廣東省揭西縣金坑礦區(qū)大氣降雨與PD14礦坑涌水量的關(guān)系

羅來鈁

(廣東省有色金屬地質(zhì)局 九三一隊(duì),廣東 汕頭 515041)

廣東省揭西縣金坑礦區(qū)大氣降雨與PD14礦坑涌水量的關(guān)系

羅來鈁

(廣東省有色金屬地質(zhì)局 九三一隊(duì),廣東 汕頭 515041)

揭西縣金坑礦區(qū)PD14礦坑涌水補(bǔ)給來源相對(duì)較簡單,周邊地表水系雖發(fā)達(dá),但因其所處高程高于周邊地表水系歷年最高洪水位,且沒有斷層溝通地表水系,對(duì)該點(diǎn)進(jìn)行長期觀測與分析研究,認(rèn)為該礦坑涌水量的大小主要受大氣降雨的滲透補(bǔ)給影響。

揭西金坑;PD14礦坑;大氣降雨;月涌水量;月降雨量

1 礦坑基本性狀特征及自然地質(zhì)背景概況

1.1 礦坑基本性狀特征

揭西縣金坑礦區(qū)PD14礦坑(以下簡稱PD14礦坑)為以往偷采的民窿,開采方式為地下平硐開采,采深約59 m,采寬1.3 m,掌子面高度為2.5 m,平面面積為270 m2,開采走向?yàn)楸睎|45°。本文主要分析大氣降雨與PD14礦坑涌水量的關(guān)系。

1.2 水文氣象條件

1.2.1 氣象

礦區(qū)地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),雨量充沛,境內(nèi)雨季始于5月下旬,終于8月中旬(豐水期);而自12月起至翌年4月,雨量稀少(枯水期)。揭西縣氣象局良田鄉(xiāng)2009年—2013年逐月大氣降雨量見表1。

1.2.2 水文

PD14礦坑周邊除西側(cè)有淘金坑河外,無其他水系,兩者直距約38 m。淘金坑河據(jù)資料歷史最高洪水位為78 m,PD14礦坑坑口高程為90.4 m,PD14礦坑坑口標(biāo)高高于淘金坑河歷史最高洪水位12.4 m。

1.3 地質(zhì)條件[1]

1.3.1 地形地貌條件

PD14礦坑地處粵東北部山區(qū)向東南部潮汕平原[2]的過渡地段,該區(qū)總體地勢東高西低,地形坡度平均約26°;PD14礦坑位于山脊上,頂部高程為250 m,屬丘陵地貌。西側(cè)下部為淘金坑河,沿淘金坑河兩邊地勢陡峭,地形切割較深,坡降比較大。地表殘坡積層覆蓋厚度大,植被發(fā)育。

表1 2009—2013年揭西縣良田鄉(xiāng)逐月大氣降雨量

1.3.2 地層巖性

PD14礦坑周邊主要出露第四系殘坡積土(Q)、片理化絹云母石英斑巖(λπSe),次為煌斑巖脈。

第四系殘坡積土以覆蓋層分布在山間洼地及小溪中,以沖積—洪積物為主,由巨礫、礫石、砂和粘土組成。

PD14礦坑內(nèi)主要出露石英斑巖(96%),巖石呈灰白—灰色,斑狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,斑晶為無色透明之石英,粒度一般在1～3 mm?；|(zhì)為細(xì)晶質(zhì)或隱晶質(zhì)的石英,含少量長石、絹云母。

1.3.3 地質(zhì)構(gòu)造

PD14礦坑周邊主要分布有F2、F6兩條斷層,斷層特征如下:

F2位于PD14礦坑西側(cè),直距約20 m,兩端均進(jìn)入淘金坑河,延長>800 m,走向330°～340°,傾向SW,傾角76°～85°,破碎帶寬2～10 m,由擠壓破碎的片理化帶、角礫巖帶組成,可見明顯的斷層構(gòu)造角礫和構(gòu)造透鏡體[3],局部地段可見糜棱巖。破碎帶中見硅化、綠泥石化及黃鐵礦化。經(jīng)調(diào)查該斷層未溝通PD14礦坑,與PD14礦坑充水無關(guān)系。

F6位于PD14礦坑北東側(cè)末端,地貌上表現(xiàn)為陡崖、溝壁,產(chǎn)出于細(xì)?；◢弾r中,延長>200 m,走向345°～355°,傾向SW,傾角72°～80°,破碎帶寬2～5 m,由擠壓破碎的片理化帶、角礫巖帶組成,可見明顯的斷層構(gòu)造角礫和構(gòu)造透鏡體,局部可見石英脈。破碎帶中見硅化、綠泥石化及黃鐵礦化。該斷層走向與淘金坑河流向基本一致,且距離淘金坑河較遠(yuǎn),經(jīng)調(diào)查該斷層未溝通地表水,對(duì)PD14礦坑充水無影響。

1.3.4 水文地質(zhì)條件

松散巖類孔隙水[4]主要賦存于第四系(Q)沖洪積層及殘坡積層,分布于河流兩岸及山間洼地,由沖洪積、殘坡積的砂礫、卵石、碎石、砂質(zhì)粘土等組成,屬松散土層孔隙潛水含水層。淘金坑河兩岸沖洪積砂礫石層一般富水性中等,透水性好,山坡溝谷間殘坡積層富水性弱—極弱。

塊狀巖類裂隙含水層主要見于石英斑巖(λπSe),呈巖基形式產(chǎn)出,巖性致密堅(jiān)硬,完整性好。其含水性呈明顯的垂直分帶特征[5]:近地表的淺部,風(fēng)化裂隙發(fā)育,存在裂隙水,為裂隙弱含水帶,厚度<15 m,裂隙率平均0.52%左右,沖洗液消耗量平均0.075 L/s左右,富水性弱;往深部裂隙不發(fā)育,透水性差,為隔水巖體。

2 礦坑涌水量統(tǒng)計(jì)

2009年1月,PD14礦坑在普查階段建立了水文長期觀測點(diǎn),自該時(shí)逐月觀測該點(diǎn)流量、氣溫、水溫、pH值等基礎(chǔ)水文數(shù)據(jù)共5年60次,觀測方法采用直角三角堰。觀測數(shù)據(jù)見表2,PD14涌水量月單次平均、月單次最大、月單次最小值及年流量見表3。

表2 礦坑逐月單次涌水量一覽表

表3 月單次涌水量及年流量統(tǒng)計(jì)分析表

PD14礦坑涌水量5年平均值為0.175 L/s,月平均最大值為2011年的0.247 L/s,月平均最小值為2009年的0.091 L/s;5年中月最大值中的最大值為2011年的1.436 L/s,月最大值中的最小值為2009年的0.186 L/s;月最小值中的最大值為2012年的0.111 L/s,月最小值中的最小值為2009年的0.039 L/s;年流量平均值為5 484 m3/a,范圍值為2 854～7 789 m3/a,2011年年涌水量最多,2009年最少。

3 礦坑涌水影響因素分析

3.1 地表水對(duì)礦坑涌水影響分析

PD14礦坑周邊除西側(cè)有淘金坑河外,無其他水系,且其歷史最高洪水位78 m低于整個(gè)PD14礦坑,排除地表水直接涌入礦坑。綜合礦區(qū)地質(zhì)條件分析,地表水以及斷層聯(lián)通其他含水層影響礦坑涌水量的可能性甚微,礦坑涌水量主要受大氣降雨的滲透補(bǔ)給影響。

3.2 地下水對(duì)礦坑涌水影響分析

PD14礦坑周邊地下水主要為第四系松散巖類孔隙水和塊狀巖類裂隙含水層,塊狀巖類裂隙含水層富水性弱,第四系松散巖類孔隙水富水性中等。因地下水含水層富水性弱—中等,且其礦坑上部地下水補(bǔ)給來源為大氣降雨,故地下水對(duì)PD14礦坑涌水影響較弱。

3.3 大氣降雨對(duì)礦坑涌水影響分析

大氣降雨是地下水的主要補(bǔ)給來源,大氣降雨降落在地表,一部分形成地表徑流,直接順坡匯入礦坑,另一部分滲入地下轉(zhuǎn)為地下水,通過山麓斜坡基巖風(fēng)化裂隙及第四系松散層滲入,間接補(bǔ)給礦坑水。

通過從大氣降雨、地表水、地下水等礦坑充水水源及充水通道等方面分析,排除地表水以及斷層聯(lián)通其他含水層影響礦坑涌水量,而PD14礦坑涌水量主要受大氣降雨的滲透補(bǔ)給影響。

4 PD14礦坑涌水量與大氣降雨的關(guān)系

通過收集5年礦坑逐月涌水量和當(dāng)?shù)刂鹪麓髿饨涤炅抠Y料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,初步研究探討礦坑涌水量與大氣降雨的相關(guān)關(guān)系。

4.1 年統(tǒng)計(jì)量相關(guān)性分析

根據(jù)時(shí)間序列[6]的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)資料,涌水量的大小隨著降雨量的增強(qiáng)會(huì)出現(xiàn)波動(dòng),且持續(xù)一段時(shí)間(見圖1)。

圖1 全年累計(jì)降雨量與涌水量對(duì)比圖Fig.1 Contrast diagram of annual cumulative rainfall and water inflow

觀測資料統(tǒng)計(jì)顯示,年礦坑最大涌水量卻不是對(duì)應(yīng)年最大降雨量,而是出現(xiàn)在年降雨量位于中部的2011年,全年涌水量最小值卻對(duì)應(yīng)全年降雨量最少。

綜合分析表明,礦坑全年涌水量受到全年大氣降雨量的制約影響,具體涌水量還與適宜入滲地下的降雨持續(xù)時(shí)間、降水強(qiáng)度密切相關(guān)。如2013年由于多為持續(xù)時(shí)間短、強(qiáng)度低的降雨,不利于滲入地下轉(zhuǎn)為地下水補(bǔ)給礦坑水,致使全年降雨量較大,礦坑涌水量并沒有顯示出增加的趨勢。

4.2 月統(tǒng)計(jì)量相關(guān)性分析

月礦坑涌水量與月降雨量對(duì)比情況見圖2,以下從不同年同月、同年不同月、不同年不同月等幾個(gè)方面對(duì)月降雨量與月礦坑月涌水量變化相關(guān)性進(jìn)行分析探討,結(jié)合插圖分別闡述各方面的分析評(píng)價(jià)依據(jù)與結(jié)論性認(rèn)識(shí)。

4.2.1 不同年同月

5年期間同月累計(jì)降雨量變化幅度為58.4～750.4 mm,平均變化幅度為193.27 mm,1月份變化幅度最小,8月份變化幅度最大;同月PD14礦坑累計(jì)涌水量波動(dòng)范圍為81～3 541 m3/mon,平均波動(dòng)為725.5 m3/mon,2月份波動(dòng)最小,11月波動(dòng)最大。在同一個(gè)PD14礦坑內(nèi),月累計(jì)涌水量波動(dòng)在其平均值以下有9個(gè)月,在平均值之上僅僅3個(gè)月,最大月累計(jì)涌水量波動(dòng)與平均值相差4.88倍。如考慮最高值與最低值受技術(shù)人員觀測誤差,或觀測時(shí)間(雨后立即觀測、雨中觀測、雨前觀測)等因素的影響,為了最大限度地減少誤差,本次分析不同年同月的月累計(jì)涌水量與月累計(jì)大氣降雨量的關(guān)系,將剔除月累計(jì)涌水量波動(dòng)最大值、次最大值、最小值、次最小值,在剔除以上值后,總結(jié)出不同年同月PD14礦坑月累計(jì)涌水量最大波動(dòng)介于708～772 m3/mon之間(在豐水期5、7、8月之間),而這三個(gè)月月累計(jì)降雨量變化幅度都位于平均變化幅度之上,波動(dòng)次大為4月份,為440 m3/mon,其月降雨量變化幅度也接近平均變化幅度值。

分析結(jié)果:PD14礦坑月累計(jì)涌水量與月累計(jì)降雨量不成正比關(guān)系,但隨著月累計(jì)降雨量變化而月累計(jì)涌水量有一定的波動(dòng),變化越大而波動(dòng)越大,變化越小而波動(dòng)越小,無變化則基本保持一致。在同月累計(jì)降雨量變化幅度越大,月累計(jì)涌水量波動(dòng)越大。

4.2.2 同年不同月

從2012年月降雨量與月礦坑涌水量變化曲線分析,在同年1月—6月隨著月降雨量的普遍升高,月涌水量也普遍升高,在豐水期6月達(dá)到當(dāng)年涌水量最高值;而隨著月降雨量總趨勢呈下降時(shí),月涌水量也隨著下降,在10—12月達(dá)到平緩,與同年1—3月基本持平;從2009年月降雨量與月礦坑涌水量變化曲線分析,因2009年前5個(gè)月降雨量普遍偏低且變化不大,其月涌水量基本一致,在6月為當(dāng)年最低涌水量,但隨著6—9四個(gè)月降雨量增加,月涌水量也相應(yīng)增加,后三個(gè)月月降雨量又偏低且變化不大,其月涌水量波動(dòng)亦小。其他三年月涌水量與月降雨量變化曲線也有相應(yīng)的規(guī)律,即在當(dāng)年枯水期(月降雨量少)月涌水量波動(dòng)小,隨著豐水期到來,月涌水量呈上升,5年中除2011年都在豐水期達(dá)到當(dāng)年月涌水量最高峰值,在平水期或枯水期為最低月涌水量。

圖2 月降雨量與月涌水量對(duì)比圖Fig.2 Contrast diagram of monthly rainfall and monthly water inflow

分析結(jié)果:每年月涌水量隨著大氣降雨豐水期到來,月涌水量升高并達(dá)到當(dāng)年最高峰值,其他月礦坑涌水量基本低于豐水期中的月涌水量。

4.2.3 不同年不同月

從月降雨量與月礦坑涌水量變化曲線分析,2012年、2013年兩年月降雨量普遍較高,這兩年月涌水量普遍高于2009年—2011年,這兩年月涌水量呈倒“V”型,有明顯的高點(diǎn)與低點(diǎn),其他三年因月降雨量普遍較小且變化小,其月涌水量變化曲線升高與下降不明顯,沒有明顯的高點(diǎn)與低點(diǎn)。

分析結(jié)果:月降雨量增多,礦坑月涌水量增高;月降雨量減小,礦坑月涌水量較低;月涌水量變化曲線一般呈倒“V”型,有明顯最高點(diǎn)與最低點(diǎn)。

4.2.4 涌水量范圍值

在所有觀測月涌水量位于0～500 m3/mon中有47次,占78.33%;位于500～1 000 m3/mon中有9次,占15%;位于1 000～1 500 m3/mon中有3次,占5%;位于3 500～4 000 m3/mon中有1次,占1.67%。從概率統(tǒng)計(jì)分析,礦坑月涌水量位于0～500 m3/mon有78.33%,而其他范圍值也有出現(xiàn),說明礦坑涌水量受多個(gè)因素的影響,且觀測的5年中從未干涸過,說明礦坑有長期補(bǔ)給水源,而月涌水量有一定波動(dòng),說明不是受固定儲(chǔ)量水補(bǔ)給,其補(bǔ)給水源有變化,但礦坑未溝通地表水系,從多個(gè)因素分析,礦坑月涌水量受大氣降雨的影響比較大。

分析結(jié)果:礦坑月涌水量一般有一個(gè)常量范圍值,其超出常量范圍值越高則所占比例越小。

5 結(jié)語

因特別的礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)條件決定了PD14礦坑涌水量主要受大氣降雨的滲透補(bǔ)給影響。本文利用長期觀測獲取的豐富資料,對(duì)礦坑涌水量與大氣降雨的相關(guān)性進(jìn)行了系統(tǒng)分析探討,結(jié)果表明:

(1) 礦坑全年涌水量受到全年大氣降雨量的制約影響,具體涌水量還與適宜入滲地下的降雨持續(xù)時(shí)間、降雨強(qiáng)度密切相關(guān)。

(2) 同月降雨量變化幅度越大,月涌水量波動(dòng)越高。

(3) 每年月涌水量隨著大氣降雨豐水期到來,月涌水量升高并達(dá)到當(dāng)年最高峰值,其他月礦坑涌水量基本低于豐水期中的月涌水量。

(4) 月涌水量變化曲線一般呈倒“V”型,有明顯最高點(diǎn)與最低點(diǎn)。

(5) 月降雨量增多,礦坑月涌水量增高;月降雨量減小,礦坑月涌水量較低。

(6) 礦坑月涌水量一般有一個(gè)常量范圍值,超出常量范圍值以上越高則出現(xiàn)比例越小。

礦坑涌水量觀測及其與大氣降雨相關(guān)性分析是一項(xiàng)重要的礦山水文地質(zhì)工作,采取適宜的觀測技術(shù)方法獲取豐富翔實(shí)的資料,是準(zhǔn)確預(yù)判礦坑涌水量的基礎(chǔ),實(shí)時(shí)掌握礦坑涌水量動(dòng)態(tài)特征對(duì)于礦山抽排水確保生產(chǎn)開采的正常開展具有重要意義。

[1] 陳少青,卜安,郭麗榮,等.廣東省揭西縣金坑礦區(qū)銅錫鉛鋅礦普查報(bào)告[R].汕頭:廣東省有色金屬地質(zhì)局九三一隊(duì),2015.

[2] 謝樹鑫,劉春來,洪尚勤,等.潮汕平原水文地質(zhì)工程地質(zhì)綜合評(píng)價(jià)報(bào)告[R].廣州:廣東省地質(zhì)礦產(chǎn)局,1986.

[3] 徐開禮,朱志澄.構(gòu)造地質(zhì)學(xué)[M].2版.北京.地質(zhì)出版社,1989:151.

[4] 蔣輝,郭訓(xùn)武.專門水文地質(zhì)學(xué)[M].北京.地質(zhì)出版社,2007:86-87.

[5] 黃斌,鄭鎮(zhèn)豐,吳振興,等.大埔縣楓朗鎮(zhèn)流崗?fù)ぬ沾赏恋V礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理方案[R].汕頭:廣東省有色金屬地質(zhì)勘查局九三一隊(duì),2011.

[6] 趙雯雯.程潮鐵礦大氣降水—涌水量統(tǒng)計(jì)預(yù)測分析[D].武漢:武漢科技大學(xué),2011.

(責(zé)任編輯：陳姣霞)

Relationship between Atmospheric Rainfall and Water Inflow of PD14 Pit ofJiexi Gold Deposit in Guangdong Province

LUO Laifang

(GuangdongNonferrousMetalGeologicalBureau931Team,Shantou,Guangdong515041)

Water gushing source of supply of PD14 mine about Jiexi gold deposit is relatively simple,surrounding surface water although developed,but due to its elevation above the surrounding surface water over the highest flood level,and there is no fault of surface water system,after long-term on the observation and analysis,the pit inflow of water is affected by rainfall infiltration recharge.

Jiexi gold deposit; PD14 pit; atmospheric rainfall; monthly inflow; monthly rainfall

2015-08-03;改回日期:2015-11-13

羅來鈁(1987-),男,助理工程師，水文與水資源工程專業(yè),從事礦區(qū)水文、地質(zhì)災(zāi)害的勘察設(shè)計(jì)工作。E-mail:383401729@qq.com

P641.4+1

A

1671-1211(2016)02-0202-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.02.015

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160303.1056.010.html 數(shù)字出版日期:2016-03-03 10:56