安徽铜陵硫铁矿集中开采区矿山地质环境评价研究

doi:10.13745/j.esf.sf.2020.10.16

摘要/Abstract

摘要：

安徽铜陵地区是我国典型的硫铁矿集中开采区。研究区内新桥硫铁矿等数座硫铁矿山的长期开采造成了生态环境的破坏,对铜陵地区硫铁矿集中开采区矿山进行地质环境评价可为矿山生态恢复提供依据。本文在资料分析和实际调查的基础上,选取了地质环境背景、矿业开发、矿山地质环境问题和地质灾害4种要素下20种评价指标,采用层次分析(analytic hierarchy process,AHP)法确定了各要素和指标的权重值。在此基础上运用模糊数学综合评判对研究区进行矿山地质环境评价,并采用ArcGIS的网格化插值评价法对比验证。结果表明:地质环境背景、矿业开发、矿山地质环境问题和地质灾害对矿山地质环境影响的权重值分别为0.10、0.14、0.37、0.39。模糊综合评价二级初判结果为:矿山地质环境问题对研究区矿山地质环境总体上影响较大,其中水土污染问题最为突出;一级初判结果为研究区内矿山地质环境总体较好。网格化插值评价将研究区矿山地质环境划分为严重区、较严重区和轻微区,面积占比分别为4.62%、32.04%、63.34%。模糊数学综合评价与网格化插值评价结果基本一致,AHP与模糊数学综合评判法对硫铁矿集中开采区的地质环境评价适用性较好。评价结果可为当地开展矿山地质环境保护和治理工作提供依据。

关键词: 铜陵, 硫铁矿集中开采区, AHP, 模糊数学, 矿山地质环境评价

Abstract:

The Tongling area of Anhui Province is a typical pyrite mining district in China. Long-term mining in several pyrite mines in the research area, including the Xinqiao pyrite mine, has greatly damaged the local ecological environment. Ecological evaluation of the Tongling area can provide a basis for mine restoration. Based on data analysis and field investigation, we constructed 20 evaluation indexes for the four influential elements: geoenvironmental background, mine development, geoenvironmental setback, and geohazard. We used the analytical hierarchy process (AHP) to determine the weight value of each element and index layers. On this basis, the geoenvironement of mine is evaluated by fuzzy comprehensive evaluation, and the evaluation scores were compared and verified by grid interpolation using ArcGIS. The resulting weight values of the four elements were 0.10, 0.14, 0.37, and 0.39, respectively. The primary judgment of second level fuzzy comprehensive evaluation indicates geoenvironmental setback has greater influence on the geoenvironment of mine in the research area, most prominently from soil and water pollutions; while the first level evaluation shows the geoenvironment of the study area is generally good. By grid interpolation assessment, the extent of mining-induced geoenvionmental impact on the study area can be classified as extreme, moderate and mild, representing 4.62%, 32.04% and 63.34% of the study area, respectively. The fuzzy comprehensive evaluation and grid interpolation yielded similar results, whereas AHP and fuzzy comprehensive evaluation are more applicable to the pyrite mining district. The evaluation results can provide a basis for the geoenvironmental protection and governance in local mining areas.

Key words: Tongling, pyrite mining district, AHP, fuzzy mathematics, geoenvironmental evaluation of mines

中图分类号:

贾晗, 刘军省, 殷显阳, 王春光, 耿浩, 迟昊轩, 唐世杰. 安徽铜陵硫铁矿集中开采区矿山地质环境评价研究[J]. 地学前缘, 2021, 28(4): 131-141.

JIA Han, LIU Junxing, YIN Xianyang, WANG Chunguang, GENG Hao, CHI Haoxuan, TANG Shijie. Ecological evaluation of the Tongling pyrite mining district in Anhui Province[J]. Earth Science Frontiers, 2021, 28(4): 131-141.

图/表 13

参考文献 30

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要素	指标	差(3分)	较差(2分)			较好(1分)
地质环境背景	地形地貌	地貌单元类型多,微地貌复杂,地形坡度一般大于35°,相对高差大	地貌单元类型较多,微地貌有变化,地形坡度一般为20°~35°,相对高差较大			地貌单元类型单一,微地貌形态简单,地形坡度一般<20°,相对高差小
	地层岩性	碳酸盐岩、松散岩	碎屑岩			岩浆岩
	构造	构造复杂,断裂构造发育强烈,节理发育	构造中等,断裂构造较发育,节理较发育			构造简单,断裂构造、节理不发育
	水文地质	复杂。低山区以基岩裂隙水为主,地貌多为低山、高丘,地势高,大多组成山脊,构成地表分水岭。	中等。丘陵平原区,地貌以石灰岩丘陵为主,地表岩溶发育			简单。平原区,地表透水性强,降水入渗补给条件好,地下水位与降雨量同步变化
	工程地质	碳酸盐岩建造类型、松散岩	碎屑岩建造类型			岩浆岩建造类型
矿业开发 (矿山基本情况)	矿山密度	≥1	1			0
	开采强度	≥50(万t·a^-1)	10~<50(万t·a^-1)			<10(万t·a^-1)
	采矿方式	露天	硐采			无矿山开采
	开采矿种	金属矿	建材矿、能源矿等			无矿山开采
	废水废渣情况	有废水排放或者渗漏,有废渣排放或者堆放;量较大	有废水排放或者渗漏、有废渣排放或者堆放;量较小			无废水、废渣
要素	指标	差(3分)		较差(2分)	较好(1分)
矿山地质环境问题	土地资源破坏	占用破坏耕地>2 hm²,占用破坏林地或草地>4 hm²,占用破坏荒地或未开发利用土地>20 hm²		占用破坏耕地≤2 hm²,占用破坏林地或草地2~4 hm²,占用破坏荒山或未开发利用土地10~20 hm²	无破坏或者占用破坏林地或草地≤2 hm²,占用破坏荒山或未开发利用土地≤10 hm²
	地形地貌景观破坏	对各类自然保护区、人文景观、风景旅游区、城市周围、主要交通干线两侧可视范围内地形地貌景观影响严重		对各类自然保护区、人文景观、风景旅游区、城市周围、主要交通干线两侧可视范围内地形地貌景观影响较重	对各类自然保护区、人文景观、风景旅游区、城市周围、主要交通干线两侧可视范围内地形地貌景观影响较轻
	含水层破坏	矿井正常涌水量>10 000 m³·d^-1,矿区周围主要含水层(带)水位大幅下降,地表水体漏失严重,不同含水层(组)串通水质恶化		矿井正常涌水量3 000~10 000 m³·d^-1,矿区及周围主要含水层(带)水位下降幅度较大,矿区及周围有漏失现象	无明显影响或者矿井正常涌水量<3 000 m³·d^-1,矿区及周围主要含水层水位下降幅度小
	土壤污染	污染综合评价重度污染		污染综合评价轻微-中度污染	污染综合评价清洁-尚清洁
	地表水污染	污染综合评价重度污染		污染综合评价轻微-中度污染	污染综合评价清洁-尚清洁
	地下水污染	污染综合评价重度污染		污染综合评价轻微-中度污染	污染综合评价清洁-尚清洁
地质灾害	地质灾害发生次数	≥2		1	0
	地质灾害影响范围	影响或者威胁村庄、交通干线和工程设施安全		影响或者威胁散落住户和工程设施	几乎对人、路、设施无影响
	地质灾害经济损失	造成或者可能造成经济损失>100万元		造成或者可能造成经济损失30万~100万元	造成或者可能造成经济损失<30万元
	地质灾害人员伤亡	有人员伤亡或者威胁人数>10人		威胁人数3~10人	威胁<3人

要素	指标	差(3分)	较差(2分)			较好(1分)
地质环境背景	地形地貌	地貌单元类型多,微地貌复杂,地形坡度一般大于35°,相对高差大	地貌单元类型较多,微地貌有变化,地形坡度一般为20°~35°,相对高差较大			地貌单元类型单一,微地貌形态简单,地形坡度一般<20°,相对高差小
	地层岩性	碳酸盐岩、松散岩	碎屑岩			岩浆岩
	构造	构造复杂,断裂构造发育强烈,节理发育	构造中等,断裂构造较发育,节理较发育			构造简单,断裂构造、节理不发育
	水文地质	复杂。低山区以基岩裂隙水为主,地貌多为低山、高丘,地势高,大多组成山脊,构成地表分水岭。	中等。丘陵平原区,地貌以石灰岩丘陵为主,地表岩溶发育			简单。平原区,地表透水性强,降水入渗补给条件好,地下水位与降雨量同步变化
	工程地质	碳酸盐岩建造类型、松散岩	碎屑岩建造类型			岩浆岩建造类型
矿业开发 (矿山基本情况)	矿山密度	≥1	1			0
	开采强度	≥50(万t·a^-1)	10~<50(万t·a^-1)			<10(万t·a^-1)
	采矿方式	露天	硐采			无矿山开采
	开采矿种	金属矿	建材矿、能源矿等			无矿山开采
	废水废渣情况	有废水排放或者渗漏,有废渣排放或者堆放;量较大	有废水排放或者渗漏、有废渣排放或者堆放;量较小			无废水、废渣
要素	指标	差(3分)		较差(2分)	较好(1分)
矿山地质环境问题	土地资源破坏	占用破坏耕地>2 hm²,占用破坏林地或草地>4 hm²,占用破坏荒地或未开发利用土地>20 hm²		占用破坏耕地≤2 hm²,占用破坏林地或草地2~4 hm²,占用破坏荒山或未开发利用土地10~20 hm²	无破坏或者占用破坏林地或草地≤2 hm²,占用破坏荒山或未开发利用土地≤10 hm²
	地形地貌景观破坏	对各类自然保护区、人文景观、风景旅游区、城市周围、主要交通干线两侧可视范围内地形地貌景观影响严重		对各类自然保护区、人文景观、风景旅游区、城市周围、主要交通干线两侧可视范围内地形地貌景观影响较重	对各类自然保护区、人文景观、风景旅游区、城市周围、主要交通干线两侧可视范围内地形地貌景观影响较轻
	含水层破坏	矿井正常涌水量>10 000 m³·d^-1,矿区周围主要含水层(带)水位大幅下降,地表水体漏失严重,不同含水层(组)串通水质恶化		矿井正常涌水量3 000~10 000 m³·d^-1,矿区及周围主要含水层(带)水位下降幅度较大,矿区及周围有漏失现象	无明显影响或者矿井正常涌水量<3 000 m³·d^-1,矿区及周围主要含水层水位下降幅度小
	土壤污染	污染综合评价重度污染		污染综合评价轻微-中度污染	污染综合评价清洁-尚清洁
	地表水污染	污染综合评价重度污染		污染综合评价轻微-中度污染	污染综合评价清洁-尚清洁
	地下水污染	污染综合评价重度污染		污染综合评价轻微-中度污染	污染综合评价清洁-尚清洁
地质灾害	地质灾害发生次数	≥2		1	0
	地质灾害影响范围	影响或者威胁村庄、交通干线和工程设施安全		影响或者威胁散落住户和工程设施	几乎对人、路、设施无影响
	地质灾害经济损失	造成或者可能造成经济损失>100万元		造成或者可能造成经济损失30万~100万元	造成或者可能造成经济损失<30万元
	地质灾害人员伤亡	有人员伤亡或者威胁人数>10人		威胁人数3~10人	威胁<3人

标度值	含义
1	两者同等重要
3	前者比后者稍微重要
5	前者比后者比较重要
7	前者比后者十分重要
9	前者比后者绝对重要
2,4,6,8	表示上述相邻判断的中间值
上述数据倒数	后者比前者的重要程度倒数

标度值	含义
1	两者同等重要
3	前者比后者稍微重要
5	前者比后者比较重要
7	前者比后者十分重要
9	前者比后者绝对重要
2,4,6,8	表示上述相邻判断的中间值
上述数据倒数	后者比前者的重要程度倒数

阶数	RI	阶数	RI
1	0	7	1.36
2	0	8	1.41
3	0.52	9	1.46
4	0.89	10	1.49
5	1.12	11	1.52
6	1.26	12	1.54