全国矿山地质环境调查与综合评估技术方法探讨.pdf

收稿日期2 0 0 6 - 0 7 - 1 0; 修订日期2 0 0 6 - 1 2 - 1 3 地调项目 中国地质调查局 全国矿山地质环境调查与评估 计划项目 编号2 0 0 2 4 0 1 5, 任务书编号 水[ 2 0 0 2 ] 0 2 1 部分成果。 作者简介 张进德1 9 6 6 - , 男, 教授级高级工程师, 从事矿山地质环境调查、 评价、 监测、 治理等研究。E - m a i lz h a n g j d m a i l . c i g e m . g o v . c n 地质通报 G E OL OG I C A LB U L L E T I N OFC H I NA 第2 6卷第2期 2 0 0 7年2月 V o l . 2 6,No . 2 F e b .,2 0 0 7 新中国成立以来,矿业在十分薄弱的基础上 得到了较大的发展, 特别是改革开放以后, 矿业产 值高速增长,在国民经济建设中的基础地位日益 重要。然而, 长期高强度大规模的矿产资源开发活 动在保障经济发展需要和创造巨大经济效益的同 时, 引发的矿山环境问题十分突出, 严重影响和制 约着矿业自身乃至整个国民经济的可持续发展。 当前, 随着国民经济持续、 快速和稳定的发展, 以人为本, 全面、 协调、 可持续发展观深入人心, 人 们在不断提高生活水平的同时, 对生存环境的要求 越来越高。面对历史时期遗留下的矿山环境问题和 日趋严峻的矿山环境形势,开展全国矿山环境保 护和治理工作势在必行。然而, 中国矿产资源品种 比较齐全, 矿山数量巨大, 分布面广, 采矿工艺千 差万别, 采矿引发的环境地质问题底数不清, 影响 了政府对矿山环境的监督管理和决策的制定[ 1 ]。因 此,迫切需要在全国范围内开展矿山地质环境调 查与评估,为开展矿山环境保护与治理工作奠定 基础, 促进矿业经济的可持续发展。按国土资源部 的统一部署,中国地质调查局于2 0 0 2年启动了以省 为单元的全国矿山地质环境调查与评估项目。这是 中国首次系统和全面地对所有矿山进行地质环境问 题摸底调查。 通过调查摸清全国矿山地质环境现状, 查明存在的主要环境地质问题及潜在危害[ 2 ], 为合 全国矿山地质环境调查与综合评估技术方法探讨 张进德1 ,2 , 张德强2, 田磊2 Z H A NG J i n - d e 1,2 ,Z H A NG D e - q i a n g 2 ,T I A N L e i 2 1 .中国地质大学 北京 , 北京1 0 0 0 8 3;2 .中国地质环境监测院, 北京1 0 0 0 8 1 1 . C h i n aU n i v e r s i t yo f G e o s c i e n c e s,B e i j i n g1 0 0 0 8 3,C h i n a; 2 . C h i n aI n s t i t u t eo f G e o - E n v i r o n m e n t a l M o n i t o r i n g,B e i j i n g1 0 0 0 8 1,C h i n a 摘要 就全国矿山地质环境调查与评估的技术方法进行了探讨。 介绍了矿山地质环境调查的内容、 技术路线和工作方法, 在调查 数据的基础上提出了矿山地质环境影响评估的指标体系和方法, 并结合6省的矿山地质环境调查数据, 按照不同的矿类对采矿 造成的矿山地质环境影响进行了分区评估, 为下一步开展全国矿山地质环境调查综合研究及成果集成奠定了基础。 关键词 矿山环境; 地质调查; 综合评估 中图分类号X 1 4 1文献标志码A文章编号1 6 7 1 - 2 5 5 22 0 0 70 2 - 0 1 3 6 - 0 5 Z h a n gJD,Z h a n gD Q,T i a nL . Me t h o d so fi n v e s t i g a t i o n sa n di n t e g r a t e da s s e s s me n t so ft h en a t i o n w i d emi n e g e o e n v i r o n me n t . G e o l o g i c a l B u l l e t i no fC h i n a,2 0 0 7,2 62 1 3 6 - 1 4 0 A b s t r a c tT h i sp a p e rd i s c u s s e st h em e t h o d so fi n v e s t i g a t i o n sa n da s s e s s m e n t so ft h en a t i o n w i d em i n eg e o e n v i r o n m e n tl a u n c h e d b yC h i n aG e o l o g i c a l S u r v e ya n di n t r o d u c e st h ec o n t e n t,t e c h n i c a l l i n ea n dw o r k i n gm e t h o df o rt h ei n v e s t i g a t i o n sa n da s s e s s - m e n t s . T h e nt h ei n d i c a t o rs y s t e m a n dm e t h o d so f m i n eg e o e n v i r o n m e n t a l i m p a c ta s s e s s m e n t sa r ep u tf o r w a r db a s e do nt h ei n - v e s t i g a t i o nd a t a . F i n a l l y,t h em i n eg e o e n v i r o n m e n t a l i m p a c ta s s e s s m e n t sc a u s e db ym i n i n ga r em a d ea c c o r d i n gt od i f f e r e n tm i n - e r a l sa n dr e g i o n s,b yu s i n gt h em i n eg e o e n v i r o n m e n t a l i n v e s t i g a t i o nd a t ao f 6p r o v i n c e s . T h i sp r o v i d e saf o u n d a t i o nf o rc a r r y - i n go u t i n v e s t i g a t i o n s a n da s s e s s m e n t s o f t h en a t i o n w i d em i n eg e o e n v i r o n m e n t a n di n t e g r a t i o no f t h er e s u l t s i nt h en e x t s t e p . K e yw o r d sm i n ee n v i r o n m e n t;g e o l o g i c a l i n v e s t i g a t i o n;i n t e g r a t e da s s e s s m e n t 第2 6卷 第2期 中国地质环境监测院.全国矿山地质环境调查技术要求实施细则 试用稿. 2 0 0 2 . “张进德, 马军, 叶晓宾.全国矿山环境地质信息系统建设成果报告. 2 0 0 3 . 理开发矿产资源、 保护地质环境、 整治矿山环境、 恢 复与重建矿山生态系统、 实施矿山地质环境监督管 理提供基础资料。 经过近4年的实施, 截至2 0 0 5年底, 基本完成了 全国3 1个省 自治区、 直辖市 的矿山地质环境调查 与评估工作, 取得了较好的进展及阶段性成果。 1矿山地质环境调查 1 . 1调查技术方法 全国矿山地质环境调查与评估涉及范围包括3 1 个省 区、 市 的所有固体矿山, 工作量巨大。由于政 府的需求紧迫, 不能完全按照区域环境地质调查规 范进行。为了尽快完成全国矿山地质环境调查与评 估,需要各级国土资源行政主管部门的支持和协 调。因此制定了如下的技术路线和工作方法。 1 . 1 . 1技术路线 以省 区、 市 为单元, 开展本行政区内所有在 建、 生产和闭坑固体矿山的环境地质问题调查。充 分收集以往的资料, 以填表调查为主, 结合遥感辅 助调查, 对典型重点矿山进行实地调查与核查。 1 . 1 . 2工作方法 1 前期准备 资料收集 搜集矿山的自然地理背景、 区域地 质环境条件、 矿产资源及其开发状况、 矿业活动对 生态环境的影响、矿山生态环境恢复治理等资料。 通过分析前人的资料[ 3 ], 初步了解本省 自治区、 直 辖市 不同矿产类型的分布特点及赋存条件, 矿山 企业的数量、 类型及开采方式, 存在的主要矿山环 境地质问题等, 为下一步开展调查奠定基础。 制定矿山地质环境调查技术标准 为了配合全 国矿山地质环境调查与评估项目的实施, 国土资源 部环境司制定了 全国矿山地质环境调查技术要求 。 为了进一步指导各省 区、 市 开展调查工作, 依据 该技术要求, 编制了 全国矿山地质环境调查技术 要求实施细则 。该技术标准明确规定了全国矿山 地质环境调查的目标任务, 调查对象、 范围与内容, 工作程序与方法, 提交成果等。为全国3 1个省 区、 市 开展矿山地质环境调查工作提供强有力的技术 支撑, 也便于最终调查成果的集成、 汇总。 研制全国矿山地质环境调查信息系统 开展矿 山地质环境调查必将取得大量的数据资料,这些资 料是政府部门今后实施矿山地质环境管理的重要基 础数据。 为了使调查数据规范化, 便于有效管理和利 用, 需要建立全国矿山地质环境调查数据库, 并在此 基础上研发全国矿山地质环境调查信息系统“, 为各 省 区、 市 的矿山地质环境调查提供一个集数据录 入、 数据存储、 数据查询、 数据处理、 统计分析、 打印 输出、 图形显示等功能为一体的信息系统平台, 有利 于最终调查资料的分析、 处理与综合研究。 2 开展调查 发表调查 在各省 自治区、 直辖市 国土资源行 政主管部门的组织协调下,将矿山地质环境调查表 发放到县级国土资源行政主管部门,通过他们将调 查表下发到各个矿山企业,由企业按照调查表的内 容要求逐一据实填写, 并限期将填好的调查表交回, 各项数据经检查校核后录入数据库。闭坑矿山的调 查表由当地国土资源行政主管部门填写。 实地调查与核查选择具有代表性的典型矿山 进行实地调查与核查。实地调查与核查的方法包括 现场调查、 走访、 座谈、 电话询问等方式。 实地调查与 核查重点部署在矿产资源集中的开采区、国有大型 老矿区、2 0世纪8 0年代中后期群采问题严重的地区 等。实地调查与核查的矿山比例为 大型企业1 0 0 , 中型企业8 0 , 小型企业及群采点3 ～ 5 。 遥感辅助调查 采用较新的遥感资料, 对重点矿 区、 重点区段的地面塌陷、 尾矿库、 矸石堆、 采矿场、 矿坑积水等进行遥感解译[ 4 ]。解译方法可根据遥感 影像的种类和特点, 采用目视解译、 人机结合解译和 计算机自动提取。 最终编制遥感解译等级表, 制作重 点地区矿山环境地质问题遥感解译图[ 5 ]。 1 . 2调查内容 调查内容包括 矿山基本概况、 矿山占用与破坏 土地及土地复垦治理的情况、矿山废水废液的排放 情况、 矿山尾矿固体废弃物的排放情况、 矿坑排水对 地下水的影响情况、 矿山次生地质灾害情况。 调查的 数据项共有5 8项,其中矿山基本概况包括2 5个数据 项, 矿山占用与破坏土地及土地复垦治理情况包括7 个数据项,矿山废水废液排放情况包括7个数据项, 矿山尾矿固体废弃物排放情况包括8个数据项, 矿坑 排水对地下水影响情况包括3个数据项, 矿山次生地 张进德等 全国矿山地质环境调查与综合评估技术方法探讨 1 3 7 地 质 通 报G E O L O G I C A LB U L L E T I NO FC H I N A2 0 0 7年 质灾害情况包括8个数据项。 2矿山地质环境评估 矿山地质环境评估就是评估采矿活动对矿区 生态环境的影响程度。矿产资源一般是按一定的成 矿规律分布的,不同的矿类有不同的成矿规律, 在 矿产资源开发利用过程中会形成不同的集中开采 区 带 。因此, 矿山地质环境影响评估主要针对矿 产资源集中的开采区, 评估采矿活动对矿山地质环 境的影响程度。由于每个开采区可能包括若干个矿 山, 评估采矿活动对矿山地质环境的影响时应当综 合考虑区域内所有矿山的影响。划分矿产资源集中 开采区时, 可以按照不同的矿类进行分区。由于每 一个矿山都分5 8个数据项进行调查,要进行矿山地 质环境影响评估首先应进行聚类分析, 确定合适的 评估因子和标准, 最终形成矿山地质环境影响评估 分级。 2 . 1评估原则 以不同类型的矿产资源集中开采区为评估对 象, 以采矿活动引发的矿山环境地质问题的现状为 主, 兼顾矿区的地质环境背景, 评估区内的矿产资 源开发对该区地质环境的影响程度, 评估因子来源 于调查数据项。 2 . 2评估指标体系 2 . 2 . 1评估因子选取 矿产资源开发对地质环境的影响因素可以归 结为以下几个方面①开采方式;②开发强度;③三 废排放量;④次生地质灾害;⑤土地的占用和破坏。 本次开展的矿山地质环境调查包括了5 8个数据项, 从中选取了1 7个数据项作为评估因子 矿山数量、 露 天开采矿山数量、 实际生产能力、 采空区面积、 矿山 面积、 尾矿库面积、 采矿场面积、 废料场面积、 塌陷 区面积、 废水排放量、 固体废弃物年排放量、 固体废 弃物累计积存量、 矿坑排水影响范围、 地质灾害发 生次数、 地质灾害影响范围、 地质灾害损失、 地质灾 害死亡人数。 以上评估因子完全涵盖了上述5个方面 的影响因素, 具有较好的代表性。当然, 评估因子的 选取只考虑了矿产资源的开发活动对环境的影响, 没有考虑评价区域的地质环境背景,如地形地貌、 地层岩性、 地质构造、 水文地质工程地质条件等。随 着调查工作的深入和基础地质资料的积累, 在今后 的评价中可以适当考虑地质环境背景。 2 . 2 . 2评估指标 分析上述1 7项因子的属性,一般认为矿山企业 越大, 各个因子的数值越大, 矿山企业越小, 各个因 子的数值就越小。如果直接应用1 7项因子进行环境 影响评估,就会出现大型矿山的环境影响大于中型 矿山的环境影响,中型矿山的环境影响又大于小型 矿山的环境影响, 矿山企业规模越大, 环境影响就越 严重的情况。 实际上, 许多中小型矿山企业开采能力 不大, 但对环境的影响和破坏却较为严重, 而一些大 型矿山企业由于采取了较好的生产工艺和环保措 施, 采矿对环境的影响反而较轻。因此, 不能直接采 用1 7项因子。为了避免直接引用各因子数值进行评 估造成较大的偏差,采用部分因子的比值作为评价 指标, 需要将1 7项因子变换为1 2项评估指标。 X1露天开采矿山个数/区内矿山总数; X2采空区面积/矿山面积; X3塌陷区面积/矿山面积; X4占用破坏土地面积/矿山面积; X5废水年排放量/实际生产能力; X6固体废弃物年排放量/实际生产能力; X7固体废弃物累计积存量/矿山面积; X8矿坑排水影响面积/矿山面积; X9地质灾害发生次数; X1 0地质灾害影响范围; X1 1地质灾害经济损失; X1 2地质灾害人员伤亡。 2 . 3评估方法 2 . 3 . 1聚类分析 对上述1 2个评估指标进行聚类分析, 形成6个指 标层, 每个指标层包含若干个指标项, 形成了一定的 层级关系。根据各指标层对矿区地质环境影响程度 的大小分别赋予一定的权重,而指标层内的各指标 项对指标层的贡献大小不一,也必须赋给一定的权 重, 这样就组成了两级权重。 为了确定指标层与指标 项的权重, 首先选择了1个典型煤矿、1个典型铁矿和 1个典型金矿对其进行解析, 结果表明, 指标层对矿 区地质环境的影响程度由大到小依次是 地质灾害、 废物排放、 采矿沉陷、 占用土地、 地下水均衡破坏和 开采方式。给指标层和指标项权重赋值时参照典型 矿山的解剖结果,结合所调查的矿山环境地质问题 的现状, 赋值后再选择几个矿山进行验证, 对各权重 值作适当调整,最终形成各指标层和指标项的权重 值, 如表1所示。 1 3 8 第2 6卷 第2期 2 . 3 . 2综合评分 为了确定指标项的评分标准, 对参与评价的所 有样本数据进行统计和分析,找出最大值和最小 值, 分析数据的总体分布规律, 从而确定1 2个指标项 数值的分布规律。根据统计学原理, 所有指标项数 值呈正态分布规律, 即两端的样本数据少、 中间的 样本数据较多。为了进一步分辨出样本数据较多的 中间段, 又细分为3级, 这样每个指标项共分为5级, 采用1 0分制的评分方法。评分标准初步确定后选定 某一集中开采区进行评价验证, 评价结果与实际情 况相符, 因此制定了相应的评分标准 表2 。 设指标项的得分为P i, 指标层的得分为Lj, 综合 得分为T, 则 L j n 1 Pi Wi 其中,Wi为指标项权重,n为指标项个数; T m 1 Lj Wj 其中,Wj为指标层权重,m为指标层个数。 2 . 3 . 3分区评估 1 分区 全国矿山地质环境调查数据库包含了 所调查到的每一个矿山的坐标数据, 将所有矿山的 坐标数据投到一定比例尺的地形图上, 可以生成矿 山分布图。由于不同类型的矿产资源有着不同的分 布规律, 而矿产开发所引发的环境地质问题也不尽 相同, 因此, 在数据库中按照能源矿产、 黑色金属矿 产、 有色金属矿产、 贵金属矿产、 稀有稀土及分散元 素矿产、 冶金辅助原料非金属矿产、 化工原料非金属 矿产、 特种非金属矿产、 建材及其他非金属矿产9个 矿类, 对所有矿山的坐标数据进行分组, 再将不同矿 类的矿山坐标数据投到地形图上,分别生成不同矿 类的矿山分布图。 根据不同矿类的矿山分布图, 利用 G I S的空间分析功能[ 6 ], 如生成缓冲区或者单元格剖 分, 经过空间分析处理, 划分出若干个不同矿类的矿 产资源集中开采区。 2 评估 分区完成后, 对每一个区域进行地质 表1指标层与指标项的权重取值 T a b l e1 We i g h t e dv a l u e s o ft h ei n d i c a t o rl a y e ra n di t e m 表2指标项的评分标准 T a b l e2 Ma r k i n gs t a n d a r do fi n d i c a t o ri t e m 张进德等 全国矿山地质环境调查与综合评估技术方法探讨 1 3 9 地 质 通 报G E O L O G I C A LB U L L E T I NO FC H I N A2 0 0 7年 图1黑色金属矿产资源开采区环境影响评估结果示意图 F i g . 1 D i a g r a m s h o w i n gt h er e s u l t s o f e n v i r o n m e n t a l i m p a c t a s s e s s m e n t s o f m i n i n ga r e a s o f f e r r o u s m e t a l l i cm i n e r a l r e s o u r c e s 表3评估分级 T a b l e3 G r a d i n go fe v a l u a t i o 环境影响评估。由于每个区域都包含了若干个开 采矿山, 评估时考虑所有矿山的累计影响, 以每个 区域作为评价单元,按照1 7个评估因子进行数据 统计,参照上述综合评分标准计算出每个区域的 综合得分值。 3 分级 根据每个区的评估得分情况, 将评估 结果分为3个级别, 即影响严重、 影响较严 重和影响轻微, 分级标准见表3。 4 评估结果 以黑龙江、 吉林、 辽宁、 河北等6个省的矿山地质环境调查数据为 例,对黑色金属开采的地质环境影响进行 评估。 根据各个区的综合评估得分情况, 参 照分级标准, 形成评估结果为 采矿造成环 境影响严重的区域有8个, 影响较严重的区 域有1 2个, 影响轻微的区域有7个。评价结 果见图1。用同样的方法对能源矿产、 有色 金属矿产、 贵金属矿产、 稀有稀土及分散 元素矿产、冶金辅助原料非金属矿产、 化 工原料非金属矿产、特种非金属矿产、 建 材及其他非金属矿产开采区进行了地质 环境影响评估, 评估结果不再赘述。 3结论与建议 以省为单元的全国矿山地质环境调查与评估是 中国首次系统和全面地对所有矿山进行地质环境摸 底调查和综合评估。 通过调查与评估, 基本摸清了全 国矿山地质环境的现状,为国土资源行政主管部门 编制矿山地质环境保护与治理规划提供了依据。但 调查成果只能满足从宏观上了解全国矿山地质环境 的现状、 摸清家底的要求, 对于全国重点矿山环境地 质问题的成因、 分布规律、 发展演化趋势等缺乏较为 详细的调查, 调查精度不够。此外, 评估方法还有待 于进一步完善,首先在评估指标的选取上没有考虑 评价区域的地质环境背景条件、地形地貌与地质构 造条件、 人口密度和气候条件等, 其次采用层次分析 与评分方法是一种半定性与半定量的方法,在评分 标准的制定与权重取值上存在较多的人为因素。 建议加快实施重点矿山地质环境专题调查, 查 明矿山地质环境条件和主要的环境地质问题,分析 矿山环境地质问题的形成机制,分析矿山地质环境 发生、 发展和演变的规律, 为实施矿山地质环境治理 提供依据;进一步完善全国矿山地质环境综合评估 方法; 逐步开展矿山地质环境监测, 为加强矿山地质 环境保护、 监督和管理提供动态依据; 尽快制定全国 矿山环境保护与治理规划, 科学、 有序地开展矿山环 境保护与治理工作。 致谢 在工作中得到殷跃平、 张作辰博士的支持 和指导,在数据分析和计算过程中得到袁西龙高级 工程师的帮助, 在此一并表示感谢。 参考文献 [ 1 ]姜建军.矿山环境管理实用指南[ M] .北京 地震出版社,2 0 0 4 . [ 2 ]张进德, 马军.矿山环境调查评价与综合研究[ J ] .西北地质,2 0 0 3,3 6 增刊 1 6 8 - 1 7 1 . [ 3 ]潘文灿, 钟自然.矿产资源规划研究[ M] .北京 地质出版社,2 0 0 1 . [ 4 ] K u e h nF,K i n gT,H o e r i gT,e ta l . R e m o t es e n s i n gf o rs i t e c h a r a c t e r i z a t i o n [ M] . S p r i n g e r,2 0 0 0 . [ 5 ]傅肃性.遥感专题分析与地学图谱[ M] .北京 科学出版社,2 0 0 2 . [ 6 ]吴信才.地理信息系统原理与方法[ M] .北京 电子工业出版社,2 0 0 2 . 1 4 0