基于RS和GIS的廣西礦山地質(zhì)環(huán)境綜合評價(jià)

廖振威， 王志星， 黃　誠， 何衛(wèi)軍

(廣西壯族自治區(qū)遙感中心，南寧　530023)

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基于RS和GIS的廣西礦山地質(zhì)環(huán)境綜合評價(jià)

廖振威， 王志星， 黃誠， 何衛(wèi)軍

(廣西壯族自治區(qū)遙感中心，南寧530023)

以廣西陸域作為研究區(qū)，利用遙感技術(shù)開展礦山地質(zhì)環(huán)境遙感調(diào)查與監(jiān)測工作，獲取礦產(chǎn)資源開發(fā)狀況、礦業(yè)活動(dòng)占地情況、礦山地質(zhì)災(zāi)害、礦山環(huán)境污染、礦山生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理情況等客觀數(shù)據(jù)，綜合自然地理、基礎(chǔ)地質(zhì)等相關(guān)資料，選擇14個(gè)評價(jià)因子，采用網(wǎng)格法進(jìn)行礦山地質(zhì)環(huán)境綜合評價(jià)，劃分礦山地質(zhì)環(huán)境嚴(yán)重影響區(qū)、較嚴(yán)重影響區(qū)、一般影響區(qū)、無影響區(qū)，為政府部門整治礦山地質(zhì)環(huán)境、制定相關(guān)政策法規(guī)等提供技術(shù)支撐及決策依據(jù)。

遙感技術(shù)； 礦山地質(zhì)環(huán)境； 網(wǎng)格法； 綜合評價(jià)

0　引言

礦山地質(zhì)環(huán)境是指曾經(jīng)開采、正在開采或準(zhǔn)備開采的礦山及其周邊鄰近地區(qū)的巖石圈表層與大氣圈、水圈、生物圈之間不斷進(jìn)行物質(zhì)交換和能量流動(dòng)的一個(gè)相對獨(dú)立的環(huán)境系統(tǒng)。這一系統(tǒng)以巖石圈為依托，礦產(chǎn)資源開發(fā)為主導(dǎo)，不斷改變著地球表面和巖石圈自然平衡狀態(tài)的地質(zhì)環(huán)境。它是地質(zhì)環(huán)境和礦山環(huán)境重要的組成部分，與人類生產(chǎn)生活密切相關(guān)。

廣西礦產(chǎn)資源豐富，開發(fā)歷史悠久，素有“有色金屬之鄉(xiāng)”之稱。礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用為廣西的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。但是近年礦產(chǎn)資源開發(fā)規(guī)模、強(qiáng)度的進(jìn)一步擴(kuò)大，帶來了一系列礦山地質(zhì)環(huán)境問題，例如破壞和占用了大量土地，礦山地質(zhì)災(zāi)害與礦山環(huán)境污染時(shí)有發(fā)生等，嚴(yán)重制約了廣西社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。為此，迫切需要對廣西礦山地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行綜合評價(jià)，分析其變化趨勢。

遙感技術(shù)可以概括為借助光、熱、微波等電磁能量來探測地物波譜特性的科學(xué)技術(shù)，具有同步觀測范圍大、獲取信息方式多、速度快、重復(fù)周期短、數(shù)據(jù)種類多、信息量大、客觀、準(zhǔn)確等特點(diǎn)。隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，綜合利用不同平臺類型、不同空間分辨率與光譜分辨率的遙感數(shù)據(jù)能夠迅速調(diào)查和監(jiān)測礦產(chǎn)資源開發(fā)狀況、礦業(yè)活動(dòng)占地、礦山地質(zhì)災(zāi)害、礦山環(huán)境污染及恢復(fù)治理等情況，在此基礎(chǔ)上綜合自然地理、基礎(chǔ)地質(zhì)等相關(guān)資料，可以建立起礦山地質(zhì)環(huán)境綜合評價(jià)體系。

本研究主要利用RS和GIS技術(shù)，綜合其他相關(guān)資料，對2014年廣西礦山地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行綜合評價(jià)，圈定礦山地質(zhì)環(huán)境嚴(yán)重影響區(qū)、較嚴(yán)重影響區(qū)、一般影響區(qū)、無影響區(qū)，為合理開發(fā)礦產(chǎn)資源，保護(hù)礦山地質(zhì)環(huán)境，進(jìn)行礦山環(huán)境整治、礦山生態(tài)恢復(fù)與重建，實(shí)施礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)督管理提供基礎(chǔ)資料和依據(jù)。

1　研究區(qū)概況

1.1自然地理概況

廣西壯族自治區(qū)(簡稱桂)位于E104°26′～112°04′、N20°54′～26°24′之間，北回歸線橫貫全區(qū)中部； 南臨北部灣，西南與越南毗連，西、北、東三面跟云南、貴州、湖南、廣東4省接壤，并與海南省及香港、澳門兩特區(qū)鄰近； 背靠大西南，是西南地區(qū)最便捷的出海通道； 面向東南亞，是我國與東南亞國家友好交往的紐帶。全區(qū)大陸海岸線長約1 500 km，土地總面積23.70萬km2，約占全國陸域總面積的2.47%。

廣西地勢由西北向東南傾斜，除靠海一側(cè)外，周邊多被山地、高原環(huán)繞，呈盆地狀。盆地邊緣多缺口，桂東北、桂東、桂南沿江一帶有大片谷地。全區(qū)屬山地丘陵盆地地貌，分中山、低山、丘陵、臺地、平原、石山6類，素有“八山一水一分田”之稱。石灰?guī)r地層分布廣，巖層厚，褶皺斷裂發(fā)育，為典型的巖溶地貌地區(qū)。

1.2地質(zhì)礦產(chǎn)概況

1.2.1地層發(fā)育情況

廣西地層發(fā)育齊全，自元古宇至第四系均有出露，以泥盆系—中三疊統(tǒng)分布最廣。廣西地層按沉積特征可分3大發(fā)展階段： 早泥盆世為地槽型沉積，泥盆紀(jì)—中三疊世為準(zhǔn)地臺型沉積，晚三疊世—新生代為陸緣活動(dòng)帶盆地型沉積。

1.2.2構(gòu)造特征

廣西地殼經(jīng)歷了元古宙—早古生代地槽、晚古生代—中三疊世準(zhǔn)地臺、晚三疊世—第四紀(jì)陸緣活動(dòng)帶3個(gè)發(fā)展階段。構(gòu)造活動(dòng)較頻繁，共有19次之多，以四堡運(yùn)動(dòng)、廣西運(yùn)動(dòng)、東吳運(yùn)動(dòng)、印支和燕山運(yùn)動(dòng)最為強(qiáng)烈。

1.2.3巖漿巖

廣西巖漿活動(dòng)頻繁，巖漿巖發(fā)育，不同時(shí)期的巖漿活動(dòng)具有不同特點(diǎn)。四堡期—晉寧(雪峰)期以海相基性火山噴發(fā)及中酸性巖漿侵入為主； 加里東期以中酸性侵入巖為主； 華力西—印支期是廣西巖漿活動(dòng)的重要時(shí)期，在桂西泥盆系—石炭系有玄武巖、粗面(斑)巖，二疊系—中三疊統(tǒng)有基性—中酸性(局部為中基性)侵入巖； 燕山期巖漿活動(dòng)主要分布于桂東地區(qū)，有多次侵入形成的復(fù)式巖體和不同巖類組成的雜巖體，巖石以花崗巖為主； 喜馬拉雅期主要為基性火山噴發(fā)，見于合浦縣新圩及潿洲島、斜陽島。廣西除寒武紀(jì)、第三紀(jì)外，各地質(zhì)時(shí)期均有火山活動(dòng)。

1.2.4礦產(chǎn)資源

廣西礦產(chǎn)資源豐富，目前已發(fā)現(xiàn)礦種145種(含亞礦種)，已探明資源儲(chǔ)量的礦產(chǎn)有97種，約占全國已探明資源儲(chǔ)量礦種(212種)的45.75%。其中儲(chǔ)量居全國首位的有錳、錫、砷、膨潤土等14種，列全國第2～6位的有釩、鎢、鋅、銻、銀、鋁、滑石、重晶石等25種。

2　技術(shù)方法

本次廣西礦山地質(zhì)環(huán)境變化綜合評價(jià)采用的數(shù)據(jù)有不同空間分辨率遙感影像數(shù)據(jù)、數(shù)字線化圖、數(shù)字高程模型、氣象資料、地質(zhì)圖、采礦權(quán)數(shù)據(jù)、礦產(chǎn)資源開發(fā)狀況遙感監(jiān)測成果、礦山地質(zhì)環(huán)境遙感監(jiān)測成果、礦山生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理遙感監(jiān)測成果以及野外調(diào)查資料等多元綜合數(shù)據(jù)，評價(jià)方法用網(wǎng)格法，圈定了全區(qū)礦山地質(zhì)嚴(yán)重影響區(qū)、較嚴(yán)重影響區(qū)、一般影響區(qū)、無影響區(qū)的范圍。

網(wǎng)格法就是將研究區(qū)劃分成一定大小、一定數(shù)量、形狀規(guī)則的網(wǎng)格，以網(wǎng)格為單位進(jìn)行打分評級。評價(jià)時(shí)首先對每個(gè)網(wǎng)格、每類評價(jià)因子分別進(jìn)行評分，根據(jù)各類評價(jià)因子在礦山地質(zhì)環(huán)境評價(jià)中的重要程度，賦予其一定的權(quán)重值，得出每個(gè)網(wǎng)格所屬的礦山地質(zhì)環(huán)境評價(jià)等級，然后運(yùn)用GIS軟件對整個(gè)研究區(qū)進(jìn)行插值分析，并根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)對礦山地質(zhì)環(huán)境分區(qū)進(jìn)行局部修正，最終得出研究區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境的評價(jià)結(jié)果[1-5]。

2.1遵循原則

根據(jù)廣西礦山地質(zhì)環(huán)境特征，評價(jià)過程以各類礦山地質(zhì)環(huán)境問題的分布、發(fā)育現(xiàn)狀及礦山地質(zhì)環(huán)境問題發(fā)展趨勢為依據(jù)，以采礦對環(huán)境影響程度、兼顧地質(zhì)環(huán)境背景、突出重點(diǎn)為原則。

2.2資料準(zhǔn)備與評價(jià)因子選擇

首先將前述開展廣西礦山地質(zhì)環(huán)境變化綜合評價(jià)所需的各種數(shù)據(jù)統(tǒng)一投影到1980西安坐標(biāo)系，采用地理坐標(biāo)系統(tǒng)，坐標(biāo)單位為度。然后參照《礦山環(huán)境保護(hù)與綜合治理方案編制規(guī)范(DZ/T 223—2007)》、《礦產(chǎn)資源開發(fā)遙感監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》、《礦山環(huán)境遙感監(jiān)測技術(shù)指南》等國家和行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，根據(jù)廣西礦山地質(zhì)環(huán)境的實(shí)際情況、影響因素及存在問題，選擇自然地理、基礎(chǔ)地質(zhì)、礦產(chǎn)資源開發(fā)對環(huán)境的影響等3個(gè)評價(jià)子系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上對每個(gè)評價(jià)子系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)化，選擇地形地貌、年均降雨量、植被覆蓋度、區(qū)域重要程度、構(gòu)造、巖性組合、邊坡結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、主要開采方式、主要開采礦種、開采點(diǎn)密度、占用土地比例、地質(zhì)災(zāi)害、礦山生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理難易程度等14個(gè)評價(jià)因子進(jìn)行評價(jià)[6-8](表1)。

表1　礦山地質(zhì)環(huán)境評價(jià)因子及所需資料

在征求專家意見的基礎(chǔ)上，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)論證，結(jié)合評價(jià)的實(shí)際效果，確定評價(jià)等級標(biāo)準(zhǔn)和權(quán)重值，作為全區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境評價(jià)的評分標(biāo)準(zhǔn)(表2)。

2.3礦山地質(zhì)環(huán)境分值計(jì)算

采用網(wǎng)格法開展礦山地質(zhì)環(huán)境評價(jià)工作。按照實(shí)際公里網(wǎng)劃分基本評價(jià)網(wǎng)格，將廣西陸域范圍按照1 km×1 km進(jìn)行劃分，總共劃分了240 285個(gè)網(wǎng)格。根據(jù)上述評價(jià)方案，對每個(gè)網(wǎng)格進(jìn)行評分，并計(jì)算礦山地質(zhì)環(huán)境評價(jià)分值Q，其計(jì)算公式為

(1)

式中:F為礦山地質(zhì)環(huán)境評價(jià)分值；W為評價(jià)因子的權(quán)值；Q為評價(jià)因子的評分；i為評價(jià)因子數(shù)量。

2.4礦山地質(zhì)環(huán)境分級方案

根據(jù)礦山地質(zhì)環(huán)境評價(jià)分值計(jì)算結(jié)果，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)論證,并根據(jù)廣西礦山地質(zhì)環(huán)境的實(shí)際情況，將全區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境分為嚴(yán)重影響區(qū)、較嚴(yán)重影響區(qū)、一般影響區(qū)、無影響區(qū)4類。每類區(qū)域?qū)?yīng)的分值區(qū)間如表3所示。

表2　各評價(jià)因子評分標(biāo)準(zhǔn)及權(quán)重

表3　廣西礦山地質(zhì)環(huán)境分級方案

依據(jù)上述評價(jià)程序，得出每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)的礦山地質(zhì)環(huán)境評價(jià)等級，然后運(yùn)用GIS軟件對整個(gè)研究區(qū)進(jìn)行插值分析，并遵循有關(guān)專家建議對礦山地質(zhì)環(huán)境分區(qū)進(jìn)行局部修正，得出2014年廣西礦山地質(zhì)環(huán)境綜合評價(jià)結(jié)果。

3　主要成果

本次對廣西礦山地質(zhì)環(huán)境的評價(jià)結(jié)果[9]如表4和圖1所示。

表4　廣西各地級市礦山地質(zhì)環(huán)境評價(jià)分區(qū)面積統(tǒng)計(jì)

圖1　廣西礦山地質(zhì)環(huán)境綜合評價(jià)

(1)嚴(yán)重影響區(qū)面積為1 187.27 km2，約占廣西陸域面積的0.5%。在嚴(yán)重影響區(qū)范圍內(nèi)，礦產(chǎn)資源開發(fā)強(qiáng)度大，對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重。嚴(yán)重影響區(qū)面積位于前3位的地級市依次是： 百色市、河池市和來賓市，分別占全區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境嚴(yán)重影響區(qū)總面積的34.21%、 24.48%、 18.84%。僅這3個(gè)地級市就占了全區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境嚴(yán)重影響區(qū)總面積的77.53%。由此可知，廣西礦山地質(zhì)環(huán)境嚴(yán)重影響區(qū)主要分布在上述3個(gè)地級市。而北海市、防城港市、欽州市和玉林市沒有礦山地質(zhì)環(huán)境嚴(yán)重區(qū)分布。

(2)較嚴(yán)重影響區(qū)面積為8 740.41 km2，約占廣西陸域面積的3.7%。在較嚴(yán)重影響區(qū)范圍內(nèi)，礦產(chǎn)資源開發(fā)強(qiáng)度較大，對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境破壞較為嚴(yán)重。較嚴(yán)重影響區(qū)面積位于前3位的地級市依次是河池市、百色市和來賓市，分別占全區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境較嚴(yán)重影響區(qū)總面積的28.12%、 27.76%、 14.92%。僅這3個(gè)地級市就占了全區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境較嚴(yán)重影響區(qū)總面積的70.78%。由此可知，廣西礦山地質(zhì)環(huán)境較嚴(yán)重影響區(qū)也主要分布在上述3個(gè)地級市。而北海市沒有礦山地質(zhì)環(huán)境較嚴(yán)重區(qū)分布。

(3)一般影響區(qū)面積為49 407.71 km2，約占廣西陸域面積的20.8%。在一般影響區(qū)范圍內(nèi)，礦產(chǎn)資源開發(fā)強(qiáng)度較小，對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境破壞較輕。礦山地質(zhì)環(huán)境較一般影響區(qū)面積位于前3位的地級市依次是百色市、河池市、桂林市，分別占全區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境一般影響區(qū)總面積的19.62%、 18.00%、 10.28%，這3個(gè)地級市約占了全區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境一般影響區(qū)總面積的47.90%?？梢姷V山地質(zhì)環(huán)境一般影響區(qū)在全區(qū)分布較分散，在各市均有分布。

(4)無影響區(qū)面積為177 691.49 km2，約占廣西陸域面積的75%。礦山地質(zhì)環(huán)境無影響區(qū)范圍礦業(yè)活動(dòng)稀少，對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境影響較小。

4　結(jié)論

(1)隨著我國遙感技術(shù)的快速發(fā)展，特別是高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項(xiàng)的順利實(shí)施，近年來廣西持續(xù)進(jìn)行的礦產(chǎn)資源開發(fā)狀況、礦業(yè)活動(dòng)占地、礦山地質(zhì)災(zāi)害、礦山環(huán)境污染等方面的遙感調(diào)查和監(jiān)測取得了豐碩成果，也為本次礦山地質(zhì)環(huán)境評價(jià)提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。本次評價(jià)工作綜合遙感監(jiān)測、自然地理、基礎(chǔ)地質(zhì)、氣象等相關(guān)資料，建立起了廣西礦山地質(zhì)環(huán)境綜合評價(jià)體系。

(2)采用網(wǎng)格法，選擇14個(gè)評價(jià)因子對2014年廣西礦山地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行綜合評價(jià)，圈定了礦山地質(zhì)嚴(yán)重影響區(qū)面積1 187.27 km2、 較嚴(yán)重影響區(qū)面積 8 740.41 km2、 一般影響區(qū)49 407.71 km2、 無影響區(qū)177 691.49 km2，分別占廣西陸域面積的0.5%、 3.7%、 20.8%、 75.0%。

(3)本次研究可以為廣西合理開發(fā)礦產(chǎn)資源、保護(hù)礦山地質(zhì)環(huán)境、礦山環(huán)境整治、礦山生態(tài)恢復(fù)與重建、實(shí)施礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)督管理提供基礎(chǔ)資料和依據(jù)。

[1] 王海慶.基于GIS和RS的礦山地質(zhì)環(huán)境評價(jià)方法比選[G]//秦緒文,楊金中,康高峰,等.礦山遙感監(jiān)測技術(shù)方法研究.北京:測繪出版社,2011:199-204.

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(責(zé)任編輯： 常艷)

Comprehensive evaluation of mine geological environment in Guangxi based on RS and GIS

LIAO Zhenwei, WANG Zhixing, HUANG Cheng, HE Weijun

(GuangxiRemoteSensingCenter,Nanning530023，China)

This paper chose Guangxi Province as the study area and used remote sensing technology to investigate the mine geological environment and obtain the data of exploitation situation, mining activities area, geological disasters, environmental pollution and restoration and control. Firstly, fourteen factors based on geography and geology information were taken for evaluation. Then, grid method was adopted provide comprehensive evaluation of mine geological environment. Finally, the mine geological affected areas were classified into four levels: the seriously affected areas, the more severely affected areas, generally affected areas and had no effect areas. So this study can provide some ideas and technical support for environment control, relevant policies and regulations.

remote sensing technology; mine geological environment; grid method; comprehensive evaluation

2016-03-18；

2016-04-28。

中國地質(zhì)調(diào)查局“廣西自治區(qū)礦山環(huán)境監(jiān)測(編號： 1212011120023)”、“廣西自治區(qū)礦產(chǎn)資源開發(fā)環(huán)境遙感監(jiān)測(編號：12120115059801)”項(xiàng)目聯(lián)合資助。

廖振威(1985—)，男，工程師，主要從事礦山環(huán)境遙感監(jiān)測、GIS應(yīng)用等領(lǐng)域的研究工作。Email: 50047470@qq.com。

TD167

A

2095-8706(2016)04-0043-06

引用格式： 廖振威，王志星，黃誠，等.基于RS和GIS的廣西礦山地質(zhì)環(huán)境綜合評價(jià)[J].中國地質(zhì)調(diào)查,2016,3(4): 43-48.