云南省昆陽磷礦礦區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境評價

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(jì)發(fā)展做出了重大的貢獻(xiàn)。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(hù)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(biāo)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(jìn)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(jìn)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(biāo)體系，利用ArcGIS技術(shù)平臺，采用要素指標(biāo)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(jìn)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?、國土資源、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(jìn)行礦山監(jiān)督管理，有效實施礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)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(jì)社會的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。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(tuán)有限公司昆陽磷礦和云南磷化集團(tuán)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(biāo)志的建立提供了高精度數(shù)據(jù)源。

2.2 解譯標(biāo)志的建立

解譯標(biāo)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(biāo)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(biāo)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(biāo)志，對研究區(qū)高分影像進(jìn)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(xì)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(jìn)行野外抽樣調(diào)查，對誤判圖斑進(jìn)行修改，使解譯精度達(dá)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(dá)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(biāo)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(dá)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(tuán)有限公司昆陽磷礦尾礦庫和云南磷化集團(tuán)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(biāo)體系的構(gòu)建

在遵循評價指標(biāo)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(biāo)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(biāo)?；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(biāo)體系的要素層。將礦山開發(fā)狀況進(jìn)一步細(xì)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(biāo)；將礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件進(jìn)一步細(xì)分為構(gòu)造、巖性組合、邊坡結(jié)構(gòu)等3個評價指標(biāo)；將自然地理進(jìn)一步細(xì)分為地形地貌、降雨量、植被覆蓋度3個評價指標(biāo)；將地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)一步細(xì)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(biāo)；將環(huán)境污染作為進(jìn)一步細(xì)分為粉塵污染、水體污染2個評價指標(biāo)。將上述15個評價指標(biāo)作為礦山地質(zhì)環(huán)境評價的指標(biāo)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(biāo)體系如圖1所示。

圖1 礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評價指標(biāo)體系圖

4.2 評價指標(biāo)等級的確定

在上述所確定的5大類15項評價指標(biāo)中，綜合各項指標(biāo)的特征，借鑒《礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)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(biāo)等級[9-11](表3)。

4.3 評價指標(biāo)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(biāo)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(biāo)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(biāo)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(biāo)的等級和權(quán)重值，采用要素指標(biāo)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(biāo)等級(表3)；Wi為評價指標(biāo)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(biāo)加權(quán)分值綜合評價模型，計算出每個評價指標(biāo)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(yán)重影響區(qū)、較嚴(yán)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(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)

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(yán)重區(qū)、較嚴(yán)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(yán)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(tuán)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(jì)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(yán)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(hù)與恢復(fù)治理。對于礦山地質(zhì)環(huán)境影響嚴(yán)重區(qū)、較嚴(yán)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(jìn)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(yán)重區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境影響較嚴(yán)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(biāo)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(biāo)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(yán)重影響區(qū)、較嚴(yán)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(hù)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(tuán)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(tuán)起示范借鑒作用。

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