夏 芳， 王 飛， 陳彥美

(1.長(zhǎng)江大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院,湖北 武漢 430100； 2.湖北省地質(zhì)環(huán)境總站,湖北 武漢 430034)

地下開采金屬礦區(qū)，對(duì)地質(zhì)環(huán)境的影響幾乎涵蓋巖石、土壤和地下水。通過對(duì)金屬礦山地質(zhì)環(huán)境的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，可以了解礦山地質(zhì)環(huán)境問題及其危害，觀測(cè)礦山地質(zhì)環(huán)境的變化，預(yù)評(píng)礦山環(huán)境發(fā)展趨勢(shì)，為合理且有效的開發(fā)礦產(chǎn)資源、維護(hù)礦山地質(zhì)環(huán)境、礦山生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)和整治提供理論基礎(chǔ)[1]。近年來，中國相繼出臺(tái)《地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)管理辦法》(2014年7月1日)、《礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程》(DZ/T 0287—2015)等相關(guān)法規(guī)來規(guī)范礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)，但在實(shí)際操作過程中，不同礦山監(jiān)測(cè)內(nèi)容、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、監(jiān)測(cè)范圍及監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置應(yīng)根據(jù)其實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。本文以雞冠咀金銅礦地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)為例，探討在理論分析的基礎(chǔ)上，確定礦區(qū)監(jiān)測(cè)內(nèi)容、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、監(jiān)測(cè)范圍及監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置方法，并探討如何利用新技術(shù)、新方法實(shí)現(xiàn)對(duì)礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。以期為同類地下開采金屬礦區(qū)的地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)提供依據(jù)。

1 地下開采金屬礦區(qū)對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)的影響

礦山地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)是指曾經(jīng)開采、正在開采或準(zhǔn)備開采的礦床及其臨近地區(qū)，礦業(yè)活動(dòng)所影響到的巖石、土壤、地下水、地質(zhì)作用和現(xiàn)象及其與大氣圈、水圈、生物圈之間相互作用、相互影響所組成的相對(duì)獨(dú)立的環(huán)境系統(tǒng)[2]。這一系統(tǒng)是以巖石圈為依托、礦產(chǎn)資源開發(fā)為主導(dǎo)，不斷改變著地球表面和巖石圈自然平衡狀態(tài)的地質(zhì)環(huán)境[3-4]。

地下開采金屬礦區(qū)在開采過程中會(huì)形成巨大的采空區(qū)，導(dǎo)致周圍巖體原始應(yīng)力平衡狀態(tài)遭到破壞，在應(yīng)力重新調(diào)整到新的平衡過程中，上覆巖土層在時(shí)間和空間上發(fā)生移動(dòng)、變形，形成盆地、漏斗狀塌陷坑和臺(tái)階狀斷裂，當(dāng)這種壓力擴(kuò)展到巖層以外的地區(qū)時(shí)，在被開采空間上方就會(huì)形成許多裂縫[5]。山地、丘陵地區(qū)則誘發(fā)山體開裂、崩塌、滑坡等其他地質(zhì)災(zāi)害。而地下開采對(duì)水資源與水環(huán)境的影響也巨大，如強(qiáng)制性抽排使地下水疏干，以及采空區(qū)上部塌陷開裂使地下水、地表水滲漏，嚴(yán)重破壞了水資源的均衡和補(bǔ)徑排條件，導(dǎo)致礦區(qū)及周圍地下水位下降、泉流量下降甚至干枯，地表水流量減少或斷流[6]。

采礦形成的礦坑水、選礦廢水等多就近向溝谷、河流排放，以及采礦廢石、煤矸石、尾礦渣等堆放不當(dāng)，構(gòu)成了礦區(qū)水體和土壤的污染源。礦區(qū)內(nèi)水體污染包括礦區(qū)地表水污染和地下水污染。最為常見的是礦山將大量礦坑水和采選廢水直接排放到礦區(qū)周邊的河流、溝渠或池塘，使礦區(qū)地表水體受到污染；由于河流變成了礦山廢水的排泄通道，使得河道兩側(cè)淺層地下水受到不同程度的污染；含有害化學(xué)元素的廢渣，因降雨浸潤(rùn)，污染地表水、地下水和耕地，造成地方病源。因此，地下開采金屬礦區(qū)主要的地質(zhì)環(huán)境問題為地形地貌景觀破壞、滑坡、采空與巖溶塌陷、地表水污染與地下水環(huán)境破壞、土壤環(huán)境破壞，這些地質(zhì)環(huán)境問題即為地下開采金屬礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)內(nèi)容。

2 研究區(qū)概況

雞冠咀金銅礦床位于湖北省大冶市城西約4 km處。區(qū)域構(gòu)造位于下?lián)P子陸塊區(qū)鄂東南褶沖帶，大冶臺(tái)地裂谷帶大冶復(fù)向斜南翼、陽新巖體西北端。該礦區(qū)除賦存豐富的金銅礦外，尚伴生鉬、鐵等金屬。礦區(qū)為地下井巷開采，礦區(qū)面積約0.8 km2，從1961年開礦至今，礦區(qū)仍處于開采階段，由于開采時(shí)間長(zhǎng)、深度大，所以在工程切坡、廢棄物堆放(加載)、疏排地下水、地下采區(qū)采掘等工程地質(zhì)作用下導(dǎo)致的地質(zhì)環(huán)境問題尤為突出，其主要包括地形地貌景觀破壞、滑坡、采空與巖溶塌陷、地表水污染與地下水環(huán)境破壞、土壤環(huán)境破壞。目前礦區(qū)已發(fā)生滑坡2處，較大規(guī)模采空塌陷2處，巖溶塌陷坑28個(gè)；周邊地下水中pH值、硫化物、銅、鉛、砷、鎘等各項(xiàng)指標(biāo)均超過地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 14848—2017)中Ⅲ類水限值；地表水和土壤的污染，因無背景資料，尚無法進(jìn)行判斷。

3 研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)方案優(yōu)化

前文述及，地形地貌景觀破壞、滑坡、采空與巖溶塌陷、地表水污染與地下水環(huán)境破壞、土壤環(huán)境破壞等五個(gè)方面的問題，為地下開采金屬礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)內(nèi)容。因此，雞冠咀礦區(qū)監(jiān)測(cè)方案優(yōu)化主要以確定上述監(jiān)測(cè)內(nèi)容的監(jiān)測(cè)范圍、監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置及監(jiān)測(cè)方法為重點(diǎn)。

3.1 地形地貌景觀破壞監(jiān)測(cè)

在地下開采金屬礦區(qū)，地形地貌破環(huán)主要來自于地表塌陷、尾礦庫占地及開采廢石占地等。近些年來由于傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，遙感技術(shù)在礦山環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中的作用愈發(fā)重要，并獲取了較為可觀的研究成果。李成尊[7]以山西晉城煤礦開采區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害為研究對(duì)象，探討了塌陷坑、地面沉陷、地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害在高分辨率遙感影像中的表現(xiàn)形式，并歸納出此類地質(zhì)災(zāi)害的解譯特征，為地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查提供了技術(shù)支持；周春蘭[8]運(yùn)用不同時(shí)相數(shù)據(jù)的圖像融合算法，基于植被紋理和色調(diào)信息，開展攀枝花寶鼎煤礦礦山環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)研究；劉鵬飛[9]以鄂南、鄂東南的礦產(chǎn)集中區(qū)域?yàn)槔?，評(píng)價(jià)了SPOT-5和ZY-3衛(wèi)星數(shù)據(jù)在礦山環(huán)境調(diào)查與動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中的數(shù)據(jù)精度。

雞冠咀礦區(qū)此前曾利用2018年高分二號(hào)為數(shù)據(jù)源進(jìn)行了1∶10 000的地形地貌景觀變化范圍圈定。但因遙感數(shù)據(jù)精度有限，僅可從整體上把握礦區(qū)的地形地貌景觀變化范圍，無法分析引起變化的具體原因。本次監(jiān)測(cè)方案優(yōu)化過程擬利用15 m分辨率的Landsat-8衛(wèi)星數(shù)據(jù)和哨兵-1衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行地形地貌破壞的解譯。其中Landsat-8可獲取偏離航跡一定角度范圍內(nèi)的圖像，收集信息能力強(qiáng)大，對(duì)于需多時(shí)相對(duì)比研究的圖像具有較大優(yōu)勢(shì)[10]；哨兵-1衛(wèi)星具有超高的輻射分辨率，有效提升雷達(dá)圖像參數(shù)反演的精度，提高解譯成果精度[11]。此外還可將GDEM、地形圖、地質(zhì)圖、谷歌高清遙感圖等數(shù)據(jù)作為輔助，開展不同年份的礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境調(diào)查遙感解譯，以獲得礦區(qū)地形地貌景觀破壞的范圍、變化趨勢(shì)及破壞原因。

3.2 滑坡監(jiān)測(cè)

雞冠咀礦區(qū)主要存在兩處滑坡，分別位于雞冠山東部坡腳(1號(hào)滑坡)與主井西北側(cè)邊坡(2號(hào)滑坡)，此前未設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。其中1號(hào)滑坡滑動(dòng)后進(jìn)行了治理，目前再次滑動(dòng)可能性較小，本次監(jiān)測(cè)方案優(yōu)化過程中不作考慮。2號(hào)滑坡在災(zāi)害發(fā)生后礦區(qū)也進(jìn)行了初步治理，但目前仍處于強(qiáng)變形階段：滑坡前緣隆起，發(fā)育放射狀裂縫或大體垂直等高線的壓張裂縫；滑坡后緣地表與周邊建筑物發(fā)育有拉張裂縫；滑坡兩側(cè)出現(xiàn)雁形羽狀剪裂縫；滑坡體有裂縫及少量沉陷等異?，F(xiàn)象。受強(qiáng)降雨或爆破震動(dòng)影響，發(fā)生滑坡可能性大，對(duì)主井及設(shè)備、坡腳道路、行人等威脅較大，滑坡危害程度大。

因此本次監(jiān)測(cè)方案優(yōu)化過程中，雞冠咀滑坡的監(jiān)測(cè)對(duì)象為2號(hào)滑坡。2號(hào)滑坡主滑坡方向?yàn)?10°，滑坡斜長(zhǎng)約50 m，寬約12 m，平均厚度約1.2 m，屬窄而長(zhǎng)、主滑方向明顯的滑坡，宜采用十字形監(jiān)測(cè)網(wǎng)，縱向測(cè)線與主滑坡變形方向相一致[12]。具體監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置于滑坡前緣鼓脹裂縫、主滑段及滑坡后緣滑坡主裂縫中心與兩側(cè)，通過監(jiān)測(cè)裂縫地表與地下相對(duì)位移量來確定其變形程度(圖1)。

目前滑坡相對(duì)位移的監(jiān)測(cè)方法眾多，主要包括GPS法、近景攝影法及大地測(cè)量法等多種方法。其中，GPS法是指通過GPS接收機(jī)對(duì)崩塌物或者滑坡體的不同變形階段進(jìn)行三維位移的監(jiān)測(cè)，具有監(jiān)測(cè)精度高和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的優(yōu)勢(shì)；近景攝影法是指通過電子經(jīng)緯儀或者全站式速測(cè)儀進(jìn)行位移監(jiān)測(cè)，該方法將會(huì)受到地形通視的影響[13]。本次監(jiān)測(cè)方法擬采用北斗高精度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)是由中國自行研制，擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，具有快速定位、雙向通信和精密守時(shí)三大功能[14]，已廣泛用于地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

圖1 雞冠咀礦區(qū)滑坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)示意圖
Fig.1 Schematic diagram of monitoring points for landslide in Jiguanzui mining area
1.礦區(qū)界線；2.滑坡；3.滑坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

3.3 采空與巖溶塌陷監(jiān)測(cè)

3.3.1采空塌陷及伴生的巖土體變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

礦區(qū)不同規(guī)模的地面塌陷及地裂縫既可以是由于開采沉陷裂隙的地表延伸而形成的地裂縫，即在地下采空區(qū)上覆巖體中形成裂隙帶，裂隙向上延伸發(fā)展，在地表巖(土)體中形成地面塌陷及地裂縫；也可以是由于地表巖(土)體的不均勻沉降誘發(fā)而形成的地裂縫，即受采空影響，形成上覆砂頁巖等巖體的不均勻沉陷，從而使地表巖(土)體發(fā)生破壞變形，形成地面塌陷及地裂縫[5,15]。礦山采空塌陷監(jiān)測(cè)范圍主要為礦區(qū)采空區(qū)及周邊、采礦巷道工作面附近、巖溶發(fā)育區(qū)及巖(土)體性質(zhì)分布不均勻區(qū)，具體監(jiān)測(cè)范圍的確定可根據(jù)范圍邊界與開采邊界的直線與水平所形成的夾角、采礦深度進(jìn)行計(jì)算[16-17]。雞冠咀礦區(qū)采空塌陷主要分布于-40 m、-70 m、-100 m及-130 m中段，圈定采空塌陷影響范圍0.76 km2。

雞冠咀礦區(qū)一直重視采空塌陷區(qū)的監(jiān)測(cè)工作，監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布情況如圖2所示。主要布置于已發(fā)生明顯沉降或地面變形的工業(yè)廠區(qū)及受采空塌陷影響可能發(fā)生地面變形的干堆尾礦庫、生活辦公區(qū)、充填車間，監(jiān)測(cè)點(diǎn)均位于重要建筑物或變形嚴(yán)重建筑物拐角處，共布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)34個(gè)，基本全面控制了礦區(qū)采空塌陷的影響范圍和主要建筑物。

采空塌陷監(jiān)測(cè)方法上，礦區(qū)安裝了北斗高精度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。根據(jù)已獲得的部分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(表1)，該系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精度高、真實(shí)可靠，且可實(shí)時(shí)獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，本次監(jiān)測(cè)方案中仍采用北斗高精度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行采空塌陷監(jiān)測(cè)。

圖2 雞冠咀礦區(qū)采空塌陷及伴生的巖土體變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布圖
Fig.2 Distribution map of mining subsidence and associated rock andsoil deformation monitoring points in Jiguanzui mining area
1.礦區(qū)界線；2.建筑輪廓；3.采空塌陷影響范圍；4.巖土體變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

表1 2018年6月礦區(qū)地表沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)Table 1 Monitoring data of surface settlement in mining area in June 2018

3.3.2巖溶塌陷監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

巖溶塌陷監(jiān)測(cè)范圍應(yīng)是對(duì)礦坑有充水意義的、巖溶發(fā)育的碳酸鹽巖地下水系統(tǒng)，且重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)應(yīng)布置在淺層巖溶集中發(fā)育區(qū)。雞冠咀礦區(qū)此前未設(shè)立巖溶塌陷監(jiān)測(cè)點(diǎn)，基本采取的是“塌一個(gè)，填一個(gè)”的被動(dòng)治理模式。礦區(qū)碳酸鹽巖主要有雞冠咀大理巖、東南部大理巖、桃花嘴深部大理巖、桃花嘴淺部大理巖、北部大理巖等五個(gè)巖溶水系統(tǒng)。

其中雞冠咀大理巖區(qū)為前期巖溶塌陷集中區(qū)，也是礦坑直接充水水源，由于礦坑排水產(chǎn)生的水動(dòng)力作用尚未消降，砂礫石孔隙含水層直接覆蓋于大理巖之上，結(jié)構(gòu)松散、強(qiáng)度低，發(fā)生巖溶塌陷的可能性大、危險(xiǎn)性高，為后期巖溶塌陷的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)。東南部大理巖區(qū)在礦坑抽排水條件下存在向雞冠咀大理巖區(qū)補(bǔ)給的情況，現(xiàn)已成為礦坑間接充水水源，存在發(fā)生巖溶塌陷的可能性。北部大理巖、桃花嘴深部大理巖、桃花嘴淺部大理巖與雞冠咀大理巖之間存在透水性弱的侵入巖和下白堊統(tǒng)巖層，其間無密切的水力聯(lián)系存在，且該3處大理巖區(qū)巖溶發(fā)育均較弱、受礦坑抽排水影響小、巖溶塌陷可能性小，因此礦區(qū)在此區(qū)域發(fā)生巖溶塌陷的可能性小，可不作監(jiān)測(cè)。

該礦區(qū)巖溶塌陷主要由抽排水產(chǎn)生的降落漏斗引起，因此根據(jù)降落漏斗半徑確定巖溶塌陷影響范圍為雞冠咀大理巖區(qū)域及東南部大理巖區(qū)域，監(jiān)測(cè)線沿地下水流向布設(shè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要布設(shè)于潛蝕作用強(qiáng)烈、溶洞發(fā)育的灰?guī)r裸露區(qū)[18-19](圖3)。

圖3 雞冠咀礦區(qū)巖溶塌陷監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)圖
Fig.3 Layout of monitoring points for karst collapse in Jiguanzui mining area
1.礦區(qū)界線；2.大理巖巖溶水系統(tǒng)范圍；3.灰?guī)r裸露區(qū)；4.巖溶塌陷；5.地下水流向；6.巖溶塌陷監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

由于巖溶塌陷的產(chǎn)生在時(shí)間上具有突發(fā)性、在空間上具有隱蔽性[20]，單一地監(jiān)測(cè)地面塌陷或地下水變化很難做到實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。因此此次監(jiān)測(cè)方案中巖溶塌陷監(jiān)測(cè)要素主要為地下水水位動(dòng)態(tài)變化，采用CTD-Driver地下水自動(dòng)記錄儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)參考采空塌陷中部分地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合地下水水位動(dòng)態(tài)與巖溶塌陷附近地面沉降、房屋開裂情況綜合監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)。

3.4 地表水污染與地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)

3.4.1地表水污染監(jiān)測(cè)

地表水環(huán)境監(jiān)測(cè)范圍應(yīng)以礦區(qū)為中心、分水嶺為邊界，包括地表水徑流、排泄、匯水的區(qū)域，在重要地表水體、污廢水排放口、尾礦池附近布設(shè)地表水水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)應(yīng)根據(jù)其采礦及選礦特點(diǎn)進(jìn)行確定。雞冠咀礦區(qū)除賦存豐富的金銅礦外，還生產(chǎn)硫精礦、鐵精礦等產(chǎn)品，選礦過程中產(chǎn)生的主要污染物成分為硫化物及氰化物。參考礦區(qū)以往水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，工業(yè)廢水與生活污水中主要污染物分別為硫化物、氟化物、砷和氨氮、總氮；尾礦庫淋濾后主要污染物可能有硫化物與銅、鋅、鎘、鉛、砷、汞、氰化物等[21]。因此礦區(qū)地表水污染監(jiān)測(cè)指標(biāo)主要包括pH值、氨氮、總氮、硫化物、銅、鋅、氟化物、砷、汞、鎘、鉛、氰化物。

本區(qū)地表水屬長(zhǎng)江水系，最大的地表水體為大冶湖，礦區(qū)附近還有青山河。結(jié)合雞冠咀礦區(qū)及周邊巖性情況，確定礦區(qū)地表水環(huán)境監(jiān)測(cè)范圍為北側(cè)大冶湖、東側(cè)青山河及礦區(qū)范圍。礦區(qū)前期已對(duì)大冶湖(點(diǎn)1)、礦區(qū)內(nèi)出露地表水體(點(diǎn)2—3)、生活污水(點(diǎn)4—5)、工業(yè)廢水(點(diǎn)6—7)及尾砂淋溶水(點(diǎn)8)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，本次優(yōu)化過程中在礦區(qū)東側(cè)青山河上、中、下游新增水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)(點(diǎn)9—11)，以及時(shí)獲得周邊地表水系的水質(zhì)情況，避免對(duì)地表水體造成污染(圖4)。

圖4 雞冠咀礦區(qū)地表水環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布示意圖
Fig.4 Schematic diagram of the distribution of surface water environmentmonitoring points in Jiguanzui mining area
1.礦區(qū)界線；2.地表水體；3.原有地表水水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)；4.新增地表水水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

礦區(qū)地表水水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)主要為重金屬含量，目前對(duì)于重金屬元素的測(cè)定方法有多種，但均需采樣進(jìn)行[22]，因此對(duì)于水體中重金屬含量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)仍采用取樣送檢法較為適宜。

3.4.2地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)

雞冠咀礦區(qū)地層巖性復(fù)雜，賦存有多種地下水類型，包括松散巖類孔隙水、巖漿巖風(fēng)化裂隙水、碳酸鹽巖巖溶水，其中碳酸鹽巖巖溶水為本區(qū)主要地下水類型。其巖溶水系統(tǒng)中雞冠咀大理巖巖溶水系統(tǒng)及東南部巖溶水系統(tǒng)為礦坑主要充水巖層，地下水位受礦坑排水影響明顯，為地下水位監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)區(qū)域；同時(shí)該區(qū)為礦坑水排泄區(qū)，采礦過程中產(chǎn)生的污染物易隨水流匯集于該區(qū)域，對(duì)該含水系統(tǒng)水質(zhì)影響較大，因此該區(qū)也為地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)重點(diǎn)；礦區(qū)大青山尾礦庫所在的第四系孔隙水系統(tǒng)也為地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)重點(diǎn)。

礦區(qū)此前已設(shè)立地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)5個(gè)，主要布設(shè)于尾礦庫(點(diǎn)1—3)、雞冠咀大理巖區(qū)(點(diǎn)4—5)；地下水水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)4個(gè)，主要分布于尾礦庫(點(diǎn)6—7)與東南部大理巖區(qū)附近(點(diǎn)8—9)。此次監(jiān)測(cè)方案優(yōu)化過程中在東南部大理巖區(qū)沿地下水流向，在上、中、下游分別增設(shè)1個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)(點(diǎn)10—12)作為對(duì)照監(jiān)測(cè)點(diǎn)、污染監(jiān)測(cè)點(diǎn)及污染擴(kuò)散監(jiān)測(cè)點(diǎn)；在雞冠咀大理巖區(qū)沿地下水流向在區(qū)域邊緣與中心共布設(shè)3個(gè)地下水水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)(點(diǎn)13—15)(圖5)。地下水水位監(jiān)測(cè)方法與巖溶塌陷監(jiān)測(cè)相同，采用CTD-Driver地下水自動(dòng)記錄儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)；地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)采用取樣送檢法，根據(jù)礦區(qū)選礦冶煉方法及以往地下水水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果，礦區(qū)對(duì)地下水環(huán)境可能造成的污染，包括總硬度、硫酸鹽、氯化物、硝酸鹽氮、銅、砷、鎘、鉛、氰化物等進(jìn)行檢測(cè)，因此此次主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)為上述元素及pH值。

此次地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)優(yōu)化方案中地下水水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)可與巖溶塌陷監(jiān)測(cè)點(diǎn)形成礦區(qū)地下水系統(tǒng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)，可對(duì)礦區(qū)地下水系統(tǒng)在開采條件下地下水動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，為礦區(qū)地下水資源利用與保護(hù)規(guī)劃提供依據(jù)。

圖5 雞冠咀礦區(qū)地下水環(huán)境破壞監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布圖
Fig.5 Distribution map of groundwater environmental damage monitoringpoints in Jiguanzui mining area
1.礦區(qū)界線；2.巖溶地下水范圍；3.第四系孔隙地下水范圍；4.巖溶地下水流向；5.孔隙地下水流向；6.地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)；7.地下水水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

3.5 土壤環(huán)境破壞監(jiān)測(cè)

金屬礦區(qū)土壤污染的主要原因包括工礦污水灌溉、酸雨、大氣沉降污染、垃圾與固體廢棄物的淋濾。目前礦區(qū)尾礦廢渣主要集中于干堆尾礦庫與大青山尾礦庫，為土壤環(huán)境重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域，除上述重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域外，礦區(qū)內(nèi)工業(yè)場(chǎng)地由于冶煉、選礦、運(yùn)輸?shù)纫部赡艽嬖谖廴?，也需布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。因此監(jiān)測(cè)范圍為整個(gè)礦區(qū)及大青山尾礦庫范圍。

尾礦庫中可能對(duì)土壤產(chǎn)生污染的為廢石和尾砂。目前礦區(qū)廢石經(jīng)處理后無廢石堆；該礦區(qū)尾砂中的有害成分主要通過地表徑流進(jìn)入土壤，對(duì)土壤造成污染，因此土壤污染監(jiān)測(cè)指標(biāo)可參考尾礦庫淋濾后對(duì)地表水產(chǎn)生的主要污染物，以《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15618—1995)三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為參照值。礦區(qū)以往監(jiān)測(cè)點(diǎn)中位于干堆尾礦庫內(nèi)的2處監(jiān)測(cè)點(diǎn)距離較近且位于同側(cè)，監(jiān)測(cè)范圍基本相同，本次優(yōu)化過程中將2處監(jiān)測(cè)點(diǎn)合并為一個(gè)可節(jié)省監(jiān)測(cè)成本。但僅有1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)無法達(dá)到監(jiān)測(cè)整個(gè)干堆尾礦庫土壤質(zhì)量的目的，因此該區(qū)還需增設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。大青山尾礦庫與干堆尾礦庫面積較小，宜采用對(duì)角線布點(diǎn)法或梅花形布點(diǎn)法；礦區(qū)范圍內(nèi)則采用棋盤式布點(diǎn)法[23]。平面采樣深度為0～20 cm，剖面采樣點(diǎn)采集A層(腐殖質(zhì)淋溶層)、B層(沉積層)、C層(母質(zhì)層)樣品。具體監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)見圖6。

圖6 雞冠咀土壤環(huán)境破壞監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布圖
Fig.6 Distribution map of soil environmental damagemonitoring points in Jiguanzui
1.礦區(qū)界線；2.干堆尾礦庫；3.土壤環(huán)境破壞監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

4 結(jié)論

本文在理論研究與調(diào)查實(shí)踐分析的基礎(chǔ)上，以問題為導(dǎo)向，確定了雞冠咀礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)內(nèi)容、監(jiān)測(cè)范圍及監(jiān)測(cè)點(diǎn)，具體結(jié)論如下：

(1) 地下開采金屬礦區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)內(nèi)容為地形地貌景觀破壞、滑坡、采空與巖溶塌陷、地表水污染與地下水環(huán)境破壞、土壤環(huán)境破壞等五個(gè)方面。

(2) 監(jiān)測(cè)方案中新增滑坡、巖溶塌陷監(jiān)測(cè)內(nèi)容，對(duì)礦區(qū)原有采空塌陷、地表水污染與地下水環(huán)境破壞、土壤環(huán)境破壞監(jiān)測(cè)網(wǎng)及監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行了完善與優(yōu)化。

(3) 地形地貌景觀破壞監(jiān)測(cè)范圍一般為整個(gè)礦區(qū)，本次優(yōu)化方案擬利用15 m分辨率的Landsat-8衛(wèi)星數(shù)據(jù)和哨兵-1衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行地形地貌破壞的解譯。

(4) 雞冠咀礦區(qū)滑坡監(jiān)測(cè)共布置9個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以監(jiān)測(cè)滑坡前緣鼓脹裂縫、主滑段及滑坡后緣主裂縫，監(jiān)測(cè)方法采用北斗高精度GPS在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

(5) 根據(jù)“上三帶”經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)測(cè)的雞冠咀礦區(qū)采空塌陷范圍達(dá)0.76 km2，共布置34個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，主要布置在干堆尾礦庫、工業(yè)場(chǎng)地、生活辦公區(qū)及充填車間主要建筑物或變形嚴(yán)重建筑物拐角處。

(6) 巖溶塌陷監(jiān)測(cè)范圍為雞冠咀大理巖與東南部大理巖等對(duì)礦坑有充水意義的巖溶發(fā)育的碳酸鹽巖地下水系統(tǒng)，共布置4個(gè)地下水水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

(7) 地表水環(huán)境監(jiān)測(cè)范圍為大冶湖、青山河及礦區(qū)內(nèi)水塘，共布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)11處；地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)對(duì)象為雞冠咀大理巖巖溶水、東南部大理巖巖溶水及大青山尾礦庫區(qū)域第四系孔隙水，監(jiān)測(cè)范圍為其地下水系統(tǒng)范圍，共布置地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)8個(gè)、地下水水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)7個(gè)。

(8) 土壤環(huán)境破壞范圍為整個(gè)礦區(qū)及大青山尾礦庫區(qū)域，其中干堆尾礦庫與大青山尾礦庫為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域，此次監(jiān)測(cè)共布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)16個(gè)。

本次地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)方案的優(yōu)化考慮了礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件、開采方式、地質(zhì)災(zāi)害特征等因素，從礦山地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)角度分析，對(duì)監(jiān)測(cè)內(nèi)容、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)都進(jìn)行了完善，達(dá)到了有效監(jiān)測(cè)、全面控制礦區(qū)的目的，為該礦及其他地下開采型礦山開展礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)、實(shí)施礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)提供了重要參考依據(jù)。