基于物元分析法的小秦岭金矿区地质环境评价
(1.河南省国土资源科学研究所，郑州450016；2.天津大学建筑工程学院，天津300072)
河南科学，文章编号:1004-3918-(2008)-03-0353-04。
近年来，随着小秦岭金矿区人类开发活动的不断加强，当地地质环境遭到严重破坏，评价小秦岭金矿区地质环境对今后矿山恢复和管理具有重要的指导意义。本文选择物元分析方法进行评价工作。首先，根据野外调查结果和区域差异性原则，将小秦岭金矿区划分为87个评价单元，然后选取评价指标和评价标准，确定各指标的权重系数。在此基础上，对小秦岭金矿区地质环境质量进行了综合评价。结果表明，小秦岭矿区的整体地质环境不容乐观，尤其是西南部的激烈开采活动对地质环境造成了极大的破坏，是今后矿山地质环境恢复和治理的重点。
关键词物元分析；小秦岭地质环境评价
小秦岭金矿区是中国四大黄金产区之一。自20世纪60年代中期以来，这里已发现1200条含金矿脉，已探明的黄金储量约400吨。当地矿业经济发展迅速，尤其是在20世纪80年代。矿区内有数十家国家和地方黄金企业，数千个矿坑。矿业已成为灵宝市的支柱产业。然而，由于我国矿产资源管理和开发体制不完善，小秦岭金矿区不可再生的矿产资源和地质环境在采金人员的滥采滥挖下遭到了严重破坏。此外，人为破坏也给这一地区带来了滑坡、泥石流、地面塌陷等地质灾害。因此，采用适当的方法对小秦岭金矿区地质环境进行综合评价具有重要的指导意义。
1研究区地质环境概况
1.1自然调查
小秦岭金矿位于河南省西部的灵宝市，地处豫、陕、晋三省交界处。其地理坐标为北纬34° 24′~ 34° 30′，东经110° 21′~ 110° 34′。矿区属暖温带半干旱地区。
矿区以西峪为界，东属灵宝市峪岭镇，西属陕西省潼关县。北部以小秦岭北缘断裂为界，为中新生代灵宝断陷盆地-黄土丘陵区；南部以松树地-周家山断裂为界，为朱阳镇断陷带。矿区山脊高程多在1 000m以上，整体地形具有南北低、中间高、西高东低的地形变化特点。区内山峦起伏，沟壑纵横，特点是谷窄坡陡。
矿区地层具有典型的华北型前寒武纪结晶基底和中元古代以来的盖层构造。基底主要由新太古代太华群(Ar2)和古元古代群(Pt1)组成，盖层以区域构造不整合覆盖在结晶基底上，主要由中元古代熊耳群(Pt2-1)、震旦系(Pt3)、寒武系和新生界组成，基本不发育晚古生代和中生代地层。矿区属中山地貌类型，沟谷深谷，地形起伏大，断裂构造发育，地层岩石较为破碎，局部山体不稳定，易发生崩塌、滑坡、泥石流灾害，工程地质条件较差。
1.2矿井开采现状调查
2006年9月，河南省国土资源院组织有关人员对小秦岭金矿区27个主要矿山的开采状况进行了调查统计，其中21金矿的开采规模为41.65t/日，占总开采规模的74.7%。年产值3.67亿元，占年产值总额的89.3%。可见，小秦岭金矿区虽然除了采金还有其他矿产资源，但采金的年产量收入远大于其他矿区。因此，金矿矿坑所在地区应是地质环境评价的主要对象。
1.3矿井地质问题
1.3.1渣废水排放严重。
调查表明，这27个矿山固体废物产量为1193400 t/年，尾矿产量为12217000 t/年，共计241510000 t/年。固体废物现状存量为654.38+65.33万t，尾矿现状存量为654.38+64.475万t，炉渣总存量为3298.07万t，年废水排放总量为379万m3，其中以ⅲ类水为主，矿山排放的部分选矿废水造成严重的水污染，水质为ⅳ类和ⅴ类..在各类矿山中，矿渣和废水的产生和积累主要来自于黄金开采。21金矿产生的矿渣量占总矿渣量的96.5%，矿渣堆积量占总矿渣堆积量的99.5%。
1.3.2采矿引起的地质灾害
小秦岭金矿区大部分矿山属于地下开采，深部开采活动必然对山体稳定性造成威胁。虽然地质灾害的发生有其特定的地质条件，但也与工程活动密切相关。20年来，因采矿引发的滑坡、泥石流、崩塌、地面塌陷等地质灾害有30余起。其中最严重的两次是:①1996年8月，大西峪、温峪发生泥石流，冲毁13km采矿道路和3km通讯线路，损毁房屋和设备，直接经济损失690万元。②1987 165438+10月1，胡大峪口东山发生滑坡，长192m，宽80 ~ 120 m，总体积约40万m3，造成空压机房和职工宿舍破坏，矿山停产一年。可见，矿山开采引发的地质灾害对当地人民生命财产安全和社会经济稳定发展构成极大威胁。
2评价模式的选择
地质灾害风险综合评价的研究已经经历了很长时间。20世纪70年代初，休伊特等人提出了“一地多灾”的研究思路。基于休伊特的研究思路，普吉特湾的研究人员制作了该地区洪水、地震、风暴、火山和其他灾害的潜在损失地图。20世纪80年代以后，Van Westen等人在GIS系统的支持下开展了山地地质灾害风险分析与研究。自20世纪90年代以来，我国开展了区域地质灾害风险评估。如张业成等(2003)建立了我国崩塌、滑坡、泥石流、岩溶塌陷等灾害的地质灾害风险指数评价模型和风险评价分析模型。王家鼎(1996)利用模糊信息优化处理技术建立了城市综合地质灾害评价模型，我国建立了多种地质灾害风险评价模型。
目前，矿山地质环境评价大多采用多指标综合评价方法。常用的方法有模糊综合评价法(万金宝等，2006)、等(2001)、物元分析法(高，2007)等。但是，很难确定哪种方法最准确、最客观。模糊综合评价法和灰色关联综合法在地质环境评价中得到了广泛应用，但由于它们在评价地质环境时的模糊性和不确定性，评价结果往往失真。经过筛选，本文选择了物元分析法，该方法具有以下特点:①可以将复杂问题抽象为可视化模型，利用这些模型研究基础理论，提出相应的应用方法；②可以建立事物多指标性能参数的质量评价模型，评价结果可以用量化值表示，从而更全面地反映事物质量的综合水平；③方法简单，可操作性强，易于计算机编程；④物元分析法尚未应用于矿山地质环境评价。
物元分析法的原理是:对评价对象建立物元矩阵、经典域矩阵和节点域矩阵，通过关联函数计算综合关联度。根据综合关联度的不同范围，作为矿山地质环境的评价标准，确定评价结果的等级。物元分析法的具体计算步骤参见高(2007)基于物元理论的水环境质量综合评价方法及其应用。
小秦岭矿区地质环境综合评价
3.1评价单元划分
根据小秦岭金矿区野外调查结果，本着客观、公正、科学地反映矿区地质环境区域差异的原则，将评价区划分为87个评价单元。首先定性分析矿区主要地质环境问题，综合考虑地形地貌、水系发育特征、人类活动强度等因素，对矿区问题突出的区域划定评价单元网格。对于其他区域，评价单元按照3km×3km的正方形网格划分，注意与行政边界和水系边界的相互包容以及边缘单元和小单元的适当合并。此外，在遵循地质环境客观特征的基础上，还兼顾了当地的特殊要求。比如河南和陕西两省的边境地区，就是按照行政区划的界限来划定的。划分结果如下:单元dx1、dx2为大西峪区间；W1 ~ W4为温榆区间；单元z1 ~ z3为枣乡峪区间；DH 1 ~ DH3单元为大湖峪区间；单元zy为藏马谷与严家峪之间的区间；单元f为伏伏余区间；单位g为观音鱼区间；j单元是景山峪区间；单元I 1 ~ I 10为苍竹峪、百花峪、强马峪、羊寨峪、朱佳煜对应区间；单元1 ~ 61是按照正方形网格与各种边界相遇，并被适当合并或切割的评价单元。
3.2评价指标和评价标准的选择
在综合比较程玉祥等人(2007)、许等人(2003)和等人(2006)关于评价指标选取的研究成果的基础上，从小秦岭金矿区的地质环境现状出发，综合考虑研究区的自然条件、人类活动、资料收集等因素，选取了地表坡度、抗水土流失能力、植被覆盖度、年降水量、地质灾害和水土流失量。
选取的评价指标按地质环境质量分为优、良、中、差、极差五个等级。各级对应指标的标准值见表1。
表1小秦岭金矿区地质环境评价指数分级标准表1小秦岭金矿区地质环境指数分级标准
3.3确定权重系数
目前确定系数的方法很多，大致可以分为德尔菲法、层次分析法等主观赋权法和主成分分析法、因子分析法等客观赋权法。主观赋权法掺杂了决策者的主观随意性，客观赋权法缺乏决策者的意志。因此，本研究采用主观赋权法和客观赋权法相结合的方法。首先用主成分-因子分析赋权法计算出一组初始权重，然后带入评价模型进行计算。如果计算结果合理，则直接使用指标权重；如果计算结果相差较大，则在初始权重的基础上进行微调，最终得到一组合理的权重系数，如表2所示。
表2评价指标权重系数表2评价指标权重系数
3.4小秦岭矿区地质环境评价结果及分析
采用物元分析方法，用VB语言编制了相应的计算程序，结合各单元评价指标值和小秦岭金矿区实地调查给出了地质环境质量评价的最终结果，见表3和图1。
表3小秦岭金矿地质环境质量评价结果表3小秦岭金矿地质环境质量评价结果
图1小秦岭金矿区地质环境质量评价效果图
图1秦晓山金矿地质环境质量评价结果图
从表3可以看出，优秀评级单位12个，良好评级单位23个，中等评级单位36个，较差评级单位10个，极差评级单位6个。
“极限范围”单元的序列号为w1、w3、z1、dh1、i5和i8；“差”单元的序号是38、46、dx1、dx2、w2、z2、i1、i3、i4、i6。这些单元主要分布在矿区的西南部。由于这些单位所在地区矿坑密集，采矿活动激烈，地质环境极其恶劣，该地区发生地质灾害的概率远高于其他矿区。
“中等”和“良好”等级单元分布在泥石流沟周围，起过渡和缓冲作用；在远离人类活动的东南部，有“极好”的地区。总体来看，小秦岭矿区东南部环境质量最好，中部次之，西南部次之。
4结论
(1)小秦岭金矿区地质环境问题多、危害大。选择能充分反映矿山地质环境和采矿活动的9个因素作为评价对象是合理的。
(2)物元分析法计算方便，属于同一级别的探测单元之间的差异也可以划分，因此对小秦岭矿区地质环境进行评价是可行的、可靠的。
(3)小秦岭西南部的采矿活动对地质环境产生了严重影响，应是今后矿山环境恢复治理的重点。
参考
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基于物元分析法的小秦岭金矿田地质环境评价
邢勇-强1郑昭2wu mei 1潘远-青1方石-军1
(1.河南省国土资源研究院，郑州450016；2.天津大学土木工程学院，天津300072)
摘要:近年来，随着秦晓丘陵矿区采矿量的增加，该区地质环境遭到严重破坏。为了矿山的进一步恢复和维护，需要对当地的地质环境状况进行评价。采用物元分析方法。根据野外调查，遵循差异性原则，将矿区划分为87个评价单元。然后设定标准和评价指标，确定不同指标的权重系数，在此基础上对秦晓山金矿地质环境进行综合评价。结果表明，矿山开采加剧了地质状况，尤其是西南地区的地质状况是今后工作的重点。
关键词:秦晓·希尔；物元分析法；地质环境评价