李書濤， 王小敏， 李 建， 石先濱， 肖保全， 楊 成， 彭少南， 徐 浩

(1.湖北省地質(zhì)調(diào)查院，湖北 武漢 430034; 2.湖北省地質(zhì)局 院士專家工作站，湖北 武漢 430034； 3.湖北省自然資源廳，湖北 武漢 430071)

為保障中國礦產(chǎn)資源安全，需加大礦產(chǎn)資源勘查力度，優(yōu)化礦產(chǎn)資源開發(fā)方向，轉(zhuǎn)變礦產(chǎn)資源利用方式，實現(xiàn)更高質(zhì)量、更有效率、更加公平、更可持續(xù)、更為安全的礦業(yè)發(fā)展路徑。在這一過程中，開展省域礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)功能區(qū)劃有利于加強和優(yōu)化礦產(chǎn)資源空間管控[1]。本文以湖北省17個市(州、區(qū))為評價單元，按照礦產(chǎn)資源對全省區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略布局的適宜性要求，以實現(xiàn)資源安全、生態(tài)安全和經(jīng)濟社會安全為具體目標，從資源基礎(chǔ)、開發(fā)條件、生態(tài)條件、區(qū)域發(fā)展需求四方面構(gòu)建指標體系，識別和劃定礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)功能區(qū)[1-3]，并以“差別化”的視角對不同功能區(qū)進行評價，為礦產(chǎn)資源勘查、開發(fā)、保護和管控提供技術(shù)支撐。

1 湖北省礦產(chǎn)資源分布特征

截至2019年底，湖北省已發(fā)現(xiàn)150個礦種、187個亞礦種，分別占中國已發(fā)現(xiàn)礦種、亞礦種的86.7%、81.0%[4]。目前全省已查明資源儲量的礦產(chǎn)有91種、109亞種，在查明資源儲量的非油氣類礦產(chǎn)中，磷、鈦(金紅石)、溴(液體)、碘(液體)等8種礦產(chǎn)的保有資源儲量居全國之首，鈮、鋰(LiCl)、鍶、鹽等22種礦產(chǎn)的保有資源儲量居全國2～5位，熔劑用灰?guī)r、石膏、重晶石、飾面用石材等26種礦產(chǎn)的保有資源儲量居全國6～10位[4-5]。磷、巖鹽、石膏、水泥用石灰?guī)r等為湖北省優(yōu)勢礦產(chǎn)，鐵(熱液型)、銅等為湖北省重要礦產(chǎn)，頁巖氣、鐵(高磷赤鐵礦)、鈦、釩、鈮、鉭、稀土、累托石黏土等為湖北省潛在優(yōu)勢礦產(chǎn)，綠松石、菊花石、百鶴玉等具有地方特色[6-7]。

湖北省鐵、銅、鎢、鉬、金、鈷、鍶等礦產(chǎn)主要集中分布于鄂東南地區(qū)，頁巖氣、煤、高磷赤鐵礦、磷、硫等礦產(chǎn)主要分布于鄂西、鄂西南地區(qū)，鈦、重稀土、螢石、重晶石、長石等礦產(chǎn)主要分布于鄂東北地區(qū)，石油、巖鹽、石膏、芒硝、溴、碘、硼、銣、銫、鋰等礦產(chǎn)主要分布于鄂中南地區(qū)，銀、金、釩、鈮、鉭、輕稀土等礦產(chǎn)在鄂西北地區(qū)占據(jù)重要地位。

2 功能區(qū)指標體系

2.1 建立指標體系

礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)功能區(qū)劃是以礦產(chǎn)開發(fā)為主要目的來考察與其相關(guān)的因素，如資源、環(huán)境、經(jīng)濟、社會等，因此其指標體系主要根據(jù)上述多種因素來確定[2]。以湖北省17個市(州、區(qū))為評價單元，以礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)功能區(qū)劃為總體目標，以實現(xiàn)資源安全、生態(tài)安全和經(jīng)濟社會安全為具體目標，將資源基礎(chǔ)(查明(保有)資源儲量、設(shè)計開采規(guī)模、大中型礦山數(shù)量)、開發(fā)條件(地形起伏度、富(缺)水程度、交通通達度)、生態(tài)條件(廢棄礦山復綠程度、生態(tài)保護程度)、區(qū)域發(fā)展需求(人均GDP、工業(yè)化程度、城鎮(zhèn)化階段、礦業(yè)占國民經(jīng)濟比重)作為準則條件，形成3個具體目標(準則層)、4個準則條件(指標層)和12個基礎(chǔ)指標(基礎(chǔ)指標層)，從而構(gòu)成礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)功能區(qū)劃的指標體系。

2.2 計算綜合指數(shù)

(1) 計算各基礎(chǔ)指標權(quán)重。擇優(yōu)選取17種重要礦產(chǎn)(煤、鐵、錳、釩、金、銅、磷、硫鐵礦、石膏、巖鹽、普通螢石、方解石、冶金用石英巖、重晶石、飾面用花崗巖、水泥用灰?guī)r、建筑用灰?guī)r)，通過實地與網(wǎng)上相結(jié)合方式進行調(diào)研，并采用層次分析法(AHP)比較這17種重要礦產(chǎn)的勘查開發(fā)重要性(分高、較高、中等、較低、低5個等級)，構(gòu)建兩兩判別矩陣，得到各基礎(chǔ)指標的權(quán)重判別特征值[8]，包括權(quán)重向量Wi、最大特征值λmax、一致性指標CI、一致性比例CR等。對判別結(jié)果進行反復計算、校驗、協(xié)調(diào)與平衡，并通過一致性檢驗(CR<0.1)，最終得到各基礎(chǔ)指標的權(quán)重(表1)。

表1 礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)功能區(qū)劃指標體系與權(quán)重值Table 1 Index system and weight value of functional zoning of mineral resources exploration and development

(2) 極差標準化。采用正向指標對各基礎(chǔ)指標進行歸一化處理。

(3) 計算綜合指數(shù)。在確定各基礎(chǔ)指標權(quán)重并進行歸一化處理后，采用多因素加權(quán)法計算各市(州、區(qū))的準則條件綜合指數(shù)，包括資源基礎(chǔ)綜合指數(shù)、開發(fā)條件綜合指數(shù)、生態(tài)條件綜合指數(shù)和區(qū)域發(fā)展需求綜合指數(shù)。

(4) 評價與分級。在確定各市(州、區(qū))準則條件綜合指數(shù)基礎(chǔ)上，進行不同矩陣組合的加權(quán)綜合計算，并對計算結(jié)果進行評價與分級。

3 功能區(qū)評價與分級

3.1 資源基礎(chǔ)評價與分級

根據(jù)2019年湖北省礦產(chǎn)資源儲量年報和礦山年報表等資料，統(tǒng)計了全省17種重要礦產(chǎn)的保有資源儲量、設(shè)計開采規(guī)模、大中型礦山數(shù)量等數(shù)據(jù)(表2)。將17種重要礦產(chǎn)的保有資源儲量、設(shè)計開采規(guī)模和大中型礦山數(shù)量3項基礎(chǔ)指標進行歸一化處理，利用表1中所計算的權(quán)重進行矩陣加權(quán)計算，得到資源基礎(chǔ)綜合指數(shù)并在ArcGIS軟件中進行聚類分級。圖1為各市(州、區(qū))資源基礎(chǔ)分布圖，整體呈右偏的中峰正態(tài)分布特征，偏度值為1.736，峰度值為3.251，表明大多數(shù)地區(qū)(約占90%)資源基礎(chǔ)相對較好，少數(shù)地區(qū)資源基礎(chǔ)欠佳。

圖1 湖北省各市(州、區(qū))資源基礎(chǔ)分布圖Fig.1 Distribution map of resources basis in cities (prefectures and districts) of Hubei Province

表2 湖北省重要礦產(chǎn)資源基礎(chǔ)指標統(tǒng)計表(數(shù)據(jù)據(jù)參考文獻[4])Table 2 Index statistics of important mineral resources basis in Hubei Province

結(jié)合資源基礎(chǔ)分布圖和ArcGIS軟件自然斷點劃分結(jié)果，將全省各市(州、區(qū))的礦產(chǎn)資源基礎(chǔ)分為5級(表3)：資源基礎(chǔ)好(資源豐富)的地區(qū)為黃石、襄陽、宜昌，資源基礎(chǔ)較好(資源較豐富)的地區(qū)為咸寧、鄂州、黃岡、孝感、十堰、荊門、天門、恩施、神農(nóng)架，資源基礎(chǔ)一般(資源中等)的地區(qū)為武漢、隨州、潛江，資源基礎(chǔ)較差(資源較匱乏)的地區(qū)為荊州，資源基礎(chǔ)差(資源匱乏)的地區(qū)為仙桃。

表3 湖北省各市(州、區(qū))資源基礎(chǔ)分級表Table 3 Classification of resources basis in cities (prefectures and districts) of Hubei Province

3.2 開發(fā)條件評價與分級

本文收集了湖北省17個市(州、區(qū))的地形起伏度、富(缺)水程度、交通通達度等基礎(chǔ)指標數(shù)據(jù)，具體如表4所示。將表4中各市(州、區(qū))地形起伏度、富(缺)水程度和交通通達度進行分級，利用極差標準化方法對各基礎(chǔ)指標進行歸一化處理，并利用表1中所計算的權(quán)重進行矩陣加權(quán)綜合計算，得出各市(州、區(qū))的開發(fā)條件綜合指數(shù)。圖2為各市(州、區(qū))開發(fā)條件優(yōu)勢度分布圖，整體呈一個雙峰正弦曲線，偏度值為3.001，峰度值為9.599，表明絕大多數(shù)地區(qū)(約占94%)開發(fā)條件相對較好，極少數(shù)地區(qū)開發(fā)條件較差。

表4 湖北省各市(州、區(qū))開發(fā)條件指標統(tǒng)計表Table 4 Index statistics of development conditions in cities (prefectures and districts) of Hubei Province

圖2 湖北省各市(州、區(qū))開發(fā)條件優(yōu)勢度分布圖Fig.2 Distribution map of development conditions dominance in cities (prefectures and districts) of Hubei Province

結(jié)合開發(fā)條件優(yōu)勢度分布圖和ArcGIS軟件自然斷點劃分結(jié)果，將各市(州、區(qū))的開發(fā)條件分為4個等級：開發(fā)條件好的地區(qū)為天門、潛江，開發(fā)條件較好的地區(qū)為武漢、黃石、孝感和仙桃，開發(fā)條件中等的地區(qū)為鄂州、咸寧、黃岡、隨州、襄陽、十堰、荊門、宜昌、荊州和恩施，開發(fā)條件差的地區(qū)為神農(nóng)架。

3.3 生態(tài)條件評價與分級

生態(tài)條件是制訂礦產(chǎn)資源開發(fā)準入條件、開展礦山生態(tài)環(huán)境保護與治理修復的重要依據(jù)[9-10]。本次將湖北省各市(州、區(qū))廢棄礦山復綠程度、生態(tài)保護程度作為生態(tài)條件綜合評價的基礎(chǔ)指標(表5)。圖3是各市(州、區(qū))生態(tài)保護重要性分布圖，整體呈單峰微左偏的中峰正態(tài)分布特征，偏度值為2.977，峰度值為9.276，表明大多數(shù)地區(qū)(約占88%)適合礦產(chǎn)開發(fā)，少數(shù)地區(qū)生態(tài)條件較差，不宜進行礦產(chǎn)開發(fā)。

表5 湖北省各市(州、區(qū))生態(tài)條件指標統(tǒng)計表Table 5 Index statistics of ecological conditions in cities (prefectures and districts) of Hubei Province

圖3 湖北省各市(州、區(qū))生態(tài)功能重要性分布圖Fig.3 Distribution map of importance of ecological protection in cities (prefectures and districts) of Hubei Province

湖北省生態(tài)敏感地區(qū)主要為武漢和恩施，該區(qū)已成為全省生態(tài)保護程度最高的區(qū)域，絕大部分地帶不宜進行礦產(chǎn)開發(fā)，屬生態(tài)功能重要地區(qū)。生態(tài)功能較重要地區(qū)主要為黃岡、孝感、襄陽、十堰、鄂州、咸寧、荊州、宜昌、荊門和神農(nóng)架等地區(qū)，這些地區(qū)應統(tǒng)籌協(xié)調(diào)生態(tài)保護與礦產(chǎn)開發(fā)的關(guān)系，可在生態(tài)條件允許情況下適當進行礦產(chǎn)開發(fā)。而黃石、隨州的生態(tài)保護區(qū)較少，生態(tài)功能不太重要，適宜進行礦產(chǎn)開發(fā)，但要注意進行生態(tài)修復。至于江漢盆地的天門、潛江和仙桃等地主要為大面積耕地區(qū)，屬生態(tài)功能不重要地區(qū)，但也要加強生態(tài)保護與修復。

3.4 區(qū)域發(fā)展需求評價與分級

根據(jù)2019年湖北省各市(州、區(qū))國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報[11]，將常住人口、GDP、各產(chǎn)業(yè)增加值等信息列于表6中。

經(jīng)濟水平是衡量一個地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的杠桿，也反映了區(qū)域?qū)ΦV產(chǎn)開發(fā)利用的實力，一般用人均GDP來直接反映。表6顯示人均GDP較高的地區(qū)是武漢、宜昌和鄂州，均在人均10萬元以上；人均GDP較低的地區(qū)是孝感、黃岡、荊州、恩施和神農(nóng)架，人均在4.5萬元左右；人均GDP大體上呈現(xiàn)北西和南東部高，南西、南和北東部低的分布特點。

表6 湖北省各市(州、區(qū))2019年經(jīng)濟指標統(tǒng)計表(數(shù)據(jù)據(jù)參考文獻[11])Table 6 Statistics of economic index in cities (prefectures and districts) of Hubei Province in 2019

城鎮(zhèn)化是指農(nóng)村人口不斷向城鎮(zhèn)轉(zhuǎn)移，第二、三產(chǎn)業(yè)不斷向城鎮(zhèn)聚集，從而使城鎮(zhèn)數(shù)量增加、規(guī)模擴大的一種歷史過程。城鎮(zhèn)化率則是反映城市化的度量指標。從表6可看出湖北省平均城鎮(zhèn)化率達到了57.9%，其中武漢已超過80%，城鎮(zhèn)化程度最高；而黃岡、恩施和神農(nóng)架等地則較低，均不足50%；其余城市則處于中等水平。

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)是指農(nóng)業(yè)、工業(yè)和服務(wù)業(yè)在國家經(jīng)濟結(jié)構(gòu)中所占的比重，反映了區(qū)域經(jīng)濟構(gòu)成特點和經(jīng)濟發(fā)展階段。表6顯示第一產(chǎn)業(yè)比例最低是武漢，其次是黃石和神農(nóng)架，均低于全省平均水平；其余大部分地區(qū)主要介于11%～18%，總體保持在較低水平。第二產(chǎn)業(yè)比例較高的地區(qū)為天門、黃石、潛江，均在50%以上；多數(shù)城市包括襄陽、鄂州、荊門、隨州、宜昌、仙桃、咸寧、十堰、孝感等集中分布于42%～50%，處于全省平均值(41.7%)之上。第三產(chǎn)業(yè)比例超過全省平均值(50.0%)的地區(qū)只有武漢、神農(nóng)架和恩施，在40%以下的地區(qū)有隨州、天門和潛江，表明近年來武漢、神農(nóng)架和恩施的服務(wù)業(yè)、旅游業(yè)發(fā)展態(tài)勢良好。

工業(yè)化階段是一個國家或地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展過程的重要階段，根據(jù)不同的指標值將工業(yè)化進程劃分為工業(yè)化初期、工業(yè)化中期、工業(yè)化后期和后工業(yè)化階段，可以通過第一、二、三產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)關(guān)系來劃分。按照錢納里工業(yè)化階段判別標準，對湖北省各市(州、區(qū))所處工業(yè)化階段進行初步劃分，認為處于后工業(yè)化階段的地區(qū)為武漢、潛江、十堰和神農(nóng)架，處于工業(yè)化后期的地區(qū)為鄂州、黃石、襄陽、宜昌，處于工業(yè)化中期的地區(qū)為咸寧、隨州、荊門、天門和仙桃，處于工業(yè)化初期的地區(qū)為孝感、黃岡、荊州和恩施。

4 功能區(qū)識別與評價

根據(jù)《全國主體功能區(qū)規(guī)劃》[12]要求，結(jié)合湖北省資源基礎(chǔ)、開發(fā)條件、生態(tài)條件(生態(tài)功能重要性)和區(qū)域發(fā)展需求(工業(yè)化階段)等具體情況(表7)，通過4個分級指標的不同矩陣組合形式，識別出礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)保障區(qū)、優(yōu)化區(qū)、補給區(qū)、接替區(qū)和匱乏區(qū)等功能區(qū)[13](圖4)，并進行相應的評價。

表7 湖北省礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)功能區(qū)分級表Table 7 Classification of mineral resources exploration and development functional zones in Hubei Province

(1) 接替區(qū)。識別原則是該地區(qū)生態(tài)功能非常重要，應以生態(tài)保護和修復為首要任務(wù)。根據(jù)這一原則，將生態(tài)功能重要(ST1)設(shè)為約束條件，即生態(tài)功能重要的地區(qū)劃定為勘查開發(fā)接替區(qū)，其他地區(qū)(如生態(tài)功能重要性等級為ST2-ST4的地區(qū))則不受生態(tài)的約束。經(jīng)判斷，武漢和恩施2個地區(qū)屬于此類型(圖4)，占全省市(州、區(qū))總數(shù)的11.8%。上述接替區(qū)人口多，礦產(chǎn)資源保有量不足，但礦業(yè)經(jīng)濟占比高，說明礦產(chǎn)資源主要從周圍地區(qū)輸入。建議統(tǒng)籌礦產(chǎn)資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護，大力發(fā)展綠色產(chǎn)業(yè)，注重生態(tài)環(huán)境保護與修復，同時尋找清潔能源礦產(chǎn)(地熱、頁巖氣、釩、鋰等)。

圖4 湖北省礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)功能分區(qū)圖Fig.4 Functional zoning map of mineral resources exploration and development in Hubei Province

(2) 優(yōu)化區(qū)。識別原則是該地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展水平較高(以第三產(chǎn)業(yè)為主)，對礦產(chǎn)開發(fā)無直接需求，為了維護城市環(huán)境及水源質(zhì)量，應疏解礦業(yè)發(fā)展。根據(jù)這一原則，剔除勘查開發(fā)接替區(qū)后，將工業(yè)化發(fā)展階段為后工業(yè)化階段(QX1)的地區(qū)劃定為勘查開發(fā)優(yōu)化區(qū)，處于其他發(fā)展階段(QX2-QX4)的地區(qū)則不受區(qū)域發(fā)展需求的約束。經(jīng)判斷，潛江、十堰和神農(nóng)架3個地區(qū)屬于此類型(圖4)，占全省市(州、區(qū))總數(shù)的17.6%。上述優(yōu)化區(qū)的保有資源儲量占全省的1/3，但開發(fā)能力不足。因此在生態(tài)環(huán)境得到保護的條件下，應加大礦產(chǎn)開發(fā)力度，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，淘汰落后產(chǎn)能，推進礦業(yè)轉(zhuǎn)型升級，提高礦業(yè)經(jīng)濟在國民經(jīng)濟中的比重。

(3) 保障區(qū)。識別原則是該地區(qū)資源基礎(chǔ)好，在全省礦產(chǎn)資源供應方面具有重要地位；影響資源勘查開發(fā)的地形、水源、交通等基礎(chǔ)條件較好，生態(tài)約束較?。唤?jīng)濟發(fā)展對礦產(chǎn)開發(fā)有相應的需求，而且應大規(guī)模開發(fā)利用礦產(chǎn)資源。根據(jù)這一原則，在剔除勘查開發(fā)接替區(qū)、優(yōu)化區(qū)后，將處于工業(yè)化后期(QX2)、資源基礎(chǔ)好或較好(ZY1-ZY2)、開發(fā)條件中等及以上(KF1-KF3)的地區(qū)劃定為勘查開發(fā)保障區(qū)。經(jīng)判斷，黃石、鄂州、宜昌、襄陽4個地區(qū)屬于此類型(圖4)，占全省市(州、區(qū))總數(shù)的23.5%。上述保障區(qū)占據(jù)全省40%以上的大中型礦山，礦產(chǎn)開發(fā)能力較強，但保有資源儲量嚴重不足，不能確保礦產(chǎn)資源供給安全。因此該區(qū)要加大礦產(chǎn)勘查投入，提高礦產(chǎn)資源供給能力，同時做好礦產(chǎn)資源開發(fā)總量調(diào)控，注重協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。

(4) 補給區(qū)。識別原則是該地區(qū)資源基礎(chǔ)較好或一般，處于工業(yè)化初—中期，生態(tài)約束小，在目前經(jīng)濟技術(shù)水平下礦產(chǎn)資源能夠保障區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展需求。根據(jù)這一原則，在剔除勘查開發(fā)接替區(qū)、優(yōu)化區(qū)、保障區(qū)后，將資源基礎(chǔ)較好—較差(ZY2-ZY4)的地區(qū)劃定為勘查開發(fā)補給區(qū)。經(jīng)判斷，咸寧、黃岡、孝感、隨州、荊門、荊州和天門等7個地區(qū)屬于此類型(圖4)，占全省市(州、區(qū))總數(shù)的41.2%。上述補給區(qū)的礦業(yè)經(jīng)濟雖只占全省的1/4，但生態(tài)約束小，礦產(chǎn)資源供應能力、礦產(chǎn)開發(fā)水平等指標較為均衡，是全省當前經(jīng)濟技術(shù)條件下資源保障程度較好的地區(qū)。因此應在該區(qū)統(tǒng)籌安排和部署礦產(chǎn)勘查開發(fā)與保護工作，作為礦產(chǎn)資源的重點補給區(qū)。

(5) 匱乏區(qū)。識別原則是該地區(qū)資源基礎(chǔ)較差或差(ZY4-ZY5)。根據(jù)這一原則，剔除其他功能區(qū)后，將仙桃劃定為礦產(chǎn)資源匱乏區(qū)(圖4)。該地區(qū)目前除地熱外,暫沒有重要礦產(chǎn)資源可供開發(fā)利用。

5 結(jié)論

(1) 以湖北省17個市(州、區(qū))為研究單元，選取17種重要礦產(chǎn)開展全省礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)功能區(qū)分區(qū)及評價。以實現(xiàn)資源安全、生態(tài)安全和經(jīng)濟社會安全為具體目標，將資源基礎(chǔ)、開發(fā)條件、生態(tài)條件、區(qū)域發(fā)展需求作為準則條件，運用查明(保有)資源儲量、設(shè)計開采規(guī)模、大中型礦山數(shù)量、地形起伏度、富(缺)水程度、交通通達度、廢棄礦山復綠程度、生態(tài)保護程度、人均GDP、工業(yè)化程度、城鎮(zhèn)化階段、礦業(yè)占國民經(jīng)濟比重等12個基礎(chǔ)指標，構(gòu)建指標體系，定量識別并劃分了礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)功能區(qū)。

(2) 湖北省可分為礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)接替區(qū)、優(yōu)化區(qū)、保障區(qū)、補給區(qū)和匱乏區(qū)，其中接替區(qū)為武漢和恩施，優(yōu)化區(qū)為潛江、十堰和神農(nóng)架，保障區(qū)為黃石、鄂州、宜昌和襄陽，補給區(qū)為咸寧、黃岡、孝感、隨州、荊門、荊州和天門，匱乏區(qū)為仙桃。

(3) 從“差別化”角度對不同功能區(qū)的礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)布局提出了相關(guān)建議，為湖北省礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)功能區(qū)劃的探索實踐積累了重要經(jīng)驗。