矿山地质学论文参考文献

——以小秦岭矿区为例

邢永强1郑钊2宋锋1薛良伟1王卫1

（1.河南省国土资源科学研究院，郑州 450016；2.天津大学建筑工程学院，天津 300072）

《信阳师范学院学报》（自然科学版），文章编号：1003-0972-(2008)-02-0240-03

摘要 应用多级模糊识别模型进行矿山地质环境评价，克服最大隶属度原则所不适用的地方，而且以相对隶属度、隶属函数为基础，使隶属度、隶属函数的计算更加容易。建立了矿山地质环境评价模型，并应用于小秦岭矿区地质环境质量综合评价中，评价结果显示，该方法对矿山地质环境评价可行、可靠。

关键词多级模糊识别模型 地质环境评价 小秦岭

矿山地质环境评价的数学方法有多种，如地理信息系统（GIS）、BP人工神经网络、灰色系统理论、模糊数学方法等都是较为常用的评价方法，这些方法各有其优缺点（田婧等，2007）。矿山地质环境质量评价是解决评价对象的多指标模式识别和排序问题，模糊数学理论中的最大隶属度原则在此问题中得到了广泛的应用。然而，最大隶属度原则有时忽略某些信息，导致结果失真。陈守煜（1998）提出的多级模糊识别模型以相对级别特征值作为判断或识别的依据，克服了最大隶属度原则所不适用的地方，使隶属度、隶属函数的计算更容易。因此，笔者采用多级模糊识别模型来评价某典型矿山的地质环境状况。

1 模糊识别模型介绍

指标相对隶属度公式

设某样本需要对模糊子集A进行识别，样本m个指标组成的特征向量为X=(x1x2…xixm)T，其中：xi为样本指标i 的特征值，i=1，2，…，m。

如样本依据m个指标c个级别的已知指标标准特征值进行识别，则有指标标准特征值矩阵：

环境·生态·水文·岩土：理论探讨与应用实践

式中：yih为指标i级别h的标准特征值，h=1，2，…，c，i=1，2，…，m。

通常将从1级至c级指标标准特征值减小称为指标递减型；从1级至c级指标标准特征值增加称为指标递增型，则递减型指标对A的相对隶属度（隶属函数）为

环境·生态·水文·岩土：理论探讨与应用实践

h级指标标准特征值对A的相对隶属度为

环境·生态·水文·岩土：理论探讨与应用实践

递增型指标对A的相对隶属度（隶属函数）为

环境·生态·水文·岩土：理论探讨与应用实践

h级指标标准特征值对A的相对隶属度为

环境·生态·水文·岩土：理论探讨与应用实践

模糊识别模型的建立

通过隶属度分别把指标与指标标准特征值矩阵变换为A的指标与指标标准特征值的相对隶属度矩阵：

R=(r1r2… rm)T=(ri)

环境·生态·水文·岩土：理论探讨与应用实践

设样本A的各个级别相对隶属度矩阵为

U=(u1u2…uc)T=(uh)

式中：uh为样本对A的级别h相对隶属度，h=1，2，…，c。

由样本在级别区间[a，b]范围内，故矩阵U应满足规一化约束条件： uh=1，同时应有uh=0，且h＜a或h＞b。

为了求解样本对模糊概念A的级别h的最优相对隶属度，建立目标函数：

环境·生态·水文·岩土：理论探讨与应用实践

求解

环境·生态·水文·岩土：理论探讨与应用实践

求得模糊识别模型为

环境·生态·水文·岩土：理论探讨与应用实践

相对级别特征值的求解

设级别变量h以对应的相对隶属度为权重，其总和H(u)= uh·h，称为相对级别特征值或相对状态特征值。

相对级别特征值H(u)是一个描述状态或级别的无量纲数，且1≤H(u)≤c，相对级别特征值由于利用了全部相对隶属度信息，其判断结论比最大隶属度原则更符合实际情况。据此，可应用相对级别特征值H(u)反馈得到相应的级别，对样本作出归属何种级别的判定。

2 应用实例

研究区概况

小秦岭矿区位于河南省西部灵宝市境内的豫、陕、晋三省交界处，矿业经济发展很快，矿区内有国家和地方黄金企业数十家，矿山坑口数千个，矿业已成为灵宝市的支柱产业。然而，由于当地矿业资源的管理、开发体制不健全，小秦岭矿区矿业资源又作为淘金者的首选目标，该地区在淘金者的乱采滥挖下，不可再生的矿业资源和矿区地质环境遭到了严重的破坏。此外，人为的破坏还给该地区带来了崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害。因此，运用适当的方法对小秦岭矿区地质环境进行综合评价，对以后矿山恢复治理工作有重要的指导意义。

评价单元划分

结合对小秦岭矿区的实地调研结果，并遵照客观、公正、科学地反映矿区地质环境区域差异的原则，将评价区划分了87个评价单元。采用先定性分析矿区的主要地质环境问题，并综合考虑地形地貌特征、水系发育特征、人类活动强度等因素，对矿区内问题比较突出地区划定评价单元网格；对于其余地区，则按照3km×3km的正方形网格来划分评价单元，在单元划分的同时还注意与行政界域、水系界域的相互包容以及对边缘单元、小单元的适当合并。此外，在遵循地质环境客观特征的基础上，还考虑到兼顾局部特殊要求的情况，如在豫陕两省交界的地区则按照行政分区边界来划定。划分结果如下：单元dx1和dx2为大西峪区间；w1～w4为文峪区间；单元z1～z3为枣香峪区间；单元dh1～dh3为大湖峪区间；单元zy为藏马峪和阎家峪区间；单元f为夫夫峪区间；单元g为观音峪区间；单元j为荆山峪区间；单元i1～i10为苍珠峪、白花峪、枪马峪、杨砦峪、朱家峪相应的区间；单元1～61是按照正方形网格与各类界域边界交汇并进行适当合并或裁减的评价单元。

矿区地质环境质量评价指标分级

在综合比较成天翔等（2007）、徐友宁等（2003）、蔡斌等（2006）关于选取评价指标研究成果的基础上，从小秦岭矿区地质环境现状条件出发，综合考虑研究区自然条件、人类活动影响、资料收集情况等因素，选择了地表坡度、岩土体抗侵蚀性、植被覆盖率、年降水量、地质灾害、水土流失、地表水污染、人类工程活动强度、矿渣堆积量9个评价指标。

对于选取的评价指标，按照地质环境质量“优”、“良”、“中”、“差”、“极差”划分为5个级别，各级别相应指标的标准值如表1所示。

表1 小秦岭矿区地质环境评价指标分级标准Table1 Index classification standard of geology environmental in Xiaoqinling field

确定权重系数

目前系数确定的方法很多，大致可分为德尔菲、层次分析等主观赋权法和主成分分析、因子分析等客观赋权法，运用主观赋权法掺杂了决策者的主观随意性，而运用客观赋权法却缺乏决策者的意愿，故本次研究采用主观赋权与客观赋权相结合的方法，先由主成分—因子分析赋权法计算出一组初始权重，再带入评价模型进行计算，如果计算结果合理则直接采用该指标权重，如果计算结果差别较大，则在初始权重的基础上再进行适当微调，最终求出一组合理的权重系数，如表2所示。

表2 评价指标的权重系数Table2 Weighing coefficient of evaluation index

小秦岭矿区地质环境评价结果及分析

用VB语言编制相应的计算程序、开发评价模型，结合各单元评价指标的量值和小秦岭矿区实地调研情况，给定地质环境质量评价的最终结果，见表3和图1。

表3 小秦岭矿区地质环境质量评价结果Table3 Evaluative result of geologic environmental quality in Xiaoqinling field

图1 小秦岭矿区地质环境质量评价效果图

将该评价结果与已知物元分析法评价结果相比较，仅有39号、55号、58号、dx2号、i5号、dh3号单元评价结果有偏差，且偏差在允许范围内。

3 结论

多级模糊识别模型分析较物元分析、模糊理论分析等方法计算简便，又克服了最大隶属度原则所不适用的地方。该方法用于矿山地质环境评价，对属于相同级别的检测单元间的差别亦可分区，可以直接看出各单元环境质量的优劣程度，从而为环境治理工作提供更直接的信息。实践证明，用该方法对矿山地质环境进行评价可行、可靠。

参考文献

蔡斌，胡卸文.2006.模糊综合评判在绵阳市环境地质风险性分区评价中的应用.水文地质工程地质，（2）：67～74.

陈守煜.1998.工程模糊集理论与应用.北京：国防工业出版社.

成天翔，张骏，杜东菊.2007.天水地区断裂活动性与地质灾害的相关性研究.工程地质学报，15（1）：33～37.

田婧，韩秀丽.2007.工程地质环境评价方法.河北理工大学大学学报，29（1）：125～128.

徐友宁，袁汉春，何芳，陈社斌，张江华.2003.矿山环境地质问题综合评价指标体系.地质通报，22（10）：829～832.

Research of Multi-Classification Fuzzy Pattern Recognition Model in Mine Geological Quality Evaluation

—The Case of the Mine in Xiaoqinling Field

Xing Yong-qiang1，Zheng Zhao2，Song Feng1，Xue Liang-wei1，Wang Wei1

（ Land and Resources Research Institute，Zhengzhou 450016； of Civil Engineering，Tianjin University，Tianjin 300072）

Abstract：Based on the relative membership degree and function，the model of multi-classification fuzzy pattern recognition is applied in assessment of mine geo-environment quality，which counteracts the defects of maximum membership degree law and makes it easier to calculate the relative membership degree and paper has established assessment model of geo-environment quality and uses it to assess the mine geo-environment quality of Xiaoqinling result indicates that the method is feasible and reliable.

Key words：multi-classification fuzzy pattern recognition model；geological environment evaluation；Xiaoqinling field

[中图分类号] [文献码] B [ 文章 编号] 1000-405X(2013)-7-229-2 中国地质调查局是我国目前唯一组织公益性地质钻探技术研究开发和推广应用的单位，自1999年成立以来，在组织地质钻探技术研究开发和推广应用方面开展了大量工作并做出了显著的成绩，对我国地质钻探技术的发展起到了较好的推动作用。面对地质工作大发展的新形势和实现地质工作现代化目标的要求，地质钻探技术如何发展，如何更好地起到对地质工作的支撑作用，笔者对这些问题有些不成熟的想法，在此发表，希望能抛砖引玉，与大家共同探讨地质钻探技术的发展问题。 1地质工作对钻探技术的需求 目前我国矿产资源紧缺，资源问题成为制约国家建设和国民经济发展的瓶颈问题，引起了国家政府和领导的高度重视。在国务院关于加强地质工作的决定提出的地质工作主要任务中，突出能源矿产勘查和加强非能源重要矿产勘查是两项首要任务。国家为此投入了大量经费，除了正在实施的国土资源大调查专项基金之外，又启动了危机矿山接替资源找矿专项基金和地质勘查基金。此外，地方、甚至个人也在找矿方面表现出很大的热情，并进行积极的投资。近年来，随着地质工作的加强，地质钻探工作量成倍增长，一些省区的年钻探工作量达到了几十万米。钻探工作项目资金来源有国土资源大调查、矿产资源补偿费、中央财政补贴、省资源补偿费、地方财政补贴、市场项目等。钻探工作量加大，使得对钻探设备和技术的需求同时加大。 2地质钻探技术应用现状 与世界先进的钻探技术相比，目前我国地质勘探工作中采用的钻探技术总体水平比较落后。钻探施工主要采用立轴式岩心钻机，基本上是20世纪80年代左右的设计。现代的全液压动力头钻机依靠进口，我国自己研制的产品已经开始出现，但还未得到大面积推广应用，而且现在只有个别钻深能力(1000m)的钻机，还未形成系列。钻探工艺方面，一些先进的钻进工艺方法还没有得到推广应用。金刚石绳索取心钻进方法虽得到了较多的应用，但还未能大面积普及。液动锤钻进(液动冲击回转钻进)方法的优点虽然为人们所认识，但由于该方法在恶劣的泥浆条件下使用时，钻具可靠性和寿命方面存在着一些问题以及这些年钻探现场管理水平的下降，使其在地质钻探中的应用较以前更少。一些具有较好前景的先进的钻进工艺方法，如绳索取心液动锤钻进方法和不提钻换钻头方法虽然都已研制成功，但实际应用很少。空气反循环取样钻进方法尽管具有高效率、低成本的特点，但由于没有得到地质人员的认可，至今未能得到推广。除此之外，目前地质钻探施工中所用的钻孔护壁堵漏技术、测斜技术等，基本上也是20世纪80年代左右的水平。由于采用的钻探技术水平不高，地质勘探中钻探工作的效率和效果不太理想，表现在台月效率较低、复杂地层钻进问题多、深孔钻进能力差、钻进成本高。这些问题的存在，使得钻探技术对地质工作的技术支撑效果受到影响。 3地质钻探技术发展目标 笔者认为，考虑地质钻探技术发展目标时应该分阶段，应该分成近期、中长期和远期。划分原则是：至2010年为近期，至2020年为中长期，至2050年为远期。 远期(至2050年)目标 实现地质钻探技术的现代化应该是钻探技术发展的远期目标。在国务院关于加强地质工作的决定和国务院温家宝就贯彻决定所作的重要批示中，都明确地提出了要实现地质工作现代化。关于地质工作现代化的定义，目前尚无统一的说法。笔者的理解是：地质工作现代化的标志应该是，在地质工作中普遍采用具有现代世界先进水平的地质勘查技术。钻探技术是地质勘查技术的种类之一，地质钻探技术的现代化也应该符合此项标准。然而，此项目标的实现是一项长期和艰巨的任务，因为只有国家的整体工业技术水平达到了世界先进水平后，我国的地质钻探技术才有可能从总体上达到世界先进水平，地质钻探技术现代化与国家的现代化应该是基本同步的。邓小平同志在介绍中国实现现代化的三步走战略时，明确提出到2050年中国基本实现现代化，达到世界中等发达国家的水平。1999年10月22日，时任国家主席江泽民在英国剑桥大学发表演讲时向公众宣布：我们的目标是，到下世纪中叶，即中华人民共和国成立一百周年时，基本实现现代化。由此看来，我国地质钻探技术现代化实现的时间应该是21世纪中叶。 中长期(至2020)年目标 地质钻探技术发展的中长期(至2020年)目标应该是：自主创新能力显著增强，地质钻探技术水平显著提高，自主研发的新型钻探设备和先进钻进工艺方法得到较大面积的推广应用，钻探装备与施工技术总体上接近发达国家水平。 近期(至2010年)目标 地质钻探技术发展的近期(至2010年)目标应该是：初步完成2000m深度以内的新一代地质岩心钻探设备系列研制;改进完善一批先进的钻进工艺方法，使之达到推广应用的水平;取得一批深孔钻探、复杂地层钻探和高精度定向钻探技术研究成果;研发成功现代的深水井和煤层气井钻探用全液压动力头钻机;地质钻探科技成果转化和推广取得较显著的成效。 4地质钻探技术近期研发工作重点 中国地质调查局近期组织开展的地质钻探技术研发工作基本上是按照上述的近期目标的思路安排的，重点研究内容如下： (1)2000m深度以内的新一代地质岩心钻探设备系列;(2)满足覆盖区化探和异常查证需求、适应复杂地层条件的轻便、高效、多功能取样钻机及其配套的钻进工艺方法和器具;(3)1000m全液压动力头水井和煤层气井钻机及其配套的钻进工艺方法和器具;(4)改进完善一批先进的钻进工艺方法，包括冲击回转钻进方法、绳索取心冲击回转钻进方法、不提钻换钻头方法和深孔绳索取心方法;(5)解决复杂地层钻进技术难题，包括复杂地层钻孔护壁堵漏技术问题、复杂地层取心技术问题等;(6)高精度定向钻探技术，包括提高钻孔测量精度和定向钻进施工中靶精度的技术以及取心定向钻进技术;(7)万米科学超深孔钻探技术方案预研究。除了研究与开发工作以外，钻探新方法、新技术推广应用也是中国地质调查局钻探技术管理工作的重点之一，拟开展以下一些工作： ①新型岩心钻探机具应用培训;②地质调查浅层取样钻技术应用培训;③地质钻孔测量技术应用培训;④新型地质钻探泥浆体系应用培训;⑤节水钻进技术应用培训;⑥空气反循环取心钻进技术培训和应用示范;⑦车载式浅层取样钻机应用示范。 5几个值得强调的问题 加强技术创新 技术创新的核心内容是科学技术的发明和创造，其直接结果是推动科学技术进步，提高社会生产力的发展水平，进而促进社会经济的增长。通过技术创新可实现技术跨越式发展，在短期内获得显著的技术经济效果，使一些常规方法难以解决的问题得到解决。这里举2个钻探技术领域技术创新取得显著成效的实例。第一个实例是科拉超深钻。前苏联的工业技术发达程度比不上西方国家，却钻成了世界上唯一一口深度超万米的钻井——12262m深的科拉超深井。钻万米超深井的难度非常大。这口井之所以能钻进成功，是因为前苏联人在施工这口井时进行了大量的钻探技术创新，其中3项对钻进施工的成败起决定性作用的重大创新是：超前孔裸眼钻进方法;铝合金钻杆;带减速器的涡轮马达井底驱动。第二个实例是中国大陆科学钻探工程科钻一井。该项目是在坚硬的结晶岩中施工5000m连续取心钻孔。这种施工在我国没有先例，在世界上也属高难度钻井工程。该井在施工时采取了一系列的技术创新，涉及套管和钻进施工程序、取心钻进技术、扩孔钻进技术和井斜控制技术，最终获得了高效、优质的施工效果。由于采用螺杆马达-液动锤-金刚石取心钻进方法，使机械钻速提高50%以上，回次长度由3m提高到8～9m，大大节省了施工时间和成本。 加强新方法、新技术推广应用 新方法、新技术从研发出来，到在钻探施工中得到普遍应用，通常需要花很长的时间，做大量的推广应用工作。推广应用工作包括宣传、现场演示、技术培训和技术交流等。这些环节工作效果的好坏，都会直接影响到科技成果转化及其得到实际应用所需的时间，影响地质钻探技术现代化的进程。为获得好的效果，该项工作应有计划、有组织地开展，因为研发单位通常只是从本单位的利益和眼前的利益考虑推广应用工作，而该项目工作的计划和组织实施需要一种全局性和长远的考虑。这些年来，在钻探技术研究与应用的所有环节中，科技成果推广应用是相对比较薄弱的环节，加强此方面工作是当务之急。 参考文献 [1]王达.探矿工程(地质工程)未来20年科技发展战略研究[J].探矿工程(岩土钻掘工程)，2004，31(1).看了“地质钻探技术论文”的人还看： 1. 工程地质勘探中的钻探技术应用论文 2. 工程地质勘查论文 3. 工程地质勘察论文 4. 地质毕业论文范文 5. 地质学毕业论文范文