一種地質環(huán)境監(jiān)測方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種地質環(huán)境監(jiān)測的方法，屬于地質力學和環(huán)境地學專業(yè)領域。
【背景技術】
[0002]礦產(chǎn)資源是人類賴以生存和社會發(fā)展的重要物質基礎，我國的礦產(chǎn)資源較豐富。然而，長期大規(guī)模的礦產(chǎn)資源開發(fā)活動在保障國民經(jīng)濟發(fā)展需要和創(chuàng)造巨大經(jīng)濟效益的同時，引發(fā)的礦山地質環(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、尾礦庫潰壩、水均衡遭受破壞、海水入侵等礦山地質環(huán)境問題不僅給國民經(jīng)濟帶來巨大損失，同時，也威脅著國民生活安全。由于礦業(yè)活動都有特定的壽命期，礦業(yè)活動結束后恢復環(huán)境的任務十分繁重。此外，礦山環(huán)境受地質構造條件和礦床產(chǎn)出位置的嚴格限制，不能提前預測和選擇自身所處的環(huán)境背景。因此，礦山地質環(huán)境監(jiān)測與修復問題一直受到國際、國內(nèi)社會的廣泛關注和重視，也是環(huán)境地學研究領域內(nèi)的一個熱點問題。
[0003]其中，煤礦采空塌陷是礦山地質環(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、掘空后，礦體上部覆巖的力學平衡就會被打破。塌陷區(qū)不僅會導致地下水枯竭，耕地破壞，生態(tài)環(huán)境惡化，還會使當?shù)胤课菔軗p，道路地裂變形，高速公路、鐵路、機場等重大工程以及城市建筑因處理采空塌陷而增加建設難度和費用。
[0004]現(xiàn)有針對采空塌陷的監(jiān)測方法主要是以形變監(jiān)測手段為主，由于觀測成本較高、臺站分布和觀測周期受到人力、財力和氣候環(huán)境等因素的限制，對采空區(qū)大面積長期形變監(jiān)測略顯不足。此外，也有一些以InSAR技術為監(jiān)測方法，但數(shù)據(jù)時效性、準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，提供一種更加實用、更加具有說服力的地質環(huán)境監(jiān)測方法，該方法支持實時監(jiān)測地下巖體的微變形，并施以水土環(huán)境監(jiān)測的方法優(yōu)化針對采空塌陷的這一地質環(huán)境問題的監(jiān)測，提升監(jiān)測工作的科學性，也提高了監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性和超前性。
[0006]本發(fā)明的技術方案是:
[0007]本發(fā)明的地質環(huán)境監(jiān)測方法包括以下步驟:
[0008]步驟1、監(jiān)測準備
[0009]I)確定監(jiān)測區(qū)域，獲得所述監(jiān)測區(qū)域在地圖上的空間范圍；
[0010]2)準備數(shù)據(jù)采集設備和分析設備，所述的采集設備包括微震監(jiān)測采集設備、水樣采集設備和土樣采集設備；所述的分析設備包括工作站計算機和PC計算機，工作站計算機安裝有微震信號處理軟件和微震數(shù)據(jù)分析解釋軟件；PC計算機安裝有ArcGIS地理信息系統(tǒng)軟件；微震監(jiān)測采集設備將采集的數(shù)據(jù)輸入到工作站計算機；
[0011]步驟2、數(shù)據(jù)采集
[0012]I)通過土樣采集設備，根據(jù)《多目標區(qū)域地球化學調(diào)查規(guī)范DD2005-01》的要求，分別采集監(jiān)測區(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;對土樣進行化學元素分析，例如，分析的化學元素包括鉛、汞、銅、砷、鎘、六價鉻，特別是化學性質、含量、濃度、PH值的分析；
[0013]2)通過水樣采集設備，根據(jù)《多目標區(qū)域地球化學調(diào)查規(guī)范DD2005-01》的要求，分別采集監(jiān)測區(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；對水樣進行化學元素分析，例如，分析的化學元素包括溶解氧、銅、鋅、砸、砷、汞、鎘、鉛、氯化物、硫酸鹽、碳酸鹽，特別是化學性質、含量、濃度、PH值的分析；
[0014]3)通過微震監(jiān)測采集設備采集微震數(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)測數(shù)據(jù)輸入給工作站計算機，并通過微震信號處理軟件和微震數(shù)據(jù)分析解釋軟件進行處理；
[0015]步驟3、數(shù)據(jù)分析
[0016]對土樣化學元素分析的結果，采用污染負荷指數(shù)法，計算得出每個采樣點的污染負荷指數(shù)值，并將計算結果輸入到PC計算機的ArcGIS軟件中，使用ArcGIS軟件的地統(tǒng)計分析工具模塊(Geostatistical Analyst)中的反距離加權插值工具，將每個點的污染負荷指數(shù)值轉換為監(jiān)測區(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]對水樣化學元素分析的結果，采用水質指數(shù)法，對該地區(qū)的水質類別進行分級，并將分級結果輸入到PC計算機的ArcGIS軟件中，采用GIS的插值方法將每個水樣采樣點的水質指數(shù)值轉換為監(jiān)測區(qū)域的水質環(huán)境分析值，通過ArcGIS軟件的空間提取工具得到水質評級較差以下的區(qū)域；
[0018]通過微震數(shù)據(jù)分析解釋軟件得到微震監(jiān)測設備覆蓋區(qū)域內(nèi)具有威脅的影響區(qū)域，并將這一結果輸入到PC計算機的ArcGIS軟件中；
[0019]步驟4、得到分析結果:
[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、水質評級較差以下的區(qū)域、具有威脅的影響區(qū)域的空間數(shù)據(jù)，在所述監(jiān)測區(qū)域的空間范圍中進行空間疊加計算，得出針對煤礦開采地區(qū)的礦山地質環(huán)境監(jiān)測的目標區(qū)域。
[0021]這種針對煤礦開采地區(qū)的地質環(huán)境監(jiān)測技術的裝置包括:1)在待監(jiān)測的礦山周圍布置高精度微震監(jiān)測站，建立地下巖體穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)；2)結合數(shù)據(jù)處理、分析、解釋、可視化軟件，三維顯示目標區(qū)域整體巖體裂隙時空演化全過程；3)運用定量微震學方法，針對目標區(qū)域的礦山地質生產(chǎn)條件，初步建立起穩(wěn)定性預報準則；4)基于土壤地球化學和水地球化學監(jiān)測方法與理論，采集監(jiān)測區(qū)域的淺層土樣、深部土樣、地表水樣和地下水樣等樣品，進行化驗檢測，監(jiān)測目標區(qū)域的水、土環(huán)境；5)結合巖體活動的微震監(jiān)測數(shù)據(jù)與水土環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，最終確定針對煤礦開采地區(qū)的地質環(huán)境監(jiān)測的目標區(qū)域，對其進行長期的重點監(jiān)測。
[0022]本發(fā)明建立了更加符合實際的監(jiān)測方法，納入了地球物理監(jiān)測和地球化學監(jiān)測等手段，有效彌補了傳統(tǒng)信息采集方式的不足，豐富了地質環(huán)境監(jiān)測的方法，更加準確的反應實際情況，確保了地災監(jiān)測數(shù)據(jù)收集的實時性、準確性和可靠性。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的裝置的微震監(jiān)測站的總體結構示意圖；
[0024]圖2為本發(fā)明的裝置的微震監(jiān)測站的鉆孔建設施工實施例的示意圖；
[0025]圖3為本發(fā)明的裝置的微震監(jiān)測站的孔口混凝土平臺施工實施例的示意圖；
[0026]圖4為本發(fā)明的裝置的微震監(jiān)測站的傳感器安裝實施例的示意圖；
[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_工作站計算機，2-微震監(jiān)測采集設備，3-分析設備，4-微震監(jiān)測傳感器(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。
【具體實施方式】
[0030]下面通過附圖和實例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。提供一種地質環(huán)境監(jiān)測方法，包括以下步驟:
[0031]步驟1、監(jiān)測準備
[0032]I)確定監(jiān)測區(qū)域，獲得所述監(jiān)測區(qū)域在地圖上的空間范圍；
[0033]2)準備數(shù)據(jù)采集設備和分析設備，所述的采集設備包括微震監(jiān)測采集設備、水樣采集設備和土樣采集設備；所述的分析設備包括工作站計算機和PC計算機，工作站計算機安裝有微震信號處理軟件和微震數(shù)據(jù)分析解釋軟件；PC計算機安裝有ArcGIS地理信息系統(tǒng)軟件；微震監(jiān)測采集設備將采集的數(shù)據(jù)輸入到工作站計算機；
[0034]步驟2、數(shù)據(jù)采集
[0035]I)通過土樣采集設備，根據(jù)《多目標區(qū)域地球化學調(diào)查規(guī)范DD2005-01》的要求，分別采集監(jiān)測區(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;之后對土樣進行化學元素分析，例如，分析的化學元素包括鉛、汞、銅、砷、鎘、六價鉻；
[0036]2)通過水樣采集設備，根據(jù)《多目標區(qū)域地球化學調(diào)查規(guī)范DD2005-01》的要求，分別采集監(jiān)測區(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；之后對水樣進行化學元素分析，例如，分析的化學元素包括溶解氧、銅、鋅、砸、砷、汞、鎘、鉛、氯化物、
硫酸鹽、碳酸鹽；
[0037]3)通過微震監(jiān)測采集設備采集微震數(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)測數(shù)據(jù)輸入給工作站計算機，并通過微震信號處理軟件和微震數(shù)據(jù)分析解釋軟件進行處理；步驟3、數(shù)據(jù)分析
[0038]對土樣化學元素分析的結果，采用污染負荷指數(shù)法，計算得出每個采樣點的污染負荷指數(shù)值，并將計算結果輸入到PC計算機的ArcGIS軟件中，使用ArcGIS軟件的地統(tǒng)計分析工具模塊(Geostatistical Analyst)中的反距離加權插值工具，將每個點的污染負荷指數(shù)值轉換為監(jiān)測區(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]對水樣化學元素分析的結果，采用水質指數(shù)法，對該地區(qū)的水質類別進行分級，并將分級結果輸入到PC計算機的ArcGIS軟件中，采用GIS的插值方法將每個水樣采樣點的水質指數(shù)值轉換為監(jiān)測區(qū)域的水質環(huán)境分析值，通過ArcGIS軟件的空間提取工具得到水質評級較差以下的區(qū)域；
[0040]通過微震數(shù)據(jù)分析解釋軟件得到微震監(jiān)測設備覆蓋區(qū)域內(nèi)具有威脅的影響區(qū)域，并將這一結果輸入到PC計算機的ArcGIS軟件中；
[0041]步驟4、獲得結果:
[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、水質評級較差以下的區(qū)域、具有威脅的影響區(qū)域的空間數(shù)據(jù)，在所述監(jiān)測區(qū)域的空間范圍中進行空間疊加計算，得出針對煤礦開采地區(qū)的礦山地質環(huán)境監(jiān)測的目標區(qū)域。
[0043]進一步:微震監(jiān)測系統(tǒng)包括微震監(jiān)測傳感器(三分量檢波器)、數(shù)據(jù)采集儀、GPS時鐘單