破壞，實(shí)現(xiàn)人類與自然和諧相處。礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查、礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)、礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)、礦山地質(zhì)環(huán)境治理是礦山地質(zhì)環(huán)境研究的主要對(duì)象。

1 礦山地質(zhì)環(huán)境研究現(xiàn)狀

1.1 礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查與監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀

礦山地質(zhì)作用與礦山原生的地質(zhì)環(huán)境的相互作用，會(huì)導(dǎo)致原生的礦山地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生變化，然而礦山地質(zhì)環(huán)境承受這種變化的能力有限，當(dāng)這種變化過大時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生礦山環(huán)境地質(zhì)問題。礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查也是礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查包含兩點(diǎn)內(nèi)容：一是查明礦山原生的地質(zhì)環(huán)境容量和質(zhì)量，預(yù)測(cè)原生地質(zhì)環(huán)境對(duì)礦山開采的影響；二是查明礦山環(huán)境地質(zhì)問題的類型、分布和危害情況，并判斷影響和控制礦山環(huán)境地質(zhì)問題的主要因素，并查明礦山環(huán)境地質(zhì)問題的形成機(jī)理。

礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)在礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查中起到重要作用。遙感數(shù)據(jù)具有高空間分辨率、高光譜分辨率、高時(shí)間分辨率的特點(diǎn)，因此常被運(yùn)用于礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查中。Venkataraman等[1]曾利用遙感技術(shù)對(duì)植被、土地占用、水質(zhì)、土質(zhì)等影響礦產(chǎn)資源開發(fā)的要素進(jìn)行定性分析。Rigina[2]將多數(shù)據(jù)遙感作為綜合環(huán)境影響評(píng)價(jià)工具，同時(shí)將遙感輔以現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量、實(shí)地調(diào)查和數(shù)學(xué)建模，最終實(shí)現(xiàn)礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)。

近年來，我國研究人員也開始逐漸運(yùn)用遙感技術(shù)進(jìn)行礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查。梁暉等[3]將計(jì)算機(jī)圖像處理和遙感技術(shù)運(yùn)用于礦產(chǎn)資源開發(fā)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。楊顯華等[4]將SPOT6衛(wèi)星圖像遙感解譯與野外調(diào)查相結(jié)合，準(zhǔn)確查出礦山地質(zhì)環(huán)境情況。

除遙感技術(shù)外，無人機(jī)攝影測(cè)量，探地雷達(dá)技術(shù)也被應(yīng)用于礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查。王鳳艷等[5]運(yùn)用無人機(jī)攝影測(cè)量進(jìn)行礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查，實(shí)現(xiàn)了快速獲取礦山地質(zhì)環(huán)境信息，并且其測(cè)量精度較高。

1.2 礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)現(xiàn)狀

礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)是基于礦山環(huán)境地質(zhì)問題調(diào)查,設(shè)定特定的評(píng)價(jià)體系，并選取合適的評(píng)價(jià)因子，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量或礦山環(huán)境地質(zhì)問題的評(píng)價(jià)[6]。當(dāng)前國內(nèi)分析方法主要有有限差分法、綜合指數(shù)法、層次分析法、加權(quán)比重法、灰色關(guān)聯(lián)度法、模糊綜合評(píng)判法、物元分析法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。

礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)因子的選取在礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)體系中極為重要，評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性會(huì)受其影響，不同評(píng)價(jià)體系采用的環(huán)境評(píng)價(jià)因子有所不同。

1.3 礦山地質(zhì)環(huán)境治理現(xiàn)狀

西方發(fā)達(dá)國家在礦山地質(zhì)環(huán)境治理上投入的資金越來越多，由先污染、后治理轉(zhuǎn)為以預(yù)防為主、預(yù)防與治理相結(jié)合。例如在澳大利亞，生態(tài)恢復(fù)已然成為開采工藝的一部分，開采和復(fù)墾同時(shí)進(jìn)行。德國在露天開采煤礦時(shí)，先將粉煤灰等廢料直接回填到采煤坑，再將剝離的粘土覆蓋在其上，并種植作物。

目前我國政府十分重視礦山地質(zhì)環(huán)境的恢復(fù)治理工作，全國各地因地制宜，摸索出了適合自己的礦山地質(zhì)環(huán)境治理措施。在資源枯竭型礦山城市環(huán)境治理中，治理模式就包含了礦山復(fù)綠型、災(zāi)害治理型、景觀再造型、公益園區(qū)型、功能改善型、綜合治理型等類型。

2 礦山地質(zhì)環(huán)境研究熱點(diǎn)方向

礦山地質(zhì)環(huán)境研究目前的熱點(diǎn)主要集中在礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)、礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)、礦山地質(zhì)災(zāi)害機(jī)理研究、礦山地質(zhì)環(huán)境污染、礦山地質(zhì)環(huán)境的保護(hù)與重建等內(nèi)容。在礦山地質(zhì)調(diào)查、監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，近年來無人機(jī)技術(shù)以及遙感技術(shù)的快速發(fā)展大大推動(dòng)了礦山地質(zhì)調(diào)查的發(fā)展，利用先進(jìn)技術(shù)，人們可以更加快速準(zhǔn)確輕松地獲取礦山地質(zhì)環(huán)境信息。探地雷達(dá)技術(shù)的運(yùn)用也將提高調(diào)查的精度和效率。

礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)研究的熱點(diǎn)則是將遙感與地理信息系統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合。采用GIS和RS，楊青華等[7]首先建立起新礦山環(huán)境地質(zhì)評(píng)價(jià)體系，并明確評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)和量化評(píng)價(jià)指標(biāo)的方法，明確各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)在評(píng)價(jià)體系中的權(quán)重，繪制出礦山地質(zhì)環(huán)境影響評(píng)價(jià)分區(qū)圖。袁素鳳等[8]通過分析礦區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境的各類指標(biāo)，創(chuàng)建起江倉四井田礦山地質(zhì)環(huán)境影響程度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并利用了GIS基礎(chǔ)下的模糊綜合評(píng)判方法，成功實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)高寒地區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境。李小燕等[9]基于RS和GIS技術(shù)進(jìn)行礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查，采用AHP決策分析法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值，并依靠ArcGIS技術(shù)平臺(tái)提取各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的信息，從而實(shí)現(xiàn)礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)。

3 礦山地質(zhì)環(huán)境研究存在問題

2008年以前，國內(nèi)礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)對(duì)環(huán)境問題的研究比較片面，沒有形成全面的礦山地質(zhì)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)的方法。礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)因子選取是否全面很大程度影響了評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確度。趙朝賀等[10]認(rèn)為礦山地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取，不同于一般區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的研究，因?yàn)榫唧w到礦山的開采利用現(xiàn)狀不同，誘發(fā)可能性大小、危害性大小，發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的類型、范圍，這對(duì)于地質(zhì)災(zāi)害的評(píng)價(jià)指標(biāo)都要求有很強(qiáng)的特殊性和針對(duì)性。

目前，礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)仍存在以下問題：①礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)因子選取不夠全面。②評(píng)價(jià)時(shí)多采用定性描述，不能夠量化礦山地質(zhì)環(huán)境指標(biāo)，因此評(píng)價(jià)結(jié)果不夠準(zhǔn)確和嚴(yán)謹(jǐn)。③評(píng)價(jià)方法眾多，評(píng)價(jià)結(jié)果缺乏可比性。④各致災(zāi)因子權(quán)重難以確定，受人為主觀影響大。

4 礦山地質(zhì)環(huán)境研究未來趨勢(shì)

在礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查方面，遙感技術(shù)、無人機(jī)技術(shù)、探地雷達(dá)技術(shù)等被更加廣泛地運(yùn)用于礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查。由于遙感技術(shù)存在早期人工解譯、基于像元分類等遙感影像信息提取方法效率低下，以及解譯精度受人為因素影響大、對(duì)高分辨率影像應(yīng)用效率不足等問題，因此未來研究的趨勢(shì)是要實(shí)現(xiàn)遙感信息的自動(dòng)化提取。

在礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)方面，礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)的研究中的關(guān)鍵問題是確定科學(xué)合理的量化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系并且建立科學(xué)合理的綜合評(píng)價(jià)模型以及選取科學(xué)合理的評(píng)價(jià)方法[11]。對(duì)待地質(zhì)環(huán)境情況復(fù)雜的礦山，要更系統(tǒng)更全面的進(jìn)行地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)分析研究，可以考慮在評(píng)價(jià)時(shí)將更多因子進(jìn)行分區(qū)，使用分區(qū)界線劃分評(píng)價(jià)單元。此方法既可以明確每個(gè)評(píng)價(jià)單元的礦山地質(zhì)環(huán)境問題，同時(shí)提高評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性，降低人為因素的影響。

在礦山地質(zhì)環(huán)境治理方面，加大礦山治理投入迫在眉睫，歷史遺留礦山需要盡快得到治理，同時(shí)應(yīng)該通過落實(shí)相關(guān)關(guān)法律法規(guī)，避免新的因人為因素造成的礦山地質(zhì)環(huán)境問題發(fā)生；在技術(shù)上需要不斷提高礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查、監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)技術(shù)水平；同時(shí)還需要通過不斷革新采礦技術(shù)以減少對(duì)環(huán)境的破壞。相關(guān)單位需要不斷開展礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)和綜合治理技術(shù)研究，不斷提高礦山治理能力。

5 結(jié)論

在礦山地質(zhì)環(huán)境研究領(lǐng)域，中國起步雖然較世界發(fā)達(dá)國家晚，但研究進(jìn)展較快，已取得了頗多成果。礦山地質(zhì)環(huán)境研究主要集中在礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查、礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)、礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)、礦山地質(zhì)環(huán)境治理四個(gè)方面。在礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查、監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，主要使用遙感調(diào)查、無人機(jī)調(diào)查、地面調(diào)查、樣品測(cè)試、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等方法，其中遙感調(diào)查與無人機(jī)調(diào)查的使用頻率越來越高，也是未來主要發(fā)展方向。在礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)領(lǐng)域，研究人員采用了不同種類的評(píng)價(jià)方法，如層次分析法、加權(quán)比重法、模糊綜合評(píng)判法、有限差分法、灰色關(guān)聯(lián)度法、物元分析法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、綜合指數(shù)法等，但是它們都具有一定局限性，不能使用所有情況，有選取評(píng)價(jià)因素時(shí)考慮不夠全面、缺乏量化的評(píng)價(jià)指標(biāo)、各致災(zāi)因子權(quán)重難以確定、專家打分法主觀性強(qiáng)等缺點(diǎn)。未來應(yīng)該朝著確定科學(xué)合理的量化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，建立科學(xué)合理的綜合評(píng)價(jià)模型，選取科學(xué)合理的評(píng)價(jià)方法的方向發(fā)展。在礦山地質(zhì)環(huán)境治理方面，建立一個(gè)合理完整的礦山地質(zhì)環(huán)境治理模式、改善礦山地質(zhì)環(huán)境治理技術(shù)是礦山地質(zhì)環(huán)境治理研究的未來方向。