李小燕，談樹成，馬國胤，李永平，楊 林，趙志芳

(1.云南大學(xué)資源環(huán)境與地球科學(xué)學(xué)院，云南 昆明 650500；2.云南大學(xué)“一帶一路”研究院，云南 昆明 650500)

0 引 言

昆陽磷礦是全國三大磷礦資源開發(fā)利用基地之一，磷礦資源豐富，為我國經(jīng)濟發(fā)展做出了重大的貢獻。但是由于大量的礦產(chǎn)資源開發(fā)利用，造成了礦區(qū)土地壓占與損毀、地質(zhì)災(zāi)害隱患、環(huán)境污染等一系列礦山地質(zhì)環(huán)境問題，影響了昆陽磷礦礦區(qū)礦產(chǎn)資源的可持續(xù)開發(fā)利用。

因此，如何實現(xiàn)既能合理開發(fā)利用礦產(chǎn)資源，又能有效的保護礦山地質(zhì)環(huán)境，是一個重要的科學(xué)問題。本文以2015年度云南省土地變更調(diào)查高分2號遙感影像數(shù)據(jù)、礦業(yè)權(quán)數(shù)據(jù)、自然地理、基礎(chǔ)地質(zhì)等資料為基礎(chǔ)，建立解譯標志，對昆陽磷礦礦區(qū)內(nèi)的礦產(chǎn)資源開發(fā)狀況、礦山地質(zhì)災(zāi)害、環(huán)境污染等進行了室內(nèi)解譯，并利用GPS技術(shù)對室內(nèi)遙感解譯圖斑進行野外實地調(diào)查和驗證。通過室內(nèi)外聯(lián)合研究，全面系統(tǒng)地得出了昆陽磷礦礦區(qū)的地質(zhì)環(huán)境特征和主要礦山地質(zhì)環(huán)境問題。以此為基礎(chǔ)，厘定了昆陽磷礦礦區(qū)的礦山地質(zhì)環(huán)境評價指標體系，利用ArcGIS技術(shù)平臺，采用要素指標加權(quán)分值綜合評價模型對研究區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境進行了評價，劃分了礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量優(yōu)劣分區(qū)。成果可為當(dāng)?shù)卣临Y源、礦政管理部門等更合理地開發(fā)利用礦產(chǎn)資源、有針對性地進行礦山監(jiān)督管理，有效實施礦山地質(zhì)環(huán)境保護與恢復(fù)治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

1.1 交通位置

昆陽磷礦礦區(qū)距昆明市32 km，涉及晉寧縣、西山區(qū)兩個縣級行政區(qū)。區(qū)內(nèi)磷礦資源豐富，開采條件優(yōu)越，是昆明市重要的磷礦基地，為昆明市經(jīng)濟社會的發(fā)展做出了巨大的貢獻。經(jīng)緯度范圍：102°22′21.88″～102°34′59.37″E，24°41′58.60″～24°47′44.73″N，面積100 km2。研究區(qū)初步形成了以縣鄉(xiāng)等級公路為基礎(chǔ)的交通網(wǎng)絡(luò)，交通條件相對較好。

1.2 礦山開發(fā)狀況及分布特征

昆陽磷礦礦區(qū)內(nèi)具備了較好的磷礦成礦條件，區(qū)內(nèi)磷礦資源豐富。主要礦種類型有磷礦、石灰?guī)r礦、建筑用砂等。截至2015年7月底，礦區(qū)內(nèi)共有磷礦7個，占整個研究區(qū)礦山的71.43%，石灰?guī)r礦1個，占整個研究區(qū)礦山的14.29%，建筑用砂礦1個，占整個研究區(qū)礦山的14.29%，見表1。

昆陽磷礦礦區(qū)內(nèi)主要以磷礦露天集中開采為特征。有大型磷礦床2個，鋁礦礦點1個。區(qū)內(nèi)主要開采礦種為磷礦。主要集中分布云南磷化集團有限公司昆陽磷礦和云南磷化集團有限公司昆陽磷礦二礦兩大礦山，其他礦種較為零星。主要分布于晉寧縣街鎮(zhèn)及西山區(qū)古城鎮(zhèn)一帶。

表1 昆陽磷礦礦區(qū)礦山分類統(tǒng)計表

2 礦山開發(fā)及礦山地質(zhì)環(huán)境遙感調(diào)查

2.1 遙感調(diào)查數(shù)據(jù)源的選擇

本文采用高分2號遙感影像數(shù)據(jù)，時相為2015年3月21日，影像空間分辨率為0.8 m。影像覆蓋整個研究區(qū)，覆蓋面積約100 km2。由于高分辨率的遙感影像數(shù)據(jù)，可直接從影像上辨別出礦山建筑物、開采裸地、耕地、林地、道路、河流等地物類型，為解譯標志的建立提供了高精度數(shù)據(jù)源。

2.2 解譯標志的建立

解譯標志是指不同的地物類型在影像上特有的表現(xiàn)形式，不同的地物類型具有不同的影像特征[1-2]。本文根據(jù)研究區(qū)高分2號遙感影像數(shù)據(jù)的色調(diào)、亮度、陰影、飽和度、紋理、形狀、結(jié)構(gòu)等特征，借鑒前人已建立的解譯標志，結(jié)合地質(zhì)資料和野外實地調(diào)查經(jīng)驗判斷地物類型[3-5]，運用地學(xué)相關(guān)分析法，建立各類礦山占地在高分2號遙感影像圖上的遙感解譯標志如表2所示。

2.3 遙感影像信息提取

根據(jù)建立的解譯標志，對研究區(qū)高分影像進行人機交互解譯。在ERDAS軟件的圖像空間增強模塊中，利用紋理分析功能，突出影像中地物類型的輪廓特征[6]。在ArcGIS10.2軟件中，加入研究區(qū)影像、礦權(quán)等基礎(chǔ)矢量，提取礦山開采面(10)、其他礦石堆(2B)、選礦場(2D)、選礦池(2E)、排土場(3A)、尾礦庫(3B)、廢石堆(3D)、礦山建筑(40)、地質(zhì)災(zāi)害、環(huán)境污染等各類礦山地物信息，并在屬性表中添加相應(yīng)的字段，注明各地物類型的種類以及其他詳細信息，并將提取的矢量文件保存為ArcGIS軟件支持的shapefile線文件，便于后續(xù)的礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評價。再對初步解譯的主要地物類型圖斑進行野外抽樣調(diào)查，對誤判圖斑進行修改，使解譯精度達到本次評價要求。

3 主要的礦山地質(zhì)環(huán)境問題

經(jīng)室內(nèi)遙感解譯結(jié)合野外調(diào)查驗證發(fā)現(xiàn),昆陽磷礦礦區(qū)內(nèi)主要存在以下幾方面的礦山地質(zhì)環(huán)境問題。

3.1 礦山地質(zhì)災(zāi)害隱患

昆陽磷礦礦區(qū)內(nèi)設(shè)置了礦山地質(zhì)環(huán)境綜合治理工程，復(fù)綠面積達461.76 hm2，有效地防治了礦山地質(zhì)災(zāi)害，因此礦區(qū)內(nèi)基本上沒有礦山地質(zhì)災(zāi)害分布。經(jīng)調(diào)查，礦區(qū)內(nèi)小型砂石料礦山存在小型崩塌地質(zhì)災(zāi)害隱患。

表2 礦山地質(zhì)環(huán)境遙感解譯標志

3.2 礦區(qū)土地的壓占與損毀

據(jù)統(tǒng)計，截至2015年底，昆陽磷礦礦區(qū)內(nèi)礦業(yè)活動占地總面積586.65 hm2，占工作區(qū)總面積的5.86%。其中開采面占地達129.23 hm2，占礦業(yè)活動圖斑總面積的22.03%；中轉(zhuǎn)場地(其他礦石堆、選礦場)占地67.91 hm2，占礦業(yè)活動圖斑總面積的11.58%；固體廢棄物(排土場、尾礦庫、廢石堆)占地315.14 hm2，占礦業(yè)活動圖斑總面積的53.72%；礦山建筑占地74.38 hm2，占礦業(yè)活動圖斑總面積的12.68%。

3.3 環(huán)境污染

礦業(yè)活動所產(chǎn)生的廢氣、廢渣和廢水是造成礦區(qū)及周邊環(huán)境污染的主要污染源[7-8]，研究區(qū)內(nèi)分布云南磷化集團有限公司昆陽磷礦尾礦庫和云南磷化集團石頭山尾礦庫兩個大型尾礦庫，以及磷礦、砂石料廠排放的固體廢棄物等，主要對礦區(qū)及周邊地區(qū)的水體、大氣環(huán)境造成了一定的污染和影響。

4 礦山地質(zhì)環(huán)境評價方法

4.1 評價指標體系的構(gòu)建

在遵循評價指標的完整性原則、層次性原則、客觀性原則、簡要性原則等選取原則的基礎(chǔ)上，構(gòu)建研究區(qū)科學(xué)的礦山地質(zhì)環(huán)境評價指標體系是礦山地質(zhì)環(huán)境評價的關(guān)鍵所在。

由于礦山開發(fā)狀況是礦山地質(zhì)環(huán)境問題的主要誘發(fā)因子，礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境背景條件以及自然地理條件是礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量好壞的基礎(chǔ)條件，礦山地質(zhì)災(zāi)害隱患以及環(huán)境污染直接影響礦區(qū)及周圍人民的生產(chǎn)生活條件，因此要作為礦山地質(zhì)環(huán)境評價的重點指標?；诖?，本文將礦山開發(fā)狀況、自然地理、基礎(chǔ)地質(zhì)、礦山地質(zhì)災(zāi)害以及環(huán)境污染作為研究區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境評價指標體系的要素層。將礦山開發(fā)狀況進一步細分為開采密度、開采強度、開采方式、主采礦種、壓占破壞土地比例5個評價指標；將礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件進一步細分為構(gòu)造、巖性組合、邊坡結(jié)構(gòu)等3個評價指標；將自然地理進一步細分為地形地貌、降雨量、植被覆蓋度3個評價指標；將地質(zhì)災(zāi)害進一步細分為地質(zhì)災(zāi)害隱患以及礦山生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理難易程度2個評價指標；將環(huán)境污染作為進一步細分為粉塵污染、水體污染2個評價指標。將上述15個評價指標作為礦山地質(zhì)環(huán)境評價的指標層，據(jù)此，本文構(gòu)建的研究區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境評價指標體系如圖1所示。

圖1 礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評價指標體系圖

4.2 評價指標等級的確定

在上述所確定的5大類15項評價指標中，綜合各項指標的特征，借鑒《礦山地質(zhì)環(huán)境保護與治理恢復(fù)方案編制規(guī)范(DZ/T223—2009)》、《礦山遙感監(jiān)測工作指南》等相關(guān)行業(yè)規(guī)范中的規(guī)定，結(jié)合專家經(jīng)驗確定評價指標等級[9-11](表3)。

4.3 評價指標權(quán)重的確定

根據(jù)上述所確定的礦山地質(zhì)環(huán)境評價指標體系，結(jié)合項目組對研究區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查成果數(shù)據(jù)，采用AHP決策分析法，建立層次結(jié)構(gòu)模型，標度決策層次之間各要素的相對重要性程度構(gòu)造判斷矩陣，計算出評價指標權(quán)重值[12-14](表4)。

4.4 評價模型的建立

根據(jù)已確定的各項評價指標的等級和權(quán)重值，采用要素指標加權(quán)分值綜合評價模型[15-16]，對研究區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境做出評價。其數(shù)學(xué)模型見式(1)。

(1)

式中：Q為礦山地質(zhì)環(huán)境評價綜合分值；Fi為某一評價指標等級(表3)；Wi為評價指標權(quán)值(表4)。

5 礦山地質(zhì)環(huán)境評價

5.1 評價單元的劃分

將整個研究區(qū)域劃分成一定大小一定數(shù)量形狀規(guī)則的網(wǎng)格，即評價單元。本文按照研究區(qū)實際公里網(wǎng)劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格實際大小為500 m×500 m。

5.2 礦山地質(zhì)環(huán)境評價

根據(jù)上述評價方法，本文采用要素指標加權(quán)分值綜合評價模型，計算出每個評價指標的評分值，加權(quán)求和，得到礦山地質(zhì)環(huán)境綜合評價分值，在ArcGIS軟件下，運用反距離權(quán)重法(IDW)作空間插值，得出研究區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量優(yōu)劣分區(qū)圖，最終將昆陽磷礦礦區(qū)劃分為礦山地質(zhì)環(huán)境嚴重影響區(qū)、較嚴重影響區(qū)、一般影響區(qū)和無影響區(qū)，見圖2、表5。

表3 礦山地質(zhì)環(huán)境評價指標分級標準

表4 評價因子權(quán)重值表

5.3 礦山地質(zhì)環(huán)境分區(qū)評述

由上述評價結(jié)果可以看出，礦山地質(zhì)環(huán)境影響嚴重區(qū)、較嚴重區(qū)主要分布于昆陽磷礦礦區(qū)的磷礦集中分布區(qū)，這些區(qū)域主要由于大面積的磷礦露天開挖，以及采礦表層剝離土、固體廢棄物和礦區(qū)生活垃圾等的隨意堆放等對礦區(qū)土地造成大面積的壓占損毀，嚴重破壞礦區(qū)內(nèi)地形地貌景觀，礦山地質(zhì)環(huán)境問題突出；礦山地質(zhì)環(huán)境影響一般區(qū)主要分布在小型的石料廠周圍，開采規(guī)模較小，礦山占地對土地的破壞較小，礦山地質(zhì)環(huán)境相對較好；無影響區(qū)幾乎無開采痕跡，植被覆蓋率較高，受人為活動影響很小，礦山地質(zhì)環(huán)境良好。

從評價分區(qū)圖2可以看出，昆陽磷礦礦區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境總體上較好，主要是由于云南磷化集團有限公司昆陽磷礦在環(huán)境恢復(fù)治理區(qū)建立了礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理園區(qū)，該區(qū)內(nèi)實施林下特色種植、養(yǎng)殖及特色地質(zhì)公園等，所種植被有原柏等觀賞性植物，也有靈芝等經(jīng)濟作物。園內(nèi)飼養(yǎng)生態(tài)雞，還設(shè)有約5 500 m2的足球場，生態(tài)環(huán)境優(yōu)美，恢復(fù)治理效果明顯，被評為“國家級綠色礦山”，有效地防治了礦山地質(zhì)災(zāi)害等。加之臺階式合理的開采方式，邊開采邊治理，使得采區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境影響嚴重區(qū)面積分布較小。

5.4 主要治理措施

根據(jù)昆陽磷礦礦區(qū)評價分區(qū)結(jié)果，針對不同的分區(qū)提出具體的管理策略，有序開展礦山地質(zhì)環(huán)境保護與恢復(fù)治理。對于礦山地質(zhì)環(huán)境影響嚴重區(qū)、較嚴重區(qū)，設(shè)定為重點治理區(qū)，主要加強廢棄和閉坑礦山的恢復(fù)治理工作；對于礦山地質(zhì)環(huán)境影響一般區(qū)，這些區(qū)域礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量相對較好，相關(guān)執(zhí)法部門要加強管理工作，避免私挖濫采等違法開采行為的出現(xiàn)，進一步惡化礦山地質(zhì)環(huán)境；責(zé)令要求礦山企業(yè)者在礦山停辦、關(guān)閉、閉坑前按照法律程序完成礦山生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理工作，防止礦山地質(zhì)災(zāi)害、環(huán)境污染等礦山地質(zhì)環(huán)境問題的出現(xiàn)，保證礦區(qū)周邊居民的安全；將礦區(qū)內(nèi)昆陽磷礦的分階梯式開采，邊開采邊治理等綠色開采模式推廣應(yīng)用于區(qū)內(nèi)其他礦山，從而改善地質(zhì)環(huán)境問題區(qū)的礦山地質(zhì)環(huán)境條件。

圖2 昆陽磷礦礦區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評價分區(qū)

分區(qū)級別礦山地質(zhì)環(huán)境影響嚴重區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境影響較嚴重區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境影響一般區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境無影響區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境綜合指數(shù)>1.461.13～1.460.80～1.13<0.80分區(qū)面積/km216.7345.89.5227.97

6 主要結(jié)論

1) 經(jīng)野外實地驗證，評價結(jié)果得到的研究區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量分區(qū)基本上與該區(qū)實際情況相吻合。其中，遙感(RS)和地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)的引用，高分辨率的“高分2號”衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的支撐，提高了對研究區(qū)礦山開發(fā)占地、礦山地質(zhì)災(zāi)害隱患、環(huán)境污染等圖斑信息的解譯精度，為本次評價成果奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。

2) 選擇要素指標加權(quán)分值綜合評價模型，利用高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)、采礦權(quán)數(shù)據(jù)，基于ArcGIS技術(shù)平臺，提取各個評價指標的信息，對研究區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境做出科學(xué)評價，將研究區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量分為四個等級，礦山地質(zhì)環(huán)境嚴重影響區(qū)、較嚴重影響區(qū)、一般影響區(qū)和無影響區(qū)。從而得到礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量優(yōu)劣等級分區(qū)圖，為礦山企業(yè)管理者制定有效的礦山地質(zhì)環(huán)境保護措施提供科學(xué)依據(jù)。

3) 本次成果表明，昆陽磷礦礦區(qū)內(nèi)的礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量總體上較好，該區(qū)內(nèi)的云南磷化集團昆陽磷礦的采空區(qū)復(fù)土、恢復(fù)治理經(jīng)驗值得大力推廣與應(yīng)用，為云南省其他礦業(yè)集團起示范借鑒作用。

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