礦山開(kāi)采區(qū)污染場(chǎng)地水文地質(zhì)勘查的技術(shù)要求及應(yīng)用探討

張萌琦

（甘肅省有色地質(zhì)勘查局蘭州礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730046）

礦山作業(yè)是礦產(chǎn)資源的主要來(lái)源，但是礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)伴隨著一定的污染，這是礦山作業(yè)的環(huán)境成本。隨著社會(huì)主義生態(tài)文明理念的提出，我國(guó)加強(qiáng)了礦山作業(yè)的環(huán)境資源評(píng)價(jià)和污染防治工作，要求在全面建成小康社會(huì)的決勝階段完成新一輪的規(guī)劃和部署，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整、發(fā)展模式的優(yōu)化同時(shí)建立起相對(duì)完善的污染防治體系，實(shí)現(xiàn)社會(huì)主義生態(tài)文明發(fā)展目標(biāo)。水文地質(zhì)勘查是環(huán)境污染治理前期工作，通過(guò)水文地質(zhì)勘查能夠明確當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)情況，在利用歷史信息進(jìn)行對(duì)比可以確認(rèn)礦山作業(yè)對(duì)水文地質(zhì)的影響，從而確認(rèn)礦山作業(yè)對(duì)周?chē)h(huán)境的影響程度，為礦山作業(yè)污染防治工作提供指導(dǎo)。

1 水文地質(zhì)勘查技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

水文地質(zhì)勘查技術(shù)是水文地質(zhì)勘查、水資源勘查以及水資源管理等學(xué)科的統(tǒng)稱(chēng)，屬于勘查技術(shù)的一個(gè)分支，以水文、地質(zhì)、地貌為主要勘查對(duì)象。在水文地質(zhì)勘查中能夠明確當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)特征、地形地貌特征、地質(zhì)特點(diǎn)等，從而為地區(qū)水文地質(zhì)管理、水文地質(zhì)災(zāi)害防控、水文地質(zhì)相關(guān)污染防控提供數(shù)據(jù)支持。

水文地質(zhì)勘查在礦山作業(yè)中有著較強(qiáng)的應(yīng)用必要，這與礦山作業(yè)工作內(nèi)容和工作特點(diǎn)有關(guān)。礦山開(kāi)采包含橫向開(kāi)采和縱向開(kāi)采，隨著礦山作業(yè)年限的增加，縱向開(kāi)采深度逐漸增加，其對(duì)地質(zhì)地貌的影響程度逐漸上升、對(duì)作業(yè)污染場(chǎng)地附近地下水影響程度也逐漸上升。然而地質(zhì)地貌改變、地區(qū)水文特征改變是一個(gè)緩慢的、量變引起質(zhì)變的過(guò)程，難以用肉眼觀測(cè)到水文地質(zhì)的改變，因此需要我們用專(zhuān)業(yè)的技術(shù)、專(zhuān)業(yè)的設(shè)備對(duì)礦山作業(yè)污染場(chǎng)地附近水文地質(zhì)進(jìn)行勘查，以明確礦山作業(yè)污染場(chǎng)地水文地質(zhì)的變化趨勢(shì)，以做好污染預(yù)警、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警，確保礦山作業(yè)的安全性和生態(tài)性。

相較于西方國(guó)家，目前我國(guó)水工環(huán)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估水平差距明顯，在設(shè)備豐富度和種類(lèi)完善度等方面存在明顯短板，難以達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估已經(jīng)成為制約我國(guó)水工環(huán)工程長(zhǎng)足發(fā)展的重要因素之一。在水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程中，勘探專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的評(píng)測(cè)結(jié)果將直接影響項(xiàng)目工程的整體進(jìn)展，不僅需要對(duì)工程所引發(fā)的生態(tài)災(zāi)害進(jìn)行綜合評(píng)估，還要對(duì)工程的安全隱患做實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)檢測(cè)，總結(jié)出危險(xiǎn)性評(píng)估報(bào)告以應(yīng)對(duì)工程災(zāi)害。在工程的實(shí)際開(kāi)展和建設(shè)過(guò)程中，勘探人員必須按照勘探方案的實(shí)施節(jié)點(diǎn)進(jìn)行勘探，否則可能會(huì)擴(kuò)大工程項(xiàng)目的生態(tài)環(huán)境影響，加大工程地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)。水工環(huán)地質(zhì)勘探工作內(nèi)容相對(duì)復(fù)雜，不僅涉及到水文和工程地質(zhì)等理論知識(shí)，還要求勘探人員對(duì)于生態(tài)環(huán)境等因素有著整體的把握和規(guī)劃，從經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益多方面入手，確保水工環(huán)地質(zhì)勘探過(guò)程的順利進(jìn)展。

在我國(guó)礦山污染場(chǎng)地水文地質(zhì)勘查技術(shù)應(yīng)用時(shí)間較短，整體技術(shù)水平處于較低層次，一方面是由于在過(guò)去的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的注意力主要集中于產(chǎn)能提升，對(duì)于產(chǎn)業(yè)發(fā)展可能帶來(lái)的負(fù)面影響重視程度不足，因此未能認(rèn)識(shí)到礦山作業(yè)潛在的水文地質(zhì)污染與危害，另一方面則是水文地質(zhì)勘查技術(shù)以GPS、遙感、GRS等技術(shù)為基礎(chǔ)，這些技術(shù)在我國(guó)生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)間較晚，水文地質(zhì)勘查相關(guān)理論體系和技術(shù)體系尚不健全。此外，我國(guó)水文地質(zhì)勘查學(xué)科建設(shè)起步較晚，缺少專(zhuān)業(yè)性的人才也是水文地質(zhì)勘查難以普遍推行的重要原因。

因此，從整體上看，我國(guó)礦山污染場(chǎng)地水文地質(zhì)勘查工作情勢(shì)并不理想，在技術(shù)上、人才上、理念上均存在局限。

2 礦山污染場(chǎng)地水文地質(zhì)勘查技術(shù)分析

礦山污染場(chǎng)地水文地質(zhì)勘查主要包含兩方面，即水文勘查和地質(zhì)勘察。在進(jìn)行勘查時(shí)需要根據(jù)礦山主要礦產(chǎn)資源類(lèi)型以及礦山作業(yè)實(shí)際情況進(jìn)行勘查。

2.1 水文勘查

礦山污染場(chǎng)地水文勘查主要是就礦山污染場(chǎng)地附近地上河流和地下水的勘查。礦山作業(yè)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生廢氣、廢渣、廢水三種工業(yè)廢物，這些工業(yè)廢物都具有潛在的水污染可能。

礦山作業(yè)中產(chǎn)生的廢氣會(huì)隨著空氣流動(dòng)散逸，彌漫在礦山附近，其中部分廢氣在大氣中可與空氣中的水分子、固體顆粒物等物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)（主要是含有硫、氮等元素的廢氣）。這些廢氣與大氣中的水分子和顆粒物結(jié)合后就漂浮在礦山污染場(chǎng)上空，當(dāng)遇到冷氣流時(shí)就可能隨著雨水落下，形成酸雨、堿雨等天氣現(xiàn)象，而酸雨、堿雨落在地面后會(huì)與地表水混合或滲入地下水，從而形成水污染。因此在礦山污染場(chǎng)地水文勘查中需要對(duì)大氣中水氣含量和特點(diǎn)進(jìn)行評(píng)估，評(píng)價(jià)酸雨、堿雨的風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)測(cè)此類(lèi)水污染情況。

礦山作業(yè)中產(chǎn)生的廢水可通過(guò)兩種機(jī)制對(duì)周?chē)漠a(chǎn)生影響，一種就是在未達(dá)到國(guó)家污水排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)排放后直接污染周?chē)?，另一種就是在礦山作業(yè)時(shí)透過(guò)土壤間縫隙逐漸下滲至地下水層，對(duì)地下水造成污染。因此在對(duì)礦山污染場(chǎng)地水文勘查時(shí)要注意觀察和統(tǒng)計(jì)廢水的排放情況，根據(jù)預(yù)測(cè)排出量和實(shí)際排出量的差值來(lái)評(píng)估滲入地下水或流入地表水的廢水量，評(píng)估生產(chǎn)的環(huán)境成本作出合適的污染治理措施。

廢渣是礦山作業(yè)過(guò)程中不可避免的工業(yè)廢物，廢渣存在潛在的水污染風(fēng)險(xiǎn)，其可通過(guò)直接或間接接觸水源來(lái)污染水資源，在進(jìn)行水文勘查時(shí)可通過(guò)評(píng)價(jià)廢渣堆放場(chǎng)所到水源的距離以及地表水、地下水流向來(lái)評(píng)估廢渣對(duì)水資源的污染風(fēng)險(xiǎn)。

同時(shí)礦山污染場(chǎng)所水文勘查可直接對(duì)當(dāng)?shù)厮?、水流、降水等進(jìn)行檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)，以礦山作業(yè)年限為自變量，對(duì)水文特征變化趨勢(shì)進(jìn)行分析以明確礦山作業(yè)對(duì)水文的影響并制定相應(yīng)的污染防控方案。圖1為某礦區(qū)污染圖。

圖1 某礦區(qū)污染圖

2.2 地質(zhì)勘查

地質(zhì)勘察主要包含三方面，分別為礦山污染場(chǎng)地附近地質(zhì)構(gòu)造勘查、礦山污染場(chǎng)地地形地貌勘查以及礦山污染場(chǎng)地附近地質(zhì)地貌變化趨勢(shì)評(píng)估。

地質(zhì)構(gòu)造勘查需要以GPS、遙感技術(shù)、GRS等技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)大范圍勘查地形地貌來(lái)確定礦山污染場(chǎng)地所處地質(zhì)構(gòu)造，然后遵循力學(xué)方法對(duì)礦山作業(yè)中在地質(zhì)層面產(chǎn)生的張力進(jìn)行評(píng)估，評(píng)價(jià)張力傳播方向并預(yù)測(cè)其可能對(duì)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)展造成的影響以及潛在的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，尤其是要做好構(gòu)造型地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警工作。

礦山作業(yè)過(guò)程中不可避免地會(huì)對(duì)地貌產(chǎn)生影響，比如露天礦脈隨著開(kāi)采年限的增加很容易形成小盆地、小山地等地形地貌，在地質(zhì)條件較脆弱的地區(qū)（如云貴川地區(qū)），地貌改變會(huì)引起地表水文變化、地表應(yīng)力變化等，極容易誘發(fā)脆弱地貌的災(zāi)害，如溶洞塌陷、山體滑坡、塌方等災(zāi)害。地貌勘查主要是結(jié)合區(qū)域氣候、天氣、氣壓帶、風(fēng)帶等地理信息進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過(guò)對(duì)比礦山作業(yè)過(guò)程中地貌變化來(lái)明確礦山作業(yè)對(duì)地貌的影響，然后在結(jié)合地理信息對(duì)各類(lèi)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估并建立相應(yīng)的災(zāi)害預(yù)警機(jī)制。

地質(zhì)地貌變化不僅僅與礦山作業(yè)有關(guān)，即使無(wú)礦山作業(yè)地質(zhì)地貌也會(huì)緩慢地改變，礦山作業(yè)只是加速了這一變化過(guò)程。地質(zhì)地貌勘查是基于地質(zhì)特征和地貌特點(diǎn)的綜合性評(píng)估，是對(duì)礦山污染場(chǎng)地附近下墊面進(jìn)行的整體評(píng)價(jià)，這個(gè)評(píng)價(jià)應(yīng)當(dāng)包含地質(zhì)信息、地貌信息、植被覆蓋信息、氣候天氣信息等，是從宏觀層面作出的地理評(píng)價(jià)。

3 礦山污染場(chǎng)地水文地質(zhì)勘查技術(shù)的應(yīng)用

3.1 污染勘查和防控

在礦山污染場(chǎng)地的水文地質(zhì)勘查中，我們需要先對(duì)礦山進(jìn)行勘查，根據(jù)主要礦產(chǎn)對(duì)可能存在的污染物、污染形勢(shì)和污染源進(jìn)行評(píng)價(jià)，收集相關(guān)信息后全面評(píng)價(jià)礦山污染場(chǎng)地的污染風(fēng)險(xiǎn)。

然后，我們需要對(duì)可能存在污染的部位進(jìn)行采方取樣，包含水資源樣本和土壤資源樣本，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)找到污染最嚴(yán)重、較嚴(yán)重、無(wú)污染點(diǎn)位在礦山污染場(chǎng)地附近的分布情況并評(píng)價(jià)其是否符合水文地質(zhì)勘查一般規(guī)律，若發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)則提示存在未察覺(jué)要素對(duì)污染結(jié)果產(chǎn)生影響，要對(duì)該要素進(jìn)行篩查。

對(duì)勘查結(jié)果進(jìn)行最終匯總和分析，在污染最嚴(yán)重的地區(qū)建立監(jiān)測(cè)井進(jìn)行深度勘查，以確保結(jié)果的準(zhǔn)確性。最后以水文地質(zhì)勘查結(jié)果和礦山作業(yè)實(shí)況制定相應(yīng)的污染防控方案，從技術(shù)層面解決礦山作業(yè)污染問(wèn)題。圖2為某金屬礦山土壤現(xiàn)場(chǎng)取樣情況。

圖2 土壤現(xiàn)場(chǎng)取樣圖

3.2 災(zāi)害勘查和防控

礦山作業(yè)很容易對(duì)地質(zhì)構(gòu)造和地貌產(chǎn)生不可逆影響，我國(guó)許多構(gòu)造性地質(zhì)災(zāi)害均與礦山作業(yè)有關(guān)，比如隨著礦井寬度、深度、廣度的增加，地下支撐強(qiáng)度降低，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)限度時(shí)就會(huì)發(fā)生陷落、塌方、地震等地質(zhì)災(zāi)害。因此相較于污染防控，地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警更加重要。

3.3 水文地質(zhì)檢測(cè)技術(shù)要點(diǎn)

水文地質(zhì)是自然生態(tài)中水資源的變化規(guī)律總結(jié)，水文地質(zhì)在工程項(xiàng)目開(kāi)發(fā)與建設(shè)、礦資源開(kāi)發(fā)等方面意義深遠(yuǎn)。水文地質(zhì)勘察是水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害檢測(cè)的重要環(huán)節(jié)，借助此環(huán)節(jié)可以科學(xué)有效地檢測(cè)水工項(xiàng)目對(duì)周?chē)寥?、山體和地下水的污染程度和影響范圍，從而及時(shí)地采取預(yù)先舉措，降低工程項(xiàng)目所引發(fā)的生態(tài)破壞和環(huán)境影響。在進(jìn)行水文地質(zhì)勘測(cè)過(guò)程中，要根據(jù)水文地質(zhì)勘探程度的不同，采取適應(yīng)的水文地質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以此來(lái)確保水文地質(zhì)勘察工作的順利開(kāi)展和有序進(jìn)行。如果是針對(duì)已被污染的環(huán)境場(chǎng)地，針對(duì)統(tǒng)一范圍內(nèi)的水文地質(zhì)勘探，應(yīng)該確?？辈禳c(diǎn)位數(shù)量在三個(gè)及以上，并采用分布式的監(jiān)測(cè)點(diǎn)排列方式，確保能夠更加真實(shí)和客觀的反映水文污染情況。除此之外，針對(duì)監(jiān)測(cè)井還需要規(guī)劃出合理點(diǎn)位，避免無(wú)效規(guī)劃而造成的監(jiān)測(cè)井資源浪費(fèi)的現(xiàn)象產(chǎn)生，確保對(duì)水文地質(zhì)上中下游地理位置設(shè)置相應(yīng)數(shù)量的監(jiān)測(cè)井。在布置監(jiān)測(cè)井時(shí)，要根據(jù)水文地質(zhì)的實(shí)際地理環(huán)境和勘察目標(biāo)來(lái)進(jìn)行對(duì)應(yīng)調(diào)整，一般來(lái)說(shuō)監(jiān)測(cè)井深度設(shè)置于含水層較為合適。

3.4 水文地質(zhì)采樣分析

在進(jìn)行水工環(huán)地質(zhì)勘測(cè)的實(shí)際過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)涉及到土壤和周邊水文樣品的收集和采樣。水文地質(zhì)采樣分析需要嚴(yán)格按照國(guó)家的統(tǒng)一規(guī)劃和行業(yè)要求，并嚴(yán)格遵守勘測(cè)相關(guān)法律法規(guī)來(lái)執(zhí)行，針對(duì)不同地質(zhì)類(lèi)型和水污染源選擇不同的采樣儀器。在進(jìn)行土壤采樣分析方面，一般常見(jiàn)的有沖擊式、螺旋式以及手工鉆機(jī)等設(shè)備，針對(duì)特殊的地形也會(huì)采用爆破和坑采技術(shù)。此外，對(duì)于地下水文樣品采集，也有著嚴(yán)格的國(guó)家規(guī)范和配套儀器規(guī)定。

總而言之，對(duì)礦山作業(yè)前后地質(zhì)、地貌變化情況進(jìn)行系統(tǒng)梳理，明確隨著礦山作業(yè)年限增加當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)地貌的變化趨勢(shì)，評(píng)估可能存在的構(gòu)造性地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)并建立相應(yīng)的預(yù)警機(jī)制。

然后，對(duì)礦山污染場(chǎng)地附近地貌進(jìn)行全面檢查，尤其是要對(duì)地表水土保持情況、山體結(jié)構(gòu)、植被覆蓋情況等進(jìn)行評(píng)價(jià)，預(yù)測(cè)山體相關(guān)災(zāi)害發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)查漏補(bǔ)缺并做好災(zāi)害預(yù)警。

最后，通過(guò)評(píng)估地區(qū)整體地質(zhì)地貌，提前作出相應(yīng)調(diào)整，以預(yù)防突發(fā)情況引起的地質(zhì)災(zāi)害。如在上游修建水庫(kù)、人工加固山體、提前挖掘泄洪渠等，以期在災(zāi)害發(fā)生后能夠降低損失。