矿山地质环境的研究进展综述

吴尚彬

（中国地质大学（北京）工程技术学院，北京 100083）

矿山地质环境是指曾经开采、正在开采或准备开采的矿山及其邻近地区的岩石圈表层与大气圈、水圈、生物圈组分之间不断进行物质交换和能量流动的一个相对独立的环境系统。矿产资源在开采过程中必然会对矿山地质环境造成影响进而引起矿山地质环境问题。因此需要采用合理的方法对矿山地质环境进行调查和监测，进而采取科学的方法对矿山地质环境进行评价，最后制定出行之有效的方案对矿山地质环境进行防治。这样才能在开发矿产资源时减少对环境的破坏，实现人类与自然和谐相处。矿山地质环境调查、矿山地质环境监测、矿山地质环境评价、矿山地质环境治理是矿山地质环境研究的主要对象。

1 矿山地质环境研究现状

1.1 矿山地质环境调查与监测现状

矿山地质作用与矿山原生的地质环境的相互作用，会导致原生的矿山地质环境产生变化，然而矿山地质环境承受这种变化的能力有限，当这种变化过大时，就会产生矿山环境地质问题。矿山地质环境调查也是矿山地质环境评价的基础。矿山地质环境调查包含两点内容：一是查明矿山原生的地质环境容量和质量，预测原生地质环境对矿山开采的影响；二是查明矿山环境地质问题的类型、分布和危害情况，并判断影响和控制矿山环境地质问题的主要因素，并查明矿山环境地质问题的形成机理。

矿山地质环境监测在矿山地质环境调查中起到重要作用。遥感数据具有高空间分辨率、高光谱分辨率、高时间分辨率的特点，因此常被运用于矿山地质环境调查中。Venkataraman等[1]曾利用遥感技术对植被、土地占用、水质、土质等影响矿产资源开发的要素进行定性分析。Rigina[2]将多数据遥感作为综合环境影响评价工具，同时将遥感辅以现场测量、实地调查和数学建模，最终实现矿山地质环境评价。

近年来，我国研究人员也开始逐渐运用遥感技术进行矿山地质环境调查。梁晖等[3]将计算机图像处理和遥感技术运用于矿产资源开发动态监测。杨显华等[4]将SPOT6卫星图像遥感解译与野外调查相结合，准确查出矿山地质环境情况。

除遥感技术外，无人机摄影测量，探地雷达技术也被应用于矿山地质环境调查。王凤艳等[5]运用无人机摄影测量进行矿山地质环境调查，实现了快速获取矿山地质环境信息，并且其测量精度较高。

1.2 矿山地质环境评价现状

矿山地质环境评价是基于矿山环境地质问题调查,设定特定的评价体系，并选取合适的评价因子，实现对矿山地质环境质量或矿山环境地质问题的评价[6]。当前国内分析方法主要有有限差分法、综合指数法、层次分析法、加权比重法、灰色关联度法、模糊综合评判法、物元分析法、BP神经网络法等。

矿山地质环境评价因子的选取在矿山地质环境评价体系中极为重要，评价结果的准确性会受其影响，不同评价体系采用的环境评价因子有所不同。

1.3 矿山地质环境治理现状

西方发达国家在矿山地质环境治理上投入的资金越来越多，由先污染、后治理转为以预防为主、预防与治理相结合。例如在澳大利亚，生态恢复已然成为开采工艺的一部分，开采和复垦同时进行。德国在露天开采煤矿时，先将粉煤灰等废料直接回填到采煤坑，再将剥离的粘土覆盖在其上，并种植作物。

目前我国政府十分重视矿山地质环境的恢复治理工作，全国各地因地制宜，摸索出了适合自己的矿山地质环境治理措施。在资源枯竭型矿山城市环境治理中，治理模式就包含了矿山复绿型、灾害治理型、景观再造型、公益园区型、功能改善型、综合治理型等类型。

2 矿山地质环境研究热点方向

矿山地质环境研究目前的热点主要集中在矿山地质环境评价、矿山地质环境监测、矿山地质灾害机理研究、矿山地质环境污染、矿山地质环境的保护与重建等内容。在矿山地质调查、监测领域，近年来无人机技术以及遥感技术的快速发展大大推动了矿山地质调查的发展，利用先进技术，人们可以更加快速准确轻松地获取矿山地质环境信息。探地雷达技术的运用也将提高调查的精度和效率。

矿山地质环境评价研究的热点则是将遥感与地理信息系统技术相结合。采用GIS和RS，杨青华等[7]首先建立起新矿山环境地质评价体系，并明确评价指标等级和量化评价指标的方法，明确各个评价指标在评价体系中的权重，绘制出矿山地质环境影响评价分区图。袁素凤等[8]通过分析矿区矿山地质环境的各类指标，创建起江仓四井田矿山地质环境影响程度评价指标体系，并利用了GIS基础下的模糊综合评判方法，成功实现评价高寒地区矿山地质环境。李小燕等[9]基于RS和GIS技术进行矿山地质环境调查，采用AHP决策分析法确定评价指标权重值，并依靠ArcGIS技术平台提取各个评价指标的信息，从而实现矿山地质环境评价。

3 矿山地质环境研究存在问题

2008年以前，国内矿山地质环境评价对环境问题的研究比较片面，没有形成全面的矿山地质环境综合评价的方法。矿山地质环境评价因子选取是否全面很大程度影响了评价的准确度。赵朝贺等[10]认为矿山地质灾害评价指标的选取，不同于一般区域地质灾害的研究，因为具体到矿山的开采利用现状不同，诱发可能性大小、危害性大小，发生地质灾害的类型、范围，这对于地质灾害的评价指标都要求有很强的特殊性和针对性。

目前，矿山地质环境评价仍存在以下问题：①矿山地质环境评价因子选取不够全面。②评价时多采用定性描述，不能够量化矿山地质环境指标，因此评价结果不够准确和严谨。③评价方法众多，评价结果缺乏可比性。④各致灾因子权重难以确定，受人为主观影响大。

4 矿山地质环境研究未来趋势

在矿山地质环境调查方面，遥感技术、无人机技术、探地雷达技术等被更加广泛地运用于矿山地质环境调查。由于遥感技术存在早期人工解译、基于像元分类等遥感影像信息提取方法效率低下，以及解译精度受人为因素影响大、对高分辨率影像应用效率不足等问题，因此未来研究的趋势是要实现遥感信息的自动化提取。

在矿山地质环境评价方面，矿山地质环境评价的研究中的关键问题是确定科学合理的量化评价指标体系并且建立科学合理的综合评价模型以及选取科学合理的评价方法[11]。对待地质环境情况复杂的矿山，要更系统更全面的进行地质环境评价分析研究，可以考虑在评价时将更多因子进行分区，使用分区界线划分评价单元。此方法既可以明确每个评价单元的矿山地质环境问题，同时提高评价结果的准确性，降低人为因素的影响。

在矿山地质环境治理方面，加大矿山治理投入迫在眉睫，历史遗留矿山需要尽快得到治理，同时应该通过落实相关关法律法规，避免新的因人为因素造成的矿山地质环境问题发生；在技术上需要不断提高矿山地质环境调查、监测、评价技术水平；同时还需要通过不断革新采矿技术以减少对环境的破坏。相关单位需要不断开展矿山地质环境恢复和综合治理技术研究，不断提高矿山治理能力。

5 结论

在矿山地质环境研究领域，中国起步虽然较世界发达国家晚，但研究进展较快，已取得了颇多成果。矿山地质环境研究主要集中在矿山地质环境调查、矿山地质环境监测、矿山地质环境评价、矿山地质环境治理四个方面。在矿山地质环境调查、监测领域，主要使用遥感调查、无人机调查、地面调查、样品测试、动态监测等方法，其中遥感调查与无人机调查的使用频率越来越高，也是未来主要发展方向。在矿山地质环境评价领域，研究人员采用了不同种类的评价方法，如层次分析法、加权比重法、模糊综合评判法、有限差分法、灰色关联度法、物元分析法、BP神经网络法、综合指数法等，但是它们都具有一定局限性，不能使用所有情况，有选取评价因素时考虑不够全面、缺乏量化的评价指标、各致灾因子权重难以确定、专家打分法主观性强等缺点。未来应该朝着确定科学合理的量化评价指标体系，建立科学合理的综合评价模型，选取科学合理的评价方法的方向发展。在矿山地质环境治理方面，建立一个合理完整的矿山地质环境治理模式、改善矿山地质环境治理技术是矿山地质环境治理研究的未来方向。