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2018年第37卷第12期

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  • 基于生态保护优先的青藏高原矿产资源勘查开发的对策
    徐友宁,乔冈,张江华
    青藏高原矿产资源开发在地区经济社会发展中具有支柱性地位,是中国重要的矿产资源后备开发及战略基地,但同时又是中国重要的生态环境屏障,资源开发与生态环境保护成为重大的资源环境问题。通过矿山地质环境调查发现,由于以往环境保护意识不足等多种因素的综合影响,矿产资源勘查开发对高原植被生态影响严重,高山草甸植被保护与修复成为青藏高原矿山最主要、最突出的环境问题。基于寒冷、缺氧、少土、交通不便等制约性自然因素,提出了源头优先保护生态的矿产资源勘查开发的对策建议:提高青藏高原矿山准入条件、构建基于源头生态保护的机制、制定开发利用规划、基于矿山地质环境承载力评价的矿山布局、建立勘查及合理开发的矿产资源储备基地、建立矿山生态环境长期监测网、推广高原植被生态修复技术体系等,为政府科学决策矿产资源绿色勘查开发提供地质依据。
    2018  .  37(12):    2125-2130    [摘要](98)    [PDF](91)
  • 青藏高原高寒草甸土壤水分运移机制
    乔冈,徐友宁,陈华清,张江华,柯海玲,刘瑞平
    查明青藏高原高寒草甸区土壤水分运移机制,对正确理解土壤水分迁移过程、提高高寒草甸重建效率具有重要指导意义。通过开展土壤剖面负压、地温观测等原位试验,结合气象资料,对土壤剖面地温、含水率及总水头特征进行分析。结果表明,土壤的冻结期起始于10月,解冻期起始于4月;地温最高值出现在植物生长旺盛期8月,最低值出现在1月;1~3月土壤水分呈固态,6~10月土壤水分呈液态,处于稳定变化阶段,4~5月、11~12月土壤水分呈固液转化态,含水率变化幅度较大,处于过渡阶段。随着气温升高及降水量增加,6~8月水热同季有利于高寒草甸生长,属于高寒草甸主要生长阶段;春季土层由表及深土壤解冻,冻土层滞水性能保障了返青期春旱牧草生长的水分需求;深秋季节的由表及深的土壤冻结,深层土壤水分随水汽发生的表聚作用保障了牧草生长的水分需求,也是高原生态系统能够维持稳定的原因之一。
    2018  .  37(12):    2131-2137    [摘要](56)    [PDF](68)
  • 青藏高原矿山地质环境影响调查信息系统开发与应用
    何芳,刘昌鹏,徐友宁,刘瑞平,乔冈
    为实现青藏高原矿山地质环境影响调查项目从论证-设计-调查-成果4个阶段全过程的数据标准化、规范化录入、使用和管理,基于Microsoft Windows XP、Windows7操作系统开发了"青藏高原矿产资源开发地质环境影响调查信息系统",系统包括数据录入、数据集成、评价管理3个模块。数据录入模块实现了各阶段数据的规范录入,数据集成模块实现了将各个工作项目录入数据进行集成的功能,评价管理模块实现了对调查数据、测试数据进行自动评价并将调查矿山信息在GIS图上进行定位、查询及分析的功能,系统的研发和应用为矿山地质环境调查全流程实现信息化管理服务提供了平台。
    2018  .  37(12):    2138-2143    [摘要](70)    [PDF](61)
  • 矿山生态环境修复研究热点与前沿分析——基于VOSviewer和CiteSpace的大数据可视化研究
    高云峰,徐友宁,祝雅轩,张江华
    矿山生态环境修复作为生态文明的"绿水青山"建设的重要举措,受到越来越多学者的关注和参与。为了厘清近20年来中国矿山生态环境修复工作的热点、阶段性研究前沿、目前的研究进展,以及预测未来的研究方向,以中国知网(CNKI)为数据源,采用文献计量学方法结合VOSviewer和CiteSpace两款可视化分析软件,定量分析了2000-2018年发表的相关文献。结果表明,近20年间,矿山生态环境修复领域研究成果主要以期刊杂志形式发表,且发文量随着年份增加呈显著增长趋势;通过VOSviewer对关键词进行"共现"分析,发现"土地复垦"、"生态补偿与保证金"、"植物修复重金属污染"、"地质灾害治理"、"绿色矿山与矿山公园建设"等主题词是该领域的热点研究方向;利用CiteSpace特有的时区图谱分析及突现关键词统计功能,发现中国矿山生态环境修复工作经历了3个研究阶段,内涵不断丰富和发展。多技术融合开展矿山土地复垦与地质灾害治理,矿区水土污染源头控制与治理技术研发、应用集成示范,因地制宜的生态修复技术及绿色矿山、矿山公园建设将是未来矿山生态修复领域的研究热点。
    2018  .  37(12):    2144-2153    [摘要](53)    [PDF](50)
  • 青藏高原典型金属矿山河流重金属污染对比
    刘瑞平,徐友宁,张江华,陈华清,何芳,乔冈,柯海玲,史宇飞
    为研究青藏高原金属矿山勘探、开采、闭坑阶段不同开发阶段河流重金属污染的严重程度,通过野外调查,室内测试分析,对比5个金属矿山河流重金属元素含量、污染指数沿程变化,得出以下结果:①勘探阶段和闭坑后河流水质污染较小,开采阶段矿业活动对河水水质污染较大。②As、Pb、Cd、Cu和Zn五种元素是金属矿山的特征污染物。开采矿区中德尔尼铜矿区、下柳沟铅锌矿、甲玛矿区河流均有重金属元素污染,微碱性环境中德尔尼铜矿区,主要污染物为As,单项污染指数为0~10.6;下柳沟铅锌矿Pb、Cd、Cu和Zn元素单项污染指数分别为0.2~2.1、0~55、0.4~24、0.3~1550;偏酸性环境中甲玛矿区的特征污染物主要为Cu、Cd。其中Cu、Cd单项污染指数为0~4174、0~4;勘探矿区大场金矿、闭坑矿区罗布莎铬铁矿区河流未出现污染元素。③青藏高原5处典型的高海拔山地矿山河流由于稀释作用重金属流经2km后达到安全水平,研究结果可为青藏高原矿山开采中河流水环境保护提供参考依据。
    2018  .  37(12):    2154-2168    [摘要](52)    [PDF](73)
  • 基于遥感技术的宁东煤炭基地土地利用变化及驱动力分析
    张永庭,魏采用,徐友宁,严瑾,黄涛,杨雪茹,李樵民
    研究大型矿业基地土地利用动态变化过程可间接评估矿产开发对区域生态环境的影响。采用2005年、2010年和2015年3期SPOT-5和GF-2卫星影像数据,通过人工目视解译与计算机自动提取相结合的手段,提取宁东煤炭基地土地利用信息,并收集2000年土地利用遥感解译信息,构建土地利用程度综合指数、动态度等,定量研究宁东煤炭开发引起的土地利用变化,结合经济社会发展指标,构建驱动土地利用变化的定量评价体系,分析了宁东煤炭基地土地利用格局变化的驱动因素。结果表明,2000-2015年宁东煤炭基地一直处于土地持续开发利用阶段,主要表现为草地、林地及耕地向工矿用地为主的建设用地转变,但土地利用程度综合指数的增幅有所下降,表明基地建设逐渐进入稳定期,土地利用压力趋于下降;主成分分析表明,人类活动驱动着宁东土地利用格局的变化,主要有封山禁牧政策、产业化和规模化、人口增长、城镇化等因素。该研究结果可为宁东煤炭基地未来生态环境保护提供科学依据。
    2018  .  37(12):    2169-2175    [摘要](49)    [PDF](56)
  • 宁东煤矿区地裂缝对植被生态环境的影响
    乔冈,徐友宁,陈华清,焦梦奇,陈述,高云峰
    地裂缝地质灾害是植被生态地质环境破坏的一种重要的方式,查明地裂缝对植被生态环境影响的方式、程度、范围等对于宁东煤矿区植被生态环境保护具有重要意义。土壤水分是评价地裂缝是否影响植被生态的重要指标,地裂缝的存在加剧了植被赖以生存的土壤水分的散失,因此,选取典型植被区、土壤岩性结构区的煤矿采空区开展原位试验,分别动态监测裂缝边缘、远离裂缝区包气带剖面不同埋深的土壤水分,结合气象要素分析,以达到研究地裂缝对植被生态环境影响的目的。结果表明:①土壤水分散失空间上水分优先自裂缝裸露面散失,其次才会自地表散失;②土壤水分散失时间呈动态变化,同气温呈正相关关系,其中,7月最大,呈现2个蒸发面,8月次之,呈现1个蒸发面;③受土壤岩性的影响,随着土壤埋深增加,土壤含水率呈"S"形变化特征,不同岩性持水性大小顺序是:风积沙 > 黄土 > 根植土 > 粉土;该结论对于宁东煤矿区植被生态地质环境保护具有重要指导意义。
    2018  .  37(12):    2176-2183    [摘要](40)    [PDF](47)
  • 宁东煤炭基地煤炭开采对地下水的影响预测
    冯洁,侯恩科,王苏健
    宁东煤炭基地生态环境脆弱,水资源匮乏,煤炭开采过程中的水资源保护备受关注。采用公式法及现有3个工作面实测数据研究,确定了首采煤层开采导水裂缝带发育的最大高度,对比首采煤层至主要含水层之间的距离与导水裂缝带发育的高度差值,预测首采煤层开采对含水层结构的影响程度。研究结果表明,宁东煤炭基地首采煤层开采的导水裂缝带发育高度一般为20~80m,其中大于180m的区域面积约5.9km2,集中于西北部灵武矿区;石炭纪-二叠纪煤矿区横城矿区7个钻孔导水裂缝带突破石盒子组达主要含水层(新生界含水层)底部,侏罗纪煤矿区灵武矿区9个钻孔的导水裂缝带已经沟通地表。将首采煤层开采影响含水层的程度划分为影响大、影响较大、影响一般、影响微弱4种类型,各种类型所占比例分别为14.7%、40.31%、18.65%、26.34%。
    2018  .  37(12):    2184-2191    [摘要](37)    [PDF](46)
  • 宁东煤炭基地梅花井矿区地下水三氮特征及成因
    刘瑞平,徐友宁,张江华,陈华清,何芳,乔冈,柯海玲,史宇飞
    为研究大规模综合机械化采煤氮污染来源及影响程度,选取宁东煤炭基地侏罗纪煤田鸳鸯湖矿区的梅花井井田为研究对象,通过调查取样分析,对梅花井井田地下水三氮污染分布、物源、水文地质条件进行研究。结果表明:①宁东煤炭基地鸳鸯湖矿区梅花井井田三氮NH4+、NO3-、NO2-含量范围分别为0.06~0.12mg/L、4.67~234mg/L、<0.01~2.01mg/L,与国家地下水质量标准Ⅲ类水质限值对比,NO2-达到重度或极严重污染,主要分布在潜水含水层;NO3-污染级别为中度、轻度污染,超标样点占调查样点的75%,垂向上已延伸到承压含水层。水平空间上无论矿权范围还是矿权外,污染样点均有存在。②部分水样中NO3-毫克当量百分数超过25%,对水化学类型产生影响。③煤矿区NO3-、NO2-的污染首先与丰富的物源有关,还受煤矿开采扰动、地形地貌条件、垂向补给径流、水文地球化学条件等因素的影响。研究结果为风积沙大型机械化煤矿开采区地下水氮污染的防治提供了可参考依据。
    2018  .  37(12):    2192-2198    [摘要](50)    [PDF](53)
  • 宁东煤炭基地金凤煤矿GPS地面变形监测研究
    王国瑞,徐友宁,程霞,张佳
    掌握采空区地面变形规律是科学预防和治理地面塌陷的前提与基础,是煤矿地质环境动态变化的重要监测内容。以宁东煤炭基地金凤煤矿为例,在收集、了解金凤煤矿0110202和011805工作面开采时间、开采深度、开采煤厚、工作面长度、工作面宽度、工作面走向等参数的基础上,建立工作面地表自动化GPS监测点,将工作面开采进程与地面变形时间、空间统一起来,研究工作面地面变形时间和变形量的规律。结果表明,金凤煤矿011202工作面地面变形一般在采后13个月左右进入变形活跃阶段,从开始变形到地面开始稳定的持续时间为16~19个月,最大累积变形量约为3300mm;011805工作面采空区地面变形一般在采后10~11个月进入变形活跃阶段,从开始变形到地面开始稳定的持续时间为13~16个月,最大累积变形量约为2600mm。研究结果为金凤煤矿后续工作面开采地表变形规律及类似开采条件下采空塌陷的预防与治理提供了定量化的依据。
    2018  .  37(12):    2199-2207    [摘要](46)    [PDF](62)
  • 基于生态重建的宁东煤炭基地土壤环境质量评价
    柯海玲,徐友宁,张江华,乔冈,陈华清,杨敏,何芳
    从环境保护和生态重建的角度出发,通过环境土壤样品采集测试,分析评价了宁东煤炭基地土壤环境质量现状,并与2007年调查资料对比,研究近10年来采煤对区域生态环境的影响。分析发现,区内土壤基本未受到煤炭开采诱发的重金属污染,只在已投产的清水营矿区和积家井矿区存在Cd和As的点源污染;与2007年相比,区内土壤各元素离散程度均有1~4倍的增加(Cr、P除外),表现为元素含量极大值点增多,但增幅不大,区内土壤依然低Se,缺P、N、富K,有机质仅在灵武-鸳鸯湖矿区一带略显富足。评价结果表明,植物生长所必需的N、P、K和有机质含量较10年前有所改善;尽管土壤基本未受到重金属污染影响,但Cd、As和Pb有轻度累积,应予以重视。评价结果可为宁东煤炭基地资源开发和生态重建提供依据。
    2018  .  37(12):    2208-2214    [摘要](38)    [PDF](41)
  • 宁东煤炭基地植被生态特征及矿业开发对其的影响
    杜灵通,徐友宁,宫菲,丹杨,王乐,郑琪琪,马龙龙
    准确评估大型能源基地矿业开发活动对区域植被生态系统影响具有重要的科学意义和实践价值。利用2000-2017年中分辨率成像光谱仪(MODIS)连续观测的生态系统参量,定量研究宁东煤炭基地开发建设以来的植被生态系统时空变化特征,分析矿业开发对植被生态系统的影响。结果表明,随着宁东煤炭基地开采活动的持续,区域植被生态系统的生产力及其与大气之间的水汽交换强度整体增强,归一化植被指数、总初级生产力、净初级净生产力和蒸散的年增长幅度分别为0.0053、5.10g·C/(m2·a-1)、4.10g·C/(m2·a-1)和6.62mm/a;这4种指标在空间像元上也以增长趋势为主,且未来多数像元有持续增强的特征,但生态系统的水分利用效率却在降低。空间分析表明,大尺度植被生态演变受矿业活动影响微弱,其主要受制于气候和区域性的生态治理工程。
    2018  .  37(12):    2215-2223    [摘要](50)    [PDF](71)
  • 小秦岭太峪水系沉积物重金属污染生态危害评价
    张江华,王葵颖,徐友宁,吴耀国,陈华清
    以金矿开发影响的黄河二级支流太峪水系沉积物为研究对象,沿河采集16个表层沉积物样品,分层采集垂向剖面10件水库沉积物样品,测定了样品中重金属元素Hg、Pb、Cd、Cr、As、Cu和Zn的含量,采用Hakanson潜在生态指数法和Tomlinson污染负荷指数法评价重金属元素污染程度和潜在生态风险。结果表明,矿业活动是太峪水系沉积物重金属元素污染的主要因素;变异系数、富集系数和最高污染系数均反映Hg、Pb、Cd是太峪水系沉积物的特征污染重金属元素,Cr和As的质量分数接近地区背景值;太峪水系表层沉积物受到重金属元素的极强污染,山区段污染较山外更严重;整个流域的Hg、Pb、Cd具有很强的潜在生态危害,Cr、As、Zn的潜在生态危害轻微;太峪水系沉积物垂向各层沉积物都受到重金属元素的极强污染,生态问题以Hg、Pb、Cd的潜在生态危害为主,其污染和生态危害程度都高于流向上的沉积物。潜在生态危害指数评价突出了不同元素的毒性和危害程度,而污染负荷指数法侧重于样本空间上的污染程度,二者互补使用有利于实际问题的全面评价。
    2018  .  37(12):    2224-2232    [摘要](40)    [PDF](51)
  • 宁夏羊场湾煤矿浅埋煤层开采地面塌陷发育规律及形成机理
    谢晓深,侯恩科,高冠杰,徐友宁,魏启明,刘江斌
    以宁夏羊场湾煤矿Y110207工作面为研究对象,采用无人机遥感技术、野外调查与有限差分软件模拟方法研究浅埋煤层开采的地面塌陷类型、发育规律及其形成机理。①浅埋煤层开采地面塌陷以地表裂缝发育为主,地表破坏严重。②平行切眼裂缝间隔性出现,展布于整个工作面内,间隔距离为10~120m,局部裂缝形成错台高度约为15cm。平行顺槽裂缝为拉张型裂缝,发育在顺槽至外围一定范围。③采煤活动导致地下形成采空区,上覆岩层发生移动破坏,破坏区分为剪切破坏区、拉张破坏区及剪-拉破坏区,分别对压应力区、拉应力区和压-拉转化区。④当应力扰动传递至地表,应力值超过覆盖层抗拉强度时地表产生裂缝。随着工作面推进,覆岩内部裂缝带上行裂缝与地表下行裂缝贯通,形成错台。研究成果丰富了该区浅埋煤层的地面塌陷理论知识,为地面塌陷防治提供了理论依据。
    2018  .  37(12):    2233-2240    [摘要](40)    [PDF](53)
  • 秦岭某钼矿区开发对东川河流域Cd的影响
    高云峰,徐友宁,张江华
    为了探索矿业活动对河流水质产生的影响,以秦岭某大型钼矿区下游的东川河流域为研究对象,通过现场采样与室内测试的方法,分析了地表水、沉积物、岩矿样品中重金属Cd的含量特征。采用污染超标倍数法、地累积指数法及Hakanson潜在生态风险评价法分别对东川河流域的河水和底泥样品进行了污染现状评价和生态风险程度评价,最后讨论了Cd的来源。结果表明:东川河主沟16个河水采样点位中,有11个点位的Cd含量明显高于未受矿业活动影响的对照区各点位Cd含量值,Cd含量变异系数达到95.65%,并且从上游到下游各点位Cd含量呈偏态分布,说明东川河流域Cd受矿业活动影响显著。东川河主沟16个河水采样点中有15个Cd含量满足地表水Ⅱ类水标准,比重为93.75%,可以判断东川河整体水质较好。仅5号点位超Ⅱ类水质标准,污染超标倍数为1,为轻度污染。地累积指数分析结果表明,东川河主沟11个底泥样品均存在不同程度的污染:污染最严重的10号点位达到中度-强污染级别;污染最轻的8、9、13号点位为无污染-中度污染;大多数点位为中度污染。东川河主沟11件底泥样品重金属Cd的潜在生态危害指数平均值为120.27,表明东川河主沟底泥总体达到强生态风险程度。酸性矿山废水、原生地质背景、底泥释放、大气干湿降尘等是造成东川河流域Cd重金属污染的主要污染源。
    2018  .  37(12):    2241-2250    [摘要](45)    [PDF](62)
  • 基于遥感的木里煤矿区矿山地质环境监测及评价
    何芳,刘瑞平,徐友宁,乔冈,柯海玲
    为揭示木里煤矿开采对生态环境的破坏程度,通过2010年和2013年2期高分辨遥感影像监测,野外调查和水土样品采集,开展了矿山地质环境问题和承载力的调查,查明了问题并对其破坏程度和承载能力进行了评价。结果表明,矿区地形地貌景观和土地资源占压与破坏严重,河水受到Cu、Pb、Cr和Zn的污染,土壤受到Cd、As污染,高山草甸和沼泽地破坏及退化现象严重,冻土含水层结构遭到破坏,地质环境承载力适中。评价结果可为政府和矿山企业开展矿山地质环境恢复治理提供基础资料。
    2018  .  37(12):    2251-2259    [摘要](49)    [PDF](79)
  • 矿采对高寒草地的影响及植被恢复技术
    张江华,王葵颖,徐友宁,陈华清,乔冈
    矿业废弃地的复垦已成为中国当前面临的紧迫任务之一。针对青藏高原植物生长期短,矿渣的砾质性、松散性和土壤贫瘠性植被生长的自然环境的约束瓶颈,通过研究生态脆弱区矿业废弃地的修复治理进程,总结提出了青藏高原典型矿山废弃土地的生态修复和植被重建的治理模式,凝练筛选出关键技术,为高寒高海拔矿区的地质环境治理和土地复垦提供技术参考。
    2018  .  37(12):    2260-2263    [摘要](39)    [PDF](62)
  • 基于四旋翼无人机的宁夏羊场湾煤矿采煤沉陷量监测
    高冠杰,侯恩科,谢晓深,徐友宁,魏启明,刘江斌
    小型无人机遥感技术具有成本低、操作灵活便利等优点,在地质调查中的作用愈来愈重要。采煤地表沉陷量变形监测是掌控采煤地表岩移变形规律和治理塌陷的关键性工作。重点探索四旋翼无人机遥感技术监测在羊场湾煤矿Y120212工作面采煤沉陷量的监测研究,通过野外踏勘与控制点布设、无人机航线规划与执行、4D产品制作的工作程序和监测方法,探索无人机遥感技术监测在矿山地质塌陷监测的应用。研究结果表明,通过对无人机遥感技术生成的DSM处理,经过多期地面高程的对比,得到Y120212工作面最大沉陷量达6.5m。结合分析、对比,无人机遥感技术可以实现采煤塌陷区地表沉陷变形监测,进而形成和发展了煤矿地面塌陷新的监测技术。
    2018  .  37(12):    2264-2269    [摘要](49)    [PDF](38)
  • 基于无人机载LiDAR的采煤沉陷监测技术方法——以宁东煤矿基地马连台煤矿为例
    张永庭,徐友宁,梁伟,魏采用,李樵民,杨雪茹,拜剑虹
    探索采煤地表沉陷的高新监测技术方法是推动采煤沉陷监测的重要工作,无人机载LiDAR采煤塌陷监测技术是无人机与LiDAR构建的一种新型低空三维空间测量技术。以宁东煤炭基地马莲台煤矿采煤沉陷区为例,采用无人机机载LiDAR监测技术获取了2017年4月及8月2期三维点云数据,通过数据三维建模和沉降信息提取,得到了地面沉陷情况的三维立体图,监测出了3处地面沉降区,并利用实测水准点和已有GPS自动监测站数据,对该技术监测地面沉降的精度进行评估。研究结果表明,无人机机载LiDAR监测技术方法可满足采煤塌陷的立体监测需求,具有机动灵活、成本低、效率高、精度高等特点,未来可在类似地区推广应用。
    2018  .  37(12):    2270-2277    [摘要](40)    [PDF](45)
  • 《地质通报》2018年第37卷1~12期总目次
    2018  .  37(12):    2278-2295    [摘要](57)    [PDF](83)

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