矿山地质环境承载力评价的若干问题

补建伟 孙自永 周爱国，，3 徐友宁 魏文浩 刘 梦，5

(1.中国地质大学(武汉)地质调查研究院，湖北 武汉430074;2.中国地质大学(武汉)环境学院，湖北 武汉430074;3.生物地质与环境地质国家重点实验室，湖北 武汉430074;4.中国地质调查局西安地质调查中心，陕西 西安710054;5.中国地质大学(武汉)机械与电子信息学院，湖北 武汉430074)

矿产资源是人类赖以生存和发展的重要保证，为满足人民生活需求、支持经济发展、保障国家安全、促进社会进步提供了广泛的物质基础［1］。然而在当前，矿业开发俨然成为全球范围内对地质环境影响最剧烈的人为活动之一，粗放和掠夺式的开采导致了矿山地质环境恶化、地质环境问题频发和生态环境失衡等一系列问题，究其原因是人类的经济活动超过了自然生态系统的承载能力［2］。

矿山地质环境承载力是近年来从环境承载力、矿山地质环境及地质环境评价领域交叉衍生出的研究热点［3-6］，目前主要以评价研究居多［7-10］。其关注的核心是矿业活动对地质环境扰动强度的临界阈值，用以协调矿产资源供给功能与地质环境服务功能之间的平衡关系。然而，矿山地质环境承载力评价是一个高度复杂和抽象的研究课题，国内外尚处于探索阶段，因此在开展评价工作之前，有必要对一些基础性问题进行分析和讨论。为此，通过对矿山地质环境承载力评价的对象、范围、性质、前提和目的等进行探讨和界定，从而初步明确矿山地质环境承载力评价的基本属性，进而为矿山地质环境评价相关研究提供参考。

1 评价对象

矿山地质环境承载力评价的对象是地质环境承载力，可以预想评价的结果是某个采矿区域地质环境承载力的强弱。地质环境承载力的大小可以用具体的数值表示，也可以采用诸如“强、中、弱”的级别形式表现。

1.1 承载力概念的起源与发展

“承载力”的概念起源于物理学、工程学，是指物体在不产生任何破坏时所能承受的最大负荷，具有物理量纲。但是，承载力的概念自1921 年由Park 和Burgress 等引入生态学后发生了演化与发展［11］，在不同的发展阶段和资源条件下，产生了不同的承载力概念和相应的理论［12］。发展至今，许多领域的承载力已由最初的“最大支持量”发展成为了对人类活动的“支持能力”。另外，承载力和容量是2 个容易混淆的概念，两者区别在于:容量(常称环境容量)一般侧重体现和反映环境系统的纯自然属性;承载力则突出显示和说明环境系统的综合功能(自然和社会的复合)［2］。承载力概念的发展演化情况见图1。

图1 承载力概念的发展与演化Fig.1 Development and evolution of carrying capacity concept

1.2 承载力的核心要素

承载力的概念在演化过程中被不断赋予新的内涵，其涉及的领域涵盖自然、社会、经济等多方面。然而，无论如何发展和演化，只要沿用“承载力”这个词，有2 点就必须要明确，即“承载体”和“承载对象”，这也是承载力的2 个核心要素［13］，见图2。

图2 承载力的核心要素Fig.2 Core elements of carrying capacity

1.3 矿山地质环境承载力的概念

国内对矿山地质环境承载力的研究兴起于10 余a 前，夏玉成早在本世纪初便开展了相关的研究工作，近年来，姚锐、吕敦玉、关英斌、张勇和张大超等分别从不同的角度丰富了相应的概念［14-19］。结合前人的研究成果，考虑承载力的概念与地质环境属性的特点，从整个矿产资源开发与地质环境相互作用的角度出发，矿山地质环境承载力的概念可理解为:在可预见的时期内，受矿产资源开发活动影响的区域，在保障地质环境系统结构稳定、功能正常或朝着人类社会经济活动可持续发展的前提和目标下，矿业活动对地质环境的最大扰动强度，或地质环境所能承受矿产资源开发强度的最大值。

矿山地质环境承载力反映的是矿山地质环境系统结构与区域矿业经济活动的适宜程度［19］。然而矿山地质环境承载力是一个多要素、复杂的综合承载力，其承载体具有自然属性，而承载对象具有很强的经济和社会属性，如何量化承载力，如何找到承载体和承载对象之间的联系是需要解决的核心问题［20］。

1.4 矿山地质环境承载力表述途径

地质环境承载力的研究难点有:①地质环境承载力作为一个客观存在的事实，缺乏一个适合的表征量，即用什么方式来量化和表征地质环境承载力;②在承载力评价方面应用较多的量化指标有人口数量、用地面积、经济效益，但该类指标无法从整体上权衡地质环境承载力，并且该类指标均牵涉到许多地质环境自然属性以外的经济或社会属性［21］。

按照相关研究成果，可通过采用承载对象的特征量(如人口规模、GDP 总量等)表征承载力评价结果，但这对于地质环境承载力而言，是很难实现的。因此，在矿山地质环境承载力研究中，可以考虑采用另外一种思路来表征地质环境承载力，即承载对象仅用来作为承载体的约束目标，承载力评价的最终结果采用承载体(地质环境)对相关功能(如降解、自净、光合作用、涵养水分等)的承载能力的相对大小来表征。

2 评价范围

2.1 矿山地质环境

评价范围首先要明确的是矿山地质环境的概念，而非范畴更广的“地质环境”或侧重其他功能的某种局域环境(如“湿地环境”或“草原环境”)，这是评价范围的首要属性。为了不使评价范围发生混淆或偏离，以及更加明确工作的重心和方向，有必要对矿山地质环境和地质环境的概念进行区分。

岩石圈的表层是与大气圈、生物圈、水圈相互作用最直接的部分，人类活动与岩石圈的表层关系最为密切，一般将这个与大气圈、生物圈、水圈相互作用最直接，又是人类活动关系最密切的岩石圈接近地表的部分称为地质环境［22］。矿山地质环境是指人类采矿活动所能影响到的矿山周围的岩石、土壤、地下水、地质作用结果及其之间的相互联系、相互作用和相互影响的总称［23］。

显然，在内涵上地质环境包含了矿山地质环境。矿山地质环境仅关注受矿产资源开发活动所能影响到的岩、土、水、生、气等范围相对较小且具体的环境，这是因为地质环境的范围广阔，受矿产资源开发影响的环境部分不可能无限延伸，只能在有限的范围内产生作用，而这部分范围就是矿山地质环境定义中的“环境”。另外，从研究的角度分析，要使得承载力的评价结果真实可靠，需要缩小概念和理论的外延，设置有限目标，否则考虑因素过多、选取指标过细、耦合过程过余冗会导致评价模型高度复杂，从而影响评价结果的准确性［24］。

2.2 评价区所在地

矿产资源开发所在地这一属性要素明确了矿山地质环境承载力评价的工作区域。我国幅员辽阔，每个地区都有独特的地质环境背景和特点，如在青藏高原开展类似评价工作，特殊的气候、地理及构造因素会造就其地质环境的特殊性和生态环境的脆弱性，这使得评价工作的诸多环节与在我国中、东部有所区别。而这种区别表现在青藏高原地质环境系统中的水、土(岩)、生、气诸要素中，动植物及生态要素变得尤为突出，不再局限于内地岩土力学(地质灾害)和水土化学(污染)等方面的评价。

3 评价分类及性质

3. 1 评价分类

矿山地质环境影响评价的目的是确定矿产资源勘查与开采活动对矿山地质环境的影响程度，包括现状评价和预测评价。现状评价主要依据矿业活动已经造成的各种矿山地质环境问题;预测评价的依据则是矿山地质环境背景条件和矿业活动的强度。在矿山地质环境评价工作中，评价对象和目的往往具有差异性，目前，可将其分为矿山地质环境影响评价、矿山地质环境功能评价和矿山地质环境问题评价等3类［25］，见表1。

表1 矿山地质环境评价的分类Table 1 Classification of mine geo-environmental evaluation

矿山地质环境中的“环境”不仅是矿业活动的场所，而且具有为人类生活提供环境保障的功能。矿山地质环境功能评价的目的是确定其环境功能的种类和大小，即判断对人类居住和从事生产、生活的适宜程度。

矿山地质环境问题评价的对象是矿山内已发生、正发生或潜在的各类地质环境问题，评价的目的是揭示这些地质环境问题的发生和发展规律，确定它们的发生概率(风险性)、造成的破坏损失(危害性)、减灾防灾的经济投入以及取得的经济效益和社会效益，评价结果反映的是矿山地质环境质量的优劣程度。按评价时间可分为地质环境问题发生前的预评价、地质环境问题发生期间的跟踪评价和地质环境问题发生后的总结评价;根据评价范围或面积，可分为点评价、面评价和区域评价;根据评价内容，又可分为危险性评价、易损性评价、风险性评价、破坏损失评价和防治工程评价，其中危险性评价和风险性评价属预评价，破坏损失评价属总结评价［26］。

3.2 评价性质

矿山地质环境承载力评价的性质可从多方面分析:①从评价阶段来说，属于预评价(规划评价);②从评价内容来看，属于综合评价;③从决策过程来分析，属于主观－客观耦合的评价。

3.2.1 规划评价

预评价和后评价的划分是针对矿山开采而言的:①在矿山开采前的评价即预评价，包括承载力评价、影响评价;②在开采过程中的评价即现状评价，包括环境质量和环境问题评价;③在开采后的评价即后评价，如恢复潜力、恢复的适宜性评价等［27］。有些评价比较特殊，如在开采阶段进行的评价，却具有预测性质，如风险性评价、危害性评价，该类评价可以归为预评价(但与承载力评价和影响评价区别明显)，也可以归为现状评价，归为动态预评价也比较合适。

矿山地质环境的预评价可分为承载力评价和影响评价。承载力评价是在具体开采方案之前进行的评价，是为勘查、开采规划服务的，属于宏观的了解背景、掌握情况的阶段，评价结果有助于规划优先开发区、适宜开发区、限制开采区、禁止开发区等。针对具体的开采方案所进行的预测评价则为环境影响评价，根据评价的时期可分为:①在开采方案之前的预测评价;②在开采过程中或开采之后，对矿山开采对环境产生的负面影响进行评估，是查因或归因的过程。矿山开采过程中各阶段地质环境评价分类见图3。

图3 矿产资源开发过程中各阶段地质环境评价分类Fig.3 Classification of mine geo-environmental evaluation at all stages of mineral resources exploitation

3.2.2 综合评价

从承载力的2 个核心要素分析，矿山地质环境承载力的承载体是矿山地质环境，承载对象是矿产资源开发活动。矿山地质环境是一个庞大复杂的系统，由岩、土、水、生、气等多个子系统组成［28］，要评价该系统对矿产资源开发的承载能力，不可能从某个侧面或通过单一指标来衡量。因此，矿山地质环境承载力评价是一个包含众多环境要素、考虑诸多环境系统、注重众多环境功能的一个综合评价过程。整个矿山地质环境系统可提取的指标不胜枚举，评价过程中需要对该类指标进行信息汇集加工，从中提炼出一套最优的指标体系，从整体上对地质环境的承载水平进行评判。

3.2.3 主观－客观耦合评价

本质上讲，矿山地质环境承载力的评价结果是数学方法、逻辑思维和人脑决策的耦合过程［29］，其中:①综合性评价是自下而上的过程，即由低层次到高层次，由多样性到综合性，由诸多细节到简约集中的过程，期间不可避免地会带来信息的损失［30］;②评价的诸多环节均有多个备选方案，如标选取、定权方法、剖分方案、模型构建等，需要人为选择，存在一定的主观性;③评价指标所获取的多源数据由于精度、度量方法的不一致会不可避免地存在一定的误差。

4 评价前提

4.1 暂不考虑矿产资源开发方式

假设外界施加的是均匀作用力，可暂不考虑矿产资源开发方式，这是:①由环评性质决定的，由于无法获知开采方案，因而无法判断矿产资源的开发方式和强度;②由环评的目的决定的，评价结果的优劣程度只能通过比较来获得，而要使得评价结果具有可比性，有必要使得外界作用力相同，否则无从比较;③由环评的本质决定的，承载力衡量是地质环境的固有特性，或者是地质环境系统的内在特征［31］，类似于地下水脆弱性评价中的固有脆弱性评价，即对某一个单元能够承受多大(相对值)的外界作用力进行评价。

4.2 暂不考虑未来地质环境的可恢复性

原因在于:①地质环境即便可以恢复，那么这样的恢复过程究竟需要多长时间，无法获知;此外，地质环境在一定的时间段内能够得到恢复便可以认为地质环境承载力较高，超过该时间段，即便地质环境得到了恢复也认为地质环境承载力较低，那么这样的时间段究竟如何有效确定，难度较大。②一般来讲，地质环境恢复有益于人类生产生活，并且只要积极投入，地质环境在很大程度上能够得到恢复，从这个角度上分析，地质环境承载力是较大的，如此便失去了地质环境承载力评价的意义［32］。

4.3 暂不考虑承载力的动态变化

在地质环境承载力评价过程中，可暂不考虑开采过程中因环境要素的改变而造成承载力的动态变化［33］，这是因为矿山地质环境承载力评价的参考起点应当是当前的环境，针对的是叠加在现状之上的可能发生的矿业活动，因此，矿山地质环境承载力评价应该相当于环境影响评价中的规划评价，是为规划服务的，不考虑具体开采方案的影响，当然也不存在承载力的动态变化问题，因此属于预评价，矿山开采及开采后的评价则不属于预评价的范畴。

5 评价目的

近年来，随着我国对矿产资源需求的急剧增大，资源与环境间的矛盾将持续激化，我国矿山地质环境在当前和未来很长一段时间内将面临严峻的形势［34］。在此形势下，迫切要求对矿山地质环境承载力进行系统而深入的研究，以便科学合理地回答和解决一些涉及区域乃至国家目标的决策性问题:如在某矿区现有的矿山地质环境条件下，矿产资源总体上是否适宜开发;某个区域的矿山地质环境能承载强度如何，若在该区域进行矿产资源开发，将对地质环境产生何种程度的影响，在哪些位置开发更合适等［16］。

此外，通过矿山地质环境承载力的研究可以:①为指定区域矿产资源开发制定相关政策，提供环境方面的依据，实现在环境保护的前提下进行资源的有序开发;②应用于全国各矿产资源重点勘查规划区和资源接续基地的地质环境综合调查评价工作;③为大型能源基地、矿集区、开采区合理确定开采强度、防治矿山地质环境问题、保护矿山生态环境提供理论依据，为实现矿产资源开发与环境保护协调发展、矿业和国民经济可持续发展提供科学保障。

6 结 语

矿山地质环境承载力研究的是矿山地质环境系统与矿业开发活动间的相对关系，但由于不同学科背景的专家对其认识不一致，再加上矿山地质环境系统、人类与地质环境之间作用的复杂性，使得目前许多理论和方法尚未发展成熟。通过对矿山地质环境承载力评价所存在的一些问题进行讨论，对于加强我国矿山地质环境保护以及进行矿产资源开发具有一定的参考价值。

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