基于GIS 的青海玉樹地區礦山地質災害風險區劃研究

解立棟，劉 歡

（1.青海省水文地質及地熱地質重點實驗室，青海 西寧 810008；2.青海省水文地質工程地質環境地質調查院，青海 西寧 810008）

礦產資源作為人類社會中不可或缺的能源，長期以來一直是人類賴以生存和社會發展的重要物質基礎[1]。青海省作為礦產資源大省，其有著十分豐富的自然資源，迄今為止在青海發現的礦產地超過一千五百處，其中玉樹為青海省主要礦產地之一，礦種多，門類全，儲量豐富。然而，由于受到認識的局限性以及青海省的地質條件等原因的影響，在對礦產資源進行大規模的開發利用的同時，也為礦山環境帶來了大量的問題，對該地區礦業的可持續發展造成了一定程度上的制約。受本區自然地質條件以及礦山開采產生的地質環境問題帶來的影響，礦區地質災害的預測及防治工作是礦山開發工作中的一大難題。本文應用GIS 技術對青海玉樹地區礦山地質災害進行風險區劃研究，通過對青海玉樹地區能源礦產資源集中開采區的礦山地質環境的調查，探清區內礦山地質環境問題及其成因，進而進一步推測其可能造成的危害，分析區域地質環境問題可能帶來的地質災害，為礦山地質環境的管理提供理論依據，為礦山地質災害的避免提供參考，研究結果對礦產資源的合理開發利用以及礦山地質災害的防治有著一定的理論意義和實用價值。

1 青海玉樹礦山地質環境背景

青海玉樹地區位于我國西南“三江”構造帶北段，處于青藏高原碰撞造山帶東北部，是滇藏地區的一部分，屬于東特提斯地質構造系統[2]。研究區處于唐古拉—昌都陸塊內部幾個三級構造單元的交界部位，不同構造單元在此交切，各級分界斷裂在此交會，造成區內斷裂構造發育。青海玉樹地區位于青藏高原的高原面上，整體以高山、峽谷和山原為主，其地勢西北和中部高，東南和東部低，平均海拔較高，境內高海拔山峰眾多，大部分終年積雪。區內地層由于經受了復雜的造山運動的改造，形成一系列緊密線型褶皺、表層寬展型褶皺。礦區的斷裂構造主要為北西-南東向及北北東向兩組。其中前者與區域主構造方向一致，為一條順層韌性剪切帶，帶寬300m～500m，傾向北東，控制火山巖帶的空間展布。后者則為后期構造，切割火山巖帶，并對礦體起到一定的破壞作用，但由于斷層規模不大，破壞影響較小。

2 研究區礦山地質問題及其影響因素

2.1 礦山地質主要存在的問題

由于礦山開發產生的地質環境問題主要表現在四個方面。一是礦山開發引發地質災害，使山體產生開裂、滑坡、泥石流等問題；二是礦山開發破壞地下含水層，使土壤和水環境遭到污染；三是地表植被破壞嚴重，水土流失加劇，造成山體破損、基巖裸露；四是煤礦的開采引起地面塌陷，破壞土地資源。

2.2 影響礦山地質的主要因素分析

導致礦山地質災害的自然因素主要包括地層巖性、地質構造特點、礦產資源的分布情況、工程地質特性等。研究區內由于受到長期開采的影響，自然生態環境條件較脆弱。礦山地質主要存在的災害包括礦區積存廢礦渣數量巨大，礦渣型泥石流災害隱患嚴重；采空區引發的山體崩塌、滑坡等地質災害隱患嚴重；含水層疏干破壞嚴重，導致地下水外泄，水位下降嚴重，水土流失嚴重。

煤礦地下開采會引起的地面塌陷等礦山地質災害，其中以采空塌陷尤為嚴重。從調查統計分析得知，影響青海玉樹地區礦山地質災害的主要問題是采空區塌陷。

3 基于GIS的研究區地質災害風險區劃設計

GIS 技術能夠很好地展現地理空間分析算法[3]，為災害風險區劃分析提供較好的技術支持。本研究以礦區地質災害風險區劃分析為核心，引入開源GIS 軟件作為技術支撐。

3.1 設計礦山地質災害風險區域劃分模型

影響礦山地質災害風險區劃結果的因素眾多，在對礦山地質環境進行風險區劃研究時，建立風險區域劃分模型，選用正確的劃分方法，遵循實用性、相對獨立性等原則，保證結果的科學性與客觀性。

由前文分析得知，青海玉樹地區礦山地質災害問題的特征和強度與礦山地質環境背景和礦山開發強度是密切相關的。因此根據上述指標選取的原則，結合青海玉樹地區的區域地質環境背景特點及調查統計情況，結合造成青海玉樹地區礦山地質災害的原因，建立青海玉樹地區礦山地質災害風險評價模型。

采用綜合指數法評價青海玉樹地區地質災害易發分區。首先為制作地質災害因素圖，再加權求和，按一定的分割方法對綜合指數進行分割，以達到分區目的。其計算公式如下：

式中：S—綜合指數；Fij—影響因素及分類，其中i 表示影響因子的數量，j 表示影響因子的分類數量。通過該模型可以完成對青海玉樹地區的風險區域劃分。

3.2 礦山地質災害風險區域劃分

青海玉樹地區礦山地質災害主要包括崩塌-滑坡、泥石流、巖溶塌陷、地面沉降、采空塌陷和地震液化等，采礦活動、地形地貌、道路建設、降水量、地質環境條件等因子是主要影響因素。

根據上述青海玉樹地區礦山地質災害的主要影響因素，對該地區風險區域進行劃分計算。除地面沉降外，其它地質災害土地資源風險區劃圖是以地質災害危險性區劃圖、地質災害土地資源綜合易損性區劃圖與土地資源價值密度區劃圖為基礎，采用風險評價原理，結合青海玉樹地區的實際地質狀況，疊加生成青海玉樹地區各個單災種地質災害土地資源風險區劃圖。其疊加公式如下：

式中：R—土地資源風險，萬元/a；P—地質災害發生概率；V—土地資源綜合易損性；W—土地資源總價值。

由于采空塌陷為青海玉樹地區礦山地質的主要災害，為此計算該地區地面沉降風險。地面沉降對土地資源造成的直接損失主要體現在地面標高損失，主要是對城區、重要交通干線、重要工程的標高損失，風險按修復成本法計算，即它等于人工填土夯筑使地面恢復到地面沉降發生前的標高所需的費用，計算公式如下：

式中：S—某鄉鎮城區、重要交通干線、重要工程的占地面積，m2；Vm—地面沉降平均速率，m/a；Jd：人工填土夯筑單價，元/m3。

最后對地質災害綜合風險進行計算，即崩塌-滑坡、泥石流、巖溶塌陷、地面沉降、采空塌陷和地震液化等風險疊加，疊加公式如下：

式中：Rq：地質災害土地資源綜合風險；Rqi：某類地質災害土地資源風險。

按公式（2）、（3）、（4）對青海玉樹地區地質災害可能造成的風險以鄉鎮為單元進行預測評估，得到該地區礦山地質災害風險區域劃分的結果。

3.3 與傳統風險區域劃分方式的對比

由于青海玉樹地區處于地震帶上，且其礦山地質的主要災害為采空塌陷，因此以采空塌陷以及地震液化作為對比目標，以采空塌陷、地震液化造成的經濟損失，即物質財富風險作為區劃標準，將傳統風險區域劃分的方法與本文風險區域劃分的方法進行對比。采空塌陷及地震液化物質財富風險區劃標準如表1 所示。

表1 采空塌陷及地震液化物質財富風險區劃標準

根據物質財富風險區劃標準能夠確定青海玉樹地區采空塌陷及地震液化的物質財富風險曲線的分布規律。本文使用的風險區域劃分模型以及風險區域劃分方法不僅能夠完成對于礦山地質災害風險區劃研究，滿足地質風險區劃的要求，而且顯著優于傳統對于風險區域的劃分方式，得到的結果更準確，其數據更有說服力。

4 結束語

本文以GIS 技術為基礎，對青海玉樹地區礦山地質災害風險區劃進行研究，本研究可以從區域上對青海玉樹地區的地質災害進行預測、預防，加強減災防災工作的開展與推進，能夠在一定程度上保護當地人民的生命財產安全，促進青海玉樹地區礦山的開發與開采。取得的成果可為本地區礦山的開采工作以及其它地區地質災害風險研究工作提供一定的參考。