基于層次分析法的水文地質對礦產勘查影響分析

左 龍 侯 輝

（河北省地質礦產勘查開發局第七地質大隊，河北 三河 065201）

0 引言

水文地質狀況是否良好，對礦山開采與礦產資源勘查有較大的影響，對礦山工程開發的安全具有重要意義。科學合理的水文地質分析結果對礦產勘查工作起重要的作用。通常情況下，礦區內水文地質分析主要包括礦區內地形地貌、地下水以及地質結構等內容，通過科學的分析方法，確定礦區內地下水資源的性質，為后續的礦產勘查工作提供參考。現階段，傳統的水文地質分析方法在研究中仍然不夠完善，主要體現在水文地質參數設置不夠合理，且地下水流向與水文特點不夠明確，無法對礦區內生態環境對礦產勘查的影響進行準確地分析與預測，降低了礦產勘查與開采工作的安全性，嚴重情況下，對相關勘查人員與開采人員的生命安全造成威脅。層次分析法能夠解決這一問題，采用定量分析的方法建立結構分析模型，結合特征值分析原理，獲取最終的分析結果。

基于此，該文以某地區X礦山為例，引入層次分析法，提出了基于層次分析法的水文地質對礦產勘查影響分析，為提升礦產勘查工作的安全性做出貢獻。

1 研究區概況

該文以某地區X礦山為研究對象，該礦山所處地區的地形主要為山地、丘陵與盆地，整體地勢較低，含有較多的過渡地帶。礦山研究區內山脈的走向大部分為南西走向，其中，礦區最高海拔為1642 m，最低海拔為360 m，礦區內流域較豐富，各類河流總共包括45條，均呈樹枝狀形式分布在整個礦山研究區內。礦山研究區中水資源總量約為18.6億m，其中，能夠開發利用的水力資源為12.5萬kW。礦山所在地區的氣候屬于亞熱帶濕潤季風氣候，全年降雨量充沛，氣候變化較小，整體氣候溫和。當前，X礦山中已經發現的礦產資源高達20余種，主要包括鋁土礦、水泥用灰巖、硫鐵礦、石灰巖以及玻璃用砂巖等，其中，金屬礦以鋁土礦為主，能源礦以煤礦為主。礦山研究區內的水文地質災害分布情況，見表1。

如表1所示，在X礦山研究區中，有多處水文地質環境災害，以塌陷坑、泥石流、滑坡與崩塌為主，礦山生態環境存在輕度破壞情況，對礦產勘查及開采有一定的影響，接下來，在上述研究區概況分析結果的基礎上，結合層次分析法，全方位地分析礦山研究區水文地質對礦產勘查的影響，分析方法及過程如下所述。

表1 X礦山研究區水文地質災害分布情況

2 水文地質對礦產勘查影響分析方法及過程

2.1 礦山水文地質環境評價指標體系建立

根據上述選取的某地區X礦山研究區的水文地質環境及存在的地質災害分布情況，接下來，針對該礦山研究區，建立礦山水文地質環境評價指標體系，獲取對礦產勘查具有影響的評價指標。首先分析礦產勘查過程中可能出現的水文地質環境變化，針對有負面影響的水文地質因素制定相關的評價指標體系。在建立礦山水文地質環境評價指標體系時，綜合考慮各項影響因素，包括水文地質環境因素、水文地質災害因素、礦山勘查經濟因素以及相應的社會因素，按照層次分布的方式，建立水文地質環境評價指標體系，建立流程如圖1所示。

如圖1所示，首先，結合層次分析法，將礦山研究區的礦業活動劃分為礦產勘查生態效應與礦產勘查環境影響兩個部分；結合兩個礦業活動的變化情況，分析礦山研究區內水文地質環境問題；基于GIS礦山地質系統，分析礦山研究區內對應的環境效應變化；根據礦區內礦種特性的不同，獲取礦區內各個區域的水文地質作用模式；結合上述分析結果，建立礦山水文地質環境評價指標體系，見表2。

圖1 X礦山水文地質環境評價指標體系建立流程

表2為該文建立的X礦山研究區水文地質環境評價指標體系，根據體系內對應的子系統與評價指標，獲取對礦產勘查具有影響的評價指標。基于層次分析法，選取部分評價指標，并對評價指標進行分級處理，包括良好、一般以及差3個指標等級。首先，對礦山研究區的地形地貌分級來說，主要根據地形地貌的坡度特征進行分級，當地形地貌的坡度在0°~30°時，表明地形地貌指標等級為良好；地形地貌坡度較大，在30°~50°時，表示地形地貌指標等級為一般；地形地貌坡度較復雜，大于50°時，表示地形地貌指標等級為較差。針對年降雨量來說，當年降雨量小于400 mm時，降雨量指標等級為良好；在400 mm~800 mm時，降雨量指標等級為一般；大于800 mm時，降雨量指標等級為較差。植被覆蓋度大于80%時，礦區內植被覆蓋指標等級為良好；在30%~80%時，植被覆蓋指標等級為一般；小于30%時，植被覆蓋指標等級為較差。通過對礦山研究區內部分水文地質評價指標進行分級處理，結合分級結果，進一步掌握其對礦產勘查的影響，為后續的影響分析提供保障。

表2 X礦山水文地質環境評價指標體系

2.2 基于層次分析法的水文地質因子判斷矩陣構造

在上述礦山水文地質環境評價指標體系建立完畢后，獲取到對礦產勘查具有影響的評價指標，在此基礎上，引入層次分析法，構造礦產研究區水文地質因子判斷矩陣，得出水文地質因子對礦產勘查的影響。首先，根據礦山研究區水文地質因素之間的相互關聯及隸屬關系，通過評價分析的方式，將各個水文地質影響因素進行層次聚集組合，生成聚集組合后，將組合中各項水文地質要素進行分解，形成多層次多要素的結構分析模型，如圖2所示。

圖2 X礦山研究區水文地質層次結構分析模型

在結構分析模型中，選取水文地質評價因子，根據礦山研究區內部的地質環境條件、地質災害分布特征及地質整體構造，獲取影響礦產勘查強度的各項水文地質評價因子，針對水文地質因子，逐個進行分析，得出水文地質因子對礦產勘查易發性影響結果。礦山研究區地質構造對礦產勘查工作具有一定的影響，通常情況下，區域地質構造出現異常，會引發礦區內出現地裂縫及巖體崩塌，降低巖石土體的完整性，對礦產勘查工作具有較大的安全隱患。綜合考慮礦山研究區地質災害易發性評價原理，將礦區內水文地質因子進行層次劃分，以層次結構中最高目標層為模型運轉的核心。基于礦產勘查的相關要求規范，利用層次分析方法，構造水文地質因子判斷矩陣，計算水文地質因子的權值，如公式（1）所示。

式中：L為水文地質因子權值；u為水文地質因子矩陣最大特征根；為礦山研究區礦產勘查階數。結合一致性檢驗的原理，衡量判斷矩陣的結果，獲取水文地質判斷矩陣的綜合指標，計算公式如下。

式中：為礦山研究區水文地質因子判斷矩陣的一致性指標；為判斷矩陣中影響礦產勘查的最大特征值；為判斷矩陣中影響礦產勘查的矩陣階數；為判斷矩陣的一致性指標；為判斷矩陣的平均隨機指標系數。結合矩陣隸屬度函數，分析判斷矩陣中水文地質因子各等級的隸屬度，得出礦山研究區水文地質對礦產勘查的矩陣。

式中：γ表示判斷矩陣中第個水文地質因子關于第個等級的隸屬度。根據水文地質因子判斷矩陣的計算結果與各等級地質因子隸屬度，判斷水文地質對礦產勘查的影響，當≤0.1時，則表明水文地質因子判斷矩陣具有較高的一致性，水文地質對礦產勘查的影響較小。

2.3 分析礦山研究區單元內部一致性

在上述基于層次分析法構造水文地質因子判斷矩陣結束后，接下來，根據礦山水文地質因子的動態變化，分析礦山研究區單元內部一致性。首先，劃分礦山研究區的單元結構，在各個單元結構中輸入內部一致性參數，選取單元內部格網，設置格網的大小，保證各個格網內具有一定數量的礦山水文地質數據與相關信息。基于各個格網內部數據的差異性，計算礦山研究區單元標準差，如公式（5）所示。

3 結果分析

在上述分析方法及分析過程設計結束后，采用MATLAB分析軟件，分析水文地質因子對礦產勘查影響的權重結果，根據權重異常值及分析結果，得出最終的水文地質對礦產勘查影響分析結果，水文地質因子權重分析結果，見表3。

根據表3的分析結果可知，X礦山研究區內無嚴重的地質災害與地質問題，礦區為地質災害不易發區，根據權重分析結果可知，礦區內水文地質環境質量良好，其水位埋深、地下水質量分區以及礦區巖體的富水性對礦產勘查均具有一定的影響，當水文地質條件較差時，不利于礦產勘查工作順利進行，且在勘查過程中礦山存在塌陷坑、滑坡、泥石流等安全隱患，降低了礦產勘查的安全性。

表3 水文地質因子權重分析結果

4 結語

綜上所述，為了研究水文地質對礦產勘查的影響，該文以某地區X礦山為研究對象，引入層次分析法，開展了基于層次分析法的水文地質對礦產勘查影響分析。通過該文的研究，得出了水文地質影響指標與評價因子，獲取了礦山地區水文地質災害特征，體現了礦山研究區的地質環境，根據水文地質影響分析結果，制定相應的礦產勘查應對措施，使礦產勘查工作的安全性得到了顯著提升，對礦山開采工程的順利進行具有重要意義。