水文工程和環(huán)境地質(zhì)勘查技術(shù)流程研究

焦裕敏

摘 要：該文基于筆者多年從事水工環(huán)地質(zhì)勘查的相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，以評(píng)價(jià)礦床開(kāi)采技術(shù)條件的水工環(huán)地質(zhì)勘查為研究對(duì)象，首先分析了其工作內(nèi)容和技術(shù)要求，進(jìn)而按照技術(shù)流程詳細(xì)闡述了其中的方式方法和關(guān)鍵技術(shù)，全文是筆者長(zhǎng)期工作實(shí)踐基礎(chǔ)上的理論升華，相信對(duì)從事相關(guān)工作的同行能有所裨益。

關(guān)鍵詞：水工環(huán) 地質(zhì)勘查 技術(shù)流程 研究

中圖分類(lèi)號(hào)：P641 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）05（c）-0014-02

水工環(huán)地質(zhì)就是水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)。礦區(qū)水工環(huán)地質(zhì)工作是礦產(chǎn)普查與勘探中一個(gè)重要的組成部分，水工環(huán)地質(zhì)資料是正確評(píng)價(jià)礦床開(kāi)采技術(shù)條件不可缺少的。因此礦區(qū)水工環(huán)地質(zhì)工作的程度和精度，勢(shì)必影響到整個(gè)礦區(qū)的評(píng)價(jià)和礦床的合理開(kāi)發(fā)利用及規(guī)劃，同時(shí)還影響到礦床開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中可能發(fā)生的突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害或安全事故的處理決策問(wèn)題及礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理方案的制訂和實(shí)施。礦區(qū)在開(kāi)展地質(zhì)勘查工作同時(shí)，水工環(huán)地質(zhì)工作也應(yīng)同時(shí)并進(jìn)。現(xiàn)就礦區(qū)水工環(huán)地質(zhì)工作的內(nèi)容和技術(shù)要求淺述如下。

1 工作內(nèi)容

礦區(qū)水工環(huán)地質(zhì)工作內(nèi)容，應(yīng)根據(jù)礦區(qū)勘查階段和礦床類(lèi)型的不同按《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘查規(guī)范》（GB1271991）、《固體礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范總則》（GB/T139082002）和各類(lèi)礦種的礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范等要求結(jié)合礦區(qū)實(shí)際情況因地制宜綜合確實(shí)。主要有區(qū)域和礦區(qū)水工環(huán)地質(zhì)測(cè)繪、靜止水位觀測(cè)、抽水試驗(yàn)、鉆孔簡(jiǎn)易水文地質(zhì)觀測(cè)、鉆孔水文地質(zhì)工程地質(zhì)編錄、坑道水文地質(zhì)工程地質(zhì)編錄、地（表）下水長(zhǎng)期觀測(cè)、取樣分析測(cè)試等。

2 技術(shù)要求

2.1 區(qū)域和礦區(qū)水工環(huán)地質(zhì)測(cè)繪

區(qū)域水工環(huán)地質(zhì)測(cè)繪比例尺一般采用1：50000～1：10000，測(cè)繪范圍應(yīng)包括一個(gè)完整的補(bǔ)、徑、排在內(nèi)的水文地質(zhì)單元。

在充分收集已有水文地質(zhì)、社會(huì)自然地理、水文、氣象、地震、環(huán)境污染、地質(zhì)災(zāi)害等相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，要求基本查明區(qū)域地形地貌、地層巖性、構(gòu)造及其富水性，地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件，最低侵蝕基準(zhǔn)面位置、地表水和地下水的污染現(xiàn)狀、第四系松散層分布和厚度、巖體風(fēng)化程度、構(gòu)造破碎帶和軟弱結(jié)構(gòu)面（夾層）特征、節(jié)理裂隙發(fā)育情況、巖石堅(jiān)硬完整程度、各巖土體物理力學(xué)性質(zhì)特征、巖溶發(fā)育情況、自然和人工邊坡的穩(wěn)定現(xiàn)狀、采空區(qū)、不良地質(zhì)現(xiàn)象分布和特征等水工環(huán)地質(zhì)條件。

礦區(qū)水工環(huán)地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)測(cè)繪比例尺一般采用1：10000～1：2000。測(cè)繪范圍應(yīng)包括礦床開(kāi)采和疏于礦床可能造成礦山地質(zhì)環(huán)境和生態(tài)環(huán)境改變和可能影響到的范圍。要求重點(diǎn)查明與礦床開(kāi)采有關(guān)的水工環(huán)地質(zhì)條件——開(kāi)采技術(shù)條件。水工環(huán)地質(zhì)測(cè)繪觀測(cè)路線采用穿越法和追索法相結(jié)合，一般垂直巖層、構(gòu)造線走向和沿地貌變化顯著方向，對(duì)重要地質(zhì)體、接觸帶、斷層帶、軟弱夾層、地質(zhì)災(zāi)害和不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育地帶、河谷、溝谷和地下水露頭多的地方進(jìn)行追索、觀察、詳細(xì)記錄和描述，并描繪仿信手剖面圖和進(jìn)行拍照。對(duì)造成地質(zhì)環(huán)境污染和破壞的地帶進(jìn)行重點(diǎn)調(diào)查和觀測(cè)。原則上1：50000測(cè)繪觀觀測(cè)線路間距500～1000米，觀測(cè)點(diǎn)密度30～50個(gè)/平方千米；1：10000測(cè)繪觀觀測(cè)線路間距250～500米，觀測(cè)點(diǎn)密度30～50個(gè)/平方千米；1：2000測(cè)繪觀觀測(cè)線路間距100～200米，觀測(cè)點(diǎn)密度30～50個(gè)/平方千米。

2.2 野外調(diào)查內(nèi)容和要求

2.2.1 水文地質(zhì)調(diào)查內(nèi)容和要求

（1）泉水調(diào)查：查明出露地貌位置和地質(zhì)條件（地層、巖性、構(gòu)造、產(chǎn)狀）、成因類(lèi)型、補(bǔ)給來(lái)源、流量、水質(zhì)（顏色、透明度、口味、氣味、沉淀物、懸浮物）、水溫、訪問(wèn)其動(dòng)態(tài)變化情況。選擇部分代表性強(qiáng)的泉取樣，進(jìn)行水質(zhì)化學(xué)全分析和作細(xì)菌、污染、放射分析。（2）老窿調(diào)查：查明窿口地貌位置和地質(zhì)條件（地層、巖性、構(gòu)造、產(chǎn)狀）、老窿形狀、斷面、長(zhǎng)度、揭露層位和巖性、出水量、水質(zhì)（顏色、透明度、口味、氣味、沉淀物、懸浮物）、水溫、訪問(wèn)其動(dòng)態(tài)變化情況。選擇有代表性的取樣，進(jìn)行水質(zhì)化學(xué)全分析和作細(xì)菌、污染、放射分析。（3）地表水體調(diào)查：查明河流、溪溝點(diǎn)的地貌位置和地質(zhì)條件（地層、巖性、構(gòu)造、產(chǎn)狀）、水位、流量、水質(zhì)（顏色、透明度、口味、氣味、沉淀物、懸浮物）、水溫、與地下水的聯(lián)系、訪問(wèn)其動(dòng)態(tài)變化情況；水塘、湖泊的地貌位置和地質(zhì)條件（地層、巖性、構(gòu)造、產(chǎn)狀）、水位、水質(zhì)（顏色、透明度、口味、氣味、沉淀物、懸浮物）、水溫、與地下水的聯(lián)系、訪問(wèn)其動(dòng)態(tài)變化情況。選擇部分代表性的取樣，進(jìn)行水質(zhì)化學(xué)全分析和作細(xì)菌、污染、放射分析。

2.2.2 工程地質(zhì)調(diào)查內(nèi)容和要求

（1）地形地貌調(diào)查：調(diào)查基本地貌形態(tài)特征（海拔高程、水系平面分布特征、分水嶺的高度及破壞情況、地形高差、切割深度、地形坡度）、成因類(lèi)型和展布情況，劃分地貌單元。河谷地貌應(yīng)調(diào)查谷底和縱向坡度的變化情況、斷面形態(tài)、河床寬度、植被發(fā)育程度等；河流階地應(yīng)調(diào)查階地的級(jí)數(shù)及高程、形態(tài)特征、長(zhǎng)寬、高及坡度、地質(zhì)構(gòu)造、縱橫方向上的變化、階地的性質(zhì)及組合形式；沖溝應(yīng)調(diào)查其地貌位置、岸坡地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、風(fēng)化程度、植被發(fā)育情況、溝底和溝口堆積物的特征。（2）土體調(diào)查：松散碎屑土應(yīng)詳細(xì)觀察顏色、結(jié)構(gòu)顆粒大小、形狀、均一性、磨圓度、分選性、孔隙度、干濕度、透水性、顆粒成分、顆粒含量、固結(jié)物成分、含量和固結(jié)狀態(tài)、密實(shí)度；黏性土應(yīng)詳細(xì)觀察顏色、結(jié)構(gòu)、干濕度、壓縮性、透水性、可塑性、礦物成分等。（3）巖體調(diào)查：應(yīng)詳細(xì)觀察顏色、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、風(fēng)化程度、全至強(qiáng)風(fēng)化帶厚度、巖石堅(jiān)硬程度、節(jié)理裂隙發(fā)育組數(shù)、每組條數(shù)（條/米）、單條節(jié)理裂隙的產(chǎn)狀、長(zhǎng)、寬、深度、充填情況、充填物成分、統(tǒng)計(jì)線節(jié)理裂隙發(fā)育率（巖體長(zhǎng)度內(nèi)裂隙寬度之和/巖體長(zhǎng)度%）、節(jié)理裂隙切割巖體情況、切割巖石塊度和形狀，編制節(jié)理玫瑰花圖或極射赤平投影圖。按《工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50218-94）進(jìn)行分級(jí)。（4）地質(zhì)構(gòu)造調(diào)查：附近地層巖性、巖層產(chǎn)狀、各種構(gòu)造形式的分布、形態(tài)、產(chǎn)狀、規(guī)模、軟弱結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、性質(zhì)、斷層的位置、類(lèi)型、產(chǎn)狀、斷距、破碎帶寬度、成分、充填膠結(jié)情況、工程地質(zhì)特征、挽近期構(gòu)造活動(dòng)的形跡、特點(diǎn)、與地震活動(dòng)的關(guān)系。節(jié)理裂隙發(fā)育組數(shù)、每組條數(shù)（條/米）、單條節(jié)理裂隙的產(chǎn)狀、長(zhǎng)、寬深度、充填情況、充填物成分、統(tǒng)計(jì)線節(jié)理裂隙發(fā)育率（巖體長(zhǎng)度內(nèi)裂隙寬度之和/巖體長(zhǎng)度%）、節(jié)理裂隙切割巖體情況、切割巖石塊度和形狀。

2.2.3環(huán)境地質(zhì)調(diào)查內(nèi)容和要求

（1）區(qū)域穩(wěn)定性調(diào)查：收集勘查區(qū)及附近歷史地震資料，調(diào)查新構(gòu)造活動(dòng)情況、分析是否有活運(yùn)性斷裂的存在。（2）社會(huì)和自然環(huán)境調(diào)查：調(diào)查居民多其他建筑物的類(lèi)型、密度、旅游區(qū)、文物保護(hù)區(qū)、自然保護(hù)區(qū)的分布及范圍、破壞程度等。（3）地質(zhì)災(zāi)害和不良地質(zhì)現(xiàn)象調(diào)查：調(diào)查滑坡、崩塌、泥石流的分布的地貌位置、地層巖性及構(gòu)造條件、分布范圍、規(guī)模、形成時(shí)間、現(xiàn)狀穩(wěn)定性、發(fā)展趨勢(shì)等；調(diào)查斜坡、人工邊坡的變形破壞及其穩(wěn)定性；地面塌陷、地裂縫、不良沖溝的發(fā)育與分布范圍、形態(tài)特征、發(fā)育程度、形成原因、現(xiàn)狀穩(wěn)定性、發(fā)展趨勢(shì)等。（4）地質(zhì)環(huán)境污染調(diào)查：調(diào)查收集地表水、地下水的環(huán)境背景值（污染起始值）；調(diào)查由于原生地質(zhì)環(huán)境引起的地方病的原因；由于人類(lèi)活動(dòng)造成的地表、地下水質(zhì)污染的形成條件、污染源、污染物質(zhì)成分、污染途徑、污染程度、分布范圍；放射性污染的種類(lèi)和范圍等。

3 技術(shù)流程研究

3.1 鉆孔靜止水位測(cè)量

鉆孔停工后開(kāi)始進(jìn)行水位觀測(cè)、觀測(cè)時(shí)間間隔為開(kāi)始后的第5、10、15、20、30、45、60分鐘各觀測(cè)記錄一次，以后每60分鐘觀測(cè)記錄一次直至穩(wěn)定，穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為4小時(shí)內(nèi)水位波動(dòng)范圍不超過(guò)5厘米。

3.2 鉆孔抽水試驗(yàn)

抽水試驗(yàn)一般采用穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)法，試驗(yàn)前先測(cè)量靜止水位。水位降深應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康暮秃畬痈凰潭榷?，?yīng)盡設(shè)備能力作一次最大降深（≥10米），水量大時(shí)應(yīng)作三次降深。穩(wěn)定時(shí)段延續(xù)時(shí)間最低不少于8小時(shí)，穩(wěn)定水位波動(dòng)相對(duì)誤差不大于1%；涌水量波動(dòng)相對(duì)誤差：當(dāng)單位涌水量大于0.1L/s·m 時(shí)，不大于其平均值的 3%；當(dāng)單位涌水量小于或等于0.1L/s·m 時(shí)，不大于其平均值的5%。

{波動(dòng)相對(duì)誤差（%）=（最大或最小值平均值）/平均值%}。

抽水試驗(yàn)趨于穩(wěn)定時(shí)采集化學(xué)全分析水樣一件。抽水試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)連續(xù)準(zhǔn)確觀測(cè)和記錄水位下降、流量、水溫、氣溫和恢復(fù)水位，水位下降、流量的觀測(cè)時(shí)間間隔為抽水開(kāi)始后的第5、10、15、20、25、30分鐘各觀測(cè)記錄一次，以后每30或60分鐘觀測(cè)記錄一次；水溫、氣溫的觀測(cè)時(shí)間間隔為每2～4小時(shí)同步觀測(cè)記錄一次；抽水試驗(yàn)達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)停抽后，恢復(fù)水位觀測(cè)時(shí)間間隔為停抽開(kāi)始后第5、10、15、20、25、30 分鐘各觀測(cè)記錄一次，以后每30或60分鐘觀測(cè)記錄一次直至穩(wěn)定，穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為8小時(shí)內(nèi)水位波動(dòng)范圍不超過(guò)10厘米。

3.3 鉆孔簡(jiǎn)易水文地質(zhì)工程地質(zhì)觀測(cè)

所有的施工鉆孔均要求進(jìn)行。由鉆孔施工單位對(duì)施工的所有鉆孔均進(jìn)行觀測(cè)和詳細(xì)記錄鉆進(jìn)過(guò)程中的涌水、漏水、掉塊、塌孔、縮徑、擴(kuò)徑、卡鉆、埋鉆、掉鉆、涌沙、逸氣等現(xiàn)象發(fā)生的位置深度，測(cè)量涌（漏）水量和涌水水頭高度。觀測(cè)記錄鉆進(jìn)過(guò)程中每一回次的起、下鉆動(dòng)水位和沖洗液消耗量，并記錄起、下鉆動(dòng)水位觀測(cè)的間隔時(shí)間。遇到休假、交接班或處理事故等停鉆時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，開(kāi)鉆前必須測(cè)量孔內(nèi)水位。要求使用鉆孔巖心鑒定記錄表、巖心統(tǒng)計(jì)表、鉆孔簡(jiǎn)易水文地質(zhì)觀測(cè)記錄表、鉆孔止水記錄表、鉆孔止水檢查記錄表等專(zhuān)門(mén)表格進(jìn)行記錄。

3.4 鉆孔巖芯工程地質(zhì)編錄

要求詳細(xì)觀察和描述巖芯的巖性名稱(chēng)、顏色、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、硬度、巖石風(fēng)化程度和深度、劃分各風(fēng)化帶線深度、裂隙性質(zhì)、密度、充填情況、發(fā)育深度、統(tǒng)計(jì)裂隙率；地下水活動(dòng)情況；巖芯形狀、完整破碎程度、統(tǒng)計(jì)描述巖芯塊度、繪制巖芯塊度柱狀圖、計(jì)算回次巖芯采取率、按鉆進(jìn)回次測(cè)定巖石質(zhì)量指標(biāo)（RQD=Lp/Lt%，式中Lp-某巖組大于10厘米完整巖芯長(zhǎng)度之和；Lt-某巖組鉆探總進(jìn)尺），確定不同巖組RQD值的范圍和平均值。

3.5 坑道水文地質(zhì)工程地質(zhì)編錄

要求與地質(zhì)編錄同時(shí)進(jìn)行，自坑道口開(kāi)始分別按層位、巖性詳細(xì)觀察和描述巖性名稱(chēng)、顏色、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、硬度、巖石風(fēng)化程度、節(jié)理裂隙性質(zhì)、密度、充填情況、統(tǒng)計(jì)裂隙率、巖體完整破碎程度、巖石塊度形狀、大小、頂壁穩(wěn)定程度、變形破壞情況及地下水活動(dòng)情況。繪制老窿水文地質(zhì)工程地質(zhì)素描圖。

3.6 地表水地下水動(dòng)態(tài)長(zhǎng)期觀測(cè)

河溪、泉水和坑道等進(jìn)行流量、水溫、氣溫的觀測(cè)；鉆孔進(jìn)行水位和氣溫的觀測(cè)。一般每間隔10天觀測(cè)一次（即每月觀測(cè)3次），雨季加密觀測(cè)，取得當(dāng)年的流量和水位峰值。水質(zhì)按枯、雨季取樣分析。連續(xù)觀測(cè)時(shí)間不少于一個(gè)水文年。

3.7 巖石物理力學(xué)性格試驗(yàn)

要求每一工程地質(zhì)巖組均應(yīng)有樣品控制，樣品可直接由鉆孔巖芯（或老窿）采取，采樣規(guī)格要求芯直徑大于等于8厘米，長(zhǎng)度10～30厘米，每組樣品數(shù)量為20塊左右。采樣時(shí)需用油漆箭頭標(biāo)明頂面方向（↑）并按順序進(jìn)行編號(hào)（如A組樣取到20塊巖芯，其編號(hào)為A-1、A-2、……、A-20），樣品取好后用石蠟密封，按組裝箱運(yùn)送到試驗(yàn)室。巖（礦）石的物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)項(xiàng)目有：風(fēng)干含水量、風(fēng)干容重、飽和容重、比重、普通吸水率、飽和吸水率、風(fēng)干抗壓強(qiáng)度、飽和抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量、泊桑比、抗剪強(qiáng)度（凝聚力、內(nèi)摩擦角）等。

3.8 水質(zhì)全分析

選擇區(qū)內(nèi)有代表性的泉水、地表河溪、坑道和抽水鉆孔進(jìn)行采樣，其中泉水、地表河溪、坑道分枯雨季采樣。盛水容器采用2千克塑料瓶，在采樣點(diǎn)用所取之水沖洗瓶和蓋三次以上后再采取水樣，水樣取好后，立即用石蠟封好瓶口，標(biāo)明取樣位置、水點(diǎn)編號(hào)、填寫(xiě)水樣標(biāo)簽粘貼在樣瓶上，24小時(shí)水送到化驗(yàn)室進(jìn)行化學(xué)合分析。同一水點(diǎn)位置另取1千克水樣加入2～3克大理石粉（標(biāo)明）24小時(shí)內(nèi)送到化驗(yàn)室進(jìn)行侵蝕性CO2分析?；瘜W(xué)全分析項(xiàng)目有：水的物理性質(zhì)（水溫、色、口味、氣味、透明度）、HCO3-、SO4-、CL-、NO2-、NO3-、CO32-、F-、Br-、l-、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Al3+、NH4+、Cu2+、Pb2+等。

3.9 水質(zhì)專(zhuān)項(xiàng)分析

選擇區(qū)內(nèi)有代表性的泉水、地表河溪、坑道和抽水鉆孔進(jìn)行采樣。按生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析和放射性檢驗(yàn)。生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)分析項(xiàng)目有：色、渾濁度、嗅、味、肉眼可見(jiàn)物、PH值、總硬度、鐵、錳、銅、鉛、鋅、揮發(fā)酚類(lèi)、硝酸鹽氮、氟化物、氰化物、砷、硒、汞、鎘、鉻（六價(jià)）、細(xì)菌總數(shù)、大腸菌類(lèi)；放射性檢驗(yàn)項(xiàng)目主要為水中的Ra、總β和總α。以上樣品的采集具有專(zhuān)門(mén)的和特殊的要求，取樣前需與有關(guān)衛(wèi)生防疫部門(mén)取得聯(lián)系，采用其提供的樣瓶和添加藥劑，并按其規(guī)定進(jìn)行采樣或聘請(qǐng)相關(guān)衛(wèi)生防疫部門(mén)人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行采樣。

3.10 巖礦石放射性測(cè)量

選擇部分坑道和鉆孔分別按層位和巖性分層采用γ儀進(jìn)行γ值測(cè)量。

3.11 氣象資料收集

到當(dāng)?shù)貧庀蟛块T(mén)收集歷年統(tǒng)計(jì)的年、月、日的最大、最小、平均溫度、降雨量、蒸發(fā)量、濕度成果數(shù)據(jù)和勘查期間的每日氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)資料。

4 結(jié)語(yǔ)

該文基于筆者工作實(shí)踐闡述了水工環(huán)地質(zhì)勘查的技術(shù)流程，來(lái)源于理論同時(shí)加入了筆者的一些經(jīng)驗(yàn)方法。

參考文獻(xiàn)

[1] 付麗莉.淺析水工環(huán)地質(zhì)勘察中的技術(shù)應(yīng)用[J].華章，2010（32）.

[2] 楊新強(qiáng)，牛振波.論當(dāng)前我國(guó)水工環(huán)的現(xiàn)狀及實(shí)現(xiàn)水工環(huán)地質(zhì)新突破的辦法[J]. 魅力中國(guó)，2009（29）.

[3] 陳奇林.淺析地質(zhì)勘探金剛石巖心鉆探施工中的應(yīng)用[J].經(jīng)營(yíng)管理者，2010（2）.