湖南省醴陵市肖家山金礦區(qū)水文地質(zhì)特征分析

龍馨潔+孫運鵬+張冰清

摘 要 本文在肖家山金礦區(qū)詳查地質(zhì)工作取得的水文數(shù)據(jù)和認識的基礎(chǔ)上，對礦區(qū)水文地質(zhì)特征進行了全面分析總結(jié)，認為礦區(qū)屬于以大氣降水經(jīng)風(fēng)化裂隙含水層、老窿溝通滲入為主的簡單偏中等的裂隙老窿充水礦床；采用大井法預(yù)測未來礦山開采初期礦坑涌水量為550.9 m3/d。

關(guān)鍵詞 水文地質(zhì)；涌水量；肖家山金礦區(qū)；醴陵市

中圖分類號：P641.72 文獻標識碼：A

Abstract： Based on the hydrological data and knowledge obtained from Geological work in Xiaojiashan goldfield， this paper summarizes the hydrogeological characteristics of the mining area， and points out that the mining area belongs to simple-medium fissure and the old working water filling deposits， which were mainly permeated through the weathering fissure aquifer and the old workings communication of atmospheric precipitation. The use of virtual large diameter well method predict that the mine discharge was 550.9m3/d at the initial stage of mining in the future.

Keywords： hydrogeology； discharge； Xiaojiashan goldfield； Liling city

肖家山金礦位于湖南省醴陵市官莊鄉(xiāng)，是近年來勘查新發(fā)現(xiàn)的一中型規(guī)模金礦床。礦床屬以熱液充填為主的石英脈型金礦，金礦脈賦存于冷家溪群一套區(qū)域淺變質(zhì)復(fù)理石沉積建造巖中，已查明規(guī)模較大的礦體6個，分布在礦區(qū)南部肖家山一帶。本文對礦床水文地質(zhì)特征進行了全面分析總結(jié)并預(yù)測了礦坑涌水量，可為礦床進一步的勘查工作和未來礦山開采提供一定的參考和指導(dǎo)。

1 自然地理概況

礦區(qū)屬構(gòu)造剝蝕中低山地貌，山脈和溝谷呈南北向展布，總體地勢北高南低，中北部區(qū)域地勢最高，最高峰海拔764.8 m，往南北兩端地勢逐漸降低，一般在620～310 m間，最低處位于礦區(qū)南部邊界的泗沖河，海拔210 m，為礦區(qū)最低侵蝕基準面。區(qū)內(nèi)山坡陡峻，坡角多在35°～55°，溝谷深切，一般呈“V”字型，有利于大氣降水的排泄。

本區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，雨水充沛、嚴寒期短。年平均降水量1429.3 mm，日最大降水量134.3 mm；年平均氣溫17.5℃，最高氣溫40.4℃。

區(qū)內(nèi)無大的地表水體，主要分布有南北流向的小陽坑和肖家山兩條小溪，均起源于礦區(qū)分水嶺南坡谷，溪寬1～5 m，向南匯入泗沖河小溪。據(jù)動態(tài)觀測資料，小陽坑小溪旱雨季水量5.62～59.24 L/s，最大218.26 L/s；肖家山小溪旱雨季水量8.33～184.12 L/s，最大504.90 L/s。泗沖河小溪在礦區(qū)南部由東向西繞曲徑流，橫穿礦區(qū)，寬5～30 m，接受礦區(qū)地下水和流經(jīng)區(qū)兩側(cè)溝谷地表水。據(jù)動態(tài)觀測資料，泗沖河小溪旱雨季流經(jīng)礦區(qū)水量31.06～825.12 L/s，最大流入水量1285.85 L/s，旱雨季流出礦區(qū)水量64.53～1727.62 L/s，最大流出水量2362.1 L/s。

2 礦區(qū)水文地質(zhì)特征

2.1 地層含水性

礦區(qū)含水層主要為中元古界冷家溪群上部板巖風(fēng)化裂隙層和第四系殘破積層。

中元古界冷家溪群板巖風(fēng)化裂隙含水層（Pt2）：本層是礦區(qū)主要含水層，區(qū)內(nèi)大面積分布，伏于第四系地層下，部分地段出露，為灰色、深灰色中厚層狀板巖、粉砂質(zhì)板巖、變質(zhì)石英雜砂巖，裂隙較發(fā)育，在石英脈或石英條帶中常見地下水溶蝕呈針孔狀細小孔隙。本層之上有第四系覆蓋時，風(fēng)化程度一般較高、較深（圖1），直接出露時風(fēng)化程度較弱。總體上看，越往深部，風(fēng)化越弱，裂隙發(fā)育越弱。據(jù)鉆孔資料，其厚度在山脊為50.5～183.2 m，在谷地為1.4～13.5 m，平均厚度約91 m。鉆孔在本層鉆進過程中，常見漏水，漏水量在0.05～0.88 L/s。本層在旱季泉水流量0.0224～0.1837 L/s，據(jù)本層內(nèi)的平硐老窿動態(tài)觀測其流量為0～1.50 L/s，均表明其含水性中等偏弱。

第四系含水層（Q4）：本層主要分布于溝谷以及地形低洼地區(qū)，厚度0.7～10 m，平均厚3 m左右，屬坡積物、洪沖積物，巖性主要為粘土、亞粘土以及少量板巖礫石夾粗砂，多為次棱角狀，透水性強。本層主要為孔隙含水，含水性中等，低洼處含水較豐富，但儲水量有限。本層直接接受降水和溪溝水補給，并通過本層補給下伏的板巖風(fēng)化裂隙含水層。

2.2 隔水層

中元古界冷家溪群深灰色新鮮板巖為區(qū)內(nèi)隔水層，其分布與上述板巖風(fēng)化裂隙含水層近一致，厚度大于2000 m，傾角45°～60°，發(fā)育細小的閉合型裂隙，或是細小充填型裂隙，主要為石英致密充填。本層巖石較完整（圖2），未見明顯的地下水活動痕跡，天然狀態(tài)下為一良好隔水層。

2.3 老窿水特征

上世紀九十年代在礦區(qū)內(nèi)有較大規(guī)模的民采活動，遺留下大大小小數(shù)十個老窿，目前均已廢棄，大部分有積水，特別是斜硐。有調(diào)查數(shù)據(jù)的21個老窿（表1）大多位于板巖風(fēng)化裂隙含水層中，主要開采淺表金資源，窿深20～200 m，估算積水量20～150 m3。調(diào)查發(fā)現(xiàn)窿內(nèi)主要為粉砂質(zhì)板巖及變質(zhì)石英雜砂巖，裂隙發(fā)育。區(qū)內(nèi)單個老窿積水量不大，但因是老窿群，且位于查明金資源之上，易對礦坑造成壓力充水。未來礦山開采若揭穿老窿，或炮采過程中震松上部巖石形成新的裂隙，容易發(fā)生老窿充水、突水事故，是未來礦山開采防治水患的首要任務(wù)。

2.4 斷層水文地質(zhì)特征

區(qū)內(nèi)斷層主要形成于成礦期后，其中F1、F3斷層穿過主礦體分布區(qū)，截斷礦體，規(guī)模較大。

F1斷層：走向NW，傾向NE，傾角40°～

70°，寬1.5～10 m，屬壓扭性斷層。斷層角礫巖和泥質(zhì)成分膠結(jié)。鉆孔掘進至本斷層時常有漏水現(xiàn)象，表明其含水不富足并具有一定導(dǎo)水性。該斷層上下影響帶的碎裂巖含弱構(gòu)造裂隙水。

F3斷層：走向近EW，傾向NNW，傾角35°～45°，寬0.5～8 m。地表可見多處泉水出水點，出水量0.1～1.53 L/s，為一含水導(dǎo)水斷層，含水量中等偏弱。

區(qū)內(nèi)其它斷層規(guī)模較小，均未見明顯出水點，含水性較弱。

2.5 地下水的補給、徑流、排泄條件

補給來源：區(qū)內(nèi)地下水的補給主要來源于大氣降水，第四系含水層同時可少量接受區(qū)內(nèi)小溪的補給。因第四系地層較為松散，透水性強，大氣降水可直接滲入。大氣降水可直接補給出露的板巖風(fēng)化裂隙含水層，也可通過第四系地層間接補給，同時可間接補給斷層、老窿。因本區(qū)雨量充沛，年平均降水量1429.3 mm，補給較為充足。

徑流條件：中北部的洪家沖—茶亭—冬毛坡嶺為礦區(qū)一級分水嶺，呈近東西向橫跨礦區(qū)，致使礦區(qū)地下水以該分水嶺為界，分水嶺以南地下水徑流方向為北向南，分水嶺以北徑流方向為南向北。

排泄條件：區(qū)內(nèi)山坡陡峻，溝谷深切，一般呈“V”字型，有利于大氣降水的排泄。大部分大氣降水以地表徑流的形式沿山坡緩緩匯入溝谷，注入下方小溪流出礦區(qū)；小部分大氣降水穿過透水性強的第四系地層以及出露的板巖風(fēng)化裂隙層，滲入地下，遇到底部新鮮板巖隔水層，開始側(cè)向水平運動，在一定的條件下呈遍狀或股狀流出，匯入溪溝。

3 礦坑涌水量預(yù)測

3.1 礦床充水因素分析

礦床賦存于冷家溪群一套區(qū)域淺變質(zhì)復(fù)理石沉積建造巖中，同一礦體往往既位于風(fēng)化裂隙含水層又延深至板巖隔水層中以至更深部。詳查工作控制的礦體最低標高為-70 m，圈定的礦體主要在老窿群之下。區(qū)內(nèi)地下水潛水面水位在198.1～425.5 m。最低侵蝕基準面為215 m，位于礦區(qū)南部邊界的泗沖河，距礦體有200 m以上距離，充水可能性極低。未來礦山開采將直接連通含水層，使層內(nèi)含水進入礦坑，是礦坑最主要的充水因素，水量大小與豐、枯水期大氣降水量有關(guān)。遇斷層時，將連通斷層水進入礦坑。同時，炮采過程中可能震松上部巖石形成新的裂隙或加大原有裂隙規(guī)模，致使老窿積水充入礦坑。區(qū)內(nèi)小溪水量不大，開采至其下部時加以注意，可有效防范小溪水充入礦坑。

3.2 礦坑涌水量預(yù)測

（1）計算方法選擇

礦床暫未進入開發(fā)利用階段。但依據(jù)礦體埋藏條件、生成空間及地形地貌特征，未來礦山開采將采用坑采方式。本次采用較為通用的大井法計算未來礦山開采初期礦坑涌水量?？紤]到緊鄰肖家山礦區(qū)有一生產(chǎn)礦山恒石金礦，其資源特征和水文條件與肖家山類似，故另采用比擬法計算礦坑涌水量，便于計算結(jié)果的比較。

（2）計算公式與參數(shù)選擇

大井法計算公式為：

，式中：

Q—礦山開采初期礦坑涌水量（m3/d）；

K—含水層滲透系數(shù)：根據(jù)詳查工作對ZK3906和ZK5501兩孔做的注水試驗，其滲透系數(shù)分別為0.0027 m/d、0.0038 m/d，求得含水層滲透系數(shù)K平均為0.0033 m/d；

H—含水層平均厚度：風(fēng)化裂隙含水層均厚91 m、第四系含水層均厚3 m，合計94 m；

S—水位降低深度：依據(jù)詳查各鉆孔穩(wěn)定水位資料求得礦區(qū)靜止水位平均標高為299.46 m，選取初期開采中段標高220 m，求得水位降低深度S為79.46 m；

F—礦區(qū)首采區(qū)水文評價區(qū)面積：0.79 km2；

r—大井半徑（m）：（F/π）1/2；

R—開采影響半徑（m）：r+R0，其中R0=2S（H*K）1/2。

比擬法計算公式為：，，式中：

M—恒石金礦開采排水模數(shù)：調(diào)查收集數(shù)據(jù)為631.6 m3/d·km2；

Qa—恒石金礦坑道開采排水量：調(diào)查收集數(shù)據(jù)為20 m3/h；

Fa—恒石金礦礦區(qū)開采面積（km2）：0.76 km2。

（3）結(jié)果對比

采用大井法計算預(yù)測開采初期礦坑涌水量為550.9 m3/d。

采用比擬法計算預(yù)測開采初期礦坑涌水量為499 m3/d。

可以看出，兩者計算結(jié)果較為接近。因此取大井法預(yù)測的涌水量550.9 m3/d能代表礦床未來開采礦坑涌水量，可作為礦山開采設(shè)計的參考依據(jù)。

4 結(jié)論

（1）礦區(qū)含水層為冷家溪群上部板巖風(fēng)化裂隙層和第四系殘破積層，含水性中等偏弱；區(qū)內(nèi)老窿多含水，炮采可能誘使其與礦坑連通；區(qū)內(nèi)主要斷層含水但水量不大，并具有一定的導(dǎo)水性。

（2）礦床充水主要來源于含水層和老窿，屬于以大氣降水經(jīng)風(fēng)化裂隙含水層、老窿溝通滲入為主的簡單偏中等的裂隙老窿充水礦床。預(yù)測未來礦山開采初期礦坑涌水量為550.9 m3/d。因區(qū)內(nèi)老窿較多，開采過程中需防范老窿突水。

參考文獻/Reference

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