個(gè)舊礦區(qū)水文地質(zhì)現(xiàn)狀及地下水保護(hù)與利用

彭必建，李四堂

(云南地質(zhì)工程勘察設(shè)計(jì)研究院，云南 昆明 650041)

本文個(gè)舊礦區(qū)指個(gè)舊斷裂以東、甲界山以西區(qū)域，面積約360km2，為大型錫多金屬礦床。采礦活動(dòng)始于清代，至今有400年歷史。礦區(qū)分布云南錫業(yè)股份有限公司主力礦山，礦權(quán)面積上百平方千米，年生產(chǎn)規(guī)模達(dá)數(shù)百萬噸。礦業(yè)活動(dòng)為地質(zhì)環(huán)境改造的主要營力，自然水文地質(zhì)環(huán)境遭受強(qiáng)力改造。

1 水文地質(zhì)環(huán)境背景

1.1 自然地理

礦區(qū)地處紅河水系與南盤江水系分水嶺地帶，主體為巖溶斷塊山地地貌，一般標(biāo)高2 000m～2 400m，北東側(cè)鄰蒙自盆地，標(biāo)高約1 300m，南側(cè)為紅河峽谷，標(biāo)高約150m。分水嶺以北為南盤江支流瀘江流域，以南為紅河流域；礦區(qū)內(nèi)地表水系不發(fā)育。礦區(qū)屬南亞熱帶氣候，平均氣溫11.8℃，年降雨量1 613mm，蒸發(fā)量1 203mm。

1.2 水文地質(zhì)

1.2.1 水文地質(zhì)單元

紅河、南盤江兩大水系的地表分水嶺由奪底、黃羊壩方向，過老廠鎮(zhèn)以北、個(gè)舊市區(qū)以南，呈東西向穿過，地形最高點(diǎn)海拔2740m(蓮花山)。地下水分水嶺與地表水分水嶺大體上一致，但在礦區(qū)受礦業(yè)活動(dòng)影響，地下分水嶺南移7～8km。地下水以巖溶水為主，埋藏較深，最高初見水位2 075m。以地下水分水嶺為界，分為兩個(gè)水文地質(zhì)單元。以北屬南盤江水文地質(zhì)單元，地形向蒙自大屯盆地傾斜，礦區(qū)為地下水的補(bǔ)給區(qū)，以大氣降水為補(bǔ)給來源，向北東方向逕流，于盆地邊緣排泄，形成大屯淺埋富水地段(標(biāo)高1 284m)，并泉水出露。以南為紅河水文地質(zhì)單元，總體地形向南傾斜，礦區(qū)為地下水補(bǔ)給區(qū)，在接受降雨補(bǔ)給后，地下逕流由于南側(cè)島狀分布碎屑巖(T1x、T3h)的阻隔，向西南、東南方向分流，分別于西側(cè)卡房大溝(標(biāo)高1 350m～1 560m)和東側(cè)綠水河(標(biāo)高300m)，以泉水和地下暗河形式排泄，最終匯入紅河(圖1)。

圖1 個(gè)舊礦區(qū)東區(qū)區(qū)域水文地質(zhì)圖

1.2.2 含(隔)水層

依含水介質(zhì)屬性，將區(qū)內(nèi)含(隔)水層分為以下三類：

①松散層孔隙水含水層：第四系(Q)殘坡積層，紅粘土為主，含錫礦，厚度一般5m～10m，分布不連續(xù)，一般不含水，富水性差。

②碳酸鹽巖巖溶水含水層：中三迭統(tǒng)個(gè)舊組(T2g)灰?guī)r、白云巖，總厚度1 248m～2 383m，分布廣泛，為主要含礦層位。巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，洼地、漏斗、落水洞眾多。據(jù)調(diào)查，巖溶負(fù)向形態(tài)密度老廠礦區(qū)為1.26個(gè)/km2，新建礦區(qū)達(dá)2.63個(gè)/km2，，以往鉆孔揭露最大溶洞高26.79m。含巖溶水，富水性強(qiáng)。據(jù)區(qū)

域水文地質(zhì)普查成果，一般泉水流量4.5～35L/s，大者達(dá)數(shù)百升每秒。也為礦區(qū)主要含水層。

1.2.3 礦床水文地質(zhì)類型

三個(gè)含(隔)水層在垂向上，呈上下迭置關(guān)系。上覆松散層對基巖地下水具一定保護(hù)作用。花崗巖隔水層為巖溶水儲水底板。含礦碳酸鹽巖為強(qiáng)富水含水層，深部礦體在地下水位以下，巖溶水為礦井水充水主要因素，深部礦體開采時(shí)，礦井水疏排困難。礦床水文地質(zhì)類型為巖溶含水層充水為主的復(fù)雜類型。

2 水文地質(zhì)環(huán)境改造因素

礦業(yè)活動(dòng)對礦區(qū)水文地質(zhì)環(huán)境影響嚴(yán)重，主要改造方式表現(xiàn)在露天沖采和地下坑采形成大面積井巷工程與采空區(qū)、礦井大量疏排地下水、地表形成大量廢石堆與選廠尾礦等。

2.1 露天沖采

礦山自采礦之始至上世紀(jì)七十年代，采用水力沖采方法開采紅粘土層砂錫礦。第四系松散層孔隙含水層多被剝離，基巖裸露，大氣降水由經(jīng)過土層入滲補(bǔ)給轉(zhuǎn)化為直接補(bǔ)給；巖溶地下水防污染能力隨之降低。

2.2 地采井巷工程與采空區(qū)

上世紀(jì)七十年代中后期轉(zhuǎn)為地下開采，采用平硐+盲斜井+盲豎井開拓方式?，F(xiàn)礦區(qū)井巷工程縱橫交錯(cuò)，總長度超過350萬米，單位面積井巷長度超過1萬m/km2。地下井巷工程的開拓立體串通含水介質(zhì)，巖溶含水層地質(zhì)結(jié)構(gòu)改變很大，于是地下水逕流更加通暢，交替更為迅速。

個(gè)舊礦區(qū)歷史上累計(jì)采出礦石上億噸，現(xiàn)地下采空區(qū)面積約8km2～10km2。一般埋深300m～600m，局部小于100m。采空區(qū)引發(fā)地面塌陷區(qū)面積1.33km2，單條地裂縫最長達(dá)360m，最寬達(dá)0.6m，并地表巖體松弛。地面塌陷、地裂縫及塌陷區(qū)支離巖體等有助于降水及地表逕流下滲，提高有效補(bǔ)給程度。

2.3 礦井大量疏排地下水

每座礦山往往有若干個(gè)平硐排水，仿佛“群孔抽水”合力疏干礦區(qū)地下水，強(qiáng)力改變巖溶水的天然狀態(tài)。一方面地下水由巖溶網(wǎng)管流變?yōu)槠巾霞鹊懒骷信判?，另一方面人工疏干，地下水位大幅降低?/p>

據(jù)調(diào)查和收集礦山觀測資料，現(xiàn)狀主要礦山水位降低167.17m～687m，礦井累計(jì)排水量最小10.01萬m3/d，最大42.96萬m3/d，詳見表1。

表1 主要礦山礦井排水量統(tǒng)計(jì)表

依上表最小、最大排水量平均值估算年排水量為9 667m3/a，其與蒙自五里沖水庫蓄水量大體相當(dāng)。

2.4 采礦廢石與選廠尾礦

歷史采礦產(chǎn)生大量廢石，礦區(qū)有較大棄渣場(堆)73處，占地面積約86.13hm2，共1 423.6萬m3。另外，在礦區(qū)北部有多個(gè)小型選礦廠，單老廠分公司礦區(qū)范圍內(nèi)就有8個(gè)尾礦庫建于巖溶洼地中。尾礦污泥、污水中的有毒、有害元素，勢必對地下水造成污染。

3 水文地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀評估及預(yù)測分析

3.1 水文地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀評估

3.1.1 地下水補(bǔ)給、逕流、排泄條件變異

礦山經(jīng)歷了長期開采，區(qū)域水文地質(zhì)格局未發(fā)生根本性的改變，仍然屬于南盤江和紅河二個(gè)水文地質(zhì)單元。但是，地下水的補(bǔ)給、逕流、排泄條件已顯現(xiàn)出新的特點(diǎn)。

補(bǔ)給條件：由于表覆紅粘土(砂錫礦)被剝離，加之地下形成大量采空區(qū)產(chǎn)生了地面塌陷與裂縫，以及地下水位大幅下降、包氣帶厚度增大等原由，巖溶含水層的補(bǔ)給逕流更加通暢，大氣降水的有效補(bǔ)給能力顯著增強(qiáng)。礦區(qū)年平均降水量1 613.0mm，礦井年排水量9 667萬m3，礦山開采影響范圍360km2，計(jì)算得出大氣降水入滲系數(shù)為0.61。若將礦區(qū)邊緣地下水天然排泄點(diǎn)現(xiàn)狀流量一起考慮，則入滲系數(shù)接近0.8。

逕流條件：天然狀態(tài)下，區(qū)內(nèi)巖溶地下水以溶洞、溶隙為滲流運(yùn)移的通道。現(xiàn)狀條件下，縱橫交織的采礦坑道達(dá)1萬m/ km2以上，成為集水逕流廊道，地下逕流更加通暢。另一方面，礦山疏干排水井口就近設(shè)立，地下水流程大大縮短，導(dǎo)致地下水循環(huán)周期減小，并動(dòng)態(tài)季節(jié)性變化更為敏感，礦區(qū)疏干排水量雨季、旱季倍比4.29。

排泄條件：現(xiàn)礦山設(shè)立疏干排水井10余個(gè)，致使地下水排泄條件產(chǎn)生較大變化。北部蒙自大屯海水文地質(zhì)單元，老廠、松樹腳、大屯礦區(qū)礦井疏干最低標(biāo)高1 360m，仍高出最低排泄區(qū)(大屯海)1 284m，但礦井疏干排水截流了逕流，從而減小了下游排泄區(qū)的排泄量，現(xiàn)狀大屯海一帶地下水位有明顯下降。同樣，分水嶺以南水文地質(zhì)單元，受卡房、新建礦山最低疏干標(biāo)高1 385m的影響，卡房大溝1 350m～1 560m排泄區(qū)原有泉水流量12.25～133.31L/s，現(xiàn)狀流量僅3.26～12.45L/s，個(gè)別干枯；紅河(元江)北部岸綠水河暗河出口枯季流量5 430L/s，現(xiàn)狀調(diào)查流量減小為3 000L/s。

3.1.2 降落漏斗與分水嶺遷移

由于礦山長期疏干排水，礦區(qū)地下水位持續(xù)下降。分水嶺北側(cè)礦區(qū)地下水穩(wěn)定水位2047.0m～1613.5m，礦井疏干標(biāo)高1360m，水位降低分別為687.0m、470m、253.5m；分水嶺以南礦區(qū)地下水位2025.0m～1552.17m，礦井疏干最低標(biāo)高為1600m、1385m，水位降低475.0m、167.17m。現(xiàn)狀巖溶地下水位局部接近下伏花崗巖隔水體頂面，含水層呈半疏干或全疏干狀態(tài)。

現(xiàn)狀已形成兩個(gè)降落漏斗(圖2)。北部降落漏斗平面呈 “彎刀狀”，橫向?qū)?～4km，縱向長約13km，面積約48km2，漏斗中心位于老廠礦區(qū)北部1360m中段。南部降落漏斗平面呈“長條”狀，東西寬約3km，南北長約7km，面積約22km2，漏斗中心位于新建礦1 385m中段。

北部疏干排水強(qiáng)度大于南部，北部降落漏斗面積及水位降低值也大于南部，故地下水分水嶺向南遷移7km～8km。

3.1.3 地下水污染

據(jù)1∶20區(qū)域水文地質(zhì)普查報(bào)告，區(qū)內(nèi)巖溶水化學(xué)類型為HCO3-Ca·Mg型，礦化度小于0.5g/L，適于生活和生產(chǎn)利用。據(jù)礦山多年水質(zhì)監(jiān)測，現(xiàn)個(gè)別水樣砷含量輕微超標(biāo)，原因尚不明確，不排除為選礦尾礦渣液污染的可能性，其余指標(biāo)均符合國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)狀水質(zhì)變化小。

3.1.4 礦井水利用

本區(qū)礦井疏干排水量大、水質(zhì)較好，除礦山自身生產(chǎn)用水外，還作為水源開發(fā)利用，與之配套的排水、輸水、供水工程初步建成。

其中，老廠礦區(qū)1 800m、馬拉格礦1 730m平硐向個(gè)舊金湖排水量約8 000m3/d。松樹腳、大屯和大部分老廠礦區(qū)礦井水由1 360m中段和地面溝渠向大屯選廠、甲介山游泳池供水約4 000m3/d；南部卡房分公司、卡房分礦和部分新建礦礦井水由云錫公司泵至卡房鎮(zhèn)利用。

區(qū)內(nèi)礦井排水量平均26.22萬m3/d，粗估現(xiàn)狀總利用水量約5萬m3/d，利用率低，僅為19.1%。

3.2 預(yù)測分析

區(qū)內(nèi)礦山均為延續(xù)生產(chǎn)礦山，后續(xù)服務(wù)年限12年(大屯)～28年(老廠)，最低開采標(biāo)高北部松樹腳礦910m，南部新建礦為1 350m。

依據(jù)水文地質(zhì)比擬法預(yù)測礦井涌水量。公式如下：

Q=Q0·F/F0·(S/S0)

式中：Q-預(yù)測涌水量(萬m3/d)；Q0-現(xiàn)狀涌水量(萬m3/d)；F-預(yù)測全面開拓的影響面積(km2)；F0-現(xiàn)狀開拓影響面積(km2)；S-預(yù)測水位降深值(m)；S0-現(xiàn)狀水位降深值(m)。

其中，由于未來持續(xù)深部開拓，坑道控制新影響面積不會有較大變化，故F/F0≈1。分南北兩區(qū)分別計(jì)算，北區(qū)含馬拉格、大屯、松樹腳、老廠四個(gè)礦區(qū)，南區(qū)含卡房分公司、卡房分礦和新建礦三個(gè)礦區(qū)。

表2 礦井涌水量預(yù)測計(jì)算表

結(jié)果顯示：預(yù)測北區(qū)礦井涌水量較現(xiàn)狀增大1.34倍，降落漏斗中心向松樹腳礦移動(dòng)，下游大屯海一帶地下水位將持續(xù)下降；南部地區(qū)礦井涌水量較現(xiàn)狀增大1.21倍，降落漏斗無顯著變化，但礦井疏干排水標(biāo)高低于卡房大溝部分泉水出露標(biāo)高，其流量漸小或干枯，綠水河暗河水量大體上維持在現(xiàn)狀水平。由于北區(qū)礦井疏干910m低于南區(qū)(1 350)m約440m，南盤江與紅河分水嶺將持續(xù)南移。

此外，據(jù)礦山資源開發(fā)利用方案，后續(xù)采礦工程未有大的改變，地下水水質(zhì)狀態(tài)發(fā)生顯著變異可能性小，但需要警惕區(qū)內(nèi)選礦及尾礦渣液的滲漏污染。

4 地下水資源保護(hù)利用建議

個(gè)舊礦區(qū)經(jīng)歷了數(shù)百年的開采，礦山水文地質(zhì)環(huán)境遭受改造有必然性。在采礦活動(dòng)終了后，欲將水文地質(zhì)環(huán)境全面恢復(fù)到原有自然狀態(tài)是十分困難的。但是，局地有限恢復(fù)是可能的，如松樹腳礦910m中段通過井底水倉提至1 360m平硐排出，新建礦1 350m中段水倉提至1 385m平硐排出，開采后不再排水，依賴降雨入滲補(bǔ)給，若干年后，地下水位有望分別恢復(fù)至 1 360m和1 385m水平。另一方面，考慮個(gè)舊、蒙自是滇南缺水的城市，水資源嚴(yán)重制約當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會發(fā)展。個(gè)舊礦區(qū)礦井排水量大、位置高，為緩解水資源緊缺局面提供了有利條件，茲根據(jù)“因地制宜，因勢利導(dǎo)，開發(fā)與保護(hù)并重”的原則，對礦山水資源保護(hù)與礦井水利用提出如下建議：

(1)開展水文地質(zhì)調(diào)查與監(jiān)測，為地下水資源保護(hù)與利用提供依據(jù)

礦區(qū)處在南盤江與紅河分水嶺地帶，水文地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜。以往進(jìn)行的區(qū)域水文地質(zhì)普查，和近期開展的礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理工作，為認(rèn)識與分析礦山水文地質(zhì)背景與現(xiàn)狀提供了基礎(chǔ)資料，但其深度與全面性明顯不足。為此，需開展專項(xiàng)水文地質(zhì)調(diào)查，范圍應(yīng)涵蓋蒙自大屯盆地和紅河二個(gè)水文地質(zhì)單元，輔以地下水監(jiān)測工作，以查明水文地質(zhì)環(huán)境的演化，掌握變化態(tài)勢，為水文地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與地下水利用提供依據(jù)。

(2)建立健全礦井水資源分配方案，提高利用率

現(xiàn)狀礦山排水量10.01～43.01萬m3/d，年逕流量接近一個(gè)大型水庫，且水質(zhì)較好，為當(dāng)?shù)匦略鲆惶幧钏?。但是目前利用率不?0%，仍有廣闊的開發(fā)利用前景。建議進(jìn)一步摸清礦山排水口位置及排水量，和需水戶空間、時(shí)間分布情況，制定科學(xué)的水資源分配方案，避免無效排放和浪費(fèi)，有效合理利用礦井水，最大限度提高水資源利用率，促進(jìn)蒙自、個(gè)舊地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展。

(3)借助現(xiàn)有輸水、蓄水設(shè)施，調(diào)節(jié)礦井水季節(jié)性變化

礦坑涌水主要來源于大氣降水補(bǔ)給，受降水季節(jié)性控制礦井最大最小排水量相差四倍左右，豐、枯變化大。礦山輸水系統(tǒng)已經(jīng)初步建立，可借助附近的個(gè)舊金湖、大屯海、蒙自長橋海及其他壩塘集蓄汛期礦井水，保證枯水期有效供給，這也是提高礦井水利用率的重要舉措。

(4)截?cái)辔廴就緩?，避免地下水質(zhì)惡化

礦區(qū)地下水存儲介質(zhì)為開放式巖溶系統(tǒng)，無良好防護(hù)蓋層，易遭受有毒、有害物質(zhì)污染，脆弱性高?，F(xiàn)狀礦區(qū)內(nèi)仍有數(shù)座小型選礦廠及尾礦庫，其選礦廢水及尾礦渣液可能成為地下水的污染源?，F(xiàn)狀礦井水有砷污染痕跡，應(yīng)引起重視。因此，建議加強(qiáng)選廠生產(chǎn)期間生產(chǎn)用水的循環(huán)利用及尾礦庫的防滲措施的監(jiān)管，并盡早廢棄區(qū)內(nèi)選礦廠及尾礦庫。另外，還需做好礦區(qū)生活垃圾與污水的無害化處理。

(5)植樹種草恢復(fù)植被，保護(hù)地下水資源

受長期礦業(yè)活動(dòng)的影響，區(qū)內(nèi)原生植被慘遭破壞，呈現(xiàn)大片裸地，森林植被覆蓋率低，加之礦井疏干排水，地下水位大幅降低，巖土水分涵養(yǎng)保持能力降低，建議植樹種草恢復(fù)植被。森林對地下水保護(hù)顯著，對適宜植樹場地優(yōu)先恢復(fù)為林地，可采用喬+灌模式混種。部分地段土層貧瘠，水源缺乏，植樹成活率低，建議改種牧草，建設(shè)養(yǎng)殖基地，規(guī)?；曫B(yǎng)牛羊，既可實(shí)現(xiàn)礦山綠化，又為滇南城市提供新鮮、安全肉奶食品，收到兩全其美效果。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]云南地質(zhì)局第十五地質(zhì)隊(duì).1∶20萬個(gè)舊幅區(qū)域水文地質(zhì)普查報(bào)告[R].1980.

[2]云南地質(zhì)局水文地質(zhì)工程地質(zhì)公司. 1∶20萬金平幅河口幅區(qū)域水文地質(zhì)普查報(bào)告[R].1982.

[3]云南地質(zhì)工程勘察設(shè)計(jì)研究院.云南錫業(yè)股份有限公司大屯錫礦礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理方案[R].2013.

[4]云南地質(zhì)工程勘察設(shè)計(jì)研究院.云南錫業(yè)股份有限公司松樹腳分礦礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理方案[R].2013.

[5]云南地質(zhì)工程勘察設(shè)計(jì)研究院.云南錫業(yè)股份有限公司老廠分公司礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理方案[R].2013.

[6]云南地質(zhì)工程勘察設(shè)計(jì)研究院.云南錫業(yè)股份有限公司卡房分公司礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理方案[R].2013.

[7]云南地質(zhì)工程勘察設(shè)計(jì)研究院，云錫集團(tuán)新建礦業(yè)有限責(zé)任公司礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理方案[R].2013.

[8]國土資源部.礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理方案編制規(guī)范(DZ/T0223-2011)[S]. 2011.