礦山地質環(huán)境的研究進展綜述

吳尚彬

（中國地質大學（北京）工程技術學院，北京 100083）

礦山地質環(huán)境是指曾經(jīng)開采、正在開采或準備開采的礦山及其鄰近地區(qū)的巖石圈表層與大氣圈、水圈、生物圈組分之間不斷進行物質交換和能量流動的一個相對獨立的環(huán)境系統(tǒng)。礦產(chǎn)資源在開采過程中必然會對礦山地質環(huán)境造成影響進而引起礦山地質環(huán)境問題。因此需要采用合理的方法對礦山地質環(huán)境進行調查和監(jiān)測，進而采取科學的方法對礦山地質環(huán)境進行評價，最后制定出行之有效的方案對礦山地質環(huán)境進行防治。這樣才能在開發(fā)礦產(chǎn)資源時減少對環(huán)境的破壞，實現(xiàn)人類與自然和諧相處。礦山地質環(huán)境調查、礦山地質環(huán)境監(jiān)測、礦山地質環(huán)境評價、礦山地質環(huán)境治理是礦山地質環(huán)境研究的主要對象。

1 礦山地質環(huán)境研究現(xiàn)狀

1.1 礦山地質環(huán)境調查與監(jiān)測現(xiàn)狀

礦山地質作用與礦山原生的地質環(huán)境的相互作用，會導致原生的礦山地質環(huán)境產(chǎn)生變化，然而礦山地質環(huán)境承受這種變化的能力有限，當這種變化過大時，就會產(chǎn)生礦山環(huán)境地質問題。礦山地質環(huán)境調查也是礦山地質環(huán)境評價的基礎。礦山地質環(huán)境調查包含兩點內(nèi)容：一是查明礦山原生的地質環(huán)境容量和質量，預測原生地質環(huán)境對礦山開采的影響；二是查明礦山環(huán)境地質問題的類型、分布和危害情況，并判斷影響和控制礦山環(huán)境地質問題的主要因素，并查明礦山環(huán)境地質問題的形成機理。

礦山地質環(huán)境監(jiān)測在礦山地質環(huán)境調查中起到重要作用。遙感數(shù)據(jù)具有高空間分辨率、高光譜分辨率、高時間分辨率的特點，因此常被運用于礦山地質環(huán)境調查中。Venkataraman等[1]曾利用遙感技術對植被、土地占用、水質、土質等影響礦產(chǎn)資源開發(fā)的要素進行定性分析。Rigina[2]將多數(shù)據(jù)遙感作為綜合環(huán)境影響評價工具，同時將遙感輔以現(xiàn)場測量、實地調查和數(shù)學建模，最終實現(xiàn)礦山地質環(huán)境評價。

近年來，我國研究人員也開始逐漸運用遙感技術進行礦山地質環(huán)境調查。梁暉等[3]將計算機圖像處理和遙感技術運用于礦產(chǎn)資源開發(fā)動態(tài)監(jiān)測。楊顯華等[4]將SPOT6衛(wèi)星圖像遙感解譯與野外調查相結合，準確查出礦山地質環(huán)境情況。

除遙感技術外，無人機攝影測量，探地雷達技術也被應用于礦山地質環(huán)境調查。王鳳艷等[5]運用無人機攝影測量進行礦山地質環(huán)境調查，實現(xiàn)了快速獲取礦山地質環(huán)境信息，并且其測量精度較高。

1.2 礦山地質環(huán)境評價現(xiàn)狀

礦山地質環(huán)境評價是基于礦山環(huán)境地質問題調查,設定特定的評價體系，并選取合適的評價因子，實現(xiàn)對礦山地質環(huán)境質量或礦山環(huán)境地質問題的評價[6]。當前國內(nèi)分析方法主要有有限差分法、綜合指數(shù)法、層次分析法、加權比重法、灰色關聯(lián)度法、模糊綜合評判法、物元分析法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡法等。

礦山地質環(huán)境評價因子的選取在礦山地質環(huán)境評價體系中極為重要，評價結果的準確性會受其影響，不同評價體系采用的環(huán)境評價因子有所不同。

1.3 礦山地質環(huán)境治理現(xiàn)狀

西方發(fā)達國家在礦山地質環(huán)境治理上投入的資金越來越多，由先污染、后治理轉為以預防為主、預防與治理相結合。例如在澳大利亞，生態(tài)恢復已然成為開采工藝的一部分，開采和復墾同時進行。德國在露天開采煤礦時，先將粉煤灰等廢料直接回填到采煤坑，再將剝離的粘土覆蓋在其上，并種植作物。

目前我國政府十分重視礦山地質環(huán)境的恢復治理工作，全國各地因地制宜，摸索出了適合自己的礦山地質環(huán)境治理措施。在資源枯竭型礦山城市環(huán)境治理中，治理模式就包含了礦山復綠型、災害治理型、景觀再造型、公益園區(qū)型、功能改善型、綜合治理型等類型。

2 礦山地質環(huán)境研究熱點方向

礦山地質環(huán)境研究目前的熱點主要集中在礦山地質環(huán)境評價、礦山地質環(huán)境監(jiān)測、礦山地質災害機理研究、礦山地質環(huán)境污染、礦山地質環(huán)境的保護與重建等內(nèi)容。在礦山地質調查、監(jiān)測領域，近年來無人機技術以及遙感技術的快速發(fā)展大大推動了礦山地質調查的發(fā)展，利用先進技術，人們可以更加快速準確輕松地獲取礦山地質環(huán)境信息。探地雷達技術的運用也將提高調查的精度和效率。

礦山地質環(huán)境評價研究的熱點則是將遙感與地理信息系統(tǒng)技術相結合。采用GIS和RS，楊青華等[7]首先建立起新礦山環(huán)境地質評價體系，并明確評價指標等級和量化評價指標的方法，明確各個評價指標在評價體系中的權重，繪制出礦山地質環(huán)境影響評價分區(qū)圖。袁素鳳等[8]通過分析礦區(qū)礦山地質環(huán)境的各類指標，創(chuàng)建起江倉四井田礦山地質環(huán)境影響程度評價指標體系，并利用了GIS基礎下的模糊綜合評判方法，成功實現(xiàn)評價高寒地區(qū)礦山地質環(huán)境。李小燕等[9]基于RS和GIS技術進行礦山地質環(huán)境調查，采用AHP決策分析法確定評價指標權重值，并依靠ArcGIS技術平臺提取各個評價指標的信息，從而實現(xiàn)礦山地質環(huán)境評價。

3 礦山地質環(huán)境研究存在問題

2008年以前，國內(nèi)礦山地質環(huán)境評價對環(huán)境問題的研究比較片面，沒有形成全面的礦山地質環(huán)境綜合評價的方法。礦山地質環(huán)境評價因子選取是否全面很大程度影響了評價的準確度。趙朝賀等[10]認為礦山地質災害評價指標的選取，不同于一般區(qū)域地質災害的研究，因為具體到礦山的開采利用現(xiàn)狀不同，誘發(fā)可能性大小、危害性大小，發(fā)生地質災害的類型、范圍，這對于地質災害的評價指標都要求有很強的特殊性和針對性。

目前，礦山地質環(huán)境評價仍存在以下問題：①礦山地質環(huán)境評價因子選取不夠全面。②評價時多采用定性描述，不能夠量化礦山地質環(huán)境指標，因此評價結果不夠準確和嚴謹。③評價方法眾多，評價結果缺乏可比性。④各致災因子權重難以確定，受人為主觀影響大。

4 礦山地質環(huán)境研究未來趨勢

在礦山地質環(huán)境調查方面，遙感技術、無人機技術、探地雷達技術等被更加廣泛地運用于礦山地質環(huán)境調查。由于遙感技術存在早期人工解譯、基于像元分類等遙感影像信息提取方法效率低下，以及解譯精度受人為因素影響大、對高分辨率影像應用效率不足等問題，因此未來研究的趨勢是要實現(xiàn)遙感信息的自動化提取。

在礦山地質環(huán)境評價方面，礦山地質環(huán)境評價的研究中的關鍵問題是確定科學合理的量化評價指標體系并且建立科學合理的綜合評價模型以及選取科學合理的評價方法[11]。對待地質環(huán)境情況復雜的礦山，要更系統(tǒng)更全面的進行地質環(huán)境評價分析研究，可以考慮在評價時將更多因子進行分區(qū)，使用分區(qū)界線劃分評價單元。此方法既可以明確每個評價單元的礦山地質環(huán)境問題，同時提高評價結果的準確性，降低人為因素的影響。

在礦山地質環(huán)境治理方面，加大礦山治理投入迫在眉睫，歷史遺留礦山需要盡快得到治理，同時應該通過落實相關關法律法規(guī)，避免新的因人為因素造成的礦山地質環(huán)境問題發(fā)生；在技術上需要不斷提高礦山地質環(huán)境調查、監(jiān)測、評價技術水平；同時還需要通過不斷革新采礦技術以減少對環(huán)境的破壞。相關單位需要不斷開展礦山地質環(huán)境恢復和綜合治理技術研究，不斷提高礦山治理能力。

5 結論

在礦山地質環(huán)境研究領域，中國起步雖然較世界發(fā)達國家晚，但研究進展較快，已取得了頗多成果。礦山地質環(huán)境研究主要集中在礦山地質環(huán)境調查、礦山地質環(huán)境監(jiān)測、礦山地質環(huán)境評價、礦山地質環(huán)境治理四個方面。在礦山地質環(huán)境調查、監(jiān)測領域，主要使用遙感調查、無人機調查、地面調查、樣品測試、動態(tài)監(jiān)測等方法，其中遙感調查與無人機調查的使用頻率越來越高，也是未來主要發(fā)展方向。在礦山地質環(huán)境評價領域，研究人員采用了不同種類的評價方法，如層次分析法、加權比重法、模糊綜合評判法、有限差分法、灰色關聯(lián)度法、物元分析法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡法、綜合指數(shù)法等，但是它們都具有一定局限性，不能使用所有情況，有選取評價因素時考慮不夠全面、缺乏量化的評價指標、各致災因子權重難以確定、專家打分法主觀性強等缺點。未來應該朝著確定科學合理的量化評價指標體系，建立科學合理的綜合評價模型，選取科學合理的評價方法的方向發(fā)展。在礦山地質環(huán)境治理方面，建立一個合理完整的礦山地質環(huán)境治理模式、改善礦山地質環(huán)境治理技術是礦山地質環(huán)境治理研究的未來方向。