張麗閣,馬亞杰,高 旭

(1.河北理工大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,河北唐山 063009,2.西南科技大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院,四川綿陽(yáng) 621010)

0 引言

目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題的研究已從過(guò)去的定性分析轉(zhuǎn)入半定量—定量分析,隨著科學(xué)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,定量評(píng)價(jià)礦山地質(zhì)環(huán)境的研究方法越來(lái)越多。國(guó)家對(duì)地質(zhì)環(huán)境的保護(hù)與治理的重視程度越來(lái)越高的同時(shí),合理的評(píng)估礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量,使國(guó)家和地方有針對(duì)性地實(shí)施地質(zhì)環(huán)境保護(hù)和治理,都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境

閆莊鐵礦位于河北省昌黎縣城西南,行政隸屬昌黎縣靖安鎮(zhèn)管轄。礦區(qū)北距 205國(guó)道和京哈鐵路石門火車站15 km,北西距灤縣縣城25 km,北東距昌黎縣縣城 30 km,石門至靖安鄉(xiāng)級(jí)公路在礦區(qū)東部通過(guò),并有簡(jiǎn)易公路與礦區(qū)連接,交通便利。

1.1 地形地貌

研究區(qū)地形北高南低,京山鐵路以北屬低山丘陵,以南為山前傾斜平原。西北部平頂山至高點(diǎn)海拔標(biāo)高497.1m,東南部灤河河床最低處為 9.5m。區(qū)內(nèi)地貌按成因類型分為兩大類,構(gòu)造剝蝕地形和侵蝕堆積地形,簡(jiǎn)述如下:

(1)構(gòu)造剝蝕地形

主要分布于本區(qū)北部,基巖大部分裸露,地形陡峻,山頂多為尖頂或圓頂。盆谷毗連,坡降較大,地表徑流迅猛,水土流失嚴(yán)重,為溝河下游堆積提供了物質(zhì)來(lái)源。

(2)侵蝕堆積地形

主要分布于本區(qū)南部及主要河流的徑流地區(qū),主要由灤河堆積的各級(jí)階地所構(gòu)成,北部坡降較大,沖溝發(fā)育,地形切割強(qiáng)烈,水流沖刷極強(qiáng)。南部地形平緩,坡降在 0.7‰～1.1‰之間,由于灤河流速大減,造成大量泥砂在山前堆積,形成厚度可觀的新生界沉積物,建造了廣闊的兩級(jí)階地及河漫灘。

礦區(qū)內(nèi)地形簡(jiǎn)單,礦區(qū)內(nèi)植被主要為雜草,局部為防風(fēng)樹(shù)林,地貌類型單一

1.2 地層

區(qū)域出露的地層自老至新主要為太古界單塔子群白廟子組;中上元古界長(zhǎng)城系及古生界寒武系、奧陶系;新生界第四系地層。

1.3 區(qū)域構(gòu)造與地震

1.3.1 構(gòu)造

本區(qū)屬華北地臺(tái)燕遼臺(tái)褶帶東段,山海關(guān)隆起西南部,經(jīng)歷了五臺(tái)、呂梁、加里東、華力西及燕山等多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng),地層褶皺強(qiáng)烈,斷裂構(gòu)造發(fā)育。礦區(qū)位于山海關(guān)隆起的西南部,司馬長(zhǎng)復(fù)式向斜的南端,總體構(gòu)造線為近南北向,次一級(jí)褶皺構(gòu)造發(fā)育。褶皺構(gòu)造控制著本區(qū)鐵礦(帶)體的空間位置、形態(tài)和展布方向及規(guī)模;磁異常走向、規(guī)模、形態(tài)亦受構(gòu)造控制與礦體分布吻合。

本區(qū)斷裂主要有北北東向青龍 ～灤縣斷裂及近東西向的昌寧斷裂。礦區(qū)位于兩斷裂形成的北東部斷塊中。

1.3.2 地震

地震基本烈度為Ⅶ度,抗震設(shè)防應(yīng)為Ⅷ度,故建議今后礦區(qū)內(nèi)的重要建筑設(shè)施,還應(yīng)相應(yīng)提高抗震設(shè)防烈度。

1.4 水文環(huán)境

灤河屬于冀東最大河流,自西北向東南流經(jīng)礦區(qū)西側(cè),此段河流河床平緩,漫灘寬闊,河水流量分配極不均勻,水面寬度和河水深度也相差懸殊。豐水期河水對(duì)地下水的滲入補(bǔ)給量將增大,孔隙潛水含水層與下覆孔隙承壓含水層存在越流補(bǔ)給。排泄途徑為地下徑流、人工開(kāi)采和植被蒸發(fā)。

礦區(qū)位于灤河沖洪積扇中上部,灤河河漫灘上,區(qū)內(nèi)地形平坦,北高南低,地面標(biāo)高 12.50～17.00m,微向西(河床)傾斜。

1.5 工程地質(zhì)條件

礦區(qū)地層按其巖性及其工程地質(zhì)特征可分為三大層:第四系巖土層、風(fēng)化層、基巖。

第四系地層厚度 180～227.7m,主要為灤河洪、沖積形成的砂層、卵礫石層、粉質(zhì)粘土層等。地層水平分布,適宜做一般工業(yè)及民用建筑的持力層。

巖性為強(qiáng)風(fēng)化角閃斜長(zhǎng)混合片麻巖夾斜長(zhǎng)角閃巖:黃褐色,中粗粒結(jié)構(gòu),片麻狀構(gòu)造。風(fēng)化層厚度 10～40m,風(fēng)化裂隙發(fā)育,且多為高角度裂隙。擬建豎井工程地質(zhì)勘察結(jié)果fak=450 kPa。

基巖層巖性為混合花崗巖、磁鐵石英巖、斜長(zhǎng)角閃變粒巖等。本層巖石完整、致密、堅(jiān)硬,節(jié)理裂隙不發(fā)育。

2 礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)

2.1 評(píng)價(jià)概述

環(huán)境地質(zhì)綜合評(píng)價(jià)是一個(gè)復(fù)雜的綜合分析過(guò)程,影響環(huán)境地質(zhì)的因素繁多,如地貌特征、地質(zhì)構(gòu)造、工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件和海洋地質(zhì)條件等,而且作為標(biāo)度各級(jí)別的各因素指標(biāo)的界限又是十分模糊,很難用經(jīng)典數(shù)學(xué)模型加以統(tǒng)一度量,因此模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判法是進(jìn)行礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)綜合評(píng)判較為合理有效的數(shù)學(xué)方法。

2.2 評(píng)價(jià)單元的劃分

本礦區(qū)評(píng)價(jià)采用網(wǎng)格法,將礦區(qū)劃分為600個(gè) 150m×150 m網(wǎng)格單元,每個(gè)評(píng)價(jià)單元的實(shí)際面積為22 500m2。

2.3 評(píng)價(jià)因子的選擇及打分原則

分析影響礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境的主要因素,確定進(jìn)行環(huán)境地質(zhì)綜合評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)因子,以 10分為滿分,對(duì)評(píng)價(jià)因子進(jìn)行評(píng)分,分?jǐn)?shù)越高表明其對(duì)礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)質(zhì)量影響越大(見(jiàn)表 1)。

表1 評(píng)價(jià)因子的選擇及評(píng)分表

2.4 確定權(quán)重

2.4.1 建立遞階層次結(jié)構(gòu)模型

圖1 遞階層次結(jié)構(gòu)模型

2.4.2 建立判斷矩陣

建立了遞階層次分析模型后,逐項(xiàng)進(jìn)行兩兩比較得出判斷矩陣。結(jié)果如表 4:

表4 評(píng)價(jià)因子構(gòu)成的判斷矩陣及其之間的權(quán)重表

經(jīng)一致性檢驗(yàn),CR=0.0830＜0.1,判斷矩陣的一致性可以接受,所以,各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重分配為:

2.5 模糊集合的建立及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、指標(biāo)的確定

將閆莊礦區(qū)按環(huán)境地質(zhì)質(zhì)量劃分為四個(gè)等級(jí),建立評(píng)價(jià)模糊集合

式中 V1——環(huán)境地質(zhì)優(yōu)區(qū);V2——環(huán)境地質(zhì)良區(qū);V3——環(huán)境地質(zhì)中區(qū);V4——環(huán)境地質(zhì)差區(qū)。

根據(jù)上述兩個(gè)模糊集合的隸屬關(guān)系,給出評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)指標(biāo)系數(shù)(見(jiàn)表 5)

表5 待評(píng)區(qū)環(huán)境地質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及給定指標(biāo)

各評(píng)價(jià)因子相對(duì)于這四個(gè)穩(wěn)定等級(jí)的隸屬函數(shù):

2.6 模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判法

模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判法的數(shù)學(xué)模型是:

B——所求的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果;

A——參與評(píng)價(jià)因子的權(quán)重構(gòu)成的一個(gè)(1 m)階矩陣;

R——由各單元因子評(píng)價(jià)行矩陣組成的(m n)階模糊關(guān)系矩陣。

2.7 建立模糊關(guān)系矩陣

確定了隸屬函數(shù),便可以據(jù)此計(jì)算出5項(xiàng)因子(U1,U2,U3,U4,U5)各自相對(duì)于模糊集合{V1,V2,V3, V4}4個(gè)穩(wěn)定等級(jí)的 4個(gè)模糊隸屬度,根據(jù)這 20隸屬度,便可以形成隸屬度構(gòu)成一個(gè)(54)階模糊關(guān)系矩陣。例如,對(duì)于二區(qū) 31號(hào)待評(píng)區(qū),其 5個(gè)因子得分分別為 2,1,5,6,5,將每個(gè)數(shù)分別代入以上四個(gè)隸屬函數(shù)計(jì)算,便可得到一個(gè)(54)階矩陣,如下:

2.8 綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

二區(qū)31號(hào)待評(píng)區(qū)的模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為:

經(jīng)過(guò)歸一化處理,按最大隸屬度原則,確定該評(píng)價(jià)單元的地質(zhì)環(huán)境等級(jí)。依照上述原則礦區(qū)的地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)結(jié)果如圖 3,其中黃色為環(huán)境地質(zhì)中區(qū),綠色為環(huán)境地質(zhì)優(yōu)區(qū)。

圖2 閆莊礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)結(jié)果

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)閆莊礦區(qū)的地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià),可以將礦區(qū)分成以下兩個(gè)地區(qū):

(1)地質(zhì)環(huán)境優(yōu)區(qū)

面積大約 1.35×107m2,包括工作及生活區(qū)、尾礦庫(kù)區(qū)和選廠區(qū),這些區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性小,地面穩(wěn)定性較好,場(chǎng)地建設(shè)適宜。

(2)地質(zhì)環(huán)境中等地區(qū)

面積大約 3.63×106m2,主要包括采礦工業(yè)區(qū)、及采礦區(qū)外的西北地區(qū)。采礦工業(yè)區(qū)水文地質(zhì)條件較復(fù)雜,在采礦過(guò)程中會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的空氣環(huán)境污染,并可能存在地面環(huán)境問(wèn)題,如地面沉降、巖溶塌陷、土壤污染及礦震等問(wèn)題;在采礦區(qū)的西北地區(qū)受地質(zhì)構(gòu)造的影響較大,該范圍內(nèi)的巖石強(qiáng)度低、較破碎、有裂隙。地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性大,地面穩(wěn)定性中等,場(chǎng)地建設(shè)適宜性中等。

綜上所述,在礦區(qū)內(nèi)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)礦山所有人員的地質(zhì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)教育,加強(qiáng)對(duì)地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題的防治知識(shí)宣傳。避免污染地下水資源,采取排供結(jié)合、循環(huán)使用節(jié)約水資源。選擇科學(xué)合理的防治水及開(kāi)拓、掘進(jìn)、充填方案,所有建構(gòu)筑物要按響應(yīng)防震級(jí)別設(shè)計(jì)施工。礦山在建設(shè)過(guò)程中保護(hù)好現(xiàn)有植被,加強(qiáng)綠化工作,保護(hù)、改善生態(tài)環(huán)境。

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