礦山開采區污染場地水文地質勘查的技術要求及應用探討

張萌琦

（甘肅省有色地質勘查局蘭州礦產勘查院，甘肅 蘭州 730046）

礦山作業是礦產資源的主要來源，但是礦產資源開發伴隨著一定的污染，這是礦山作業的環境成本。隨著社會主義生態文明理念的提出，我國加強了礦山作業的環境資源評價和污染防治工作，要求在全面建成小康社會的決勝階段完成新一輪的規劃和部署，實現產業結構的調整、發展模式的優化同時建立起相對完善的污染防治體系，實現社會主義生態文明發展目標。水文地質勘查是環境污染治理前期工作，通過水文地質勘查能夠明確當地的水文地質情況，在利用歷史信息進行對比可以確認礦山作業對水文地質的影響，從而確認礦山作業對周圍環境的影響程度，為礦山作業污染防治工作提供指導。

1 水文地質勘查技術應用現狀

水文地質勘查技術是水文地質勘查、水資源勘查以及水資源管理等學科的統稱，屬于勘查技術的一個分支，以水文、地質、地貌為主要勘查對象。在水文地質勘查中能夠明確當地水文地質特征、地形地貌特征、地質特點等，從而為地區水文地質管理、水文地質災害防控、水文地質相關污染防控提供數據支持。

水文地質勘查在礦山作業中有著較強的應用必要，這與礦山作業工作內容和工作特點有關。礦山開采包含橫向開采和縱向開采，隨著礦山作業年限的增加，縱向開采深度逐漸增加，其對地質地貌的影響程度逐漸上升、對作業污染場地附近地下水影響程度也逐漸上升。然而地質地貌改變、地區水文特征改變是一個緩慢的、量變引起質變的過程，難以用肉眼觀測到水文地質的改變，因此需要我們用專業的技術、專業的設備對礦山作業污染場地附近水文地質進行勘查，以明確礦山作業污染場地水文地質的變化趨勢，以做好污染預警、地質災害預警，確保礦山作業的安全性和生態性。

相較于西方國家，目前我國水工環風險評估水平差距明顯，在設備豐富度和種類完善度等方面存在明顯短板，難以達到國際領先水平，水工環地質災害風險評估已經成為制約我國水工環工程長足發展的重要因素之一。在水工環地質災害危險評估過程中，勘探專業技術人員的評測結果將直接影響項目工程的整體進展，不僅需要對工程所引發的生態災害進行綜合評估，還要對工程的安全隱患做實時數據檢測，總結出危險性評估報告以應對工程災害。在工程的實際開展和建設過程中，勘探人員必須按照勘探方案的實施節點進行勘探，否則可能會擴大工程項目的生態環境影響，加大工程地質災害的風險。水工環地質勘探工作內容相對復雜，不僅涉及到水文和工程地質等理論知識，還要求勘探人員對于生態環境等因素有著整體的把握和規劃，從經濟效益和環境效益多方面入手，確保水工環地質勘探過程的順利進展。

在我國礦山污染場地水文地質勘查技術應用時間較短，整體技術水平處于較低層次，一方面是由于在過去的很長一段時間內，國內生產的注意力主要集中于產能提升，對于產業發展可能帶來的負面影響重視程度不足，因此未能認識到礦山作業潛在的水文地質污染與危害，另一方面則是水文地質勘查技術以GPS、遙感、GRS等技術為基礎，這些技術在我國生產領域應用時間較晚，水文地質勘查相關理論體系和技術體系尚不健全。此外，我國水文地質勘查學科建設起步較晚，缺少專業性的人才也是水文地質勘查難以普遍推行的重要原因。

因此，從整體上看，我國礦山污染場地水文地質勘查工作情勢并不理想，在技術上、人才上、理念上均存在局限。

2 礦山污染場地水文地質勘查技術分析

礦山污染場地水文地質勘查主要包含兩方面，即水文勘查和地質勘察。在進行勘查時需要根據礦山主要礦產資源類型以及礦山作業實際情況進行勘查。

2.1 水文勘查

礦山污染場地水文勘查主要是就礦山污染場地附近地上河流和地下水的勘查。礦山作業過程中會產生廢氣、廢渣、廢水三種工業廢物，這些工業廢物都具有潛在的水污染可能。

礦山作業中產生的廢氣會隨著空氣流動散逸，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、固體顆粒物等物質產生反應（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合后就漂浮在礦山污染場上空，當遇到冷氣流時就可能隨著雨水落下，形成酸雨、堿雨等天氣現象，而酸雨、堿雨落在地面后會與地表水混合或滲入地下水，從而形成水污染。因此在礦山污染場地水文勘查中需要對大氣中水氣含量和特點進行評估，評價酸雨、堿雨的風險，預測此類水污染情況。

礦山作業中產生的廢水可通過兩種機制對周圍水文產生影響，一種就是在未達到國家污水排放標準時排放后直接污染周圍水源，另一種就是在礦山作業時透過土壤間縫隙逐漸下滲至地下水層，對地下水造成污染。因此在對礦山污染場地水文勘查時要注意觀察和統計廢水的排放情況，根據預測排出量和實際排出量的差值來評估滲入地下水或流入地表水的廢水量，評估生產的環境成本作出合適的污染治理措施。

廢渣是礦山作業過程中不可避免的工業廢物，廢渣存在潛在的水污染風險，其可通過直接或間接接觸水源來污染水資源，在進行水文勘查時可通過評價廢渣堆放場所到水源的距離以及地表水、地下水流向來評估廢渣對水資源的污染風險。

同時礦山污染場所水文勘查可直接對當地水源、水流、降水等進行檢驗和評價，以礦山作業年限為自變量，對水文特征變化趨勢進行分析以明確礦山作業對水文的影響并制定相應的污染防控方案。圖1為某礦區污染圖。

圖1 某礦區污染圖

2.2 地質勘查

地質勘察主要包含三方面，分別為礦山污染場地附近地質構造勘查、礦山污染場地地形地貌勘查以及礦山污染場地附近地質地貌變化趨勢評估。

地質構造勘查需要以GPS、遙感技術、GRS等技術為基礎，通過大范圍勘查地形地貌來確定礦山污染場地所處地質構造，然后遵循力學方法對礦山作業中在地質層面產生的張力進行評估，評價張力傳播方向并預測其可能對地質構造發展造成的影響以及潛在的地質災害風險，尤其是要做好構造型地質災害的預警工作。

礦山作業過程中不可避免地會對地貌產生影響，比如露天礦脈隨著開采年限的增加很容易形成小盆地、小山地等地形地貌，在地質條件較脆弱的地區（如云貴川地區），地貌改變會引起地表水文變化、地表應力變化等，極容易誘發脆弱地貌的災害，如溶洞塌陷、山體滑坡、塌方等災害。地貌勘查主要是結合區域氣候、天氣、氣壓帶、風帶等地理信息進行評價，通過對比礦山作業過程中地貌變化來明確礦山作業對地貌的影響，然后在結合地理信息對各類災害風險進行評估并建立相應的災害預警機制。

地質地貌變化不僅僅與礦山作業有關，即使無礦山作業地質地貌也會緩慢地改變，礦山作業只是加速了這一變化過程。地質地貌勘查是基于地質特征和地貌特點的綜合性評估，是對礦山污染場地附近下墊面進行的整體評價，這個評價應當包含地質信息、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價。

3 礦山污染場地水文地質勘查技術的應用

3.1 污染勘查和防控

在礦山污染場地的水文地質勘查中，我們需要先對礦山進行勘查，根據主要礦產對可能存在的污染物、污染形勢和污染源進行評價，收集相關信息后全面評價礦山污染場地的污染風險。

然后，我們需要對可能存在污染的部位進行采方取樣，包含水資源樣本和土壤資源樣本，通過實驗室化驗找到污染最嚴重、較嚴重、無污染點位在礦山污染場地附近的分布情況并評價其是否符合水文地質勘查一般規律，若發現異常數據則提示存在未察覺要素對污染結果產生影響，要對該要素進行篩查。

對勘查結果進行最終匯總和分析，在污染最嚴重的地區建立監測井進行深度勘查，以確保結果的準確性。最后以水文地質勘查結果和礦山作業實況制定相應的污染防控方案，從技術層面解決礦山作業污染問題。圖2為某金屬礦山土壤現場取樣情況。

圖2 土壤現場取樣圖

3.2 災害勘查和防控

礦山作業很容易對地質構造和地貌產生不可逆影響，我國許多構造性地質災害均與礦山作業有關，比如隨著礦井寬度、深度、廣度的增加，地下支撐強度降低，當應力超過限度時就會發生陷落、塌方、地震等地質災害。因此相較于污染防控，地質災害預警更加重要。

3.3 水文地質檢測技術要點

水文地質是自然生態中水資源的變化規律總結，水文地質在工程項目開發與建設、礦資源開發等方面意義深遠。水文地質勘察是水工環地質災害檢測的重要環節，借助此環節可以科學有效地檢測水工項目對周圍土壤、山體和地下水的污染程度和影響范圍，從而及時地采取預先舉措，降低工程項目所引發的生態破壞和環境影響。在進行水文地質勘測過程中，要根據水文地質勘探程度的不同，采取適應的水文地質監測點，以此來確保水文地質勘察工作的順利開展和有序進行。如果是針對已被污染的環境場地，針對統一范圍內的水文地質勘探，應該確保勘察點位數量在三個及以上，并采用分布式的監測點排列方式，確保能夠更加真實和客觀的反映水文污染情況。除此之外，針對監測井還需要規劃出合理點位，避免無效規劃而造成的監測井資源浪費的現象產生，確保對水文地質上中下游地理位置設置相應數量的監測井。在布置監測井時，要根據水文地質的實際地理環境和勘察目標來進行對應調整，一般來說監測井深度設置于含水層較為合適。

3.4 水文地質采樣分析

在進行水工環地質勘測的實際過程中，經常會涉及到土壤和周邊水文樣品的收集和采樣。水文地質采樣分析需要嚴格按照國家的統一規劃和行業要求，并嚴格遵守勘測相關法律法規來執行，針對不同地質類型和水污染源選擇不同的采樣儀器。在進行土壤采樣分析方面，一般常見的有沖擊式、螺旋式以及手工鉆機等設備，針對特殊的地形也會采用爆破和坑采技術。此外，對于地下水文樣品采集，也有著嚴格的國家規范和配套儀器規定。

總而言之，對礦山作業前后地質、地貌變化情況進行系統梳理，明確隨著礦山作業年限增加當地地質地貌的變化趨勢，評估可能存在的構造性地質災害風險并建立相應的預警機制。

然后，對礦山污染場地附近地貌進行全面檢查，尤其是要對地表水土保持情況、山體結構、植被覆蓋情況等進行評價，預測山體相關災害發生風險，及時查漏補缺并做好災害預警。

最后，通過評估地區整體地質地貌，提前作出相應調整，以預防突發情況引起的地質災害。如在上游修建水庫、人工加固山體、提前挖掘泄洪渠等，以期在災害發生后能夠降低損失。