0 引言

矿产资源是国民经济、社会发展和人民生活的重要物质基础（武强，2003），其开发利用促进了人类自身的生存与发展，但由于中国矿产资源开发利用与管理较粗放，长期的矿业活动造成了资源损毁、地质灾害、环境污染等一系列问题，对矿山地质环境产生了巨大的影响（徐友宁，2008；陈建平等， 2014；杨金中等，2017）。

矿山地质环境评价研究始于 20 世纪 70 年代，国外学者运用遥感（RS）、地理信息系统（GIS）等技术对许多矿山进行了地质环境评价研究，为矿山的恢复治理提供了依据（贾晗等，2021）。21 世纪之前，中国在大部分地区开展了全国典型矿区矿山地质环境调查与评估工作，为矿山地质环境评价研究工作打下了基础，经过几十年的发展，中国矿山地质环境评价工作日趋成熟，由单一的评价方法向综合性方法转变，评价内容也在现状性评价的基础上转为问题性评价和预测性评价（胡博文等，2015）。

富源县是云贵煤矿集中区的核心产区之一，本文在矿山地质环境调查工作的基础上，选取适宜工作区的评价因子构建评价体系，通过层次分析法 （AHP）确定因子权重，采用模糊综合评价法进行矿山地质环境影响评价，为当地矿山地质环境保护与恢复治理提供依据。

1 研究区概况

富源县位于云南省曲靖市东部，与贵州交界，有“云南东大门”之称。研究区是国家级大型煤炭基地“云贵煤炭基地”的核心产区之一，该区域矿业活动历史悠久，包含 4个国家级能源规划矿区、2个省级重点勘察区和1个省级矿山地质环境重点治理区，矿业活动导致的环境地质问题突出（表1）。

富源县矿集区矿山地质环境调查工作覆盖了辖区内后所镇、胜境街道、中安街道、大河镇、营上镇、墨红镇、竹园镇、富村镇、老厂镇、黄泥河镇等12 个乡镇（街道），涉及 1∶5万标准图幅 8幅，野外调查路线 126 条，调查、核查矿山 481 个，基本查明了矿集区矿山地质环境问题现状。

注：数据据《曲靖市富源县矿山地质环境恢复和综合治理规划 （2018—2025年）》。

由于矿产资源的大量开发利用，矿集区地质环境已经变得非常脆弱，矿山开采区内出现了大量的地裂缝、地面塌陷、滑坡、崩塌等地质灾害，且采煤活动产生的大量固体废弃物，既破坏了矿区及周边的景观地貌，又造成了土地压占，致使土地资源无法合理利用。另外，矿业开发也对水资源造成了严重的破坏，如泉流量减小、地下水位下降、地下水污染等。

2 矿山地质环境影响评价

2.1 评价方法

矿山地质环境评价可根据实际需要采用定性方法、定量方法或定性与定量相结合的方法进行评价，常用的评价方法有加权比较法、地理信息系统 （GIS）图层叠加分析法、综合指数法、神经网络法、灰色综合评判法、环境数学模型法、模糊综合评价法、层次分析法、专家打分法、环境承载力分析法等 （胡博文等，2015；李中阳等，2021）。

常规评价法存在专家打分、人为主观因素影响等弊端，且较少考虑评价因素之间的互相关联、互相制约等问题，而模糊综合评价法考虑评价过程的模糊性，可减少不可避免的人为误差并提高评价结果的精准率，一定程度上实现客观评价，简洁且实用（胡博文等，2015；陈哲锋等，2018；孙厚云等， 2019；薛庆等，2023）。故本文采用模糊综合评价法对云南富源矿集区矿山地质环境进行评价。

2.2 评价单元划分

本文采用正方形网格单元划分法，将富源县工作区划分成统一大小和形状的离散网格，以此作为基本评价单元。每个单元格为边长1 km的正方形，单元面积为1 km²。

2.3 评价指标体系构建

2.3.1 评价因子选择

通过开展富源县矿集区1∶5万环境地质调查工作，针对工作区特点，结合前人的工作认识（中国地质调查局国家地质实验测试中心，2019^①；中化地质矿山总局地质研究院，2019^②），主要以采矿活动对土地资源的压占与破坏、含水层破坏及水土环境影响、固体废弃物、矿山地质灾害4个方面的矿山地质环境问题为基础构建评价指标体系。

此次评价包含矿山地质环境背景条件、地形地貌景观破坏及土地资源破坏、矿山地质灾害、水资源破坏及固体废弃物5个评价要素，以及地形坡度、工程地质条件、植被覆盖率、矿山类型、地质构造复杂程度、露天开采破坏程度、土地资源破坏面积、土地资源破坏类型、对居民地及交通干线的影响、地质灾害规模、地质灾害发育密度、地质灾害人员损失、地质灾害财产损失、潜在灾害人员威胁、潜在灾害财产威胁、含水层破坏、水质评价等级、固体废弃物类型、固体废弃物规模、固废堆积体边坡稳定性等20个指标因子（图1）。

2.3.2 评价等级划分

参考相关规范，将采矿活动对矿山地质环境的影响程度划分为影响严重区、影响较严重区及影响轻微区3个等级。

2.3.3 评价指标分级量化

根据规范要求，参考前人在类似问题上的经验方法，结合研究区实际调查情况，采用定性加定量的方法，对参评因子评价标准的基准值进行量化，无法量化的将采用经验或专家打分方法给予值（表2）。

2.4 权重的计算

权重的确定，目前较为成熟的方法有专家打分法、数理统计法、熵值法、层次分析法等（王跃和安天浩，2019），本次采用层次分析法确定各要素层和指标因子的权重值。层次分析法是一种实用的多准则评价方法（乔旭俊，2012），系统模型构建主要包括建立层次结构模型、构建判断矩阵、求解权重值以及验证权重合理性（陈哲锋等，2018；东启亮等，2020）。

2.4.1 建立层次结构模型

在评价指标体系的基础上通过 YAAHP 软件构建层次结构模型，目标层为富源县矿山开采地质环境影响评价，指标层为矿山地质环境背景条件、地形地貌景观破坏及土地资源破坏、矿山地质灾害、水资源破坏以及固体废弃物5类要素及各要素所含的二级指标因子，措施层分为影响轻微、影响较严重和影响严重3个方案。

2.4.2 构造判断矩阵

判断矩阵代表本层因素对上一层某一因素的相对重要性，通过对隶属于相同层次的因素采用相同的尺度进行两两对比而构建，成对比较的每层因素不宜超过9个（陈哲锋等，2018，表3）。

2.4.3 求解权重值

对于构建的判断矩阵A有

计算矩阵 A 的最大特征根 λmax 和对应的特征向量 X，X 归一化后的分量就是对应每一层元素的权重值（贾晗等，2021）。

2.4.4 验证权重合理性

为验证所求解的权重值是否合理，确保评价结构可靠，需对判断矩阵进行一致性检验，检验公式为

式（2~3）中，CI为一致性指标；m 为判断矩阵阶数；RI 为判断矩阵的平均随机一致性指标，由大量实验给出，取值见表4（张艳，2017）；CR为判断矩阵随即一致性比例，当 CR＜0.1 时，即认为判断矩阵具有可接受的一致性，代表权重分配合理可靠，否则需重修调整判断矩阵（贾晗等，2021，表4）。

2.5 隶属度的确定

隶属度是模糊数学最基本的概念之一，在模糊综合评价中可用来反映某一评价指标对于某一评语的隶属程度。隶属度函数的选取和隶属度的确定有多种方法，常见的有 F统计法、F分布和直接打分法，在模糊评价中，只要本次评价使用同一个隶属函数，评价结果即具有可用性（贾晗等，2021）。本文结合评价指标分级量化结果，采用定性（0，1） 赋值确定各因子的隶属度，即在实际调查的基础上对单元格进行量化分级评价，评价结果所对应评语的隶属度为1，否则为0。

2.6 评价模型构建

模糊数学又称 Fuzzy 数学，是研究和处理模糊性现象的一种数学理论和方法，主要过程有因子集的建立、评价集的建立和隶属度的建立（陈哲锋等， 2018）。在已构建的矿山地质环境评价指标体系的基础上，运用模糊综合评价法，建立富源县矿山地质环境现状分区评价二级模糊综合评价模型，以得出总体环境影响程度的评价结果。

2.6.1 建立因子集

根据建立的矿山地质环境影响评价指标体系，评价要素分别为矿山地质环境背景条件、地形地貌景观破坏及土地资源破坏、矿山地质灾害、水资源破坏以及固体废弃物 5 类，故 U=｛U1，U2，U3，U4， U5｝，各要素分别包含若干评价因子：U1=｛C1，C2， C3，C4，C5｝，U2=｛C6，C7，C8，C9｝，U3=｛C10，C11， C12，C13，C14，C15｝，U4=｛C16，C17｝，U5=｛C18， C19，C20｝。

2.6.2 建立评语集

富源县矿山开采地质环境影响评价分为影响轻微、影响较严重和影响严重 3 级，即构成评语集 V=｛影响严重Ⅰ、影响较严重Ⅱ、影响轻微Ⅲ｝=｛V1，V2，V3｝。

2.6.3 确定指标权重集

由AHP法确定的权重，即构成对应要素的权重集W=｛W1，W2，W3，W4，W5｝。

2.6.4 综合评价

通过前文方法得到各评价因素的隶属度，从单因素指标出发构建单因素模糊矩阵 Ri；单因素模糊矩阵Ri与各要素层对应的权重集Wi进行复合运算，得到第二层评价结果集 Bi，5 个要素层的评价结果集自动构成一级评价模糊矩阵 R，而后再次与矿山地质环境影响评价权重集 W进行复合运算，即得到最后的评价结果集 B，按照最大隶属度原则以结果集中最大值对应的等级作为最终评价结果（徐友宁等，2003）。

rab 表示因素集中第 a 个因素隶属于评语集中第b个评语的隶属度。

3 结果与分析

3.1 评价计算及结果

3.1.1 判断矩阵及权重计算结果

（1）要素层判断矩阵

富源县矿山开采地质环境影响评价要素层包括矿山地质环境背景条件（A1）、地形地貌景观破坏及土地资源破坏（A2）、矿山地质灾害（A3）、水资源破坏（A4）以及固体废弃物（A5），判断矩阵见表5。计算一致性指标CI=0. 0215，一致性比率CR=0. 0192 ＜0.1，该指标满足一致性要求。各要素层权重集为 W=（0. 0622，0.2669，0.4033，0.1050，0.1626）。

（2）矿山地质环境背景条件判断矩阵

矿山地质环境背景条件要素（A1）包括地形坡度（A11）、工程地质条件（A12）、植被覆盖率（A13）、矿山类型（A14）、地质构造复杂程度（A15），判断矩阵见表6。计算一致性指标CI=0. 0202，一致性比率 CR=0. 0227＜0.1，该指标满足一致性要求。该要素层各指标权重集为 W1=（0.1232，0.2060，0. 0995， 0.3957，0.1755）。

（3）地形地貌景观破坏及土地资源破坏判断矩阵

地形地貌景观破坏及土地资源破坏要素（A2） 包括露天开采破坏程度（A21）、土地资源破坏面积 （A22）、土地资源破坏类型（A23）、对居民地及交通干线的影响（A24），判断矩阵见表7。计算一致性指标 CI=0. 0202，一致性比率 CR=0. 0306＜0.1，该指标满足一致性要求。该要素层各指标权重集为 W2=（0.1056，0.3722，0.3722，0.1501）。

（4）矿山地质灾害判断矩阵

矿山地质灾害要素（A3）包括地质灾害规模 （A31）、地质灾害发育密度（A32）、地质灾害人员损失（A33）、地质灾害财产损失（A34）、潜在灾害人员威胁（A35）、潜在灾害财产威胁（A36），判断矩阵见表8。计算一致性指标 CI=0. 03，一致性比率 CR= 0. 0238＜0.1，该指标满足一致性要求。该要素层各指标权重集为 W3=（0. 0735，0.1367，0.1080， 0.1730，0.2544，0.2544）。

（5）水资源破坏判断矩阵

水资源破坏要素（A4）包括含水层破坏（A41）、水质评价等级（A42），判断矩阵见表9。计算一致性指标 CI=0，一致性比率 CR=0＜0.1，该指标满足一致性要求。该要素层各指标权重集为 W4=（0.3333，0.6667）。

（6）固体废弃物判断矩阵

固体废弃物要素（A5）包括固体废弃物类型 （A51）、固体废弃物规模（A52）、固废堆积体边坡稳定性（A53），判断矩阵见表10。计算一致性指标CI= 0. 0046，一致性比率 CR=0. 0088＜0.1，该指标满足一致性要求。该要素层各指标权重集为 W5= （0.1634，0.5936，0.2970）。

3.1.2 单元格分级量化结果

根据评价因子分级量化表（表2）对所有单元格内的要素进行数据处理，按隶属度分级确定其对应的等级，结果见表11。

3.1.3 单因素评价矩阵

本文以 1 号单元格为例，根据评价因子分级量化结果，利用定性（0，1）赋值得到其二级评价模糊矩阵。

$\begin{array}{c}R1=\left[\begin{array}{ccc}0& 0& 1\\ 1& 0& 0\\ 1& 0& 0\\ 0& 0& 1\\ 0& 1& 0\end{array}\right]R2=\left[\begin{array}{ccc}0& 0& 1\\ 0& 0& 1\\ 0& 0& 1\\ 0& 0& 1\end{array}\right]R3=\left[\begin{array}{ccc}0& 0& 1\\ 0& 0& 1\\ 0& 0& 1\\ 0& 0& 1\\ 0& 0& 1\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\\ R4=\left[\begin{array}{ccc}0& 0& 1\\ 0& 0& 1\end{array}\right]R5=\left[\begin{array}{ccc}0& 0& 1\\ 0& 0& 1\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\end{array}$

3.1.4 一级评价模糊矩阵

单因素评价结果与各要素层权重集进行复合运算，得到的二级评价结果集自动构成一级评价模糊矩阵。 B1=W1×R1=（0.3055，0.1755，0.5189）； B2=W2*R2=（0，0，1）；B3=W3×R3=（0，0，1）；B4= W4*R4=（0，0，1）；B5=W5×R5=（0，0，1）。二级评价结果显示，5 个要素层的隶属度均主要集中在影响轻微级别，表明1号单元格内地质环境受影响较小。

$R=\left[\begin{array}{ccc}0.3055& 0.1755& 0.5189\\ 0& 0& 1\\ 0& 0& 1\\ 0& 0& 1\\ 0& 0& 1\end{array}\right]$

3.1.5 综合评价

利用一级指标要素权重集与一级评价模糊矩阵进行模糊变换，得到 1 号单元格对于矿山地质环境影响严重、较严重、轻微3种评语的隶属度分别为 0. 019、0. 0109、0.9701。

$\begin{array}{c}B=W*R=(\mathrm{0.0622,\; 0.2669,\; 0.4033,\; 0.1050},0.1626)*\left[\begin{array}{ccc}0.3055& 0.1755& 0.5189\\ 0& 0& 1\\ 0& 0& 1\\ 0& 0& 1\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\\ \\ \end{array}=\left(\mathrm{0.0190,\; 0.0109,\; 0.9701}\right)$

根据最大隶属度原则，1 号单元格所属分区为影响轻微区（Ⅲ）。结合实际调查情况进行验证，该单元格所在区域地形坡度平缓（＜10°），出露地层岩性为飞仙关组碎屑岩，地质构造复杂程度中等，无采矿活动，无矿山地质灾害、地形地貌景观破坏及水资源破坏等矿山地质环境问题，评价结果与实际调查结果相符。由此对所有单元格进行综合评价，根据评价结果（图2），综合富源县自然保护区的划分等实际调查情况对单元格进行圈连，得到最终分区结果（图3）。

3.2 结果分析

通过构建模糊综合评价模型和运用层次分析法对富源县矿集区进行综合分区评价，最终圈定矿山地质环境影响严重区 12 个，面积 105.72 km²；矿山地质环境影响较严重区 13 个，面积 236.51 km²； 矿山地质环境影响轻微区9个，面积488.27 km²。

（1）矿山地质环境影响严重区。共 12 个，面积 105.72 km²，主要集中在后所镇庆云村、老牛场村、大庆村，大河镇恩乐村、青龙村、白马村，营上镇鲁金银村、牛白海村，竹园镇糯木村、和乐武村，墨红镇书桌村、补木村，老厂镇拖竹村、独木树村。该区矿业活动历史久远，矿山地质环境问题复杂，采矿导致地面塌陷、地裂缝、滑坡等地质灾害频发，含水层破坏和水土环境影响严重，废弃矿区压占大量土地，恢复治理难度较大。

（2）矿山地质环境影响较严重区。共 13 个，面积 236.51 km²，主要分布在后所镇—煤炭湾—栗树坪—迤车村—白马村—青龙村—铜厂村—挑担村 —茂河—现鸡田—九河—补木—宽塘—阿汪—独路河—大寨一线除矿山地质环境影响严重区以外的区域。该区矿山地质环境问题主要是露天采场对原生景观地貌的破坏、废弃矿山对土地的压占及煤矸石堆引发的水土环境问题。

（3）矿山地质环境影响轻微区。共 9 个，面积 488.27 km²，分布在后所、中安、大河、墨红、营上、竹园、富村、老厂、黄泥河周边除矿山地质环境影响严重区和较严重区以外的地区。该区矿山地质环境问题主要是砂石矿开采对原生景观地貌的破坏。

3.3 结果验证

以实际调查情况为基础，对富源县矿集区矿山地质环境问题现状进行定性分析，以此对上述评价结果进行验证。富源县矿集区矿业活动历史久远，开采矿种主要为煤矿和石灰岩矿，地下开采诱发的含水层破坏和矿山地质灾害问题较突出，露天开采致使地形地貌景观破坏严重。调查结果表明，老厂矿集区废弃煤矿矿坑水流量最高可达 29.12 L/s（9 —10 月），该区几十余年的矿山开采导致区域地下水位逐年下降，仅新寨煤矿附近已有 3 个饮用泉水水源枯竭，严重影响了该区居民的饮水问题，同时，该区地表及地下水铁、硫等元素超标，其中硫酸盐超标最高 4. 09 倍，铁元素超标最高达 205 倍，锰元素超标最高达19.91倍，矿坑排水呈黄褐色，周边单位供水紧张；地下开采导致的崩塌、滑坡等地质灾害频发，老厂镇拖竹村崩塌群（包含8个中型崩塌和 1个小型崩塌）致使3个村庄居民、耕地、道路及房屋受威胁，威胁人数 150 人，威胁财产 1200 万元。石灰岩矿的露天开采致使山体破损、基岩裸露，原表层植被砍伐怠尽，无法自然修复，造成水土流失，严重的形成石漠化。

对富源县地表水和地下水进行系统采样和数据分析，结果表明，县域内地表水和地下水Ⅴ类水主要分布在老厂矿集区，Ⅳ类水主要分布在后所镇和大河镇一带，均为矿业活动较为发达的地区，水环境质量差，污染较严重。而本次评价中老厂镇新寨煤矿—拖竹村—独木树矿集区、后所镇老牛场— 大庆—庆云村矿集区、大河镇白马村—青龙村—恩乐村矿集区均为矿山地质环境影响严重区，结合实际调查情况对富源县其他矿集区进行定性评价，评价结果与本文模糊综合评价结果基本相符。相较于定性评价，模糊综合评价能减少人为主观因素的影响，弥补了定性分析的不确定性，其评价结果更清晰，系统性更强，该方法可行且实用。

4 结论

（1）本文在 1∶5 万环境地质调查的基础上选取 20 个指标作为评价因子构建矿山地质环境影响评价指标体系，层次分析结果表明，矿山地质灾害、地形地貌景观破坏及土地资源破坏两个要素所占权重较大，是综合评价的决定性要素。

（2）通过构建模糊综合评价模型对富源县矿集区进行综合评价，划分矿山地质环境影响严重区12 个（面积 105.72 km²）、矿山地质环境影响较严重区 13个（面积 236.51 km²）、矿山地质环境影响轻微区 9个（面积 488.27 km²）。结合实际调查结果进行分析验证，评价结果较客观地反映了富源县矿业活动对矿山地质环境的影响。

（3）评价结果可为当地矿山地质环境保护与恢复治理提供科学依据，可在影响严重区和较严重区的基础上划分矿山地质环境治理区，主要治理建议为地质灾害的防治以及废弃矿区、固废堆积体的占地再利用；影响轻微区可划分为矿山地质环境预防区，存在的环境问题主要是露天开采造成的景观破坏，可通过适当的人工干预进行自然修复。

注释

① 中国地质调查局国家地质实验测试中心.2019. 云南兰坪盆地铅锌铜矿集中开采区地质环境调查二级项目成果报告[R].

② 中化地质矿山总局地质研究院.2019. 长江中游磷硫铁矿基地矿山地质环境调查成果报告[R].

参考文献