矿区水工环地质调查难点及对策

一、引言

矿区水工环地质调查作为矿产资源开发过程中的关键环节，对于保障矿区安全生产、合理利用资源以及保护生态环境具有不可替代的重要作用。水工环地质调查涵盖水文地质、工程地质和环境地质等多个方面，其成果直接影响到矿区规划、开采设计以及后续的生态修复等工作的科学性与合理性。然而，由于矿区自身独特的地理环境、复杂的地质条件以及不断变化的开发活动等因素，使得矿区水工环地质调查面临着诸多挑战和难点。准确识别这些难点，并探索有效的技术对策，成为当前矿区水工环地质调查领域亟待解决的重要问题。

二、矿区水工环地质调查核心难点分析

2.1 地质条件复杂性

矿区所处地质环境往往极为复杂，这给水工环地质调查带来了巨大挑战。从地质构造层面来看，许多矿区位于地质活动频繁的区域，褶皱、断裂构造发育。例如，在一些山区矿区，地层经过多次构造运动，形成复杂的褶皱形态，不同方向的断裂相互交错。这些断裂构造不仅破坏了地层的连续性，还成为地下水运移的通道，使得地下水的分布和流动规律难以捉摸。在工程地质方面，矿区地层岩性变化多样，可能同时存在坚硬的岩石和松软的土层。软弱夹层的存在会显著降低岩体的力学强度，增加边坡失稳、地基沉降等工程地质问题的发生风险。而且，矿区还常常面临多种地质灾害的威胁，如泥石流、滑坡、地面塌陷等。以地面塌陷为例，在地下采矿活动中，随着矿石的开采，地下形成采空区，当采空区上方的岩土体无法承受自身重量和上部荷载时，就会发生地面塌陷。这种地质灾害具有突发性和不确定性，其发生时间和地点难以准确预测，给地质调查和灾害预警工作带来了极大困难。此外，不同矿区的地质条件差异巨大，即使是同一矿区的不同区域，地质特征也可能截然不同，这就要求地质调查人员具备丰富的经验和专业知识，能够根据具体情况制定针对性的调查方案。

2.2 数据获取与精度控制

准确、全面的数据是矿区水工环地质调查的基础，但在实际工作中，数据获取面临着诸多难题。在数据采集方面，矿区复杂的地形地貌给野外调查工作带来了极大阻碍。一些矿区地处偏远山区，交通不便，部分区域甚至无法到达，导致数据采集的覆盖范围受到限制，难以获取完整的地质信息。而且，矿区环境恶劣，存在高温、高湿、粉尘等不利因素，对调查设备的性能和稳定性提出了更高要求，增加了设备故障的风险，影响数据采集的顺利进行。在数据精度控制方面，多种误差因素会影响数据的准确性。仪器误差是不可避免的，不同型号和精度的仪器所测量的数据存在一定差异。例如，在测量地下水位时，使用不同精度的水位计，测量结果可能会有所偏差。人为误差也是影响数据精度的重要因素，调查人员在数据记录、处理和分析过程中，可能会因为疏忽或操作不当导致数据错误。此外，地质条件的复杂性和不确定性也会引入误差，如地下介质的非均质性会导致地球物理勘探数据的解释存在多解性，影响对地下地质结构的准确判断。为了提高数据精度，需要采用多种方法进行校正和验证，但这又会增加工作成本和时间投入。

2.3 环境干扰与动态变化

矿区的开发活动对周边环境产生了显著影响，同时也给水工环地质调查带来了严重的环境干扰。矿产开采过程中产生的废水、废渣和废气等污染物，会改变地下水的水质和土壤的化学性质。例如，矿山废水中的重金属离子和酸性物质会渗入地下，污染地下水，使得水文地质参数发生改变，干扰对地下水水质和含水层特性的准确测定。废渣的堆放不仅占用土地资源，还可能引发水土流失和滑坡等地质灾害，改变地表形态和地质结构，影响工程地质条件的评估。此外，矿区的爆破、挖掘等作业活动会引起地表的震动和变形，导致地下岩土体的应力状态发生改变，影响地质结构的稳定性。这种动态变化使得地质调查结果难以反映真实的地下情况，增加了调查工作的难度和不确定性。同时，矿区的水工环地质条件处于不断变化之中，随着开采活动的持续进行，地下水位会随着采矿排水而下降，岩土体在长期应力作用下会发生蠕变和松弛，导致边坡稳定性降低。而且，气候变化、降雨等因素也会对矿区的地质环境产生影响，如暴雨可能引发泥石流等地质灾害。因此，地质调查工作必须具备实时性和动态性，能够及时捕捉这些变化并做出准确评估，但目前的技术手段和方法在这方面还存在一定的局限性。

2.4 技术标准与规范适配性

目前，我国虽然已经制定了一系列水工环地质调查的技术标准和规范，但针对矿区这一特殊环境的相关标准和规范还不够完善，导致在实际调查工作中存在技术标准与规范适配性的问题。不同矿区的地质条件和开发方式存在差异，现有的通用标准在矿区的适用性方面存在一定局限性。例如，在一些特殊地质条件下，如喀斯特地貌矿区，其地下溶洞、暗河发育，水文地质条件极为复杂，现有的水文地质调查标准和方法可能无法满足实际需求，难以准确查明地下水的赋存和运移规律。在高海拔矿区，由于气候寒冷、氧气稀薄等特殊环境因素，对调查设备和人员的操作要求与平原地区不同，现有的技术规范可能未充分考虑这些因素，导致调查工作的开展受到限制。此外，随着科技的不断进步，新的调查技术和方法不断涌现，如高精度地球物理勘探技术、遥感技术、三维建模技术等，但相关的技术标准和规范未能及时跟进和更新，使得新技术在矿区水工环地质调查中的应用缺乏规范指导。不同地区和单位在应用新技术时，往往根据自身经验和理解进行操作，导致调查结果的可比性和准确性受到影响，不利于行业的技术交流和统一管理。

三、技术对策与解决方案

3.1 高精度探测技术应用

矿区复杂的地质条件对水工环地质调查的精度提出了极高要求，高精度探测技术的应用成为解决这一难题的关键。在地球物理勘探方面，高密度电阻率法凭借其高效、信息丰富的特点，在矿区地质结构探测中发挥着重要作用。该方法通过在测线上布置密集的电极，一次性完成多种电极排列方式的测量，能够获取丰富的地下电阻率信息，从而精确识别地下不同岩性的分布、断层破碎带以及含水层的位置和厚度。例如，在某金属矿区，利用高密度电阻率法成功探测到了隐伏的断层构造，为矿山的开采设计提供了重要依据，避免了因断层导致的开采风险。瞬变电磁法对低阻体具有较高的灵敏度，适用于探测地下深部的含水层和导水构造。在煤矿矿区，瞬变电磁法可以快速、准确地圈定采空区积水范围，为矿井水害防治提供关键数据。通过不断优化测量装置和数据处理方法，瞬变电磁法的探测深度和分辨率得到了显著提高，能够满足矿区复杂地质条件下的探测需求。

地震勘探法在查明矿区大型地质构造方面具有不可替代的优势。三维地震勘探技术通过在地面布置密集的检波器和震源，获取地下高分辨率的三维地震数据，能够清晰地呈现地下地层的起伏、褶皱和断裂等构造特征。在一些大型油气矿区，三维地震勘探技术为油气储量的评估和开发方案的制定提供了精确的地质模型，大大提高了油气开采的效率和成功率。

3.2 动态监测与预警系统构建

矿区水工环地质条件的动态变化要求建立实时、有效的动态监测与预警系统，以保障矿区的安全生产和生态环境稳定。在地下水动态监测方面，安装多参数地下水监测仪，能够实时监测地下水位、水温、水质等参数的变化。通过无线传输技术，将监测数据实时传输至数据中心，利用数据分析软件对数据进行处理和分析，及时掌握地下水的动态变化规律。当监测数据超过预设阈值时，系统能够自动发出预警信息，提醒相关人员采取措施，防止地下水突涌、水位下降等问题的发生。地表位移监测是预防矿区地质灾害的重要手段。采用全球导航卫星系统（GNSS）、合成孔径雷达干涉测量（InSAR）等技术，可以实现对矿区地表位移的实时、连续监测。GNSS 技术具有高精度、全天候的特点，能够在矿区关键部位布置监测点，实时获取地表的三维位移信息。InSAR 技术则具有大范围、高效率的优势，可以获取矿区整体的地表形变信息，及时发现潜在的地质灾害隐患。例如，在某露天矿区，通过 InSAR 技术监测到了边坡的微小变形，提前采取了加固措施，避免了滑坡事故的发生。

3.3 多源数据融合与三维建模

矿区水工环地质调查涉及多种来源的数据，如地质勘探数据、遥感影像数据、监测数据等。多源数据融合与三维建模技术能够将这些分散的数据进行整合和分析，为矿区的规划、设计和施工提供直观、准确的地质模型。数据融合技术通过将不同类型、不同分辨率的数据进行集成，消除数据之间的矛盾和冗余，提取更有价值的信息。例如，将地质勘探数据与遥感影像数据进行融合，可以结合地质勘探的精确性和遥感影像的宏观性，更准确地识别矿区的地质构造和矿产资源分布。同时，将监测数据与地质模型进行融合，可以实时更新地质模型，反映矿区水工环地质条件的动态变化。

三维建模技术以多源数据融合为基础，构建矿区水工环地质的三维可视化模型。通过三维建模软件，将地下地质结构、含水层分布、工程地质条件等信息以直观的三维形式展示出来，使地质人员能够更加清晰地理解矿区的地质特征。三维模型还可以与虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术相结合，为矿区的规划、设计和施工提供沉浸式的体验，提高决策的科学性和准确性。

3.4 绿色调查与生态修复技术

在矿区水工环地质调查过程中，应始终坚持绿色发展理念，采用绿色调查技术，减少对环境的干扰和破坏。同时，对于已经受到破坏的矿区生态环境，应积极应用生态修复技术进行治理和恢复。绿色调查技术强调在数据采集过程中尽量减少对地表和地下环境的破坏。例如，采用无损或微损的地球物理勘探方法，如地质雷达、面波勘探等，避免大规模的钻探和开挖作业。在样品采集过程中，合理规划采样点，减少采样数量，降低对土壤和植被的破坏。同时，加强对调查过程中产生的废弃物的处理和回收利用，降低对环境的污染。

生态修复技术根据矿区的地质、气候和生态条件，选择合适的植物品种进行植被恢复。对于土壤贫瘠的矿区，采用土壤改良技术，添加有机肥料和微生物菌剂，改善土壤结构和肥力，为植物生长创造良好条件。在水土保持方面，修建挡土墙、排水沟等工程设施，防止水土流失。

3.5 标准化与协同创新机制

完善的技术标准和规范是保障矿区水工环地质调查工作科学、规范开展的重要基础。相关部门应组织专家对现有标准和规范进行修订和完善，结合矿区的实际情况，制定更加详细、针对性的技术标准和操作规范。例如，针对特殊地质条件下的矿区，制定专门的水文地质、工程地质调查标准，明确调查方法、技术指标和质量要求，提高标准的适用性和可操作性。

建立协同创新机制，加强科研机构、高校和企业之间的合作与交流。科研机构和高校具有强大的科研实力和创新能力，能够开展前沿技术的研究和开发；企业则具有丰富的实践经验和市场需求信息，能够将科研成果快速转化为实际应用。通过建立产学研合作平台，整合各方资源，实现技术、人才和信息的共享，加速新技术的研发和应用推广。例如，某科研机构与矿山企业合作开展了一项关于矿区水害防治的研究项目，通过联合攻关，成功研发出一种新型的矿井水害预警系统，并在企业得到了广泛应用，取得了显著的经济效益和社会效益。

四、结语

矿区水工环地质调查是一项复杂而艰巨的任务，面临着地质条件复杂、数据获取与精度控制困难、环境干扰与动态变化以及技术标准与规范适配性等诸多难点。然而，通过应用高精度探测技术、构建动态监测与预警系统、开展多源数据融合与三维建模、推广绿色调查与生态修复技术以及加强标准化与协同创新机制建设等一系列技术对策和解决方案，能够有效应对这些难点，提高矿区水工环地质调查的科学性、准确性和可靠性。在未来的工作中，我们应不断探索和创新，进一步完善相关技术和方法，为矿区的可持续发展提供更加坚实的地质保障。同时，加强国际合作与交流，借鉴国外先进经验和技术，推动我国矿区水工环地质调查技术达到国际领先水平，为我国矿产资源的高效开发和生态环境保护做出更大贡献。

参考文献：

[1] 基于层次分析法的矿山水文地质条件评价研究. 徐林军. 世界有色金属,2020(20)

[2] 矿山恢复治理中水文地质条件的影响分析. 解少贤. 世界有色金属,2023(05)

[3] 论 3Dmine 在锂辉石矿山的应用 . 陈云龙 . 中国金属通报 ,2025(05)

作者简介：管友飞（1988.12）男 本科 汉族； 目前职称：工程师；

研究方向：地勘- 水工环地质。