地質(zhì)災(zāi)害治理中水工環(huán)勘查技術(shù)要點(diǎn)分析

梁小濤

（甘肅省地礦局第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 酒泉 735000）

0 前言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的礦產(chǎn)資源逐漸被發(fā)掘，出現(xiàn)礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害問題的頻率也越來越高[1-2]。水工環(huán)地質(zhì)是針對(duì)特定地區(qū)的水文地質(zhì)、工程地質(zhì)以及環(huán)境地質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)查和收集，并對(duì)收集的信息進(jìn)行整理和分析的一種方法[3]。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，許多新技術(shù)、新產(chǎn)品在水工環(huán)地質(zhì)勘查工作中廣泛應(yīng)用，不僅有助于行業(yè)技術(shù)革新，而且促進(jìn)了我國礦山地質(zhì)災(zāi)害防治工作的發(fā)展[4]。許多專家針對(duì)水工環(huán)地質(zhì)勘查在地質(zhì)災(zāi)害防治中的應(yīng)用進(jìn)行研究，徐罡、郝才剛等[2，5]分別研究水工環(huán)地質(zhì)在地質(zhì)災(zāi)害防治工作中的應(yīng)用；雷鵬、張瑞鵬、王海寧等[6-8]分別對(duì)礦山水工環(huán)地質(zhì)進(jìn)行研究；張玉有、王小龍等[9]分別研究了水工環(huán)地質(zhì)工作中的新技術(shù)。

該文以實(shí)際工程為研究對(duì)象，針對(duì)現(xiàn)階段水工環(huán)地質(zhì)勘查行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，深入分析水工環(huán)地質(zhì)勘查在地質(zhì)災(zāi)害治理工程中的應(yīng)用，明確水工環(huán)地質(zhì)勘查在地質(zhì)災(zāi)害治理尤其礦山治理工作中的重要性，為今后礦山地質(zhì)災(zāi)害治理中水工環(huán)勘查相關(guān)工作提供依據(jù)。

1 工程簡介

某礦區(qū)為石料礦山，主要生產(chǎn)建筑石料，料場(chǎng)整體面積約0.18 km2，開采高度約80 m，礦區(qū)保有資源儲(chǔ)量（122b）約380 萬m3，該礦山經(jīng)多年開采作業(yè)后留存多個(gè)開采平臺(tái)。礦山整體采用露天開采的方式，自上而下分臺(tái)階、挖掘機(jī)挖掘鏟裝、汽車運(yùn)輸?shù)牟傻V工藝。

2 水工環(huán)地質(zhì)勘查

2.1 水工環(huán)地質(zhì)勘查技術(shù)要點(diǎn)分析

該項(xiàng)目所采用的水工環(huán)地質(zhì)勘查技術(shù)包括GPS 技術(shù)、地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)、瞬變電磁法，地質(zhì)鉆探和室內(nèi)試驗(yàn)等技術(shù)。部分勘查技術(shù)的要點(diǎn)及機(jī)理如下。

2.1.1 GPS 技術(shù)

GPS 技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)地面勘查方式的優(yōu)化創(chuàng)新，能夠提高水工環(huán)地質(zhì)勘查準(zhǔn)確性，具有便捷高效的特點(diǎn)，是當(dāng)前我國水工環(huán)地質(zhì)勘查工作中較為常用的手段。GPS 技術(shù)是通過衛(wèi)星和地面系統(tǒng)對(duì)無線電信號(hào)進(jìn)行處理，根據(jù)無線電測(cè)距交匯原理對(duì)勘查對(duì)象及細(xì)節(jié)進(jìn)行有效定位。由于其具有準(zhǔn)確、高效的特點(diǎn)，能夠?yàn)樗きh(huán)地質(zhì)勘查工作提供詳細(xì)且全面的資料，在地質(zhì)災(zāi)害治理中具有極強(qiáng)的價(jià)值。

2.1.2 地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)

地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)主要用于短距離探測(cè)，具有較好的準(zhǔn)確性和分辨率。地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)是通過電磁波在地下傳播時(shí)遇到障礙物會(huì)折返的特性，對(duì)勘察范圍內(nèi)地下結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和鑒別。地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)具有較好的自動(dòng)化性能，能夠保證勘察數(shù)據(jù)和結(jié)果的準(zhǔn)確性，使操作更方便。

2.1.3 瞬變電磁法

瞬變電磁法是一種新型勘查技術(shù)，在許多工程中得到廣泛應(yīng)用。瞬變電磁法主要使用電磁設(shè)備將脈沖電磁波向下傳播，對(duì)二次渦流場(chǎng)變化情況進(jìn)行分析，了解勘察區(qū)域的地下結(jié)構(gòu)，尤其是在地質(zhì)體中可能存在隱患威脅的情況下。

2.2 水工環(huán)地質(zhì)勘查結(jié)果分析

2.2.1 地層巖性與地質(zhì)構(gòu)造

礦區(qū)所在地層主要包括上侏羅統(tǒng)高塢組（J3g）和第四系（Q）。其中，上侏羅統(tǒng)高塢組（J3g）分布全礦區(qū)及外圍，巖性為灰紫色流紋質(zhì)晶屑玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r，上部風(fēng)化厚度1.0 m～5.5 m，巖層出露厚度大于60 m。第四系（Q）分布礦區(qū)未剝離山體表部和礦區(qū)南東側(cè)及北西側(cè)平原區(qū)，其中南東側(cè)及北西側(cè)平原區(qū)主要是由海積灰色淤泥粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土等組成的，流塑—軟塑狀；丘陵山體表部及山麓、溝谷部位，主要為殘坡積、坡積含碎石粉質(zhì)黏土，灰黃色，硬塑，碎石含量為5%～20%。

礦區(qū)總體呈近北東走向，礦區(qū)所在山體自然斜坡一般在10°～30°，坡面較平順，表部灌木覆蓋，露頭較少。山體巖性主要為晶屑玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r。礦區(qū)內(nèi)未見斷層，僅見三組節(jié)理，具體特征見表1。從表1 中可以明顯看出該礦區(qū)范圍內(nèi)節(jié)理等結(jié)構(gòu)面對(duì)礦體破壞的影響較小，整體較為完整。

表1 節(jié)理發(fā)育情況統(tǒng)計(jì)表

2.2.2 水文地質(zhì)條件

區(qū)內(nèi)無地表水體，地勢(shì)北西高，南東低。地下水主要有松散巖類孔隙潛水、基巖裂隙水2 種類型。區(qū)內(nèi)松散巖類厚為0.20 m～2.40 m，巖性為含碎石粉質(zhì)黏土，透水性、富水性差，水量貧乏。雖然節(jié)理較發(fā)育，但是部分節(jié)理面微波狀、微張，水的連通性一般。巖石風(fēng)化層厚度為2.0～6.0 m。經(jīng)過這次調(diào)查，坡腳未見泉水出露，說明地下水向下滲透的路徑短，逕流量較小，因此，基巖裂隙水也貧乏。地下水主要是由大氣降雨補(bǔ)給的，沿基巖裂隙向低處逕流，在低處滲出排泄。

2.2.3 工程地質(zhì)條件

區(qū)內(nèi)松散巖類厚0.2 m～2.4 m，巖性為含碎石粉質(zhì)黏土，硬塑和密實(shí)狀態(tài)；開采的流紋質(zhì)晶屑玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r，屬于堅(jiān)硬巖類。礦區(qū)內(nèi)未見斷層，僅3 組節(jié)理，節(jié)理面微波狀或平直，微張或閉合，間距0.2 m～1.0 m，礦體總體較完整。最終邊坡總體走向130°，傾向南西，邊坡最大高差約79.8 m。產(chǎn)狀335°∠75°及260°∠68°兩組節(jié)理與終了邊坡呈大角度相交；產(chǎn)狀40°∠52°節(jié)理與終了邊坡走向相同，傾向相反。組合關(guān)系對(duì)邊坡的穩(wěn)定性影響小。同樣，今后礦山開采自南西向北東推進(jìn)，節(jié)理與開采邊坡呈大角度相交和反傾，組合關(guān)系對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響小。

2.2.4 環(huán)境地質(zhì)條件

礦山周邊人類活動(dòng)主要為露天采礦、農(nóng)作物耕種等，對(duì)山體進(jìn)行開采，地形破壞活動(dòng)較強(qiáng)烈，原有林地因礦山開采而逐步消失。因此，礦山周邊除露天采礦破壞地質(zhì)環(huán)境強(qiáng)烈外，其余人類活動(dòng)對(duì)地質(zhì)環(huán)境影響較輕。

礦山已開采多年，在南側(cè)已形成有高差8～15 m 臺(tái)階狀人工邊坡，礦區(qū)內(nèi)西南側(cè)山體已揭露，植被破壞巖土裸露，侵蝕作用、沖刷作用和水土流水較強(qiáng)。礦區(qū)的土壤由酸性巖風(fēng)化形成，色棕褐黃，屬粉黏土。黃壤土為當(dāng)?shù)刂饕鲗?，質(zhì)地黏重，有機(jī)含量為0.3%～2.0%，偏酸性，pH 為4.5～6.0。

3 礦山地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀分析

對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀的分析和評(píng)估是地質(zhì)災(zāi)害治理工程水工環(huán)地質(zhì)勘查工作中十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。礦山地質(zhì)環(huán)境影響評(píng)估能夠?yàn)楹罄m(xù)治理方案的設(shè)計(jì)提供重要依據(jù)，礦山地質(zhì)環(huán)境影響評(píng)估分析流程如圖1 所示。

圖1 礦山地質(zhì)環(huán)境影響評(píng)估流程

3.1 地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀評(píng)估

礦山開采過程中形成了許多裸漏邊坡，根據(jù)地形條件及邊坡特征和分布位置，現(xiàn)將其分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3 個(gè)部分。Ⅰ段邊坡位于礦山北西側(cè)，坡長約170m，坡高5～12m；Ⅱ段位于礦山北東側(cè)，傾向北西，坡長約95m，坡高5～56m；Ⅲ段位于礦山東南側(cè)，傾向北西坡長約240m，坡高5～35m，坡上存在多個(gè)臺(tái)階。三處邊坡巖性均為晶屑玻屑熔結(jié)凝灰，屬巖質(zhì)邊坡，頂部為殘坡積層含碎石粉質(zhì)黏土，厚度約1.1m，其下為強(qiáng)～中風(fēng)化晶屑玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r，其中強(qiáng)風(fēng)化層厚約2～6m。

三處邊坡節(jié)理發(fā)育情況如圖2～圖4 所示，其中Ⅰ段節(jié)理發(fā)育情況如圖2 所示，Ⅰ段中節(jié)理與邊坡直交或反傾，節(jié)理交線位于不穩(wěn)定區(qū)域之外；Ⅱ段節(jié)理發(fā)育情況如圖3 所示，Ⅱ段節(jié)理與邊坡直交或反傾，節(jié)理交線位于不穩(wěn)定區(qū)域之外；Ⅲ段節(jié)理發(fā)育情況如圖4 所示，Ⅲ段第1 組節(jié)理與邊坡基本同走向，但節(jié)理傾角緩于邊坡傾角，節(jié)理對(duì)該段邊坡穩(wěn)定性影響不大，其他節(jié)理直交或斜交。第2 組節(jié)理與第3 組節(jié)理交線位于不穩(wěn)定區(qū)域，存在碶形體破壞，節(jié)理規(guī)模不大的問題；其他節(jié)理交線位于不穩(wěn)定區(qū)域之外。除此之外，在礦山開采過程中采用爆破方式，現(xiàn)狀邊坡上爆破裂隙較發(fā)育，同時(shí)受風(fēng)化影響，邊坡巖體存在較多的危石、險(xiǎn)石，邊坡存在崩塌等地質(zhì)災(zāi)害。礦山整體3 段邊坡均存在該問題。

圖2 Ⅰ段赤平投影圖

圖3 Ⅱ段赤平投影圖

圖4 Ⅲ段赤平投影圖

3.2 地下水含水層現(xiàn)狀分析

礦區(qū)地下水含水層主要為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水，松散巖類孔隙水分布不均勻，含水量少，富水性貧乏；巖體節(jié)理裂隙不發(fā)育，基巖裂隙水主要賦存于地表局部風(fēng)化裂隙帶或節(jié)理密集帶、構(gòu)造破碎帶內(nèi)，風(fēng)化裂隙和節(jié)理密集帶、構(gòu)造破碎帶連續(xù)性差，延伸不長，深部節(jié)理裂隙多呈閉合狀，因此基巖裂隙水無統(tǒng)一地下水位；礦山含水層破壞小，礦區(qū)及周邊主要含水層水位受采礦活動(dòng)影響小。礦山所采礦石不含重金屬離子，對(duì)水資源無有害物質(zhì)，未影響礦區(qū)及周圍生產(chǎn)、生活供水。礦山開采對(duì)地下水水資源影響程度一般。

3.3 原生地貌現(xiàn)狀分析

該礦區(qū)采用露天開采的方式進(jìn)行石料開采工作，礦區(qū)范圍內(nèi)雖然沒有重要建筑設(shè)施、集中村莊、自然保護(hù)區(qū)、旅游景點(diǎn)以及重要水源地，但是露天開采的方式對(duì)原生的地形地貌景觀破壞程度較嚴(yán)重。此外，礦區(qū)內(nèi)主要為規(guī)劃林地，開展采礦作業(yè)使礦區(qū)中部形成一個(gè)“U”形邊坡及面積較大的底盤，破壞土地面積較大，因此土地資源破壞程度較高。

4 結(jié)論

該文對(duì)水工環(huán)勘查技術(shù)要點(diǎn)和其在礦山地質(zhì)災(zāi)害治理中的應(yīng)用情況進(jìn)行分析，得到以下2 個(gè)結(jié)論：1）對(duì)水工環(huán)地質(zhì)勘查技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行深入分析，并對(duì)實(shí)際礦山地質(zhì)災(zāi)害治理工程中水工環(huán)勘查結(jié)果進(jìn)行分析，總結(jié)了水工環(huán)地質(zhì)勘查技術(shù)要點(diǎn)。2）基于水工環(huán)地質(zhì)勘查的結(jié)果，對(duì)實(shí)際工程中礦山地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)估，為后續(xù)礦山地質(zhì)災(zāi)害治理工作提供重要依據(jù)。