基于证据权法的赣南稀土矿山地质环境评价

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第一期

马 伟等: 基于证据权法的赣南稀土矿山地质环境评价 105

1.2 数据源

数据源包括研究区内矿产资源开采申请登记范围(ArcGIS空间数据)、1:1万比例尺地质图空间数据库(MapGIS空间数据)、野外实测77处滑坡泥石流地质灾害详细记录、IRS-P5卫星5 m分辨率DEM数据、2011年GeoEye-1卫星数据一景, 数据质量较好。

2.2 训练样点

矿山地质环境在多种因素综合影响下, 持续恶化, 致使地质灾害易于发生。地质灾害是矿山地质环境评价的重要依据(徐友宁, 2008)。对研究区内实泥石流等地质灾害点, 采用分地调查的77个滑坡、

割样本法分割为两部分, 随机选取26个地质灾害点作为证据权模型的训练样本数据, 剩下51个地质灾害点数据用于模型验证。 2.3 证据层构建

在对研究区地质背景资料分析的基础上, 展开矿山地质环境主要影响因素分析, 利用ArcGIS软件进行数据整理和空间分析, 提取了矿产开采活动、坡度、坡向、高程、构造、植被覆盖度共6种指标作为证据层。考虑到地层岩性不同会导致岩土力学性质差异, 也是影响矿山地质环境的重要因素, 但由于研究区范围较小, 区内仅有燕山期黑云母花岗岩一种岩性, 故未作为评价指标。 2.3.1 矿产开采活动证据层

研究区内主要采用原地浸矿工艺, 山体长期受浸矿液直接冲刷侵蚀, 内部结构松散, 土体容重增大, 抗剪强度大大降低, 导致地质环境恶化(图2)。以经过正射纠正的GeoEye-1影像作为基础数据, 提取稀土矿开采浸矿区作为矿产开采活动证据层。 2.3.2 坡度证据层

有一定坡度的斜坡往往是地质灾害易发区域。另外, 矿产开发活动产生的人工堆砌物的不稳定边坡也存在较大灾害隐患。研究区内的坡度范围在

2 研究方法

2.1 证据权法原理

证据权法基于证据层与已知事件(训练样点)的空间关系, 计算证据层对事件发生的贡献值(权重), 若各证据层满足条件独立, 则以后验概率的形式给出评价单元格内未来目标事件发生的可能性。

以n个二值证据层为例, D为已知事件出现, D表示未出现。则已知事件先验概率的几率为:

O(D)=

P(D)P(D) (1)

=

P(D)1 P(D)

—

Bi(i=1, 2,…n)表示第i个证据层存在, Bi表示不存在。在证据层存在的条件下, 出现已知事件的概率为:

P(D|Bi)=

P(BiID) (2) P(Bi)

根据证据层与已知事件的空间关系, 第i个证据层的权值可表示为:

Wi+=ln

P(Bi|D)P(Bi|D)- (3) 或 Wi=lnP(Bi|D)P(Bi|D)

若n个证据层满足条件独立, 根据贝叶斯定律:

P(Bi|D)P(D)

P(D|Bi)= (4)

P(Bi)

P(D|Bi)=

P(Bi|D)P(D)

P(Bi)

0°~58.5°之间, 借鉴Dahal等(2008a)的研究方法, 将坡度证据层划分为6类(见表1)。 2.3.3 坡向证据层

坡向能显著地影响山坡的微观尺度气候与水热条件, 导致自然要素分布及岩土体力学性质都存在差异, 进而对地质环境稳定性产生分异性影响

(5)

综合n个证据层, 目标事件后验概率几率的自然对数形式可以表示为:

nkkkkk

lnO(D|B1BB...B)=∑Wi+lnO(D) (6) I2I3In

i=1

式(6)中k表示证据层的存在状态:

(俞布等, 2012)。对坡向证据层, 按照方位角划分为8个方向区间。 2.3.4 高程证据层

地表高程差为滑坡、泥石流和崩塌等地质灾害提供了位移空间。同时, 不同的高程, 地表及地下含水结构及岩土体力学性质存在差异, 进而影响斜坡稳定性。研究区内高程在300~900 m范围, 按照高程差100 m, 将高程证据层划分为6类。 2.3.5 构造证据层

构造活动尤其是断层构造的交叉部位, 岩石往往受构造应力的作用, 发生形变或破裂, 易形成有利于地质灾害发育的地质条件。对研究区内的断层按照距离划分为6个缓冲区。

Wi+ 证据层存在

Wik= Wi 证据层不存在 (7)

0 数据缺失

最终目标事件发生的后验概率可由下式计算:

kkkk

O(D|B1IB2IB3...IBn)

P(D|BIBIB...IB)=kkkk

1+O(D|B1IB2IB3...IBn)

(8)

关于证据权法原理更为详尽的介绍, 可参阅文

k1

k2

k3

kn

献(Bonham-Carter et al., 1989)。

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