一種地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)的方法，屬于地質(zhì)力學(xué)和環(huán)境地學(xué)專業(yè)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]礦產(chǎn)資源是人類賴以生存和社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，我國(guó)的礦產(chǎn)資源較豐富。然而，長(zhǎng)期大規(guī)模的礦產(chǎn)資源開發(fā)活動(dòng)在保障國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要和創(chuàng)造巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，引發(fā)的礦山地質(zhì)環(huán)境問題也十分突出，大氣、水、土的污染，采空區(qū)的地面塌陷，山體開裂、崩塌、滑坡、泥石流，侵占和破壞土地、水土流失、土地沙化、巖溶塌陷、礦震、尾礦庫(kù)潰壩、水均衡遭受破壞、海水入侵等礦山地質(zhì)環(huán)境問題不僅給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)巨大損失，同時(shí)，也威脅著國(guó)民生活安全。由于礦業(yè)活動(dòng)都有特定的壽命期，礦業(yè)活動(dòng)結(jié)束后恢復(fù)環(huán)境的任務(wù)十分繁重。此外，礦山環(huán)境受地質(zhì)構(gòu)造條件和礦床產(chǎn)出位置的嚴(yán)格限制，不能提前預(yù)測(cè)和選擇自身所處的環(huán)境背景。因此，礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)與修復(fù)問題一直受到國(guó)際、國(guó)內(nèi)社會(huì)的廣泛關(guān)注和重視，也是環(huán)境地學(xué)研究領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)熱點(diǎn)問題。
[0003]其中，煤礦采空塌陷是礦山地質(zhì)環(huán)境問題之一，其產(chǎn)生的原因是由于地下開采造成地表的塌陷及伴隨而發(fā)生的地表水、淺層地下水的漏失現(xiàn)象。埋藏于地下的各種大小礦體被采動(dòng)、掘空后，礦體上部覆巖的力學(xué)平衡就會(huì)被打破。塌陷區(qū)不僅會(huì)導(dǎo)致地下水枯竭，耕地破壞，生態(tài)環(huán)境惡化，還會(huì)使當(dāng)?shù)胤课菔軗p，道路地裂變形，高速公路、鐵路、機(jī)場(chǎng)等重大工程以及城市建筑因處理采空塌陷而增加建設(shè)難度和費(fèi)用。
[0004]現(xiàn)有針對(duì)采空塌陷的監(jiān)測(cè)方法主要是以形變監(jiān)測(cè)手段為主，由于觀測(cè)成本較高、臺(tái)站分布和觀測(cè)周期受到人力、財(cái)力和氣候環(huán)境等因素的限制，對(duì)采空區(qū)大面積長(zhǎng)期形變監(jiān)測(cè)略顯不足。此外，也有一些以InSAR技術(shù)為監(jiān)測(cè)方法，但數(shù)據(jù)時(shí)效性、準(zhǔn)確性保障上還有欠缺。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于解決上述問題，提供一種更加實(shí)用、更加具有說(shuō)服力的地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)方法，該方法支持實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地下巖體的微變形，并施以水土環(huán)境監(jiān)測(cè)的方法優(yōu)化針對(duì)采空塌陷的這一地質(zhì)環(huán)境問題的監(jiān)測(cè)，提升監(jiān)測(cè)工作的科學(xué)性，也提高了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和超前性。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]本發(fā)明的地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)方法包括以下步驟:
[0008]步驟1、監(jiān)測(cè)準(zhǔn)備
[0009]I)確定監(jiān)測(cè)區(qū)域，獲得所述監(jiān)測(cè)區(qū)域在地圖上的空間范圍；
[0010]2)準(zhǔn)備數(shù)據(jù)采集設(shè)備和分析設(shè)備，所述的采集設(shè)備包括微震監(jiān)測(cè)采集設(shè)備、水樣采集設(shè)備和土樣采集設(shè)備；所述的分析設(shè)備包括工作站計(jì)算機(jī)和PC計(jì)算機(jī)，工作站計(jì)算機(jī)安裝有微震信號(hào)處理軟件和微震數(shù)據(jù)分析解釋軟件；PC計(jì)算機(jī)安裝有ArcGIS地理信息系統(tǒng)軟件；微震監(jiān)測(cè)采集設(shè)備將采集的數(shù)據(jù)輸入到工作站計(jì)算機(jī)；
[0011]步驟2、數(shù)據(jù)采集
[0012]I)通過土樣采集設(shè)備，根據(jù)《多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范DD2005-01》的要求，分別采集監(jiān)測(cè)區(qū)域的淺層土樣和深部土樣，淺層土樣采集深度為0-20cm，深部土樣采集深度為0-200cm;對(duì)土樣進(jìn)行化學(xué)元素分析，例如，分析的化學(xué)元素包括鉛、汞、銅、砷、鎘、六價(jià)鉻，特別是化學(xué)性質(zhì)、含量、濃度、PH值的分析；
[0013]2)通過水樣采集設(shè)備，根據(jù)《多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范DD2005-01》的要求，分別采集監(jiān)測(cè)區(qū)域的地表水樣和地下水樣；特別是地表徑流、天然地下泉水；對(duì)水樣進(jìn)行化學(xué)元素分析，例如，分析的化學(xué)元素包括溶解氧、銅、鋅、砸、砷、汞、鎘、鉛、氯化物、硫酸鹽、碳酸鹽，特別是化學(xué)性質(zhì)、含量、濃度、PH值的分析；
[0014]3)通過微震監(jiān)測(cè)采集設(shè)備采集微震數(shù)據(jù)，所述的微震數(shù)據(jù)包括巖體在微震事件過程中的位置、巖體釋放的能量、巖體的非彈性變形以及巖體的非彈性尺度；將所述的微震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)輸入給工作站計(jì)算機(jī)，并通過微震信號(hào)處理軟件和微震數(shù)據(jù)分析解釋軟件進(jìn)行處理；
[0015]步驟3、數(shù)據(jù)分析
[0016]對(duì)土樣化學(xué)元素分析的結(jié)果，采用污染負(fù)荷指數(shù)法，計(jì)算得出每個(gè)采樣點(diǎn)的污染負(fù)荷指數(shù)值，并將計(jì)算結(jié)果輸入到PC計(jì)算機(jī)的ArcGIS軟件中，使用ArcGIS軟件的地統(tǒng)計(jì)分析工具模塊(Geostatistical Analyst)中的反距離加權(quán)插值工具，將每個(gè)點(diǎn)的污染負(fù)荷指數(shù)值轉(zhuǎn)換為監(jiān)測(cè)區(qū)域的土壤環(huán)境分析值；最后在ArcGIS軟件中通過空間分析工具模塊(Spatial Analyst)中的空間提取工具得到污染程度在“中污染”以上程度的區(qū)域；
[0017]對(duì)水樣化學(xué)元素分析的結(jié)果，采用水質(zhì)指數(shù)法，對(duì)該地區(qū)的水質(zhì)類別進(jìn)行分級(jí)，并將分級(jí)結(jié)果輸入到PC計(jì)算機(jī)的ArcGIS軟件中，采用GIS的插值方法將每個(gè)水樣采樣點(diǎn)的水質(zhì)指數(shù)值轉(zhuǎn)換為監(jiān)測(cè)區(qū)域的水質(zhì)環(huán)境分析值，通過ArcGIS軟件的空間提取工具得到水質(zhì)評(píng)級(jí)較差以下的區(qū)域；
[0018]通過微震數(shù)據(jù)分析解釋軟件得到微震監(jiān)測(cè)設(shè)備覆蓋區(qū)域內(nèi)具有威脅的影響區(qū)域，并將這一結(jié)果輸入到PC計(jì)算機(jī)的ArcGIS軟件中；
[0019]步驟4、得到分析結(jié)果:
[0020]在ArcGIS軟件中，使用空間疊加分析工具(Intersect)，將污染程度在“中污染”以上程度的區(qū)域、水質(zhì)評(píng)級(jí)較差以下的區(qū)域、具有威脅的影響區(qū)域的空間數(shù)據(jù)，在所述監(jiān)測(cè)區(qū)域的空間范圍中進(jìn)行空間疊加計(jì)算，得出針對(duì)煤礦開采地區(qū)的礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)的目標(biāo)區(qū)域。
[0021]這種針對(duì)煤礦開采地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的裝置包括:1)在待監(jiān)測(cè)的礦山周圍布置高精度微震監(jiān)測(cè)站，建立地下巖體穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；2)結(jié)合數(shù)據(jù)處理、分析、解釋、可視化軟件，三維顯示目標(biāo)區(qū)域整體巖體裂隙時(shí)空演化全過程；3)運(yùn)用定量微震學(xué)方法，針對(duì)目標(biāo)區(qū)域的礦山地質(zhì)生產(chǎn)條件，初步建立起穩(wěn)定性預(yù)報(bào)準(zhǔn)則；4)基于土壤地球化學(xué)和水地球化學(xué)監(jiān)測(cè)方法與理論，采集監(jiān)測(cè)區(qū)域的淺層土樣、深部土樣、地表水樣和地下水樣等樣品，進(jìn)行化驗(yàn)檢測(cè)，監(jiān)測(cè)目標(biāo)區(qū)域的水、土環(huán)境；5)結(jié)合巖體活動(dòng)的微震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與水土環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，最終確定針對(duì)煤礦開采地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)的目標(biāo)區(qū)域，對(duì)其進(jìn)行長(zhǎng)期的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。
[0022]本發(fā)明建立了更加符合實(shí)際的監(jiān)測(cè)方法，納入了地球物理監(jiān)測(cè)和地球化學(xué)監(jiān)測(cè)等手段，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)信息采集方式的不足，豐富了地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)的方法，更加準(zhǔn)確的反應(yīng)實(shí)際情況，確保了地災(zāi)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)收集的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和可靠性。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本發(fā)明的裝置的微震監(jiān)測(cè)站的總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為本發(fā)明的裝置的微震監(jiān)測(cè)站的鉆孔建設(shè)施工實(shí)施例的示意圖；
[0025]圖3為本發(fā)明的裝置的微震監(jiān)測(cè)站的孔口混凝土平臺(tái)施工實(shí)施例的示意圖；
[0026]圖4為本發(fā)明的裝置的微震監(jiān)測(cè)站的傳感器安裝實(shí)施例的示意圖；
[0027]圖5為本發(fā)明的裝置的樣本數(shù)據(jù)采集實(shí)施例的示意圖；
[0028]圖6為本發(fā)明的方法的總體流程圖；
[0029]其中:1_工作站計(jì)算機(jī)，2-微震監(jiān)測(cè)采集設(shè)備，3-分析設(shè)備，4-微震監(jiān)測(cè)傳感器(微震檢波器)，5-鍍鋅鋼管，6-地心垂線，7-鉆孔中心線，8-巖層，9-基座，10-電纜，11-水泥漿。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面通過附圖和實(shí)例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。提供一種地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟:
[0031]步驟1、監(jiān)測(cè)準(zhǔn)備
[0032]I)確定監(jiān)測(cè)區(qū)域，獲得所述監(jiān)測(cè)區(qū)域在地圖上的空間范圍；
[0033]2)準(zhǔn)備數(shù)據(jù)采集設(shè)備和分析設(shè)備，所述的采集設(shè)備包括微震監(jiān)測(cè)采集設(shè)備、水樣采集設(shè)備和土樣采集設(shè)備；所述的分析設(shè)備包括工作站計(jì)算機(jī)和PC計(jì)算機(jī)，工作站計(jì)算機(jī)安裝有微震信號(hào)處理軟件和微震數(shù)據(jù)分析解釋軟件；PC計(jì)算機(jī)安裝有ArcGIS地理信息系統(tǒng)軟件；微震監(jiān)測(cè)采集設(shè)備將采集的數(shù)據(jù)輸入到工作站計(jì)算機(jī)；
[0034]步驟2、數(shù)據(jù)采集
[0035]I)通過土樣采集設(shè)備，根據(jù)《多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范DD2005-01》的要求，分別采集監(jiān)測(cè)區(qū)域的淺層土樣和深部土樣，淺層土樣采集深度為0-20cm，深部土樣采集深度為0-200cm;之后對(duì)土樣進(jìn)行化學(xué)元素分析，例如，分析的化學(xué)元素包括鉛、汞、銅、砷、鎘、六價(jià)鉻；
[0036]2)通過水樣采集設(shè)備，根據(jù)《多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范DD2005-01》的要求，分別采集監(jiān)測(cè)區(qū)域的地表水樣和地下水樣；特別是地表徑流、天然地下泉水；之后對(duì)水樣進(jìn)行化學(xué)元素分析，例如，分析的化學(xué)元素包括溶解氧、銅、鋅、砸、砷、汞、鎘、鉛、氯化物、
硫酸鹽、碳酸鹽；
[0037]3)通過微震監(jiān)測(cè)采集設(shè)備采集微震數(shù)據(jù)(例如，所述的微震數(shù)據(jù)包括巖體在微震事件過程中的位置、巖體釋放的能量、巖體的非彈性變形以及巖體的非彈性尺度)；將所述的微震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)輸入給工作站計(jì)算機(jī)，并通過微震信號(hào)處理軟件和微震數(shù)據(jù)分析解釋軟件進(jìn)行處理；步驟3、數(shù)據(jù)分析
[0038]對(duì)土樣化學(xué)元素分析的結(jié)果，采用污染負(fù)荷指數(shù)法，計(jì)算得出每個(gè)采樣點(diǎn)的污染負(fù)荷指數(shù)值，并將計(jì)算結(jié)果輸入到PC計(jì)算機(jī)的ArcGIS軟件中，使用ArcGIS軟件的地統(tǒng)計(jì)分析工具模塊(Geostatistical Analyst)中的反距離加權(quán)插值工具，將每個(gè)點(diǎn)的污染負(fù)荷指數(shù)值轉(zhuǎn)換為監(jiān)測(cè)區(qū)域的土壤環(huán)境分析值；最后在ArcGIS軟件中通過空間分析工具模塊(Spatial Analyst)中的空間提取工具得到污染程度在“中污染”以上程度的區(qū)域；
[0039]對(duì)水樣化學(xué)元素分析的結(jié)果，采用水質(zhì)指數(shù)法，對(duì)該地區(qū)的水質(zhì)類別進(jìn)行分級(jí)，并將分級(jí)結(jié)果輸入到PC計(jì)算機(jī)的ArcGIS軟件中，采用GIS的插值方法將每個(gè)水樣采樣點(diǎn)的水質(zhì)指數(shù)值轉(zhuǎn)換為監(jiān)測(cè)區(qū)域的水質(zhì)環(huán)境分析值，通過ArcGIS軟件的空間提取工具得到水質(zhì)評(píng)級(jí)較差以下的區(qū)域；
[0040]通過微震數(shù)據(jù)分析解釋軟件得到微震監(jiān)測(cè)設(shè)備覆蓋區(qū)域內(nèi)具有威脅的影響區(qū)域，并將這一結(jié)果輸入到PC計(jì)算機(jī)的ArcGIS軟件中；
[0041]步驟4、獲得結(jié)果:
[0042]在ArcGIS軟件中，使用空間疊加分析工具(Intersect)，將污染程度在“中污染”以上程度的區(qū)域、水質(zhì)評(píng)級(jí)較差以下的區(qū)域、具有威脅的影響區(qū)域的空間數(shù)據(jù)，在所述監(jiān)測(cè)區(qū)域的空間范圍中進(jìn)行空間疊加計(jì)算，得出針對(duì)煤礦開采地區(qū)的礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)的目標(biāo)區(qū)域。
[0043]進(jìn)一步:微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括微震監(jiān)測(cè)傳感器(三分量檢波器)、數(shù)據(jù)采集儀、GPS時(shí)鐘單