矿山地质环境评价研究及展望

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一矿山地质环境评价方法趋于成熟

自从地质环境评价在上世纪80年代的国际地质大会上提出以来，历经了30余载的成长，研究领域已经向多学科多领域发展。矿山地质环境评价方法也得到了快速的发展，其各种评价方法在不同矿山类型得到了应用，20世纪以前，中国进行了由国土资源部组织的全国典型矿区地质环境的调查与评估工作，其中包括了中国的大部分地区，例如：晋陝蒙能源基地典型矿区矿山地质环境调查与评价；江西省、山西省、西北地区、华中、华北等地区也同时开展了典型矿山的地质环境调查与评价工作，并同时完成了中国《典型矿区矿山地质环境调查与评估的技术要求》工作，这一时间段矿山地质环境评价主要进行的是矿山地质环境质量评价，对老旧矿山进行了历史性评价与现状性评价，可以称其为中国矿山地质环境评价工作处于成长阶段。进入21世纪以来，中国矿山地质环境评价工作也由先前比较单一的评价方法向多种综合性的评价方法转变，评价工作也增加了问题性评价与预测性评价，并且在2003年11月由国土资源部地质环境司及中国地质调查局组织举办的《首届全国矿山地质环境保护研讨会》上地质环境综合评价方法得到了多位专家的认证与赞同，且自1994年以来在国内著名期刊上发表有关地质环境评价方法论文300余篇，自此以后我国矿山地质环境评价工作逐渐趋于成熟。目前中国矿山地质环境评价方法参差不一，具有科学性和统一性的评估模式尚未形成。各种评价方法如雨后春笋般涌出，其中具有代表性的有GIS空间数据迭加分析法、神经网络法、层次分析和灰色综合评判法、综合指数法、模糊综合评判法及环境承载力分析法等。

二主要评价方法探究

1地理信息系统

（GIS）空间数据迭加分析法网格法、矢量多边形法以及缓冲区法往往应用于地理信息系统空间数据迭加分析方法中，网格法一般是先按照大小差异和网格形状划分研究区，之后先将各个网格进行划分然后再对各个网格进行评分评价，最后依据网格评价对每一个评价的网格评价结果通过插值法进行分析，最终得出整个工作区网格法网格评价的结果，矢量多边形评价法则是通过对各个评价因子评价，之后凭据具体的评价情形将研究区划分成评估级别不等的若干区域，再按照各个评价因子将所处评价的区域进行评价，从而得出评价结果。通过空间分析和属性计算各评价区域综合评价得分。缓冲区法则是应用于严重的地质环境区域，通过在严重的地区周围设置缓冲区，然后根据缓冲区的重叠量，最后确定矿山地质环境所处的水平。王海庆等通过利用上述3种方法评价了辽宁葫芦岛地区的矿山地质环境，从评价结论来看：

（1）网格法能够较好的预测矿山地质环境的发展趋势并提供较多的信息量，但在具体实施中不容易操作；容易受评价人经验的影响，并且评价结果与实际地物边界吻合度较差，造成评价结果很难理解，不容易被他人接受。

（2）矢量多边形在矿山地质环境评价中其优点除了能体现出较多的信息量和易于理解以外，还能较好地与实际地物边界相吻合且易于具体操作，几乎不受评价人的经验影响，缺点则是未能很好的对未来矿山地质环境趋势进行预测。

（3）与上述两种方法比较，缓冲区法则是容易的具体操作和在地质环境区域矿山地质环境评价不受人类经验影响评价，也可以是未来的发展趋势，是一个很好的预测，但是比起上述两者，缓冲区法未能体现出较多的信息量和被别人接受，同时也未能表现出良好的评价结果和较高的吻合程度与实际地物边界。

2人工神经网络评价方法

对于分布并行处理和非线性映射等传统方法上而言，人工神经网络评价方法除了广泛应用于信息智能处理及故障诊断外还在模式判别和控制优选等方面表现出色。神经网络评价有很多种类型，按照功能和学习特征一般由传感器、线性神经网络、BP神经网络、径向基函数神经网络及反馈神经网络5个部分组成，自组织神经网络和反馈网络模型分为典型的神经网络模型。按照网络的拓扑结构来分划分为四种基本形式：一是前向网络；二是从输出到输入有反馈的前向网络；三是层内互连前向网络；四是互连网络。刘洪等人通过采用人工神经网络中的BP人工神经网络模型对江苏矿山地质环境进行了综合评价，在人工神经网络模型的评价具有较好的收敛性和更快更准确的评价的特点，对矿山地质环境的影响因素能很快掌握非线性关系，其缺点是在一些定性评价指标的选择和量化方面需要进一步的探讨，从而提高模型的判别精度。蒋复量将粗糙集评价模型与神经网络评价模型两种评价模式进行组合对衡阳白果区域的20多座石膏型矿山进行了评价，并对RSES软件约简的数据和无约简的数据采用EasyNN－plus软件进行了预测评价。发现软件的预测评价与实际情况吻合度很高。波兰科学家Z．Pawlak于上世纪90年代首次提出粗糙集评价模型并在多所矿山进行了实践，其中蒋复量等人开拓创新地提出了将粗糙集与神经网络结合的评价模型，结合两者的优点对地质环境进行评价，这是在地质环境评价领域一种新的尝试，也是地质环境综合评价的一种新探索。

3层次分析和灰色综合评判方法

为了加大对基础内容的研究，美国学者Saaty于1973年首次提出了层次分析法，并在现代矿山环境管理中发挥了举足轻重的作用，使得许多复杂的模糊关系变得清透简单化，该方法侧重于对基础内容的研究，并且以结构模型作为重点基础研究，该方法的独特之处在于应用了演算矩阵，并依此演算形式开展定性分析和定量演算相结合的研究方式，它是一种既有评估也有决策的好方法，另一种直接的评判方法则是灰色综合评判方法，它能够将已有的信息进行充分的利用，并且将评判产生的误差减至最低，从而使得评判结果与实际情况更吻合，也使得评判的结果更科学更有效，在非煤矿山评价体系中，周科平初次应用了灰色系统理论构建了灰色综合评价模型，并应用了层次分析法确定了各指标权重，之后通过对3个典型矿山进行计算得知与实际结果相符合。充分说明该方法可以应用到非煤矿山，并且为以后其它类似矿山地质环境评价提供了很好的参考。

4模糊综合评价方法

系统工程科学专家Zadeh在美国初次提出了模糊集合的概念，从而标志着模糊集合和模糊数学在矿山地质环境中的发展和完善。模糊判别法属于矿山地质环境评价中的数学评价方法，也是一种半定性半定量的评价方法，一般情况下对研究区进行综合评价时采用综合评价法，它能够减少不可避免的人为误差并提高评价结果的精确率，在一定程度上具有其它方法所不具有的特点和适宜性。刘洪、张红斌在对整个江苏省矿山地质环境评价过程中采用了综合的评价方法，通过评估分析发现其研究区矿山地质环境较为复杂，影响因素也较多，矿山地质环境质量的等级集、评价因子的标准化取值、隶属度函数及评价因子权重的确定，无统一的定量标准，在一定程度上受到人为主观认识的影响，因此不同的使用者得出的评价结果可能存在一定的差异，也限制了该方法的推广。

5综合指数法的评价方法

综合指数法的特点是将具有代表性的指标依据特定的方法筛选出来并赋予一定的权值，参考某种评价方法和行业标准选出一些具有代表性的数值，运用加权求和的方法来反映对象的综合评价值。通常情况下，在选用综合指数法时要考虑的重要因素则是如何确定评价指标，在目前情况下比较各评价方法中应用较多的则是专家打分法，然而该方法最大的弊端则是评价情况受主观因素影响较强。黄毓明等人选用福建省矿山地质情况进行了评价，评价方法选用了加权指数法模型，关键环节则是选用将各评判因子叠加，从而能够画出矿山地质环境质量指数等值线，进而能够对地质环境情况进行划分。雷万荣等人首次对江西省矿山地质环境进行了整体的综合评价，采用的评价模型则是以综合指数法评价模型为基准的综合分值评价模型，其特点是选用敏感因子为绝对指标，只要在评估单元中出现敏感因子则视该区域为不良地质环境区。通过应用此方法对江西省整个地区矿山地质环境进行了整体的划分，使其划分更加准确。

三存在的主要问题

（1）矿山地质环境优劣的划分一直以来被视为是一个极其复杂的工程，矿山地质环境破坏所造成的环境问题，损害程度和形式在很大程度上取决于矿产开发方式和矿山开发强度的类型，考虑到各因素的影响作用不同及所掌握的信息完整性不同，从而常常使得以定性描述和分析为主来分析矿山地质环境，很难做到定量化分析，进而造成在矿山地质环境的评价结果上受主观因素影响较强，具有较大的随意性和不确切性。

（2）考虑到中国地域辽阔，各地区各类型矿山开发方式、所处的地质环境等因素不同造就了我国在矿山地质环境评价中一直具有很大的随意性，也没有形成一整套可行的评价系统和理论来对不同类型的矿山地质环境问题进行不同的评价。

四研究展望

当前时期正是我国处于跨越式经济发展阶段，经济发展的同时伴随着需要各类型矿产资源的开发利用，我国的广大科技工作者也在矿山地质环境评价方面进行着积极的、大胆的探索，并取得了一些可喜的成果，但比起现在的矿山地质环境状况而言还远远不够，因此，为了更好地认识和评价我国的矿山地质环境，笔者认为今后我们应当主要从以下三个方面开展大量的探索研究，一是对不同类型的矿山地质环境建立多项指标、多层次的综合评价模型，使其更加具有科学合理性。二是坚持矿山开发同矿山地质环境保护协调发展研究，不能顾此失彼，一味地追求经济利益，应当在国家法律法规和地方法律法规上进行详细明确。三是加强对各类型矿山地质环境的定量研究，编制不同地区不同类型的矿山地质环境防治区划。

作者：胡博文张发旺陈立张瑾单位：石家庄经济学院中国地质科学院中国地质科学院岩溶地质研究所