基于GIS 的青海玉树地区矿山地质灾害风险区划研究

解立栋，刘 欢

（1.青海省水文地质及地热地质重点实验室，青海 西宁 810008；2.青海省水文地质工程地质环境地质调查院，青海 西宁 810008）

矿产资源作为人类社会中不可或缺的能源，长期以来一直是人类赖以生存和社会发展的重要物质基础[1]。青海省作为矿产资源大省，其有着十分丰富的自然资源，迄今为止在青海发现的矿产地超过一千五百处，其中玉树为青海省主要矿产地之一，矿种多，门类全，储量丰富。然而，由于受到认识的局限性以及青海省的地质条件等原因的影响，在对矿产资源进行大规模的开发利用的同时，也为矿山环境带来了大量的问题，对该地区矿业的可持续发展造成了一定程度上的制约。受本区自然地质条件以及矿山开采产生的地质环境问题带来的影响，矿区地质灾害的预测及防治工作是矿山开发工作中的一大难题。本文应用GIS 技术对青海玉树地区矿山地质灾害进行风险区划研究，通过对青海玉树地区能源矿产资源集中开采区的矿山地质环境的调查，探清区内矿山地质环境问题及其成因，进而进一步推测其可能造成的危害，分析区域地质环境问题可能带来的地质灾害，为矿山地质环境的管理提供理论依据，为矿山地质灾害的避免提供参考，研究结果对矿产资源的合理开发利用以及矿山地质灾害的防治有着一定的理论意义和实用价值。

1 青海玉树矿山地质环境背景

青海玉树地区位于我国西南“三江”构造带北段，处于青藏高原碰撞造山带东北部，是滇藏地区的一部分，属于东特提斯地质构造系统[2]。研究区处于唐古拉—昌都陆块内部几个三级构造单元的交界部位，不同构造单元在此交切，各级分界断裂在此交会，造成区内断裂构造发育。青海玉树地区位于青藏高原的高原面上，整体以高山、峡谷和山原为主，其地势西北和中部高，东南和东部低，平均海拔较高，境内高海拔山峰众多，大部分终年积雪。区内地层由于经受了复杂的造山运动的改造，形成一系列紧密线型褶皱、表层宽展型褶皱。矿区的断裂构造主要为北西-南东向及北北东向两组。其中前者与区域主构造方向一致，为一条顺层韧性剪切带，带宽300m～500m，倾向北东，控制火山岩带的空间展布。后者则为后期构造，切割火山岩带，并对矿体起到一定的破坏作用，但由于断层规模不大，破坏影响较小。

2 研究区矿山地质问题及其影响因素

2.1 矿山地质主要存在的问题

由于矿山开发产生的地质环境问题主要表现在四个方面。一是矿山开发引发地质灾害，使山体产生开裂、滑坡、泥石流等问题；二是矿山开发破坏地下含水层，使土壤和水环境遭到污染；三是地表植被破坏严重，水土流失加剧，造成山体破损、基岩裸露；四是煤矿的开采引起地面塌陷，破坏土地资源。

2.2 影响矿山地质的主要因素分析

导致矿山地质灾害的自然因素主要包括地层岩性、地质构造特点、矿产资源的分布情况、工程地质特性等。研究区内由于受到长期开采的影响，自然生态环境条件较脆弱。矿山地质主要存在的灾害包括矿区积存废矿渣数量巨大，矿渣型泥石流灾害隐患严重；采空区引发的山体崩塌、滑坡等地质灾害隐患严重；含水层疏干破坏严重，导致地下水外泄，水位下降严重，水土流失严重。

煤矿地下开采会引起的地面塌陷等矿山地质灾害，其中以采空塌陷尤为严重。从调查统计分析得知，影响青海玉树地区矿山地质灾害的主要问题是采空区塌陷。

3 基于GIS的研究区地质灾害风险区划设计

GIS 技术能够很好地展现地理空间分析算法[3]，为灾害风险区划分析提供较好的技术支持。本研究以矿区地质灾害风险区划分析为核心，引入开源GIS 软件作为技术支撑。

3.1 设计矿山地质灾害风险区域划分模型

影响矿山地质灾害风险区划结果的因素众多，在对矿山地质环境进行风险区划研究时，建立风险区域划分模型，选用正确的划分方法，遵循实用性、相对独立性等原则，保证结果的科学性与客观性。

由前文分析得知，青海玉树地区矿山地质灾害问题的特征和强度与矿山地质环境背景和矿山开发强度是密切相关的。因此根据上述指标选取的原则，结合青海玉树地区的区域地质环境背景特点及调查统计情况，结合造成青海玉树地区矿山地质灾害的原因，建立青海玉树地区矿山地质灾害风险评价模型。

采用综合指数法评价青海玉树地区地质灾害易发分区。首先为制作地质灾害因素图，再加权求和，按一定的分割方法对综合指数进行分割，以达到分区目的。其计算公式如下：

式中：S—综合指数；Fij—影响因素及分类，其中i 表示影响因子的数量，j 表示影响因子的分类数量。通过该模型可以完成对青海玉树地区的风险区域划分。

3.2 矿山地质灾害风险区域划分

青海玉树地区矿山地质灾害主要包括崩塌-滑坡、泥石流、岩溶塌陷、地面沉降、采空塌陷和地震液化等，采矿活动、地形地貌、道路建设、降水量、地质环境条件等因子是主要影响因素。

根据上述青海玉树地区矿山地质灾害的主要影响因素，对该地区风险区域进行划分计算。除地面沉降外，其它地质灾害土地资源风险区划图是以地质灾害危险性区划图、地质灾害土地资源综合易损性区划图与土地资源价值密度区划图为基础，采用风险评价原理，结合青海玉树地区的实际地质状况，叠加生成青海玉树地区各个单灾种地质灾害土地资源风险区划图。其叠加公式如下：

式中：R—土地资源风险，万元/a；P—地质灾害发生概率；V—土地资源综合易损性；W—土地资源总价值。

由于采空塌陷为青海玉树地区矿山地质的主要灾害，为此计算该地区地面沉降风险。地面沉降对土地资源造成的直接损失主要体现在地面标高损失，主要是对城区、重要交通干线、重要工程的标高损失，风险按修复成本法计算，即它等于人工填土夯筑使地面恢复到地面沉降发生前的标高所需的费用，计算公式如下：

式中：S—某乡镇城区、重要交通干线、重要工程的占地面积，m2；Vm—地面沉降平均速率，m/a；Jd：人工填土夯筑单价，元/m3。

最后对地质灾害综合风险进行计算，即崩塌-滑坡、泥石流、岩溶塌陷、地面沉降、采空塌陷和地震液化等风险叠加，叠加公式如下：

式中：Rq：地质灾害土地资源综合风险；Rqi：某类地质灾害土地资源风险。

按公式（2）、（3）、（4）对青海玉树地区地质灾害可能造成的风险以乡镇为单元进行预测评估，得到该地区矿山地质灾害风险区域划分的结果。

3.3 与传统风险区域划分方式的对比

由于青海玉树地区处于地震带上，且其矿山地质的主要灾害为采空塌陷，因此以采空塌陷以及地震液化作为对比目标，以采空塌陷、地震液化造成的经济损失，即物质财富风险作为区划标准，将传统风险区域划分的方法与本文风险区域划分的方法进行对比。采空塌陷及地震液化物质财富风险区划标准如表1 所示。

表1 采空塌陷及地震液化物质财富风险区划标准

根据物质财富风险区划标准能够确定青海玉树地区采空塌陷及地震液化的物质财富风险曲线的分布规律。本文使用的风险区域划分模型以及风险区域划分方法不仅能够完成对于矿山地质灾害风险区划研究，满足地质风险区划的要求，而且显著优于传统对于风险区域的划分方式，得到的结果更准确，其数据更有说服力。

4 结束语

本文以GIS 技术为基础，对青海玉树地区矿山地质灾害风险区划进行研究，本研究可以从区域上对青海玉树地区的地质灾害进行预测、预防，加强减灾防灾工作的开展与推进，能够在一定程度上保护当地人民的生命财产安全，促进青海玉树地区矿山的开发与开采。取得的成果可为本地区矿山的开采工作以及其它地区地质灾害风险研究工作提供一定的参考。