基于层次分析法的水文地质对矿产勘查影响分析

左 龙 侯 辉

（河北省地质矿产勘查开发局第七地质大队，河北 三河 065201）

0 引言

水文地质状况是否良好，对矿山开采与矿产资源勘查有较大的影响，对矿山工程开发的安全具有重要意义。科学合理的水文地质分析结果对矿产勘查工作起重要的作用。通常情况下，矿区内水文地质分析主要包括矿区内地形地貌、地下水以及地质结构等内容，通过科学的分析方法，确定矿区内地下水资源的性质，为后续的矿产勘查工作提供参考。现阶段，传统的水文地质分析方法在研究中仍然不够完善，主要体现在水文地质参数设置不够合理，且地下水流向与水文特点不够明确，无法对矿区内生态环境对矿产勘查的影响进行准确地分析与预测，降低了矿产勘查与开采工作的安全性，严重情况下，对相关勘查人员与开采人员的生命安全造成威胁。层次分析法能够解决这一问题，采用定量分析的方法建立结构分析模型，结合特征值分析原理，获取最终的分析结果。

基于此，该文以某地区X矿山为例，引入层次分析法，提出了基于层次分析法的水文地质对矿产勘查影响分析，为提升矿产勘查工作的安全性做出贡献。

1 研究区概况

该文以某地区X矿山为研究对象，该矿山所处地区的地形主要为山地、丘陵与盆地，整体地势较低，含有较多的过渡地带。矿山研究区内山脉的走向大部分为南西走向，其中，矿区最高海拔为1642 m，最低海拔为360 m，矿区内流域较丰富，各类河流总共包括45条，均呈树枝状形式分布在整个矿山研究区内。矿山研究区中水资源总量约为18.6亿m，其中，能够开发利用的水力资源为12.5万kW。矿山所在地区的气候属于亚热带湿润季风气候，全年降雨量充沛，气候变化较小，整体气候温和。当前，X矿山中已经发现的矿产资源高达20余种，主要包括铝土矿、水泥用灰岩、硫铁矿、石灰岩以及玻璃用砂岩等，其中，金属矿以铝土矿为主，能源矿以煤矿为主。矿山研究区内的水文地质灾害分布情况，见表1。

如表1所示，在X矿山研究区中，有多处水文地质环境灾害，以塌陷坑、泥石流、滑坡与崩塌为主，矿山生态环境存在轻度破坏情况，对矿产勘查及开采有一定的影响，接下来，在上述研究区概况分析结果的基础上，结合层次分析法，全方位地分析矿山研究区水文地质对矿产勘查的影响，分析方法及过程如下所述。

表1 X矿山研究区水文地质灾害分布情况

2 水文地质对矿产勘查影响分析方法及过程

2.1 矿山水文地质环境评价指标体系建立

根据上述选取的某地区X矿山研究区的水文地质环境及存在的地质灾害分布情况，接下来，针对该矿山研究区，建立矿山水文地质环境评价指标体系，获取对矿产勘查具有影响的评价指标。首先分析矿产勘查过程中可能出现的水文地质环境变化，针对有负面影响的水文地质因素制定相关的评价指标体系。在建立矿山水文地质环境评价指标体系时，综合考虑各项影响因素，包括水文地质环境因素、水文地质灾害因素、矿山勘查经济因素以及相应的社会因素，按照层次分布的方式，建立水文地质环境评价指标体系，建立流程如图1所示。

如图1所示，首先，结合层次分析法，将矿山研究区的矿业活动划分为矿产勘查生态效应与矿产勘查环境影响两个部分；结合两个矿业活动的变化情况，分析矿山研究区内水文地质环境问题；基于GIS矿山地质系统，分析矿山研究区内对应的环境效应变化；根据矿区内矿种特性的不同，获取矿区内各个区域的水文地质作用模式；结合上述分析结果，建立矿山水文地质环境评价指标体系，见表2。

图1 X矿山水文地质环境评价指标体系建立流程

表2为该文建立的X矿山研究区水文地质环境评价指标体系，根据体系内对应的子系统与评价指标，获取对矿产勘查具有影响的评价指标。基于层次分析法，选取部分评价指标，并对评价指标进行分级处理，包括良好、一般以及差3个指标等级。首先，对矿山研究区的地形地貌分级来说，主要根据地形地貌的坡度特征进行分级，当地形地貌的坡度在0°~30°时，表明地形地貌指标等级为良好；地形地貌坡度较大，在30°~50°时，表示地形地貌指标等级为一般；地形地貌坡度较复杂，大于50°时，表示地形地貌指标等级为较差。针对年降雨量来说，当年降雨量小于400 mm时，降雨量指标等级为良好；在400 mm~800 mm时，降雨量指标等级为一般；大于800 mm时，降雨量指标等级为较差。植被覆盖度大于80%时，矿区内植被覆盖指标等级为良好；在30%~80%时，植被覆盖指标等级为一般；小于30%时，植被覆盖指标等级为较差。通过对矿山研究区内部分水文地质评价指标进行分级处理，结合分级结果，进一步掌握其对矿产勘查的影响，为后续的影响分析提供保障。

表2 X矿山水文地质环境评价指标体系

2.2 基于层次分析法的水文地质因子判断矩阵构造

在上述矿山水文地质环境评价指标体系建立完毕后，获取到对矿产勘查具有影响的评价指标，在此基础上，引入层次分析法，构造矿产研究区水文地质因子判断矩阵，得出水文地质因子对矿产勘查的影响。首先，根据矿山研究区水文地质因素之间的相互关联及隶属关系，通过评价分析的方式，将各个水文地质影响因素进行层次聚集组合，生成聚集组合后，将组合中各项水文地质要素进行分解，形成多层次多要素的结构分析模型，如图2所示。

图2 X矿山研究区水文地质层次结构分析模型

在结构分析模型中，选取水文地质评价因子，根据矿山研究区内部的地质环境条件、地质灾害分布特征及地质整体构造，获取影响矿产勘查强度的各项水文地质评价因子，针对水文地质因子，逐个进行分析，得出水文地质因子对矿产勘查易发性影响结果。矿山研究区地质构造对矿产勘查工作具有一定的影响，通常情况下，区域地质构造出现异常，会引发矿区内出现地裂缝及岩体崩塌，降低岩石土体的完整性，对矿产勘查工作具有较大的安全隐患。综合考虑矿山研究区地质灾害易发性评价原理，将矿区内水文地质因子进行层次划分，以层次结构中最高目标层为模型运转的核心。基于矿产勘查的相关要求规范，利用层次分析方法，构造水文地质因子判断矩阵，计算水文地质因子的权值，如公式（1）所示。

式中：L为水文地质因子权值；u为水文地质因子矩阵最大特征根；为矿山研究区矿产勘查阶数。结合一致性检验的原理，衡量判断矩阵的结果，获取水文地质判断矩阵的综合指标，计算公式如下。

式中：为矿山研究区水文地质因子判断矩阵的一致性指标；为判断矩阵中影响矿产勘查的最大特征值；为判断矩阵中影响矿产勘查的矩阵阶数；为判断矩阵的一致性指标；为判断矩阵的平均随机指标系数。结合矩阵隶属度函数，分析判断矩阵中水文地质因子各等级的隶属度，得出矿山研究区水文地质对矿产勘查的矩阵。

式中：γ表示判断矩阵中第个水文地质因子关于第个等级的隶属度。根据水文地质因子判断矩阵的计算结果与各等级地质因子隶属度，判断水文地质对矿产勘查的影响，当≤0.1时，则表明水文地质因子判断矩阵具有较高的一致性，水文地质对矿产勘查的影响较小。

2.3 分析矿山研究区单元内部一致性

在上述基于层次分析法构造水文地质因子判断矩阵结束后，接下来，根据矿山水文地质因子的动态变化，分析矿山研究区单元内部一致性。首先，划分矿山研究区的单元结构，在各个单元结构中输入内部一致性参数，选取单元内部格网，设置格网的大小，保证各个格网内具有一定数量的矿山水文地质数据与相关信息。基于各个格网内部数据的差异性，计算矿山研究区单元标准差，如公式（5）所示。

3 结果分析

在上述分析方法及分析过程设计结束后，采用MATLAB分析软件，分析水文地质因子对矿产勘查影响的权重结果，根据权重异常值及分析结果，得出最终的水文地质对矿产勘查影响分析结果，水文地质因子权重分析结果，见表3。

根据表3的分析结果可知，X矿山研究区内无严重的地质灾害与地质问题，矿区为地质灾害不易发区，根据权重分析结果可知，矿区内水文地质环境质量良好，其水位埋深、地下水质量分区以及矿区岩体的富水性对矿产勘查均具有一定的影响，当水文地质条件较差时，不利于矿产勘查工作顺利进行，且在勘查过程中矿山存在塌陷坑、滑坡、泥石流等安全隐患，降低了矿产勘查的安全性。

表3 水文地质因子权重分析结果

4 结语

综上所述，为了研究水文地质对矿产勘查的影响，该文以某地区X矿山为研究对象，引入层次分析法，开展了基于层次分析法的水文地质对矿产勘查影响分析。通过该文的研究，得出了水文地质影响指标与评价因子，获取了矿山地区水文地质灾害特征，体现了矿山研究区的地质环境，根据水文地质影响分析结果，制定相应的矿产勘查应对措施，使矿产勘查工作的安全性得到了显著提升，对矿山开采工程的顺利进行具有重要意义。