礦區(qū)水文地質(zhì)勘查技術(shù)應(yīng)用分析

黃 朗

（廣東省工程勘察院，廣東 廣州 510000）

目前，采礦區(qū)的測量員經(jīng)常面臨進(jìn)行水文地質(zhì)調(diào)查的重要任務(wù)。在采礦區(qū)域，由于操作不當(dāng)經(jīng)常會(huì)遇到各種問題，例如，地下水沉降侵蝕的問題將發(fā)生在礦產(chǎn)資源的實(shí)際開發(fā)中，主要原因是間隙的不正確轉(zhuǎn)移導(dǎo)致間隙直接傳遞并積累，最終地下水受到污染[1]。因此，這對(duì)被調(diào)查技術(shù)人員的技術(shù)水平有一定的要求，不僅要進(jìn)行連續(xù)的水文監(jiān)測，還要明確掌握地下水侵蝕的變化，以提高預(yù)測和控制地下水侵蝕的準(zhǔn)確性。

1 礦區(qū)水文地質(zhì)勘查技術(shù)應(yīng)用

對(duì)于許多金屬和非金屬礦床來說，基本的物理和化學(xué)形成過程是常見的。關(guān)于礦石形成過程缺乏大量數(shù)據(jù)，包括金屬如何從烴源巖運(yùn)輸?shù)匠练e和沉積后蝕變。這些過程的建模受到礦石和脈石（廢）礦物，圍巖礦物和蝕變產(chǎn)物的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)的顯著差異的限制。除了公司擁有的專有數(shù)據(jù)外，還沒有詳細(xì)的地質(zhì)圖和地質(zhì)年代學(xué)和巖石學(xué)數(shù)據(jù)來解釋礦區(qū)內(nèi)和周圍地區(qū)以及可能有大量礦藏的邊境地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。這些數(shù)據(jù)對(duì)于了解礦石形成的地質(zhì)歷史至關(guān)重要。地質(zhì)數(shù)據(jù)庫不僅有利于采礦業(yè)，也有利于土地利用規(guī)劃者和環(huán)境科學(xué)家[2]。在許多情況下，特別是在巖石暴露的干旱環(huán)境中，詳細(xì)的地質(zhì)和蝕變測繪是發(fā)現(xiàn)主要銅和金礦床的關(guān)鍵因素。

大多數(shù)金屬礦床是通過含水流體和主巖的相互作用形成的。在通過地殼的流體流動(dòng)路徑的某一點(diǎn)，流體遇到物理或化學(xué)條件的變化，導(dǎo)致溶解的金屬沉淀。在礦床研究中，傳統(tǒng)上關(guān)注的是金屬沉積的位置，即礦床本身。然而，負(fù)責(zé)沉積的流體必須繼續(xù)通過地殼或進(jìn)入另一種介質(zhì)，如海水，以保持高流體通量[3]。在形成金屬礦床之后，通過大氣降水的氧化通常會(huì)使金屬和相關(guān)元素再活化和分散，從而產(chǎn)生用于勘探的地球化學(xué)和礦物學(xué)暈。此外，采礦過程通常會(huì)使礦石受到大氣降水的快速氧化，這會(huì)自然影響環(huán)境。因此，了解流體通過地球的運(yùn)動(dòng)，例如通過增強(qiáng)的水文模型，對(duì)于未來的礦產(chǎn)勘探以及有效關(guān)閉已完成其生命周期的礦井至關(guān)重要。確定水文條件和巖石，土壤和水中潛在有毒元素的自然發(fā)生的基線研究也變得至關(guān)重要?；€數(shù)據(jù)對(duì)于確定采礦如何改變水文和地球化學(xué)條件至關(guān)重要?；€氣候，水文和礦物學(xué)數(shù)據(jù)至關(guān)重要;例如，在干旱氣候條件下，酸性巖石排水將大大減少，因?yàn)樽匀谎趸呀?jīng)破壞了產(chǎn)生酸的硫化物礦物，或者水流量可以忽略不計(jì)。

在地質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域，對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)的更多支持，包括地質(zhì)測繪和地球化學(xué)研究，將為礦物勘探提供重要但逐步的改進(jìn)。填補(bǔ)基礎(chǔ)知識(shí)方面的空白，包括熱力學(xué)動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)和礦石系統(tǒng)的詳細(xì)四維地質(zhì)框架，不僅可以為礦物勘探和開發(fā)，而且可以為采礦和礦物加工提供益處。熱力學(xué)動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)將有助于更好地了解礦石系統(tǒng)如何隨時(shí)間演變，礦石和廢石中的礦物質(zhì)在暴露于水文后期變化后如何反應(yīng)，以及應(yīng)如何開發(fā)新的加工技術(shù)。礦石系統(tǒng)的地質(zhì)框架包括巖石類型和結(jié)構(gòu)的三維分布，例如斷層和裂縫，以及時(shí)間的第四維度-巖石和結(jié)構(gòu)如何形成。該框架對(duì)于成功的勘探，高效采礦和后來的回收非常重要。關(guān)于開發(fā)“環(huán)?！钡V床勘探模型的重點(diǎn)研究可能會(huì)在短期內(nèi)產(chǎn)生重要的結(jié)果。如工業(yè)所確定的那樣，將研究重點(diǎn)放在最重要問題上的機(jī)制將有助于將工業(yè)，政府和學(xué)術(shù)資源集中在這些問題上。關(guān)于開發(fā)“環(huán)?！钡V床勘探模型的重點(diǎn)研究可能會(huì)在短期內(nèi)產(chǎn)生重要的結(jié)果。如工業(yè)所確定的那樣，將研究重點(diǎn)放在最重要問題上的機(jī)制將有助于將工業(yè)，政府和學(xué)術(shù)資源集中在這些問題上。關(guān)于開發(fā)“環(huán)?！钡V床勘探模型的重點(diǎn)研究可能會(huì)在短期內(nèi)產(chǎn)生重要的結(jié)果。如工業(yè)所確定的那樣，將研究重點(diǎn)放在最重要問題上的機(jī)制將有助于將工業(yè)，政府和學(xué)術(shù)資源集中在這些問題上。

與傳統(tǒng)采礦相比，原地浸出具有許多環(huán)境優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗a(chǎn)生的廢料更少，并且可以減少表面干擾（沒有磨礦、尾礦，去除覆蓋層或廢石堆）。主要的環(huán)境問題是追蹤水質(zhì)。例如，在鈾的情況下，可以提高鈾及其相關(guān)放射性子產(chǎn)物的濃度，并且在某些情況下，可以提高砷和硒等潛在有毒元素的濃度。在德克薩斯州南部的幾個(gè)地方進(jìn)行了填埋工程，這些地點(diǎn)在20世紀(jì)70年代首次進(jìn)行了鈾的原位浸出。原位鈾浸出在健康和安全方面也具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)榻鲞^程選擇性地去除鈾并使大部分危險(xiǎn)的放射性子產(chǎn)物留在地面。此外，需要很少的重型機(jī)械來移除在傳統(tǒng)采礦作業(yè)中加工的大量巖石。

鈾的原位浸出通常涉及開發(fā)具有五點(diǎn)注入和生產(chǎn)井的井場，在一個(gè)廣場的角落有四個(gè)生產(chǎn)井，在中心有一個(gè)注入井。用于監(jiān)測流體流動(dòng)和密封的監(jiān)測井分布在注入井場周圍。由于礦山的開發(fā)在很大程度上取決于井場的鉆井和完井，鉆井效率的提高（更快和更便宜的鉆井）將明顯提高原地采礦的生產(chǎn)率。通過定向鉆孔，特別是當(dāng)與鉆頭上或鉆頭附近的傳感器耦合并且沿著水平段的孔的長度控制水壓時(shí)，可以將浸漬劑更直接地放置在與礦石接觸的位置（在礦體的中間）。鈾的原位浸出目前僅限于高滲透性（數(shù)百至數(shù)千毫達(dá)西）的低品位沉積物，基本上是水平砂巖。水平井完井類似于水井，在可滲透的含礦含水層中有套管穿孔。使用比鋼或不銹鋼套管便宜得多的聚氯乙烯套管，目前將經(jīng)濟(jì)鉆井的深度限制在距地面270米以內(nèi)。能夠承受更高壓力的廉價(jià)套管的開發(fā)將擴(kuò)大資源基礎(chǔ)，以包括更深處的已知沉積物。

檢測水文不均勻性的無創(chuàng)技術(shù)（不需要在地下鉆洞的技術(shù)），例如粘土透鏡是砂巖流體流動(dòng)的障礙，決定水文特性（透射率，滲透率），將大大改善水文地質(zhì)模擬和井場設(shè)計(jì)。交叉鉆孔斷層攝影術(shù)（例如，三維地震或其他類似于醫(yī)學(xué)中的磁共振成像的地球物理成像）是一種有前景的技術(shù)。提高計(jì)算速度和更大的存儲(chǔ)容量也將改善水文地質(zhì)建模。通過為主要成分開發(fā)流內(nèi)化學(xué)傳感器（利用腐蝕劑，開采的元素和環(huán)境問題的元素，如砷，硒，鉬，可以進(jìn)一步改善井場作業(yè)）。到目前為止原始地層中的原位浸出（巖石基質(zhì)在浸出之前未經(jīng)過改造）僅在高滲透性方面取得了經(jīng)濟(jì)上的成功。

2 結(jié)語

綜上所述，水文地質(zhì)調(diào)查是環(huán)境地質(zhì)調(diào)查的重要組成部分。水文地質(zhì)調(diào)查內(nèi)容豐富，技術(shù)要求高，專業(yè)性強(qiáng)，對(duì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查人員要求較高。從文中可以充分了解到，在礦區(qū)勘探水文地質(zhì)中，最終仍存在明顯的困難，這些困難主要體現(xiàn)在地質(zhì)調(diào)查，水文調(diào)查和環(huán)境地質(zhì)評(píng)價(jià)中。因此，有必要全面地了解水文地質(zhì)工作勘探中的所有重要信息，正確科學(xué)地選擇水文地質(zhì)勘探技術(shù)，建立完善的環(huán)境地質(zhì)評(píng)價(jià)體系。此外，從上述方面進(jìn)行改進(jìn)和完善，可以有效解決礦區(qū)水文地質(zhì)勘探的工作難點(diǎn)，為礦區(qū)水文地質(zhì)勘探工作的優(yōu)化和改進(jìn)奠定基礎(chǔ)。