开阳磷矿区地质环境敏感性评价研究
(中国国土资源经济研究所，河北三河，101149)
地质环境敏感性评价是地质环境综合整治规划的基础。以开阳磷矿为例，运用专家赋权法和层次分析法分析了磷矿地质环境问题诱发的主要影响因素，系统选择了评价指标体系，建立了地质环境敏感性综合评价模型，最终划分出磷矿地质环境敏感区，明确了未来地质灾害的易发性。
关键词:层次分析法地质环境敏感性评价
序
开阳磷矿地质环境由岩石环境、土壤环境和水环境三个子系统组成，是作为矿山开发主体的磷矿资源开发利用所影响的环境空间，也是当地人民的生活空间。近年来，由于人类工程活动的加剧，对其干扰已达极限，造成水土流失、崩塌、滑坡、泥石流等各种严重的地质环境问题，引发地质灾害。如:“1995.6.24”特大泥石流灾害，造成15人死亡，13人重伤。直接经济损失达1 . 36亿元，1 . 999、2000、2002年均有不同程度的泥石流发生。影响了当地人民生存的环境质量。因此，弄清地质环境恶化的背景，努力做到“防患于未然”，恢复被破坏的环境，是矿区开发建设中的一项紧迫任务。它也是一项投入少、效益大的可持续发展的系统工程，科学规划是综合整治地质环境的前提。其中，对包括自然条件(包括地质条件)和各种天灾人祸(包括地质灾害)在内的各种约束条件的科学评价，构成了最基本的内容，即在综合考虑影响磷矿矿区地质环境的诸多因素的基础上，对地质环境的基本状况及其敏感性进行评价，借助适当的数学模型和专家经验对矿区地质环境进行划分， 从而明确未来可能发生的直接结果——地质灾害的易发性【基于此，开展矿区地质环境敏感性研究，对于合理利用磷矿区地质环境，避免和减少各种潜在的自然地质环境灾害和工程活动诱发的灾害所带来的昂贵的工程治理成本，最大限度地促进矿区资源效益、环境效益、经济效益和社会效益的统一协调发展，具有重要的现实意义和理论意义。
1开阳磷矿区地质环境背景
矿区地质构造属于扬子准地台黔北高原复杂地质构造变形区，断层、褶皱发育。整个矿区位于隆起的海水背斜上，是一个短轴背斜，形状像一个不对称翅膀的梭子。背斜的核心是元古界板溪群和震旦系，两翼是寒武系、二叠系和三叠系。它是本区构造格局的主要组成部分之一。背斜转折处断裂、节理、裂隙发育，长期的风化剥蚀基本剥蚀了背斜的转折处，形成了沿背斜轴部分布的深谷，区内水漾河沿谷底径流。矿区岩石较为破碎，其中走向近20°、110°、225°的三组节理裂隙较为发育。矿区整体地势南高北低。谷内山高坡陡，地势破碎，地形复杂，切割强烈，谷坡陡峭，沟壑众多，沟壑发育。矿区出露地层主要为板溪群、震旦系南沱组、陡山沱组、灯影组、下寒武统牛蹄塘组、金顶山组和第四系，岩性各异。
磷矿区地质环境敏感性综合评价的方法和思路
2.1磷矿区地质环境敏感性综合评价的基本思路
磷矿区的地质环境问题是由各种自然地质因素和人为因素共同作用下形成或产生的各种地质环境问题甚至地质灾害诱发的。本区地质环境敏感性评价是根据现有地质环境问题的发育机制和分布规律，综合分析评价未来崩塌、滑坡、泥石流、地裂缝的潜在可能性，并将这种可能性由大到小进行分级。评价其敏感性的关键是多种影响因素的综合处理。因此，评价中必须解决一系列问题，包括各种地质环境问题影响因素的确定、影响因素的处理和取值、敏感性评价模型的建立以及整个工作区的地质环境敏感性评价。
2.2磷矿区地质环境敏感性综合评价的思路
评价的最高目标是地质环境敏感性，其次是五类地质环境问题，再次是诱发地质环境问题的影响因素。评价过程第1步是各单项地质环境问题分析，第二步是以五个地质环境问题为因素的区域分析。建立模型的层次结构。
评估等级见图1。
图1评价体系建设思路图
评价矿区地质环境敏感性分区是最高目标；其次，选取所选评价区存在的地质环境问题，即崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷和地裂缝。最低目标是选择诱发各种地质环境问题的主要因素，如坡度、矿体倾角、岩性结构、降雨、岩性、构造构造、人类活动等。
2.3评估层次模型的建立(见图2)
图2磷矿区地质环境综合敏感性评价层次模型
2.4磷矿区地质环境敏感性评价建模方法
用多项式综合考虑各种因素的影响，建立评价模型，即:
GS = a 1x 1+A2 X2+…+An Xn
式中:Gs为矿区地质环境的敏感性，Xi为各影响因素，Ai为权重。
模型中各影响因素权重的确定是矿区地质环境敏感性评价的关键。考虑到数据的准确性和评价尺度，采用层次分析法确定各影响因素的权重。
在层次分析法中，每一级因素相对于上一级某一因素的相对重要性权重的确定可以简化为一系列成对因素的判断。为了量化比较判断，引入了1-9的比例标度法。见表1。
表1判断矩阵标度及其含义
假设A层的Ak与下一层的B1，B2，…，Bn相关，判断矩阵的形式如下:
地质学、环境和经济学论文集。系列2
对于1-9阶的判断矩阵，ri为:
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2.5磷矿区单一地质环境问题敏感性评价
2.5.1磷矿区滑坡敏感性评价
考虑到矿区的实际情况，选取影响滑坡发育的背景因素为岩性、岩体结构、坡度和降雨。根据标度指数进行统计计算。滑坡影响因素的判断矩阵。
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对应于上述矩阵，对应于每个因素的权重向量计算如下:
U(K)=(0.11702，0.42553，0.222340，0.23404)T
一致性检验表明Cr = 0 < 0.1。判断矩阵是正确的。
影响因子指数的确定降雨、岩性、构造、坡度等影响地质环境问题发育的主要因素，根据其对各种灾害的影响程度进行分级，并赋予不同的量化值。以降雨为例，该地区年降水量的80%主要集中在6-8月，7月下旬至8月上旬最为集中，降水强度大，持续时间短。此时是灾害多发期，故将该地区平均降雨量划分为5级。见表2。
表2降雨对地质环境问题分级影响量化值表
同样，对于岩性、岩性结构和坡度也可以给出不同的分级定量值。
滑坡敏感性评价模型
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其中:b滑坡-滑坡敏感指数；VI-数量值；重量。
b滑坡= v 1×0.11702+v2×0.42553+v3×0.22234+v4×0.23404。
v 1-单元岩性指数；V2——单位岩体的结构指数；V3——单位坡度的坡度指数；v4-单位人类活动影响指数
通过模型试运行，滑坡敏感性分为四级。分别是滑坡敏感区> 0.7，滑坡敏感区0.7 ~ 0.6，滑坡轻度区0.6 ~ 0.4，滑坡极轻度区< 0.4。滑坡敏感性强的区域主要分布在大水村老街组、大水村大新组和中心村龙洞沟组，受威胁人口超过106人。滑坡敏感性强的区域主要集中在金花村雷光组和麻窝场，受威胁人口68人，受威胁财产损失65438余万元。轻微滑坡区域主要集中在侯丰村后山组、茅坡村沙沟组和寨子村亚组，受威胁人数约为102人。极轻微滑坡区主要集中在中心村唐家沟组，受威胁4人。
2.5.2磷矿区塌陷敏感性评价
考虑到矿区的实际情况，崩塌的条件和影响因素与滑坡大致相同，因此我们选择的背景因素为:岩性、岩体结构、边坡坡度和人类活动。根据标度指数进行统计计算。影响倒塌因素的判断矩阵。具体过程和滑坡评估基本一致，这里就不赘述了。根据该方法可以得出一个初步的评价结果:整个磷矿区崩塌敏感性强的区域位于沙坝村和寨子村的岩石上，以及金华村的雷大岩上。受威胁人数大致为214，受威胁财产达到43万元；崩塌敏感性强的区域集中在寨子村、侯丰村后山崩塌带和大水村大岩脚。被威胁人数130，被威胁财产达35万元。
2.5.3磷矿区地裂缝和地面塌陷敏感性评价
评价磷矿区地裂缝敏感性需要考虑的主要因素有:裂缝发育程度、裂缝宽度、发育趋势、地下开采程度、受威胁物体的距离，以及根据尺度指标得到的统计计算。分别构建了地裂缝和地面沉降影响因素的判断矩阵。具体过程和滑坡评估基本一致，这里就不赘述了。根据这个方法，我们可以得到一个初步的结果。银厂坡和涂家寨地裂缝为敏感区，其余为敏感区。银厂坡地裂缝多年来不断增加，直接威胁着寨子村60多口人的生命财产安全。土家寨地区地裂缝因地下采空区直接威胁130人民的生命财产安全。
2.5.4磷矿区水土流失敏感性评价
土壤侵蚀敏感性评价是识别土壤侵蚀易发区，评价土壤侵蚀对人类活动的敏感性。由现状分析可知，磷矿区土壤侵蚀为重力侵蚀，因此土壤侵蚀敏感性评价可初步得出结论:大水村为土壤侵蚀强敏感性区，茅坡村和侯丰村为土壤侵蚀强敏感性区，寨子村、茶园村、燕郊村和沙坝村为土壤侵蚀轻度区，金华村和中心村为土壤侵蚀极轻度区。
2.6磷矿区地质环境敏感性综合评价
评估整个地区。将各单项地质环境问题作为区域分析的一个因素，从1到N的顺序为滑坡、泥石流、崩塌、地裂缝和地面塌陷、水土流失。形成综合判断矩阵。
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对应于上述矩阵，每个因素对应的权重向量可以如下获得:
U (k) = (0.2618，0.09388，0.23574，0.3755，0.0331) t，通过一致性检验可以得到Cr < 0.1。判断矩阵是正确的。
评价整个矿区敏感性的模型；
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式中:矿区B-磷矿区地质环境敏感性指数；VI-索引；wi-重量
b矿区= v 1×0.2618+v2×0.09388+v3×0.23574+v4×0.3755+V5×0.0331。
v 1-单位滑坡敏感性指数；V2单位泥石流敏感性指数；V3——单元坍塌敏感性指数；V4——单位地裂缝敏感性指数；V5——土壤侵蚀的单位敏感性指数。
综上所述，磷矿区地质环境综合敏感性可分为以下几个区域:磷矿区地质环境综合敏感性极轻微的区域主要分布在中心村所在区域。磷矿区对地质环境轻微敏感的区域一般分布在侯丰村和茶园村之间(即两岔河矿段东部和季乐矿段西部之间)，磷矿区对地质环境强烈敏感的区域一般分布在大水村和沙坝村之间(即季乐矿段、沙坝土矿段和马路坪矿段的大部分)，磷矿区对地质环境强烈敏感的区域一般分布在金花村、寨子村和永沙村之间(即
3结论
本研究举例说明了近年来广泛应用于定性和定量指标的多因素权重评价方法层次分析法(AHP)在地质环境敏感性综合评价中的应用过程[2]。在此过程中，应注意评价因子的合理选择和分级指标及权重值的科学确定是地质环境敏感性评价的重要环节，评价应尽可能反映影响其敏感性的所有环境因素的贡献程度，这需要在对地质环境的认识和资料的积累中不断深化。 而基于专家知识的智能推理和数学模型处理方法的有机结合，是客观科学地确定分级指标和因素权重的理想方法[3]。
参考
[1]黄润秋，向西琼。GIS技术在生态环境地质评价中的应用。地质通报，2002，21 (2): 98 ~ 101。
[2]王连芬，许·。层次分析法简介。北京:中国人民大学出版社，1989。
周，蔡。地质环境质量评价的理论与应用。武汉:中国地质大学出版社，1998。