矿山水工环地质勘查方法的应用研究

马亚弟，柳晓松，张 许

(山东省煤田地质局第一勘探队，山东 青岛 266500）

在中国当前环境地质勘查的现状中，还存在着资源的严重匮乏﹑勘查技术落后和地质矿产普查工作受阻等问题，对环境地质勘查工作的发展产生了很大的影响。因此，必须运用最新的科学技术方法，以进一步提高水工环地质学勘查的技术。

在矿山水工环地质学研究工作中，根据区域环境具体情况不同，环境测量方法的运用更加重要。

在矿山水文地质﹑工程地质和环境地质学方面的研究上不能只局限在传统的技术方式上，因此，更主要的目标是推动世界地质勘查科技的一体化发展，从而有效提升世界地质勘查的实际效果。

1 矿山水工环地质勘查的重要性

在矿山水工环境地质学研究中，测量方法的运用更加重要，尤其面对当前越来越严峻的自然环境，开展矿山水工环境地质学的研究和测量工作有着重要的现实意义。在检查时，要作好各个环节的准备工作，并根据出现的问题，进行合理的预防措施。在矿山水文地质﹑工程地质和环境地质的研究上，其主要目的就是推动世界地质勘查科技的一体化发展。

2 当前在矿山水工环地貌调查勘测中面临的几个问题

2.1 人员方面

在水工环地质研究中，是从矿山企业的视角来加以考察，但是有些地质勘查单位由于盲目的提高开采的速度，而忽略了煤炭和矿床研究工作的实际状况，与勘查的基本规律并不适应，一些工作单位甚至于采取了“以采代探”的形式来从事矿山企业的勘查，这些做法极易造成安全事故的出现，对施工的安全性形成严重的负面影响。同时，由于在一些水工环地质学的研究人员中，并没有基本的地质勘查技能和工作经历，使得在实际的水工环地质学勘查过程中出现了不少的问题，不合理的勘查方式不仅导致了费用的提高，而且还在以后的环境地质学勘查过程中出现了隐患问题。

2.2 技术方面

在当前矿山水工环地质调查勘测中，最新的技术手段的运用并不是很普遍，虽然在水工环地质的研究内涵上还存在着一定差别，但在其结构上还是组成了一个彼此联系的总体，其服务的主要目标仍然是环境地质勘查。在实际矿山水工环地质调查测量中，由于没有新科技的支持和先进仪器的支撑，导致了地质勘查中的各种困难。这种困难的产生也成为了现阶段在矿山水工环地质调查测量中必须克服的最大难题。

2.3 战略研究方面

根据矿山水工环地质建设项目开展了专项性的战略研讨，我们要进一步地将它变得越来越完备。要对全国各个地区的矿山水工环地理建设项目开展全面检查统计，综合各种材料，梳理好以后再开展战略专项研讨会。要综合考察水工环境地质研究工作在各个地方的经济社会发展情况。了解地质环境和地理问题，研究各个地方现在面临的这类问题，综合确定后开展研究。

3 矿山水工环地貌调查测量方法的运用与分析

3.1 电方法测量技术在矿山水工环境地貌研究中的运用

矿山水工环地质的勘探普遍使用的方法是电方法勘察，它的特点主要是实用性，因此特点，保证了矿山水工环地质勘察的工作有效进行。在实际应用上，电方法因时间较为久，并积累了非常大的应用经验，而随着发展的趋势导向，经过了革新过程，并逐渐完善其方法，该方法的应用对于水工环地质学的调查研究也具有着重要的贡献。在具体的使用流程中，电方法手段可以分为最大密度电极方法和激发极化法这二类，其应用中为一个阵列的勘探方式，而最大密度电方法是由电表面法和电测探法互相综合的过程，被工作人员们普遍地运用于野外地质学的调查勘察工作当中。此外，也因为其在布设的过程中更加简单，没有经过过多的布置步骤，从而导致了事故的发生率更加明显地减少。但由于当前的科技发展趋势，大密度电方法的应用已经不仅仅局限手工的作业，而采用全智能化的数据采集技术能够使电极反应流程的布置方法更加有效地灵活多样，也可以大大提高在数据勘查中的精确度和可信度。所以，在矿山水工环地质调查勘探中电方法技术的应用，是保证其勘查品质的关键举措。

3.2 GPS技术在矿山水工环地质调查中的应用

GPS技术作为一个高度动态的定位技术，在矿山水工环境地貌调查测量中最主要的依据就是通过测定载波相位来加以实现的，这个方式突破了传统地面测量方式的局限性，可以通过卫星定位所发出的消息来增加在环境地貌测量中的精度。另外，可以通过一定数量的卫星对地面接收机的定位范围作出更精确的测算和定位，在地面的基础站中可以安装性能较高的地面接收设施，或者通过接连观测的方式使用无线传送装置对探测数据加以传送和收集，在地面接收设施中，接收器当受理到数据时便会及时地转变成无线消息。同时，可以对地面基准站的基线加以核算，以便于可以获得更精确的WGS-84的位置信息。相应地，当对一些地面坐标参数加以转换或解算时，就可以获取实际的勘测位置信号。技术已被普遍地运用于城市地质与环境状况的监测中，对城市的规划与发展都具有着难以取代的重要意义。

3.3 遥感技术在矿山水工环地质调查中的应用

在矿山水工环地质调查测量与资料的勘查利用领域，遥感技术的使用也日益普遍，并在实际应用中对矿山水工环境地质勘查工作顺利开展具有着巨大的指导作用。在对矿山水工环地质的调查测量中，人们对遥感技术的应用往往要求利用现代计算机手段，同时，由于人类对遥感技术的进一步发现与改进，使它构成了一个更加多元化的模式，在对水工环地质的调查测量中可以更为简单地使用，图像也是比较清晰的。在对遥感技术成像空间进一步优化的基础上，光谱的清晰度也得以进一步提高，同时遥感技术的应用及其在矿山水工环地质中的应用进展也是越来越的快速。

3.4 瞬变电磁法(TEM)

瞬变电磁法是最先出现的一种方式，一开始是运用在航天物探的领域当中。我国在十九世纪八十年代才将瞬变电磁法(TEM)普及和使用。并且瞬变电磁法(TEM)在金属矿探测中的运用，已经推动了在环保领域﹑工程测量领域以及自然灾害研究范畴的广泛应用，并在较为发达的时代，已经达到了非常不错的成效。瞬变电磁技术(TEM)的基本原理：在回线的帮助下把脉动电磁波信号向地下发射(一次)，同时在间歇阶段对二次的涡流区进行检测。如果研究了地下分布的电性及不平衡地质体，则可观察到反常二次场及不平衡物体的涡流场。但通常，人们均采用对ρs参数的推断及解释来代替对反常场的分析，从而处理有关的地质学问题。在地下介质中，由瞬变电磁法所形成的电磁场技术受传播时间的影响，从而使其向更深处传播，并且其倾角锥面约为47°，即烟圈效应。烟圈效应反映了海洋瞬变场随时间而改变的规律，此乃瞬变电磁法(TEM)在海深测量勘探中所运用的理论。瞬变电磁法的主要优势是：横向分辨率高，对较陡的探测线产状的局部特殊地质体的灵敏度较高；检测的精度较高，纯异常的检测结果受地势的负面影响很小，且不受装置间耦合噪声的危害；对接地或有障碍地方的施工检测技术较为简便，且工效也是比较不错的。

3.5 地质雷达(GPR)或探地雷达

地理雷达在主频为10-1000MHz的宽带高频全时域电磁脉冲波的反射检测目标体的帮助下，能对地理难题进行高效处理。水工环境与地貌勘探中，地质雷达测速的运用也非常普遍，比如：滑面及滑坡体结构的研究；崩塌和地面沉降等灾情的评估等。

3.6 GPS与RTK技术在矿山水工环境地质研究中的实际运用

矿山地质环境的调查研究据权威部门的统计研究结果表明，在地质环境调查过程中合理运用GPS或RTK信息技术，就可以获取丰富精确的矿山地质环境调查资料信息，并在第一时间传递到相应的地质环境主管单位，而管理人员根据这种信息也能够进行研究分析，并想出相应的处理办法。科研人员利用在小范围的集装箱内开展了GPS RTK科技应用实验，试验结果充分反映了GPS RTK科技在区域地质环境研究中的成果。测试结果表明，在二者相互接近的地方水同时也没有受到污染物，因此就能很高效地监测到在浅水面情况，而经过合理使用GPS技术也就能很清澈地观测到浅水表面的污染物。当区域内的水污染物处在饱和状态时，即使工作人员通过GPS技术也无法有效监测到浅水航道面。在整个实践过程中，通过在水地质环境研究中广泛使用的GPS与RTK技术，能够得到很多关于水文方面的重要参量数值，比如水中羽状的污染物和各种毛细垃圾物等等。第一，以工作效率较高和传统的测量技术相比较。GPS与RTK技术形成了独特的测试操作优势，在最简单的地质条件下，先进的RTK设站技术对五公里半径以内的测点仅仅只要求检测一个，从而大大减少了地面控制站设备和检测仪器的安装设备数量，一个人就可以完成作业。减少了整个地质研究的工作周期，在短时间内就可以顺利完成所有研究工作，大大提高了效率；第二，可以进一步提高测量的定位精度。GPS RTK位置信息技术是利用载波跟踪观测，并根据实时动态定位技术，它可以真实地给出测量站点在给定坐标系中的三维位置结果，并且还可以使测定的结果准确到在厘米量级。只要符合RTK施工技术中的各种工作条件，在整个地质研究调查中的计算就不出现误差，RTK的平面精确度以及高程准确度相比于传统的勘测定位准确性都有很大的提升，并且还不会产生错误的积累；第三，实现了全天候作业。将RTK技术与传统的测量技术相比较时，它并不需要实现二点范围内的对光通视，而仅仅要具备了电磁波通视和对空通视的相对条件。由此看来，在水工环地貌研究中，应用GPS RTK技术能够不受众多外部因素的影响，基本可以达到非常不错的效果，并且能够完成全天的研究作业；第四，在水工环地质调查中，RTK技术作业在自动化﹑集成水平程度上，也有着较高运用效果。RTK技术可胜任各类测量作业，RTK技术还可有效减少人为作业的差错，极大地提高了测量作业的准确性。与此同时，不同的测绘业务在内置专业应用软件中，也可以完成对它的自动化。

GPS RTK在南极洲永冻场地安全检查中的广泛使用在南极洲永冻场地中，相关人员对此进行一系列相关的测试，首先，选择一块测试场地，并在地面以下40里面左右处，并设立融水坑，在对一个测试的场地中在地面底下三十厘米至五十厘米处的冰碴里面有着几个融水坑，因此，这些融水坑的出现可能会对测试造成很大的危害。为此，科研人员通过运用最先进的GPS技术对试验场进行了实时的观测考察，并在对所有数据信号进行分析和研究后表明，在距离地表的三点六公尺以下具有一些含散冰的冰层带，而这种冰水沉积物带中水分偏低。

4 在矿山水工环境勘探中新技术、新方法的运用与进展

4.1 物探技术

从我国地质地貌的整体情况来看，我国地质地貌较为复杂，而物探技术的物理参数有着速度快﹑成本低以及不损害地质地貌环境等比较不错的优势，并且在矿山水工环境勘察的技术发展上来看，在近几十年，一直受到广泛的运用。而在空间内大量使用高分辨率技术勘察地质目标的实现，使矿山水工环境物探勘察技术获得了实质性的发展。

4.2 水质测试技术

目前对国内的化学实验检测手段，从研究机理界定，主要应该分为二大类：即化学分析法和物理性质解析法。这二种方法间并没有彼此独立存在和对抗的关系，但在具体分析过程中，就应该针对情况和特性，结合仪器设备分析与物理化学鉴别的优点，并扬长避短，以选择正确的方法。这就需要分析化学工作人员应该同时掌握好这二种方法。而这些方法又是从材料的物理﹑物理化学特性(色谱及电特性)为基准，并通过特定检测仪表或设备加以分析的测试方法。根据现在情况来看，在矿山水工环境的检测中，主要使用下列各种方法：分子之间吸收谱线分析法﹑发射光谱分析法﹑原子荧光光谱法﹑电化学分析法﹑生物色谱法，以及同位素测试。

4.3 地理信息系统(GIS)

其主要做的工作是：对空间数据的整理。作为一种应用技术然后又根据地理信息的特性，就更加凸显了应用于GIS技术中的重要性，也使得这项技术在地理地质方面运用得十分普遍，在日常生活当中也是一种十分重要的应用技术。

4.4 遥感技术(RS)

遥感技术的问世，可以说是为人类的生命带来了太多的光辉，而且，在最近的三十多年间，各类地质学和环境地质等专业中对遥感技术的使用，也是非常重视的。遥感技术经过了从定量分析评估到零点五定量分析，再到定量分析评估，从简单的指示因素解析再到复杂计算机模型仿真，就是这样的整个的成熟历史。原来仅仅能够处理简单指令，现在已经能够综合处理多个问题了。这项遥感技术用在水文地质环境方面也是具有着绝对的优越性，它拥有信号存储丰富﹑宏观调控﹑迅速反应，且能耗低﹑灵活监测环境动态信息等优点。在实际生活当中不仅仅在水文地质环境方面使用，还有重大工程项目的选址﹑地质调查和环境评价预报等方面。

在当前科技的不断发展过程中，中国地质学科研领域中关于矿山水工环地质调查勘察工作已经大量地发展了起来，并获得了不错的成效。但在矿山水工环地质调查勘察方案实际使用中也产生了不同程度的限制，严重制约着中国当前环境地质勘查工作的发展。所以，矿山水工的环境地质勘查已经成为了现代地质勘查中科学研究的主要内容，通过现代化科技的运用与发挥可以更有效地增强环境地质勘查中数值的准确度，使勘查的环境工程与质量获得更有效的保证，同时科研技术人员也一定要做到对GPS技术应用﹑遥感技术应用和光电方法科技应用的进一步完善与发展，为当前在水工环境地质调查勘察工作中的有效进行，提供了有力的科技保证。

5 结语

综上所述，在矿山水工环地质测量的工作中对各个方法收集的数据进行有效细致的分类处理，就可以获取现场观测的数据，并可以达到非常精准的质量，进而减少了环境地质调查工作的任务量，从而极大提升了矿山地质调查工作的效率。所以，地质调查工作人员要积极在地质研究工作中应用GPS或RTK技术，以发挥出其功能。