云南省昆阳磷矿矿区矿山地质环境评价

李小燕，谈树成，马国胤，李永平，杨 林，赵志芳

(1.云南大学资源环境与地球科学学院，云南 昆明 650500；2.云南大学“一带一路”研究院，云南 昆明 650500)

0 引 言

昆阳磷矿是全国三大磷矿资源开发利用基地之一，磷矿资源丰富，为我国经济发展做出了重大的贡献。但是由于大量的矿产资源开发利用，造成了矿区土地压占与损毁、地质灾害隐患、环境污染等一系列矿山地质环境问题，影响了昆阳磷矿矿区矿产资源的可持续开发利用。

因此，如何实现既能合理开发利用矿产资源，又能有效的保护矿山地质环境，是一个重要的科学问题。本文以2015年度云南省土地变更调查高分2号遥感影像数据、矿业权数据、自然地理、基础地质等资料为基础，建立解译标志，对昆阳磷矿矿区内的矿产资源开发状况、矿山地质灾害、环境污染等进行了室内解译，并利用GPS技术对室内遥感解译图斑进行野外实地调查和验证。通过室内外联合研究，全面系统地得出了昆阳磷矿矿区的地质环境特征和主要矿山地质环境问题。以此为基础，厘定了昆阳磷矿矿区的矿山地质环境评价指标体系，利用ArcGIS技术平台，采用要素指标加权分值综合评价模型对研究区矿山地质环境进行了评价，划分了矿山地质环境质量优劣分区。成果可为当地政府、国土资源、矿政管理部门等更合理地开发利用矿产资源、有针对性地进行矿山监督管理，有效实施矿山地质环境保护与恢复治理提供科学依据。

1 研究区概况

1.1 交通位置

昆阳磷矿矿区距昆明市32 km，涉及晋宁县、西山区两个县级行政区。区内磷矿资源丰富，开采条件优越，是昆明市重要的磷矿基地，为昆明市经济社会的发展做出了巨大的贡献。经纬度范围：102°22′21.88″～102°34′59.37″E，24°41′58.60″～24°47′44.73″N，面积100 km2。研究区初步形成了以县乡等级公路为基础的交通网络，交通条件相对较好。

1.2 矿山开发状况及分布特征

昆阳磷矿矿区内具备了较好的磷矿成矿条件，区内磷矿资源丰富。主要矿种类型有磷矿、石灰岩矿、建筑用砂等。截至2015年7月底，矿区内共有磷矿7个，占整个研究区矿山的71.43%，石灰岩矿1个，占整个研究区矿山的14.29%，建筑用砂矿1个，占整个研究区矿山的14.29%，见表1。

昆阳磷矿矿区内主要以磷矿露天集中开采为特征。有大型磷矿床2个，铝矿矿点1个。区内主要开采矿种为磷矿。主要集中分布云南磷化集团有限公司昆阳磷矿和云南磷化集团有限公司昆阳磷矿二矿两大矿山，其他矿种较为零星。主要分布于晋宁县街镇及西山区古城镇一带。

表1 昆阳磷矿矿区矿山分类统计表

2 矿山开发及矿山地质环境遥感调查

2.1 遥感调查数据源的选择

本文采用高分2号遥感影像数据，时相为2015年3月21日，影像空间分辨率为0.8 m。影像覆盖整个研究区，覆盖面积约100 km2。由于高分辨率的遥感影像数据，可直接从影像上辨别出矿山建筑物、开采裸地、耕地、林地、道路、河流等地物类型，为解译标志的建立提供了高精度数据源。

2.2 解译标志的建立

解译标志是指不同的地物类型在影像上特有的表现形式，不同的地物类型具有不同的影像特征[1-2]。本文根据研究区高分2号遥感影像数据的色调、亮度、阴影、饱和度、纹理、形状、结构等特征，借鉴前人已建立的解译标志，结合地质资料和野外实地调查经验判断地物类型[3-5]，运用地学相关分析法，建立各类矿山占地在高分2号遥感影像图上的遥感解译标志如表2所示。

2.3 遥感影像信息提取

根据建立的解译标志，对研究区高分影像进行人机交互解译。在ERDAS软件的图像空间增强模块中，利用纹理分析功能，突出影像中地物类型的轮廓特征[6]。在ArcGIS10.2软件中，加入研究区影像、矿权等基础矢量，提取矿山开采面(10)、其他矿石堆(2B)、选矿场(2D)、选矿池(2E)、排土场(3A)、尾矿库(3B)、废石堆(3D)、矿山建筑(40)、地质灾害、环境污染等各类矿山地物信息，并在属性表中添加相应的字段，注明各地物类型的种类以及其他详细信息，并将提取的矢量文件保存为ArcGIS软件支持的shapefile线文件，便于后续的矿山地质环境质量评价。再对初步解译的主要地物类型图斑进行野外抽样调查，对误判图斑进行修改，使解译精度达到本次评价要求。

3 主要的矿山地质环境问题

经室内遥感解译结合野外调查验证发现,昆阳磷矿矿区内主要存在以下几方面的矿山地质环境问题。

3.1 矿山地质灾害隐患

昆阳磷矿矿区内设置了矿山地质环境综合治理工程，复绿面积达461.76 hm2，有效地防治了矿山地质灾害，因此矿区内基本上没有矿山地质灾害分布。经调查，矿区内小型砂石料矿山存在小型崩塌地质灾害隐患。

表2 矿山地质环境遥感解译标志

3.2 矿区土地的压占与损毁

据统计，截至2015年底，昆阳磷矿矿区内矿业活动占地总面积586.65 hm2，占工作区总面积的5.86%。其中开采面占地达129.23 hm2，占矿业活动图斑总面积的22.03%；中转场地(其他矿石堆、选矿场)占地67.91 hm2，占矿业活动图斑总面积的11.58%；固体废弃物(排土场、尾矿库、废石堆)占地315.14 hm2，占矿业活动图斑总面积的53.72%；矿山建筑占地74.38 hm2，占矿业活动图斑总面积的12.68%。

3.3 环境污染

矿业活动所产生的废气、废渣和废水是造成矿区及周边环境污染的主要污染源[7-8]，研究区内分布云南磷化集团有限公司昆阳磷矿尾矿库和云南磷化集团石头山尾矿库两个大型尾矿库，以及磷矿、砂石料厂排放的固体废弃物等，主要对矿区及周边地区的水体、大气环境造成了一定的污染和影响。

4 矿山地质环境评价方法

4.1 评价指标体系的构建

在遵循评价指标的完整性原则、层次性原则、客观性原则、简要性原则等选取原则的基础上，构建研究区科学的矿山地质环境评价指标体系是矿山地质环境评价的关键所在。

由于矿山开发状况是矿山地质环境问题的主要诱发因子，矿区地质环境背景条件以及自然地理条件是矿区地质环境质量好坏的基础条件，矿山地质灾害隐患以及环境污染直接影响矿区及周围人民的生产生活条件，因此要作为矿山地质环境评价的重点指标。基于此，本文将矿山开发状况、自然地理、基础地质、矿山地质灾害以及环境污染作为研究区矿山地质环境评价指标体系的要素层。将矿山开发状况进一步细分为开采密度、开采强度、开采方式、主采矿种、压占破坏土地比例5个评价指标；将矿区地质环境条件进一步细分为构造、岩性组合、边坡结构等3个评价指标；将自然地理进一步细分为地形地貌、降雨量、植被覆盖度3个评价指标；将地质灾害进一步细分为地质灾害隐患以及矿山生态环境恢复治理难易程度2个评价指标；将环境污染作为进一步细分为粉尘污染、水体污染2个评价指标。将上述15个评价指标作为矿山地质环境评价的指标层，据此，本文构建的研究区矿山地质环境评价指标体系如图1所示。

图1 矿山地质环境质量评价指标体系图

4.2 评价指标等级的确定

在上述所确定的5大类15项评价指标中，综合各项指标的特征，借鉴《矿山地质环境保护与治理恢复方案编制规范(DZ/T223—2009)》、《矿山遥感监测工作指南》等相关行业规范中的规定，结合专家经验确定评价指标等级[9-11](表3)。

4.3 评价指标权重的确定

根据上述所确定的矿山地质环境评价指标体系，结合项目组对研究区矿山地质环境调查成果数据，采用AHP决策分析法，建立层次结构模型，标度决策层次之间各要素的相对重要性程度构造判断矩阵，计算出评价指标权重值[12-14](表4)。

4.4 评价模型的建立

根据已确定的各项评价指标的等级和权重值，采用要素指标加权分值综合评价模型[15-16]，对研究区矿山地质环境做出评价。其数学模型见式(1)。

(1)

式中：Q为矿山地质环境评价综合分值；Fi为某一评价指标等级(表3)；Wi为评价指标权值(表4)。

5 矿山地质环境评价

5.1 评价单元的划分

将整个研究区域划分成一定大小一定数量形状规则的网格，即评价单元。本文按照研究区实际公里网划分网格，网格实际大小为500 m×500 m。

5.2 矿山地质环境评价

根据上述评价方法，本文采用要素指标加权分值综合评价模型，计算出每个评价指标的评分值，加权求和，得到矿山地质环境综合评价分值，在ArcGIS软件下，运用反距离权重法(IDW)作空间插值，得出研究区矿山地质环境质量优劣分区图，最终将昆阳磷矿矿区划分为矿山地质环境严重影响区、较严重影响区、一般影响区和无影响区，见图2、表5。

表3 矿山地质环境评价指标分级标准

表4 评价因子权重值表

5.3 矿山地质环境分区评述

由上述评价结果可以看出，矿山地质环境影响严重区、较严重区主要分布于昆阳磷矿矿区的磷矿集中分布区，这些区域主要由于大面积的磷矿露天开挖，以及采矿表层剥离土、固体废弃物和矿区生活垃圾等的随意堆放等对矿区土地造成大面积的压占损毁，严重破坏矿区内地形地貌景观，矿山地质环境问题突出；矿山地质环境影响一般区主要分布在小型的石料厂周围，开采规模较小，矿山占地对土地的破坏较小，矿山地质环境相对较好；无影响区几乎无开采痕迹，植被覆盖率较高，受人为活动影响很小，矿山地质环境良好。

从评价分区图2可以看出，昆阳磷矿矿区矿山地质环境总体上较好，主要是由于云南磷化集团有限公司昆阳磷矿在环境恢复治理区建立了矿山地质环境恢复治理园区，该区内实施林下特色种植、养殖及特色地质公园等，所种植被有原柏等观赏性植物，也有灵芝等经济作物。园内饲养生态鸡，还设有约5 500 m2的足球场，生态环境优美，恢复治理效果明显，被评为“国家级绿色矿山”，有效地防治了矿山地质灾害等。加之台阶式合理的开采方式，边开采边治理，使得采区矿山地质环境影响严重区面积分布较小。

5.4 主要治理措施

根据昆阳磷矿矿区评价分区结果，针对不同的分区提出具体的管理策略，有序开展矿山地质环境保护与恢复治理。对于矿山地质环境影响严重区、较严重区，设定为重点治理区，主要加强废弃和闭坑矿山的恢复治理工作；对于矿山地质环境影响一般区，这些区域矿山地质环境质量相对较好，相关执法部门要加强管理工作，避免私挖滥采等违法开采行为的出现，进一步恶化矿山地质环境；责令要求矿山企业者在矿山停办、关闭、闭坑前按照法律程序完成矿山生态环境恢复治理工作，防止矿山地质灾害、环境污染等矿山地质环境问题的出现，保证矿区周边居民的安全；将矿区内昆阳磷矿的分阶梯式开采，边开采边治理等绿色开采模式推广应用于区内其他矿山，从而改善地质环境问题区的矿山地质环境条件。

图2 昆阳磷矿矿区矿山地质环境质量评价分区

分区级别矿山地质环境影响严重区矿山地质环境影响较严重区矿山地质环境影响一般区矿山地质环境无影响区矿山地质环境综合指数>1.461.13～1.460.80～1.13<0.80分区面积/km216.7345.89.5227.97

6 主要结论

1) 经野外实地验证，评价结果得到的研究区矿山地质环境质量分区基本上与该区实际情况相吻合。其中，遥感(RS)和地理信息系统(GIS)技术的引用，高分辨率的“高分2号”卫星遥感数据的支撑，提高了对研究区矿山开发占地、矿山地质灾害隐患、环境污染等图斑信息的解译精度，为本次评价成果奠定了科学基础。

2) 选择要素指标加权分值综合评价模型，利用高分辨率遥感影像数据、采矿权数据，基于ArcGIS技术平台，提取各个评价指标的信息，对研究区矿山地质环境做出科学评价，将研究区矿山地质环境质量分为四个等级，矿山地质环境严重影响区、较严重影响区、一般影响区和无影响区。从而得到矿山地质环境质量优劣等级分区图，为矿山企业管理者制定有效的矿山地质环境保护措施提供科学依据。

3) 本次成果表明，昆阳磷矿矿区内的矿山地质环境质量总体上较好，该区内的云南磷化集团昆阳磷矿的采空区复土、恢复治理经验值得大力推广与应用，为云南省其他矿业集团起示范借鉴作用。

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