地下水动态监测技术在地质找矿中的应用探讨

张建珍， 程紫华

（1.河北省区域地质矿产调查研究所， 河北　廊坊　065000； 2.华北理工大学矿业工程学院，河北　唐山　063009）

行业纵横

地下水动态监测技术在地质找矿中的应用探讨

张建珍1， 程紫华2

（1.河北省区域地质矿产调查研究所， 河北廊坊065000； 2.华北理工大学矿业工程学院，河北唐山063009）

在搜集关于地下水动态监测技术、手段和矿山地质找矿等多方面的资料的基础上，分析动态监测技术研究现状及应用领域，指出今后地下水动态监测手段在矿山地质找矿中应用的主要发展方向。认为：地下水动态监测技术的研究主要集中在地下水动态分类和预报两方面，运用领域较广；地下水动态的自动化监测、智能化预报将是地下水动态监测的一大趋势；在地下水动态监测理论方面，确定性和不确定性结合的智能模型将是地下水动态预测模型研究的重点；在矿山地质找矿方面，地下水水纹地质现象对水纹地质工作和矿产的勘探具有一定的指导意义。

地下水动态监测水资源矿山开采地质找矿

地下水动态监测技术是获取地下水资源变化特征的重要手段，并能够为地下水的开发、利用和管理提供相应的基础信息和指导依据，国内外对地下水动态监测技术的研究开展于20世纪70年代末80年代初，研究主要集中在地下水动态的预测和分类上，虽然地下水动态研究目前还处于很不完善的阶段，但经过多年的发展研究，地下水动态监测技术运用领域在地下水资源利用、开发、管理、地震、矿山安全生产、预报涌水量、地质找矿等方面都有长足的进展。而且周进生等人利用地下水失衡在陕北煤炭矿产开发利用方面取得了成功，开启了利用地下水动态监测手段研究矿山地质找矿，并通过搜集资料对地下水动态监测技术在矿山地质找矿中的应用进行了前景展望和预测。

1　动态监测技术研究现状及应用领域

地下水动态是一个非常复杂的自然过程，是多种输入（天然的或人工的）对地下水系统激励后的综合响应[1]。国内外对于地下水的动态的研究多趋向于地下水的动态的预报和分类上。国外研究地下水动态起步较早，自1978年HodgsonFrankD.I提出地下水动态的预报的多元线性回归模型后，不同学者相继提出相应的数学模型对地下水动态进行了预报。国内对地下水动态的预报可追溯到20世纪80年代初，预测方法大体有回归分析与相关分析、时间序列分析、系统理论及地质统计等。地下水动态分类的研究大多处于定性分析水平上，动态的分类是动态研究的一个重要方面，对于研究区域地下水的补、径、排条件和地下水资源的评价及地下水动态监测网的优化都具有重要意义[2-5]。

随着科技技术水平的发展，一些多震国家相继建立了地震地下水动态监测网，利用地下水动态的异常进行地震的预报，车用太和鱼金子[6]在搜集了1966—1985年间苏联、日本与美国有关地下水的水位、水压、水温、流量等物理动态方面的震例28个，认为震前地下水动态异常的常见项目有水位、水头（水压）、自流量、温度等，其中最多见的是水位与水头的异常，约占全部异常的85%，其次是流量（9%）与温度（6%）。国内国家地震局在地下水微动态[7-10]的形成机理、数据处理及地震预测研究中有较高的研究水平。

近20年，地下水动态的预报也有一些新的变化，多运用BP神经网络、Modflow、Feflow和GIS技术进行地下水动态的预报。郭晓东，田辉[11]等人利用Visual Modflow可视化软件对松嫩平原地下水动态特征进行了评价分析；李彩梅，杨永刚[12]等人在基于FEFLOW和GIS技术对山西省古交矿区的地下水动态进行了模拟及预测。

在地下水动态监测技术方面，钦州市建筑规划设计研究院的文亮副教授[13]研制处理动态信息检测仪，能够轻松确定地下水的空间位置、水流深度及水流量大小，并指出当前探测地下水的手段有一定的不足，测量解译的多解性降低了测量的精度，仪器检测所得到的静态信息只是提供了地下水存在的可能性，不能排除其他异常现象的存在。

白喜庆和沈智慧[14]通过对峰峰矿地下水动态进行监测，从保护地下水资源角度出发开展了煤矿防治水工作，他们认为奥陶水是煤矿生产疏排防治重点，通过对岩溶地下水动态变化的研究，对峰峰矿区的开采布局提出了合理的规划，防排供结合，综合调控排泄量、人工开采量、矿井疏排水量，提高矿井水的利用。

周进生认为，矿产资源开发及地质找矿引起了地下水失衡、含水层机构破坏、地表水径流发生改变、地下水循环规律改变、水质重污染等不良后果，因此建议在地质找矿和矿产开发过程中应加快“采矿保水”的法制建设，加强矿山企业准入管理，加强地质水保护论证管理。另外，他还认为地下水水质动态监测一定程度上反映了地质矿产背景，有利于指导地质找矿。

综上表明，地下水动态分类和预报是地下水动态研究的两个重要方面，在预报和分类上有不同的方法和技术，研究程度较高，且在科学技术发展的推动下，有不同的新方法和新技术出现；地下水动态研究应用领域包括地下水资源科学管理、地震、矿山安全生产监测、预报涌水量等，应用领域较广，另外，地下水动态监测在矿山地质找矿方面也有突出的贡献。

2　地下水动态监测技术在地质找矿中的应用前景及展望

全国用水的态势在近50年有新的转变，总体来说表现在地下水资源开采由浅到深，地下水水位下降由慢到快，地下水污染由轻微到严重，地下水资源开采引发的地质灾害增多，多区域缺水问题表现突出。全国水资源管理和利用不合理，地下水资源均存在着超采的共性问题，河北长期大量超采地下水，形成了7个大的地下水漏斗区（高蠡清、肃宁、石家庄、宁柏隆、衡水、南宫、沧州），已引发地面沉降、海水倒灌、地陷地裂等地质灾害，出现河流干涸、湿地萎缩等地质现象，湿地面积比20世纪50年代减少70%以上。

由此，水资源供需矛盾日益突出，地下水动态监测越来越重要，而只有地下水动态监测所获取的信息能够评价气候、人类活动对地下水水质和水量的影响。目前，国内地下水动态监测井网建设较完善，但自动化程度较差，截止2005年前，北京市地下水人工监测井423眼，自动监测井142眼；黑龙江省地下水自动监测系统已正式运行；新疆乌鲁木齐对现有72个水位监测孔进行了调查和分析，掌握了地下水水位多年动态变化规律，完成了水位监测网优化工作，建立了地下水动态数据库；吉林省地下水基本监测井1 285眼，包括省级和普通的水质和水温监测井，平均6.9眼/103m3，根据黄淮海重点平原区地下水自动监测系统建设项目建议书[16]，黄淮海将建成集地下水信息采集、传输、处理、分析和预测预报于一体的现代化动态监测系统，建设范围涉及北京、天津、河北、江苏、安徽、山东、河南七省市，总面积31万km2，其中包括南水北调工程的受水区和超采区。

在区域分布特点上，平原区地下水开发强度大，超采现象尤为突出；矿山开采疏干排水直接或间接排放地下水成为深层地下水资源浪费的重要途径。因此建设针对地质找矿和矿山防水治水的地下水动态监测网也很有必要。地下水是地质演化的产物，是构成地球物质的一个重要组成部分，并与环境介质不断地相互作用。同时，地下水对相关矿产资源的形成尤为重要。通过系统分析研究地下水与矿产之间的联系，不仅对水文地质工作和矿产勘探具有指示意义，更对资源的综合开发利用具有重大意义，因此不同水文地质现象与地质环境之间存在内在联系、规律及各种特征的标志意义，由此开创了应用地下水进行矿山地质找矿的先河。在此基础上，我们搜集了关于地下水动态监测技术、手段和地质勘探等多方面的资料，针对地下水动态监测技术在矿山地质找矿方面、应用和发展方向有以下几点粗略的认识：

1）矿山要达到地质找矿的目的，井网的建设必须充分考虑地质条件平面和空间特征，全面控制矿山排水范围内不同深度不同层位的地下水动态变化，构成完善的三维空间观测系统，除满足一般比例尺精度要求外，应在导水断裂和通道处加密处理井网，控制地下水降落漏斗的变化，使井网的建设能够确保观测的质量。

2）在监测内容上，动态监测应获得地下水水位、流量、温度、气压和简单化学组分在时间和空间上的变化，在矿区重要巷道和地下采区，动态监测应增加地面变形、测震等监测沉降、崩塌方面的内容，监测孔也应达到一孔多用的目的。

3）水文地质复杂的矿山进行地下开采，虽然水文地质勘探的程度较高，但突水的不确定因素仍然存在，地下水运动和突水的机制仍不明朗，而且突水受人为因素影响较大，预测难度更高，因此在地下水动态的预报和预测上，地下水动态在矿山防治水方面的预测模型也应将确定性模型和非确定性模型相结合，建立既能反映地下水流动系统中不确定影响因素又能刻画其动力机制的预测模型[17-18]，还应建立矿山开采条件下的地下水突变的预测模型，这种模型对于矿山地下水预测预报上更具可靠性。

4）水利部南京水利水文自动化研究所姚永熙[19]表示，国内目前生产、应用的地下水监测仪器比较简单，自动化程度较差，但区域和矿山地下水动态系统的集成是地下水动态监测的新趋势，矿山的自动化地下水动态监测、3S系统、智能预报系统[20]的结合将为指导矿山地下找矿提供良好的技术支撑。

5）地下水资源供需矛盾日益突出，矿山地下水作为重要的地下水资源，又是矿山安全生产疏排防治的重点，如何从保护水资源的角度研究矿山防水、治水、排水和供水成为矿山未来的发展方向，对矿山地下水动态监测技术的研究也应围绕矿山保水、生态用水的主题展开。

3　结论

1）地下水动态监测技术的研究主要集中在地下水动态分类和预报两方面，运用领域较广，涉及地下水资源科学管理、利用、开发、地震、矿山安全生产、涌水量预报、矿山防治水等方面。

2）地下水动态监测在矿山地质找矿方面前景较好，今后地下水动态的自动化监测、智能化预报将是地下水动态监测的一大趋势；在地下水动态监测理论方面，确定性和不确定性结合的智能模型将是地下水动态预测模型研究的重点；在矿山防治水理念方面，矿山保水和生态用水将是矿山安全生产的另一途径；在矿山地质找矿方面，地下水水纹地质现象对水纹地质工作和矿产的勘探具有一定的指示意义。

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（编辑：胡玉香）

Application of the Groundwater Dynamics Monitoring in Geological Exploration

ZHANG Jianzhen1，CHENG Zihua2
（1.Academe of Regional Geological Survey and Mineral Resources Exploration of Hebei，Langfang Hebei 065000；2.North China University of Science and Technology，Tangshan Hebei 063009）

Based on materials on technology，means of collecting groundwater dynamic monitoring and mine waterproof and geological exploration and other aspects of information，this paper analyzes the dynamic monitoring technology research status and application fields，points out the future development direction of groundwater dynamic monitoring method.It is thought that groundwater dynamic monitoring technology research focuses on two aspects of dynamic classification and prediction of groundwater，which has a wide application fields；Groundwater dynamic automatic monitoring and intelligent forecast will be a major trend of groundwater dynamic monitoring；In terms of groundwater dynamic monitoring theory，combining with the intelligent model of certainty and uncertainty will focus on the study of groundwater dynamic prediction model；In geological exploration，hydrogeology of groundwater plays a guiding role in hydrogeology geological work and exploration.

groundwater dynamics monitoring，water resource，mining，water control

TD163

A

1672-1152（2016）04-0060-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.04.20

经验交流

2016-07-06

张建珍（1985—），男，助理工程师，主要从事区域地质矿产调查工作。

程紫华（1989—），男，地质工程专业研究生，研究方向：水文地质与环境地质。