李书涛， 王小敏， 李 建， 石先滨， 肖保全， 杨 成， 彭少南， 徐 浩

(1.湖北省地质调查院，湖北 武汉 430034; 2.湖北省地质局 院士专家工作站，湖北 武汉 430034； 3.湖北省自然资源厅，湖北 武汉 430071)

为保障中国矿产资源安全，需加大矿产资源勘查力度，优化矿产资源开发方向，转变矿产资源利用方式，实现更高质量、更有效率、更加公平、更可持续、更为安全的矿业发展路径。在这一过程中，开展省域矿产资源勘查开发功能区划有利于加强和优化矿产资源空间管控[1]。本文以湖北省17个市(州、区)为评价单元，按照矿产资源对全省区域发展战略布局的适宜性要求，以实现资源安全、生态安全和经济社会安全为具体目标，从资源基础、开发条件、生态条件、区域发展需求四方面构建指标体系，识别和划定矿产资源勘查开发功能区[1-3]，并以“差别化”的视角对不同功能区进行评价，为矿产资源勘查、开发、保护和管控提供技术支撑。

1 湖北省矿产资源分布特征

截至2019年底，湖北省已发现150个矿种、187个亚矿种，分别占中国已发现矿种、亚矿种的86.7%、81.0%[4]。目前全省已查明资源储量的矿产有91种、109亚种，在查明资源储量的非油气类矿产中，磷、钛(金红石)、溴(液体)、碘(液体)等8种矿产的保有资源储量居全国之首，铌、锂(LiCl)、锶、盐等22种矿产的保有资源储量居全国2～5位，熔剂用灰岩、石膏、重晶石、饰面用石材等26种矿产的保有资源储量居全国6～10位[4-5]。磷、岩盐、石膏、水泥用石灰岩等为湖北省优势矿产，铁(热液型)、铜等为湖北省重要矿产，页岩气、铁(高磷赤铁矿)、钛、钒、铌、钽、稀土、累托石黏土等为湖北省潜在优势矿产，绿松石、菊花石、百鹤玉等具有地方特色[6-7]。

湖北省铁、铜、钨、钼、金、钴、锶等矿产主要集中分布于鄂东南地区，页岩气、煤、高磷赤铁矿、磷、硫等矿产主要分布于鄂西、鄂西南地区，钛、重稀土、萤石、重晶石、长石等矿产主要分布于鄂东北地区，石油、岩盐、石膏、芒硝、溴、碘、硼、铷、铯、锂等矿产主要分布于鄂中南地区，银、金、钒、铌、钽、轻稀土等矿产在鄂西北地区占据重要地位。

2 功能区指标体系

2.1 建立指标体系

矿产资源勘查开发功能区划是以矿产开发为主要目的来考察与其相关的因素，如资源、环境、经济、社会等，因此其指标体系主要根据上述多种因素来确定[2]。以湖北省17个市(州、区)为评价单元，以矿产资源勘查开发功能区划为总体目标，以实现资源安全、生态安全和经济社会安全为具体目标，将资源基础(查明(保有)资源储量、设计开采规模、大中型矿山数量)、开发条件(地形起伏度、富(缺)水程度、交通通达度)、生态条件(废弃矿山复绿程度、生态保护程度)、区域发展需求(人均GDP、工业化程度、城镇化阶段、矿业占国民经济比重)作为准则条件，形成3个具体目标(准则层)、4个准则条件(指标层)和12个基础指标(基础指标层)，从而构成矿产资源勘查开发功能区划的指标体系。

2.2 计算综合指数

(1) 计算各基础指标权重。择优选取17种重要矿产(煤、铁、锰、钒、金、铜、磷、硫铁矿、石膏、岩盐、普通萤石、方解石、冶金用石英岩、重晶石、饰面用花岗岩、水泥用灰岩、建筑用灰岩)，通过实地与网上相结合方式进行调研，并采用层次分析法(AHP)比较这17种重要矿产的勘查开发重要性(分高、较高、中等、较低、低5个等级)，构建两两判别矩阵，得到各基础指标的权重判别特征值[8]，包括权重向量Wi、最大特征值λmax、一致性指标CI、一致性比例CR等。对判别结果进行反复计算、校验、协调与平衡，并通过一致性检验(CR<0.1)，最终得到各基础指标的权重(表1)。

表1 矿产资源勘查开发功能区划指标体系与权重值Table 1 Index system and weight value of functional zoning of mineral resources exploration and development

(2) 极差标准化。采用正向指标对各基础指标进行归一化处理。

(3) 计算综合指数。在确定各基础指标权重并进行归一化处理后，采用多因素加权法计算各市(州、区)的准则条件综合指数，包括资源基础综合指数、开发条件综合指数、生态条件综合指数和区域发展需求综合指数。

(4) 评价与分级。在确定各市(州、区)准则条件综合指数基础上，进行不同矩阵组合的加权综合计算，并对计算结果进行评价与分级。

3 功能区评价与分级

3.1 资源基础评价与分级

根据2019年湖北省矿产资源储量年报和矿山年报表等资料，统计了全省17种重要矿产的保有资源储量、设计开采规模、大中型矿山数量等数据(表2)。将17种重要矿产的保有资源储量、设计开采规模和大中型矿山数量3项基础指标进行归一化处理，利用表1中所计算的权重进行矩阵加权计算，得到资源基础综合指数并在ArcGIS软件中进行聚类分级。图1为各市(州、区)资源基础分布图，整体呈右偏的中峰正态分布特征，偏度值为1.736，峰度值为3.251，表明大多数地区(约占90%)资源基础相对较好，少数地区资源基础欠佳。

图1 湖北省各市(州、区)资源基础分布图Fig.1 Distribution map of resources basis in cities (prefectures and districts) of Hubei Province

表2 湖北省重要矿产资源基础指标统计表(数据据参考文献[4])Table 2 Index statistics of important mineral resources basis in Hubei Province

结合资源基础分布图和ArcGIS软件自然断点划分结果，将全省各市(州、区)的矿产资源基础分为5级(表3)：资源基础好(资源丰富)的地区为黄石、襄阳、宜昌，资源基础较好(资源较丰富)的地区为咸宁、鄂州、黄冈、孝感、十堰、荆门、天门、恩施、神农架，资源基础一般(资源中等)的地区为武汉、随州、潜江，资源基础较差(资源较匮乏)的地区为荆州，资源基础差(资源匮乏)的地区为仙桃。

表3 湖北省各市(州、区)资源基础分级表Table 3 Classification of resources basis in cities (prefectures and districts) of Hubei Province

3.2 开发条件评价与分级

本文收集了湖北省17个市(州、区)的地形起伏度、富(缺)水程度、交通通达度等基础指标数据，具体如表4所示。将表4中各市(州、区)地形起伏度、富(缺)水程度和交通通达度进行分级，利用极差标准化方法对各基础指标进行归一化处理，并利用表1中所计算的权重进行矩阵加权综合计算，得出各市(州、区)的开发条件综合指数。图2为各市(州、区)开发条件优势度分布图，整体呈一个双峰正弦曲线，偏度值为3.001，峰度值为9.599，表明绝大多数地区(约占94%)开发条件相对较好，极少数地区开发条件较差。

表4 湖北省各市(州、区)开发条件指标统计表Table 4 Index statistics of development conditions in cities (prefectures and districts) of Hubei Province

图2 湖北省各市(州、区)开发条件优势度分布图Fig.2 Distribution map of development conditions dominance in cities (prefectures and districts) of Hubei Province

结合开发条件优势度分布图和ArcGIS软件自然断点划分结果，将各市(州、区)的开发条件分为4个等级：开发条件好的地区为天门、潜江，开发条件较好的地区为武汉、黄石、孝感和仙桃，开发条件中等的地区为鄂州、咸宁、黄冈、随州、襄阳、十堰、荆门、宜昌、荆州和恩施，开发条件差的地区为神农架。

3.3 生态条件评价与分级

生态条件是制订矿产资源开发准入条件、开展矿山生态环境保护与治理修复的重要依据[9-10]。本次将湖北省各市(州、区)废弃矿山复绿程度、生态保护程度作为生态条件综合评价的基础指标(表5)。图3是各市(州、区)生态保护重要性分布图，整体呈单峰微左偏的中峰正态分布特征，偏度值为2.977，峰度值为9.276，表明大多数地区(约占88%)适合矿产开发，少数地区生态条件较差，不宜进行矿产开发。

表5 湖北省各市(州、区)生态条件指标统计表Table 5 Index statistics of ecological conditions in cities (prefectures and districts) of Hubei Province

图3 湖北省各市(州、区)生态功能重要性分布图Fig.3 Distribution map of importance of ecological protection in cities (prefectures and districts) of Hubei Province

湖北省生态敏感地区主要为武汉和恩施，该区已成为全省生态保护程度最高的区域，绝大部分地带不宜进行矿产开发，属生态功能重要地区。生态功能较重要地区主要为黄冈、孝感、襄阳、十堰、鄂州、咸宁、荆州、宜昌、荆门和神农架等地区，这些地区应统筹协调生态保护与矿产开发的关系，可在生态条件允许情况下适当进行矿产开发。而黄石、随州的生态保护区较少，生态功能不太重要，适宜进行矿产开发，但要注意进行生态修复。至于江汉盆地的天门、潜江和仙桃等地主要为大面积耕地区，属生态功能不重要地区，但也要加强生态保护与修复。

3.4 区域发展需求评价与分级

根据2019年湖北省各市(州、区)国民经济和社会发展统计公报[11]，将常住人口、GDP、各产业增加值等信息列于表6中。

经济水平是衡量一个地区经济发展的杠杆，也反映了区域对矿产开发利用的实力，一般用人均GDP来直接反映。表6显示人均GDP较高的地区是武汉、宜昌和鄂州，均在人均10万元以上；人均GDP较低的地区是孝感、黄冈、荆州、恩施和神农架，人均在4.5万元左右；人均GDP大体上呈现北西和南东部高，南西、南和北东部低的分布特点。

表6 湖北省各市(州、区)2019年经济指标统计表(数据据参考文献[11])Table 6 Statistics of economic index in cities (prefectures and districts) of Hubei Province in 2019

城镇化是指农村人口不断向城镇转移，第二、三产业不断向城镇聚集，从而使城镇数量增加、规模扩大的一种历史过程。城镇化率则是反映城市化的度量指标。从表6可看出湖北省平均城镇化率达到了57.9%，其中武汉已超过80%，城镇化程度最高；而黄冈、恩施和神农架等地则较低，均不足50%；其余城市则处于中等水平。

产业结构是指农业、工业和服务业在国家经济结构中所占的比重，反映了区域经济构成特点和经济发展阶段。表6显示第一产业比例最低是武汉，其次是黄石和神农架，均低于全省平均水平；其余大部分地区主要介于11%～18%，总体保持在较低水平。第二产业比例较高的地区为天门、黄石、潜江，均在50%以上；多数城市包括襄阳、鄂州、荆门、随州、宜昌、仙桃、咸宁、十堰、孝感等集中分布于42%～50%，处于全省平均值(41.7%)之上。第三产业比例超过全省平均值(50.0%)的地区只有武汉、神农架和恩施，在40%以下的地区有随州、天门和潜江，表明近年来武汉、神农架和恩施的服务业、旅游业发展态势良好。

工业化阶段是一个国家或地区经济发展过程的重要阶段，根据不同的指标值将工业化进程划分为工业化初期、工业化中期、工业化后期和后工业化阶段，可以通过第一、二、三产业的结构关系来划分。按照钱纳里工业化阶段判别标准，对湖北省各市(州、区)所处工业化阶段进行初步划分，认为处于后工业化阶段的地区为武汉、潜江、十堰和神农架，处于工业化后期的地区为鄂州、黄石、襄阳、宜昌，处于工业化中期的地区为咸宁、随州、荆门、天门和仙桃，处于工业化初期的地区为孝感、黄冈、荆州和恩施。

4 功能区识别与评价

根据《全国主体功能区规划》[12]要求，结合湖北省资源基础、开发条件、生态条件(生态功能重要性)和区域发展需求(工业化阶段)等具体情况(表7)，通过4个分级指标的不同矩阵组合形式，识别出矿产资源勘查开发保障区、优化区、补给区、接替区和匮乏区等功能区[13](图4)，并进行相应的评价。

表7 湖北省矿产资源勘查开发功能区分级表Table 7 Classification of mineral resources exploration and development functional zones in Hubei Province

(1) 接替区。识别原则是该地区生态功能非常重要，应以生态保护和修复为首要任务。根据这一原则，将生态功能重要(ST1)设为约束条件，即生态功能重要的地区划定为勘查开发接替区，其他地区(如生态功能重要性等级为ST2-ST4的地区)则不受生态的约束。经判断，武汉和恩施2个地区属于此类型(图4)，占全省市(州、区)总数的11.8%。上述接替区人口多，矿产资源保有量不足，但矿业经济占比高，说明矿产资源主要从周围地区输入。建议统筹矿产资源开发与生态环境保护，大力发展绿色产业，注重生态环境保护与修复，同时寻找清洁能源矿产(地热、页岩气、钒、锂等)。

图4 湖北省矿产资源勘查开发功能分区图Fig.4 Functional zoning map of mineral resources exploration and development in Hubei Province

(2) 优化区。识别原则是该地区经济社会发展水平较高(以第三产业为主)，对矿产开发无直接需求，为了维护城市环境及水源质量，应疏解矿业发展。根据这一原则，剔除勘查开发接替区后，将工业化发展阶段为后工业化阶段(QX1)的地区划定为勘查开发优化区，处于其他发展阶段(QX2-QX4)的地区则不受区域发展需求的约束。经判断，潜江、十堰和神农架3个地区属于此类型(图4)，占全省市(州、区)总数的17.6%。上述优化区的保有资源储量占全省的1/3，但开发能力不足。因此在生态环境得到保护的条件下，应加大矿产开发力度，优化产业结构，淘汰落后产能，推进矿业转型升级，提高矿业经济在国民经济中的比重。

(3) 保障区。识别原则是该地区资源基础好，在全省矿产资源供应方面具有重要地位；影响资源勘查开发的地形、水源、交通等基础条件较好，生态约束较小；经济发展对矿产开发有相应的需求，而且应大规模开发利用矿产资源。根据这一原则，在剔除勘查开发接替区、优化区后，将处于工业化后期(QX2)、资源基础好或较好(ZY1-ZY2)、开发条件中等及以上(KF1-KF3)的地区划定为勘查开发保障区。经判断，黄石、鄂州、宜昌、襄阳4个地区属于此类型(图4)，占全省市(州、区)总数的23.5%。上述保障区占据全省40%以上的大中型矿山，矿产开发能力较强，但保有资源储量严重不足，不能确保矿产资源供给安全。因此该区要加大矿产勘查投入，提高矿产资源供给能力，同时做好矿产资源开发总量调控，注重协调可持续发展。

(4) 补给区。识别原则是该地区资源基础较好或一般，处于工业化初—中期，生态约束小，在目前经济技术水平下矿产资源能够保障区域经济社会发展需求。根据这一原则，在剔除勘查开发接替区、优化区、保障区后，将资源基础较好—较差(ZY2-ZY4)的地区划定为勘查开发补给区。经判断，咸宁、黄冈、孝感、随州、荆门、荆州和天门等7个地区属于此类型(图4)，占全省市(州、区)总数的41.2%。上述补给区的矿业经济虽只占全省的1/4，但生态约束小，矿产资源供应能力、矿产开发水平等指标较为均衡，是全省当前经济技术条件下资源保障程度较好的地区。因此应在该区统筹安排和部署矿产勘查开发与保护工作，作为矿产资源的重点补给区。

(5) 匮乏区。识别原则是该地区资源基础较差或差(ZY4-ZY5)。根据这一原则，剔除其他功能区后，将仙桃划定为矿产资源匮乏区(图4)。该地区目前除地热外,暂没有重要矿产资源可供开发利用。

5 结论

(1) 以湖北省17个市(州、区)为研究单元，选取17种重要矿产开展全省矿产资源勘查开发功能区分区及评价。以实现资源安全、生态安全和经济社会安全为具体目标，将资源基础、开发条件、生态条件、区域发展需求作为准则条件，运用查明(保有)资源储量、设计开采规模、大中型矿山数量、地形起伏度、富(缺)水程度、交通通达度、废弃矿山复绿程度、生态保护程度、人均GDP、工业化程度、城镇化阶段、矿业占国民经济比重等12个基础指标，构建指标体系，定量识别并划分了矿产资源勘查开发功能区。

(2) 湖北省可分为矿产资源勘查开发接替区、优化区、保障区、补给区和匮乏区，其中接替区为武汉和恩施，优化区为潜江、十堰和神农架，保障区为黄石、鄂州、宜昌和襄阳，补给区为咸宁、黄冈、孝感、随州、荆门、荆州和天门，匮乏区为仙桃。

(3) 从“差别化”角度对不同功能区的矿产资源勘查开发布局提出了相关建议，为湖北省矿产资源勘查开发功能区划的探索实践积累了重要经验。