河北省闫庄铁矿地质环境评价

张丽阁,马亚杰,高 旭

(1.河北理工大学资源与环境学院,河北唐山 063009,2.西南科技大学环境与资源学院,四川绵阳 621010)

0 引言

目前,国内外对矿山地质环境问题的研究已从过去的定性分析转入半定量—定量分析,随着科学技术、计算机技术的不断发展,定量评价矿山地质环境的研究方法越来越多。国家对地质环境的保护与治理的重视程度越来越高的同时,合理的评估矿山地质环境质量,使国家和地方有针对性地实施地质环境保护和治理,都具有重要的现实意义。

1 矿区地质环境

闫庄铁矿位于河北省昌黎县城西南,行政隶属昌黎县靖安镇管辖。矿区北距 205国道和京哈铁路石门火车站15 km,北西距滦县县城25 km,北东距昌黎县县城 30 km,石门至靖安乡级公路在矿区东部通过,并有简易公路与矿区连接,交通便利。

1.1 地形地貌

研究区地形北高南低,京山铁路以北属低山丘陵,以南为山前倾斜平原。西北部平顶山至高点海拔标高497.1m,东南部滦河河床最低处为 9.5m。区内地貌按成因类型分为两大类,构造剥蚀地形和侵蚀堆积地形,简述如下:

(1)构造剥蚀地形

主要分布于本区北部,基岩大部分裸露,地形陡峻,山顶多为尖顶或圆顶。盆谷毗连,坡降较大,地表径流迅猛,水土流失严重,为沟河下游堆积提供了物质来源。

(2)侵蚀堆积地形

主要分布于本区南部及主要河流的径流地区,主要由滦河堆积的各级阶地所构成,北部坡降较大,冲沟发育,地形切割强烈,水流冲刷极强。南部地形平缓,坡降在 0.7‰～1.1‰之间,由于滦河流速大减,造成大量泥砂在山前堆积,形成厚度可观的新生界沉积物,建造了广阔的两级阶地及河漫滩。

矿区内地形简单,矿区内植被主要为杂草,局部为防风树林,地貌类型单一

1.2 地层

区域出露的地层自老至新主要为太古界单塔子群白庙子组;中上元古界长城系及古生界寒武系、奥陶系;新生界第四系地层。

1.3 区域构造与地震

1.3.1 构造

本区属华北地台燕辽台褶带东段,山海关隆起西南部,经历了五台、吕梁、加里东、华力西及燕山等多次构造运动,地层褶皱强烈,断裂构造发育。矿区位于山海关隆起的西南部,司马长复式向斜的南端,总体构造线为近南北向,次一级褶皱构造发育。褶皱构造控制着本区铁矿(带)体的空间位置、形态和展布方向及规模;磁异常走向、规模、形态亦受构造控制与矿体分布吻合。

本区断裂主要有北北东向青龙 ～滦县断裂及近东西向的昌宁断裂。矿区位于两断裂形成的北东部断块中。

1.3.2 地震

地震基本烈度为Ⅶ度,抗震设防应为Ⅷ度,故建议今后矿区内的重要建筑设施,还应相应提高抗震设防烈度。

1.4 水文环境

滦河属于冀东最大河流,自西北向东南流经矿区西侧,此段河流河床平缓,漫滩宽阔,河水流量分配极不均匀,水面宽度和河水深度也相差悬殊。丰水期河水对地下水的渗入补给量将增大,孔隙潜水含水层与下覆孔隙承压含水层存在越流补给。排泄途径为地下径流、人工开采和植被蒸发。

矿区位于滦河冲洪积扇中上部,滦河河漫滩上,区内地形平坦,北高南低,地面标高 12.50～17.00m,微向西(河床)倾斜。

1.5 工程地质条件

矿区地层按其岩性及其工程地质特征可分为三大层:第四系岩土层、风化层、基岩。

第四系地层厚度 180～227.7m,主要为滦河洪、冲积形成的砂层、卵砾石层、粉质粘土层等。地层水平分布,适宜做一般工业及民用建筑的持力层。

岩性为强风化角闪斜长混合片麻岩夹斜长角闪岩:黄褐色,中粗粒结构,片麻状构造。风化层厚度 10～40m,风化裂隙发育,且多为高角度裂隙。拟建竖井工程地质勘察结果fak=450 kPa。

基岩层岩性为混合花岗岩、磁铁石英岩、斜长角闪变粒岩等。本层岩石完整、致密、坚硬,节理裂隙不发育。

2 矿山地质环境评价

2.1 评价概述

环境地质综合评价是一个复杂的综合分析过程,影响环境地质的因素繁多,如地貌特征、地质构造、工程地质条件、水文地质条件和海洋地质条件等,而且作为标度各级别的各因素指标的界限又是十分模糊,很难用经典数学模型加以统一度量,因此模糊数学综合评判法是进行矿区环境地质综合评判较为合理有效的数学方法。

2.2 评价单元的划分

本矿区评价采用网格法,将矿区划分为600个 150m×150 m网格单元,每个评价单元的实际面积为22 500m2。

2.3 评价因子的选择及打分原则

分析影响矿区地质环境的主要因素,确定进行环境地质综合评价的评价因子,以 10分为满分,对评价因子进行评分,分数越高表明其对矿区环境地质质量影响越大(见表 1)。

表1 评价因子的选择及评分表

2.4 确定权重

2.4.1 建立递阶层次结构模型

图1 递阶层次结构模型

2.4.2 建立判断矩阵

建立了递阶层次分析模型后,逐项进行两两比较得出判断矩阵。结果如表 4:

表4 评价因子构成的判断矩阵及其之间的权重表

经一致性检验,CR=0.0830＜0.1,判断矩阵的一致性可以接受,所以,各评价因子的权重分配为:

2.5 模糊集合的建立及评价标准、指标的确定

将闫庄矿区按环境地质质量划分为四个等级,建立评价模糊集合

式中 V1——环境地质优区;V2——环境地质良区;V3——环境地质中区;V4——环境地质差区。

根据上述两个模糊集合的隶属关系,给出评价指标和评价指标系数(见表 5)

表5 待评区环境地质评价标准及给定指标

各评价因子相对于这四个稳定等级的隶属函数:

2.6 模糊数学综合评判法

模糊数学综合评判法的数学模型是:

B——所求的综合评价结果;

A——参与评价因子的权重构成的一个(1 m)阶矩阵;

R——由各单元因子评价行矩阵组成的(m n)阶模糊关系矩阵。

2.7 建立模糊关系矩阵

确定了隶属函数,便可以据此计算出5项因子(U1,U2,U3,U4,U5)各自相对于模糊集合{V1,V2,V3, V4}4个稳定等级的 4个模糊隶属度,根据这 20隶属度,便可以形成隶属度构成一个(54)阶模糊关系矩阵。例如,对于二区 31号待评区,其 5个因子得分分别为 2,1,5,6,5,将每个数分别代入以上四个隶属函数计算,便可得到一个(54)阶矩阵,如下:

2.8 综合评价结果

二区31号待评区的模糊数学综合评价结果为:

经过归一化处理,按最大隶属度原则,确定该评价单元的地质环境等级。依照上述原则矿区的地质环境评价结果如图 3,其中黄色为环境地质中区,绿色为环境地质优区。

图2 闫庄矿区地质环境评价结果

3 结论

通过对闫庄矿区的地质环境评价,可以将矿区分成以下两个地区:

(1)地质环境优区

面积大约 1.35×107m2,包括工作及生活区、尾矿库区和选厂区,这些区域地质灾害危险性小,地面稳定性较好,场地建设适宜。

(2)地质环境中等地区

面积大约 3.63×106m2,主要包括采矿工业区、及采矿区外的西北地区。采矿工业区水文地质条件较复杂,在采矿过程中会带来严重的空气环境污染,并可能存在地面环境问题,如地面沉降、岩溶塌陷、土壤污染及矿震等问题;在采矿区的西北地区受地质构造的影响较大,该范围内的岩石强度低、较破碎、有裂隙。地质灾害危险性大,地面稳定性中等,场地建设适宜性中等。

综上所述,在矿区内应当加强对矿山所有人员的地质环境保护意识教育,加强对地质环境问题的防治知识宣传。避免污染地下水资源,采取排供结合、循环使用节约水资源。选择科学合理的防治水及开拓、掘进、充填方案,所有建构筑物要按响应防震级别设计施工。矿山在建设过程中保护好现有植被,加强绿化工作,保护、改善生态环境。

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