多金属矿区地质环境承载力的评价研究

杜金亮，徐志强

（山东省第四地质矿产勘查院，山东 潍坊 261000）

1 多金属矿区地质环境承载力评价的现状研究

近年来，关于多金属矿区地质环境承载力的研究方兴未艾。随着研究的不断深入，学者们对其重要性的认识发生了明显的转变，关于地质环境承载力的内涵也逐渐丰富，更加完善。

总的来说，矿区地质环境承载力广义上是指在不影响矿区结构稳定及人类正常的社会经济活动的前提下，矿业活动可对矿区进行的最大开发强度[1]。

矿区的地质环境承载力直接反映着矿业活动的适宜性，承载力越高越适宜开采。

目前关于地质环境承载力的研究存在以下两个难点：①缺乏一个适宜的表征量来对地质环境承载力进行量化和表征；②目前的定量指标通常选取人口、面积和经济等指标进行，这些指标已经不单单是自然属性，因此无法从整体评估矿区的地质环境承载力。当前关于矿区地质环境承载力的评价已经有许多系统性研究，但取得的成果有限，有待进一步地深入研究，当前研究的不足之处主要有以下几点：①以单项研究居多，缺乏地质环境承载力的综合要素评价研究；②研究较肤浅，未形成完整的理论体系；③地质环境承载力的定量方法尚未统一[2]。

2 环境承载力的评价方法

2.1 地质环境系统分析

地质环境系统十分庞大且复杂，其包含众多物质和能量，这些物质和能量按照一定的方式共同构成了地质环境系统。

地质环境系统作为一个整体，我们可以将其看作是时间和空间的结合体，其结构也可分为时间和空间结构。空间结构是由物质实体形态按照一定的空间特征排列而成，可根据其空间结构不同分为水平和垂直结构，其结构呈现显著的层次性。因此，基于其层次性结构的特点，我们可以采用层析分析法来进行地质环境承载力指标体系的构建[3]。

2.2 评价指标的确定

多金属矿区通常地质十分广阔且复杂，通过对问题进行深入分析，并对条件进行分解，我们可以将地质环境承载力评价体系划分为目标、准则、问题和指标等4个层次，这4个层次与其组成元素是一一对应的。在评价时应以原生环境作为重点，同时还应考虑自然环境因素，最终的评价结果能够反映多金属矿区的开发潜力。

目标层表示的是多金属矿区地质环境的承载力，准则层则是衡量目标能否实现的准则，也可理解成多金属矿区的开采对地质环境的影响，具体影响主要包括三个方面，水土污染、环境破坏及地质灾害的发生等。上述因素从三个不同角度反映了矿产开采对地质环境的影响，以及这种影响对矿业活动的危害[4]。

结合上述三个因素就可以反映多金属矿区的地质环境是否适宜矿业活动。基于此，我们常将标准层划分成三个方面：水土资源、地质条件及生态环境，其对应的地质环境问题如下：水土资源：包括水资源及土壤污染等；地质条件：塌陷、崩塌、滑坡等地质灾害，生态环境：植被破坏、土地荒漠化以及水土流失等[5，6]。

评价指标在选择时应该充分考虑其普适性和可操作性等，我们首先要做的是对容易引发地质环境问题的因素进行总结。这些因素往往不具备明确的物理意义，或较难获取，抑或是相关性较高但精度不统一，在实际应用中可操作性较差。而通过GIS系统的聚类分析功能对这些因素进行优化后，即可筛选出独立的、清晰、代表性的评价指标。

2.3 评价指标的量化分级

不同评价指标在属性、尺度和维度等方面均存在明显的差异，因此其定量可比性不高。对于部分定量数据不足的指标，我们根据其对目标的影响程度分级，以此来反映地质环境的由好到坏的变化。

通过对其定性描述并赋予分值后即可做比较，这里的分值是相对的。在参考国内外相关标准及研究成果，并结合当前国内外多金属矿区的实际情况，并委托多位相关专家对其进行分类评分，最后评价指标共分为五个层次，最高记为5，最低记为1。

2.4 评价指标的权重

考虑到研究领域的广泛性，太过精确的权重定义方法显然不合适，基于此我们选择了层次分析法来进行定义权重，该方法相对成熟，且在宏观评价中非常实用。具体步骤：①层次结构的建立，主要有目标、问题和指标层三种；②判断矩阵的确定，根据satty 1-9进行标度，各专家分别比较各评价因素，确定自己的判断矩阵，集中所有成员的判断矩阵，进行分析汇总并经过修改讨论后确定综合判断矩阵；③权重的计算，由②中确定的判断矩阵来计算指标的权重，且须经过一致性检验[7]。

采用问卷调查的方式对调查相关专家的意见，同时在查阅国内外文献基础上，采用相关软件计算对应的判断矩阵以及指标的权重，对各个评价指标分别打分，并构建各自的判断矩阵。

经一致性检验，若其平均一致性＜0.1，表明其具有一致性，权重分配合理。

2.5 评价模型

评价模型选择的是基于GIS的加权平均综合指数模型。该技术可以有效地提取、处理各地质环境承载力的指标层，并采用加权平均综合指数法对各评价指标层作叠置分析，即可得到多金属矿区地质环境的承载力指数。

式中：PI为地质环境的承载力指数；

Wi为综合权重；

Pi为指标的评分；

n为指标的数量。

2.6 评价过程

在ArcGIS软件的基础上，通过其矢量数据叠加分析功能对指定单元进行划分、编辑和赋值。常见的数据类型主要可以分为两种。其一是有明确数据来源的栅格如气温、降雨、坡度和植被覆盖率等，主要是通过建立一系列评价指标网格集。每个网格单元根据分类级别给出一个特定的值来描述网格的类别、类型和组成，最后在ArcGIS中将其转换为矢量数据信息并以字段的形式存储[8]。其二是土壤类型、岩层特征和土地利用类型等分类指标，是通过收集遥感解译资料和地质背景资料，并以矢量数据进行存储。单个要素图层叠置分析后，网格将进行自动剖分，并分配新的ID和分级指数[9]。

最后，利用ArcGIS平台中的相关计算器计算特定ID单元格的值，即可知晓各评价单元的综合指数。通常认为计算值越小，地质环境承载力越低，反之则越高。

根据计算值可将地质环境承载力的评价以数值形式表示，并将其分成5个等级，其中的0～1分则认为其承载力极弱，1分～2分为较弱，2分～3分为良好，3分～5为较好，4分～5分为最好。

3 小结

对于承载力较强的矿区可以开展中小型的矿业活动，承载力中等的矿区只能开展小型的矿业活动，而承载力较弱的矿区则应禁止开展任何矿业活动。在矿业开发活动中，应该做到科学规划和布局，严格监测，对于已经受影响的矿区应该及时采取有效措施进行治理，此外还应建立健全生态环境保护及补偿修复机制。