廣東省平遠縣某礦床水文地質(zhì)條件分析及涌水量預(yù)測

方朝豐

摘要：平遠縣某礦床是為20世紀70年代發(fā)現(xiàn)和勘查，在20世紀80年代提交的一個小型多金屬礦床。近年來利用中央地勘基金和商業(yè)資金對礦床進行深部勘查，取得了很好的成果，該礦床從原小型礦床成為中型礦床。對該區(qū)的水文地質(zhì)條件進行研究分析是重點工作，本文通過對礦床水文地質(zhì)條件進行分析評價，并通過“水文地質(zhì)條件比擬法”“Q-S曲線法”和“大井法”對礦床未來開采最大礦坑涌水量進行預(yù)測，為礦床未來開發(fā)利用提供地質(zhì)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：找礦突破；水文地質(zhì)條件；涌水量預(yù)測；開發(fā)利用

前言

平遠縣某礦床位于粵北地區(qū)，行政區(qū)劃屬廣東省梅州市平遠縣管轄，位于南嶺成礦與武夷成礦帶交匯部位。該礦床為20世紀70年代發(fā)現(xiàn)和勘查，在20世紀80年代提交的一個小型多金屬礦床。找礦突破戰(zhàn)略行動實施以來，我隊應(yīng)用中央地勘基金和商業(yè)資金對礦床進行勘查，取得了很好的地質(zhì)成果，由以往的小型礦床成為中型礦床。

1.地形地貌及氣象水文

區(qū)內(nèi)地勢總的趨勢為東南高、西北低。地形切割厲害，相對高差一般為200m～350m，最高達600m，植被發(fā)育，屬低山丘陵區(qū)。最低侵蝕基準面標高為289m。

本區(qū)屬亞熱帶氣候，溫暖、潮濕，雨量充沛，降雨多集中于4月～8月，據(jù)平遠縣氣象站資料，年最大降雨量達1834.4mm，歷年平均年降雨量為1596.7mm，歷年平均年蒸發(fā)量1555.5mm（見圖1）。最高氣溫為39.2%，最低氣溫-4.2℃，歷年月平均氣溫20.3℃。礦區(qū)地勢較高，平均氣溫一般比平遠縣低2℃～3℃。工作區(qū)一年中主要刮東南風，風速平均在1.05m/s。

2.礦床水文地質(zhì)條件

2.1含水層

（1）第四系孔隙含水層。主要為第四系殘坡積層中的孔隙含水層，多有由灰黃色粉砂質(zhì)粘土、含礫沙土等組成，層厚度3.06m～14.5m。泉水點流量0.01L/s～0.028L/s，平均流量為0.014L/s，為弱富水性。pH值6.0～7.8，礦化度30mg/L～46mg/L，水質(zhì)類型為HCO₃-Na·Ca、HCO₃-Ca·Mg·Na型水。

（2）第三系砂巖裂隙含水層。主要為第三系砂巖，上部為紫紅色礫巖、砂礫巖，礫石成分以變質(zhì)巖、花崗巖為主，泥質(zhì)、鐵質(zhì)膠結(jié)；下部為淺色層，紫灰色砂巖、頁巖，層理發(fā)育，含鈣質(zhì)和炭屑。一般厚度為500m左右。泉水點流量0.001L/s～0.6L/s，平均流量為0.027L/s，為弱富水性。pH值6.8左右，礦化度72mg/L，水質(zhì)類型為HCO₃-Na·Mg型水。

（3）白堊系上統(tǒng)上組火山碎屑巖含水層。主要為白堊系上統(tǒng)熔結(jié)凝灰?guī)r、流紋巖、火山碎屑巖的裂隙含水層，主要分布在F₁斷裂構(gòu)造以北，層厚度51m～122m。泉水點流量0.001L/s～0.3L/s，平均流量為0.023L/s，為弱富水性。pH值5.1～6.6，礦化度16mg/L～37mg/L，水質(zhì)類型為HCO₃-Na、HCO₃·Cl-Na·Ca、HCO₃·Cl-Na型水。

（4）泥盆系石英砂巖裂隙含水層。主要為紫紅色、灰綠色薄層狀粉砂巖、頁巖夾灰白色厚層狀石英砂礫巖，主要分布在礦床東南部及豬麻壩斷裂附近。泉水點流量0.001L/s～0.05L/s，平均流量為0.014L/s，為弱富水性。pH值5.2～6.3，礦化度13mg/L～45mg/L，水質(zhì)類型為HC03-Na·Ca·Mg、HCO₃·Cl-Na·Ca·Mg、HCO₃·SO₄-Na·Ca。

（5）寒武系變質(zhì)巖裂隙含水層。主要為青灰色砂巖、板巖、千枚巖、變質(zhì)砂巖，變余砂狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造為主，基本覆蓋整個礦床，綠泥石化現(xiàn)象明顯。泉水點流量0.001L/s～0.275L/s，平均流量為0.021L/s，為弱富水性。pH值5.2～6.6，礦化度24mg/L～94mg/L，水質(zhì)類型為HCO₃-Na·Ca·Mg、HCO₃-Mg·Na·Ca、HCO₃·SO₄-Na·Ca·Mg型水。

（6）次流紋斑巖裂隙含水層。主要為紫紅色粗、中、細斑，裂隙稍發(fā)育，多有白色高嶺土充填，沿著麻樓斷裂斷續(xù)出露，其主要含礦巖性為中細粒次流紋斑巖。泉水點流量0.001L/s～0.02L/s，平均流量為0.009L/s，為弱富水性。pH值5.2～7.6，礦化度17mg/L～309.8mg/L，水質(zhì)類型為HCO₃-Na·Ca和HCO₃·Cl-Na·Ca型水。

2.2礦層、礦坑富水性

礦床主要產(chǎn)于細斑的次流紋斑巖，經(jīng)統(tǒng)計，主要含礦層位于次流紋斑巖頂板以下0m～25m。次流紋斑巖，裂隙稍發(fā)育，部分裂隙被白色高嶺土所充填，礦石具強硅化、致密堅硬，抽水試驗顯示礦層富水程度貧乏（見表2）。

總體認為，次流紋斑巖礦層富水程度較貧乏，一般為0.036 L/s，在F₁斷裂構(gòu)造與北北東向斷裂構(gòu)造的交匯處，其富水性有所增加，流量為0.060 L/s。

2.3斷裂破碎帶的富水性

按斷裂構(gòu)造產(chǎn)狀、規(guī)模分為兩組，即NWW向組和NNE向組。

（1）NWW向斷裂-F₁

F₁斷裂構(gòu)造為北西向構(gòu)造遷就利用東西向麻樓斷裂帶的產(chǎn)物，其產(chǎn)出部位處于寒武系淺變質(zhì)巖與次流紋斑巖的交界處。走向295°，傾向南西，傾角由淺至深，由陡變緩，0m標高以上70°～50°，0m標高以下45°～35°，延伸2km余，寬0.5m～2m。呈舒緩波狀。充填變質(zhì)巖、石英砂巖、次流紋斑巖等角礫。在變質(zhì)巖中常見擠壓破碎帶、片理化構(gòu)造泥和小褶曲。根據(jù)坑道觀測滴水程度1滴份～3滴/分，結(jié)合鉆孔編錄和抽水試驗認為該斷裂構(gòu)造富水性貧乏。

（2）NNE向組斷裂

礦床內(nèi)規(guī)模稍大的幾條NNE向構(gòu)造，以大體平行和等間距的構(gòu)造形式出現(xiàn)，使巖層產(chǎn)生相對位移，現(xiàn)已查明的有12條（見表3）。此組構(gòu)造，走向10°～35°傾向則以F₂為界，以西傾向北西，以東傾向南東，傾角70°～85°，長幾百米至幾十公里，寬10cm～30cm，延深幾十米至幾百米。早期充填物為圍巖碎屑，屬左旋扭；成礦期充填紫黑色螢石、赤鐵礦玉髓等，構(gòu)造力學性質(zhì)屬張性；成礦后期充填高嶺土、斷層泥，屬右旋扭動，該斷裂構(gòu)造組的富水性貧乏。

2.4地下水補給、徑流、排泄關(guān)系

（1）地下水與地表水的關(guān)系

在已勘探的工業(yè)礦體地段，分布兩條溪流，終年有水，匯水面積為2.06km²。綜合前人一號溪流觀測資料及2010年～2012年觀測資料，最大流量為9.068m%，最小流量為0.04m³/s，一般流量為0.05m³/s～0.06m³/s。二號溪流未觀測，其流量小于一號溪流。二號溪流通過主礦段，在7號勘探線與一號溪流匯集（圖2）。匯集后的流量觀測，最大流量為10.2m³/s，最小流量為0.043 m³/s，平均流量為0.186 m³/s。

根據(jù)兩層坑道（XJ-1、KD-3）揭露查明，礦床內(nèi)巖石、構(gòu)造的透水性差。而ZK-120和ZK-235為同機場同剖面的兩個孔，在ZK-120未被斜井揭穿前，據(jù)觀測，兩孔水位相差6.73m，ZK-120被斜井SM-7揭穿后，ZK-235水位變化幅度2m～3m，兩個孔在斜井標高平面上，水平距離只有16m，說明巖石致密，透水差。在地表，XJ-1水位比其附近的溪流（直線距離5m）低10m左右，水質(zhì)類型亦不同，綜上所述礦床地表水與地下水無水力聯(lián)系。

2.5礦坑涌水量預(yù)測

前人在礦床內(nèi)有兩層坑道的實測排水量資料。礦坑涌水量預(yù)測以水文地質(zhì)比擬法為主，并根據(jù)4個地質(zhì)水文孔的抽水成果，采用“解析法”和“大井法”進行比較。對礦床0m標高以上礦體預(yù)測中段標高150m、100m礦坑涌水量。在礦床深部發(fā)現(xiàn)較好礦體。所施工的ZK1610水文地質(zhì)孔，揭穿深部礦體，采用分層抽水試驗，達到預(yù)測深部礦體涌水量的目的。

（1）計算方法的選擇和依據(jù)

綜合前人4個孔的抽水試驗結(jié)果，結(jié)合ZK1610分層抽水試驗的結(jié)果，采用“水文地質(zhì)比擬法”“Q-S曲線法”“大井法”對礦體中段標高150m、100m、-187m進行預(yù)測。

（2）參數(shù)的確定

平均靜止水位標高：采用水文地質(zhì)孔 ZK1610附近預(yù)留的6個觀測孔一個水文年的水位觀測的平均值390.78m。

各預(yù)測中段水位降深（s）：各預(yù)測中段至平均靜止水位之間的垂距。

設(shè)計基坑面積（F）：根據(jù)各預(yù)測中段礦體平面圖確定。

含水層（帶）厚度（H）：ZK1610抽水試驗含水層厚度第一試段為31.52m，第二試段為10.5m。

影響半徑（R）：ZK1610為各觀測孔影響半徑的平均值。

滲透系數(shù)（K）：ZK1610為各觀測孔滲透系數(shù)的平均值。

大井半徑（r₀）：按r₀=P/2π公式求得。P為礦體多邊形周長。

引用影響半徑（R₀）：按R₀=（R+r₀）求得。

（3）評述

①“水文地質(zhì)比擬法”預(yù)測礦坑涌水量結(jié)果，因XJ-1（280m）流量觀測結(jié)果未達一個水文年，其預(yù)測結(jié)果僅供對比。

②“Q-S”曲線法，采用5個鉆孔抽水試驗資料進行預(yù)測，前人4個鉆孔反映淺部（0m標高以上）礦體，ZK1610抽水試驗預(yù)測深部（0m標高以下）礦體，達到預(yù)測的目的?？紤]礦床水文地質(zhì)情況，建議礦山開采采用中斷-187m最大礦坑涌水量1978.02m³/d。

③“大井法”前人采用完整潛水井公式，未考慮局部裂隙承壓水，且含水層厚度（H）可能與實際有出入，中斷150m、100m預(yù)測結(jié)果僅供對比；ZK1610第二試段采用完整承壓水公式，中斷187m礦坑涌水量1691.91m³/d。預(yù)測合理，建議參考。