基于模糊数学法的四川省矿山地质环境分区及保护治理研究

陈舜，孟铭杰，梁明

(四川省国土空间生态修复与地质灾害防治研究院，成都 610081)

矿山地质环境是生态环境重要的组成部分[1]，矿山企业在开采过程中经常会引起土地压占与损毁、地形地貌景观破坏、含水层破坏、地质灾害等系列矿山地质环境问题[2]，严重违背了生态文明建设宗旨，制约了社会的可持续发展。四川省高度重视矿山地质环境问题，2004年四川省开展了全省1∶5万专项矿山地质环境综合调查，编制了相关评价报告，建立了全省矿山地质环境信息系统。2013～2014年又完成了四川省矿产资源集中开采区矿山地质环境调查，编写了四川省矿山地质环境问题调查报告，补充和完善了四川省矿山地质环境数据库。根据以上相关调查成果，四川省积极采取有效措施，进行矿山地质环境恢复治理，取得了显著成效。

2016～2017年，四川省再次开展了全省矿山地质环境详细调查工作，旨在进一步详细查明全省所有在建、生产、废弃及政策性关闭等矿山存在的地质环境问题，对地质环境质量进行评价和影响分区，更新四川省矿山地质环境数据库，为下一步全面实施矿山地质环境保护与恢复治理提供一定的参考。

1 矿山开发利用现状

四川省已发现矿种136种(图1)，特大型、大型矿床分布集中，多分布在盆地和盆周地区、攀西地区、川西高原地区三大资源集中区。优势矿产常集中在一个或几个地区，这就有利于建立较大规模的工业基地，并使矿产资源得以合理利用，如钒钛磁铁矿集中在攀西地区；钙芒硝集中在成都平原，磷矿集中在绵竹、什邡、汉源、马边、雷波一带；岩盐集中在自贡、威远、南充、盐源等地区；煤和硫铁矿主要集中在川南地区；汞矿集中在酉阳、秀山地区；铜、铅、锌集中地分布在会理、会东一带。攀枝花作为我省矿业集中区，共发现了88种矿产资源，探明储量的有39种，已开发利用了45种，各类矿产资源潜在储量在300×108t以上，以黑色金属和非金属矿为主。

图1 四川省矿山类型分类饼图

按照《四川省矿山地质环境调查评价技术要求(征求意见稿)》、《四川省矿山地质环境调查评价总体设计》要求，本次调查采用资料收集、遥感影像解译、地面调查、岩土样采集测试、数据库建设等手段与方法，调查我省生产、在建、闭坑、关闭、历史遗留及政策性关闭矿山9 343个，包括金属矿产、能源矿产、非金属矿产和水气矿产4种[3]。

据调查，非金属矿产占全省矿山总量的78.90%，数量最多；其次为能源矿产，占全省矿山总量的15.86%，以煤矿为主；金属矿产在省内相对匮乏，部分金属矿山因开采规模、交通条件、开采成本等原因未进行开采，占全省矿山总量的4.25%；还有少量的水气矿产，占全省矿山总量的0.98%。从生产状态来看，在建矿山共有224个，占全省矿山总量的2.40%，生产矿山共有4 262个，占全省矿山总量的45.64%，关闭矿山共有761个，占全省矿山总量的8.15%，闭坑矿山共有806个，占全省矿山总量的8.63%，废弃矿山共有1 561个，占全省矿山总量的16.71%，政策性关闭矿山共有1 727个，占全省矿山总量的18.48%(图2)。

图2 四川省矿山生产状态分类柱状图

2 矿山主要地质环境问题

四川省存在的主要矿山地质环境问题有：土地资源压占与损毁、地形地貌景观改变、含水层结构破坏、地质灾害、水土污染等5种类型[4]。

2.1 土地压占与毁损

是指矿产资源开发活动导致土地类型改变、数量减少、土壤质量下降的现象。主要包括采矿废渣、选矿尾矿渣、煤矸石等固体废弃物压占土地，露天开采剥离挖损土地，形成的崩塌、滑坡、泥石流及地面塌陷损毁土地。根据调查成果，截止2017年底，全省因矿山开采造成的土地压占与毁损面积达226.92 km2，压占与毁损的土地类型包括林地、草地、园地、部分耕地、建筑用地等。

2.2 地形地貌景观改变

是指矿山建设与采矿活动改变原地形地貌条件及特征，形成采坑、塌陷区、废渣或矸石堆，以及次生裸地和疏林地；影响林地、灌丛地、草地、牧草地景观功能的现象。我省矿山景观环境问题主要表现为剥土伐树损伤自然风景，采石烧灰破坏地质遗迹等。露天开采开挖山体，强烈改变了原有的地形地貌，大小不同的采坑和采矿废石堆使自然景观遭到严重破坏。

2.3 含水层结构破坏

是指因矿山开采活动引发的含水层结构改变、地下水位下降、水量减少与疏干。据调查数据统计，2017年度全省工业废水排放量23 499×104t，矿坑排水量达17 237×104t，因矿山开采导致地下水位下降面积为1 096.96 km2，一方面废水废液对地下含水层进行疏干形成地下漏斗，另一方面外排的废水废液给环境造成直接或间接污染。

2.4 矿山地质灾害

是指由矿山开发引发的崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地面裂缝等对矿区生产生活构成危害[5-6]。通过本次详查，对全省存在的矿山地质灾害问题进行了较为系统的排查，据统计，全省共存在矿山地质灾害313处，其中崩塌65处，滑坡134处，泥石流59处，地面塌陷55处。发生矿山地质灾害71次，造成直接经济损失23 651万元。

2.5 矿区水土污染

是指矿产资源在整个开发过程中未处理外排和积存的废水废液固体废弃物都对环境构成潜在的威胁，部分矿区长期废水废液固废偷排导致矿区出现严重的环境污染问题，造成大面积水体、土体因严重污染而失去原有的功能，造成重大的生态环境问题[7]。截止2017年，全省废石渣累计存量94 206×104t，年产出废水废液23 499×104t。

3 矿山地质环境影响评价分区

根据《四川省矿山地质环境调查评价技术要求(征求意见稿)》，本次调查采用模糊综合评判法对矿山地质环境进行综合评价分区[8-9]。

3.1 模糊综合评判法

(1) 评价因素集及权系数

由矿山恢复治理四项分项工程“土地资源、地形地貌景观、含水层及地表水体、地质灾害”，增加与规划和实施相关的“治理难易程度、政府治理意向与民众要求”等二要素，构成评价因素集。

评价因素集中的单个因子，在评价其治理的重要性是有差异的，以权重值区分。权重值由征求部分专家意见提出，评价集的权重值，构成如下行列式:

A=[0.2 0.15 0.15 0.2 0.1 0.2]

(2) 评价集

对矿山地质环境评价集中每项因子影响程度评价，划分为严重(90～100)、较严重(89～75)、较轻(74～60)、已恢复(≤59)4级，构成评价集。采用插值法赋定值，对B11…B14，…，B61…B64赋值，单项未赋值时为0，并构成行列式B：

(3) 模糊综合评判评价

与权系数矩阵构成如下模糊综合评判计算式：

K=A·B

进行“取小”法则进行复合运算：

K=[k1k2k3k4]

归一化后，取k1、k2、k3、k4中的最大值作为K值，并按以下规则评判，当隶属度值(K)：

K≥0.9，影响严重区；

K=0.79～0.89，影响较严重区；

K=0.79～0.60，影响较轻区。

3.2 分区结果

根据详细调查数据，采用模糊综合评判法得到如下分区结果(表1、图3)。

表1 矿山地质环境影响综合评价分区

1.矿山地质环境影响严重区；2.矿山地质环境影响较严重区；3.矿山地质环境影响较轻区；4.省界；5.市(州)界；6.省政府驻地及名称；7.市(州)政府驻地及名称；8.县(区)政府驻地及名称;9.影响评价分区界线图3 四川省矿山地质环境影响评价图

全省矿山地质环境影响严重区共11个，分布面积约95 689.45 km2，占全省总面积的19.7%；矿山地质环境影响较严重区共3个，分布面积约19 139.02 km2，占全省面积的3.9%；矿山地质环境影响较轻区共2个，分布面积约371 171.53 km2，占全省面积的76.4%。

4 矿山地质环境保护与治理建议

4.1 矿山地质环境保护建议

矿山地质环境保护的重点在于矿山地质环境问题发生之前的预防，加强矿山地质环境管理应从源头开始，加强矿山企业准入控制，建立完善矿山地质环境动态监测系统，及时发现和解决问题[10-11]。

(1) 加强市场准入控制。

在保护区内除国家基础性、公益性地质勘查及符合政策要求的项目外，不得规划设置新矿业权，已经设立的矿业权要按政府统一安排有序退出，已建矿山要限期关闭。

(2) 完善矿山地质环境动态监测体系，加强矿山地质环境动态监测。

围绕着落实监测责任、实施监督管理、制定监测技术标准体系、发布权威信息等方面建立健全矿山地质环境动态监测机制；选择工作基础较好，监测条件较成熟的地区进行示范，积累经验后在全省逐渐推广；收集监测数据，建立全省矿山地质环境动态监测数据库。

4.2 矿山地质环境恢复治理建议

根据矿山地质环境保护与恢复治理方案编制相关规范和要求，参照以往的矿山地质环境治理经验，结合我省实际，提出以下分区治理建议[12-13]。

(1) 川东北煤炭治理区

对该区历史遗留231个矿山进行治理，其中主要矿区为渠县煤矿区、大竹县煤矿区等14个矿区，治理面积约为765.1 km2，治理措施为土地恢复、地貌景观恢复，实施含水层、地面塌陷和滑坡治理与矿山复绿等。

(2) 龙门山煤炭、非金属矿治理区

对该区历史遗留45个矿山进行治理，其中主要矿区为江油市石灰石矿区、北川县石灰石煤矿区等6个矿区，治理面积约为1 053.4 km2，治理措施为土地恢复、地貌景观恢复，实施含水层、泥石流治理与专项污染调查与整治等。

(3) 攀西煤炭、金属矿治理区

对该区历史遗留44个矿山进行治理，其中主要矿区为西昌市铁矿矿区、宁南县铅锌矿铜矿区等9个矿区，治理面积约为186.7 km2，治理措施为土地恢复、地貌景观恢复，实施含水层、滑坡、泥石流、地面塌陷治理与专项污染调查与整治等。

(4) 川南煤炭、硫矿、盐岩开采区

对该区历史遗留334个矿山进行治理，其中主要矿区为古蔺县煤矿石灰石矿区、泸县煤矿区等11个矿区，治理面积约为321.1 km2，治理措施为土地恢复、地貌景观恢复，实施含水层、滑坡、泥石流、地面塌陷治理与专项污染调查与整治等。

(5) 川西北有色贵金属、非金属矿开采区

对该区历史遗留53个矿山进行治理，其中主要矿区为宝兴县大理石矿区、荥经县煤矿花岗石矿区等8个矿区，治理面积约为138.7 km2，治理措施为土地恢复、地貌景观恢复，实施含水层、滑坡、泥石流、地面塌陷治理与专项污染调查与整治等。

5 结论

四川省矿山地质环境十分复杂，存在的矿山地质环境问题种类多数量大，通过本次详细调查与保护研究，得到以下结论：

(1) 本次调查共查明我省生产、在建、闭坑、关闭、历史遗留及政策性关闭矿山共9 343个，存在的主要矿山地质环境问题包括土地资源压占与损毁、地形地貌景观改变、含水层结构破坏、地质灾害、水土污染等。

(2) 采用模糊综合评判法对全省矿山地质环境进行综合评价及分区，其中影响严重区共11个，影响较严重区共3个，影响较轻区共2个。

(3) 基于本次调查评价，提出了矿山地质环境保护与治理建议，一是加强市场准入控制，完善矿山地质环境动态监测体系，二是对川东北煤炭等5个治理区提出有针对性的治理措施建议。

(4) 建议在下一步工作中，立即开展矿山地质环境动态监测与调查，选取典型矿区开展监测示范工作，积累经验并在全省推广，有利于政府部门制定更加切合实际的矿山地质环境保护与防治对策，实现矿产行业真正的可持续发展。