內(nèi)蒙古別魯烏圖銅礦區(qū)水文地質(zhì)特征

張果員

（河北省煤田地質(zhì)局第四地質(zhì)隊，河北 張家口 075100）

別魯烏圖礦區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)蘇尼特右旗朱日和鎮(zhèn)東南15km處，行政區(qū)劃隸屬蘇尼特右旗朱日和鎮(zhèn)管轄。礦體主要產(chǎn)于石炭系上統(tǒng)阿木山組二段二層變質(zhì)粉砂巖與板巖互層層位中，次為阿木山組三段變質(zhì)砂質(zhì)粉砂巖、鐵染粉砂巖層層位中，少數(shù)產(chǎn)于阿木山組二段一層鐵染變質(zhì)細砂巖層位中。區(qū)內(nèi)構(gòu)造水文發(fā)育，因此有必要對區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)特征進行研究，為以后礦床開采提供技術(shù)支持。

1 區(qū)域水文地質(zhì)

（1）地形地貌概況。礦區(qū)位于內(nèi)蒙古高原中部之南緣。礦區(qū)總體南、中部高，向東北傾斜，海拔高度1191m～1401m，相對高差30m～90m。就其地貌成因類型而言，大體可分為丘陵、高平原及堆積的洼地和風成地形。

（2）水文、氣象。本區(qū)降水量稀少，地表水系極不發(fā)育，除在雨季沖溝中有暫短洪流，洼地中有季節(jié)性湖沼外，其他季節(jié)皆呈干河床或碟狀洼地。

（3）區(qū)域含水層。第四系沖洪積層孔隙潛水含水層：分布于圖幅北部的嘎順沖溝與南部的白興圖洼地以及山前洪積扇裙和丘陵的沖溝中。巖性主要為砂、礫石、巖石碎塊等，厚度0.5m～4m，最厚達8.5m。地下水埋深約為0m～5m。單位涌水量0.01L/s.m～1.85L/s.m。就水化學類型而言，北部富水帶上游以HCO3-Na為主，礦化度小于1000mg/l；下游以HCO3·Cl-Na·Mg型水為主，礦化度在1000 mg/l左右?？傆捕仍?9mg/l～223mg/l，PH值7.2～7.5，可作為當?shù)鼐用裆钣盟吹亍Ｙ_—白堊系孔隙裂隙承壓含水層：地表無出露，僅分布在圖幅東南角覆蓋層之下，因上覆新近系泥巖為隔水層，故形成承壓水，含水層巖性為砂礫巖。據(jù)ZK33孔揭露，含水層頂板埋深112.99m，底板118.73m，厚度5.74m。單位涌水量0.011L/s.m，滲透系數(shù)0.18m/d。水化學類型為Cl-Na型水，礦化度2380 mg/l，PH值為7.6?；鶐r裂隙水含水層：分布在中東部基巖裸露區(qū)。主要為風化裂隙水和構(gòu)造裂隙水，巖性為石炭系阿木山組變質(zhì)砂巖夾板巖層和華力西期石英閃長玢巖、石英斜長斑巖等巖漿巖脈（體）。在1234m標高以上風化裂隙較發(fā)育，深部構(gòu)造裂隙含帶狀水。根據(jù)調(diào)查，線裂隙率在0.017～0.075。在基巖露頭區(qū)為潛水，覆蓋區(qū)由于上覆新近系粘土巖為隔水層，因而形成裂隙承壓水。水位埋深因地而異，富水性受巖性控制。單位涌水量0.001L/s.m～0.045L/s.m，屬于富水性弱的含水層。主要接受大氣降水補給，局部地段接受第四系潛水補給，以地下徑流方式排泄于第四系地層中，該層為本區(qū)域主要含水層。水化學類型以HCO3-Na·Mg或Ca型為主，次為HCO3·SO4-Na或HCO3·SO4·Cl-Na·Mg及Cl·SO4-Na型水。礦化度470mg/l～2060mg/l，總硬度120mg/l～471 mg/l，PH值6.5～7.7。

（4）地下水的補給、徑流、排泄條件.區(qū)域地下水的補給來源主要為大氣降水，根據(jù)多年氣象資料年降雨量多集中于6、7、8三個月，所以地下水呈現(xiàn)周期性補給。區(qū)域中地下水流向受地形控制，在低山丘陵地形中呈放射狀，在沖坡積地帶向西南、東北流?；咀裱筛叩降?，由基巖裂隙水到第四系孔隙水運動的規(guī)律。

2 礦區(qū)水文地質(zhì)

（1）礦區(qū)水文地質(zhì)概況。礦區(qū)地貌屬于丘陵區(qū)，位于圖幅北部的嘎順沖溝與南部的白興圖洼地之分水嶺處，總體處于地下水補給區(qū)。以礦區(qū)中南部北西向展布的分水嶺，將礦區(qū)劃分為南、北兩個相對獨立的水文地質(zhì)單元。北單元包括Ⅱ礦段，位于礦區(qū)分水嶺北側(cè)，地形呈南高北低，地下水流向為由南向北流；南單元包括Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ礦段，位于礦區(qū)分水嶺南側(cè)，為一北、東、南三面高，西面開口的小地貌單元，以大氣地下水流向總體為由東向西。

（2）含水層。礦區(qū)含水層按其成因類型，巖性特點及其水力性質(zhì)，自上而下主要發(fā)育有兩個含水層：第四系孔隙潛水含水層和基巖風化裂隙承壓含水層。第四系孔隙潛水含水層：主要分布沖溝、現(xiàn)代河床中。由第四系沖洪積的砂、礫石及部分新近系松散—半膠結(jié)的泥質(zhì)砂巖、泥質(zhì)礫巖等組成，厚度不大，一般為0.5m～3m，地下水埋深為0～5m。該層地下水是當?shù)啬撩窈蜕箫嬘盟?。?jù)民井抽水試驗資料，單位涌水量0.206l/s.m，屬于富水性弱的含水層。水化學類型為HCO3·SO4-Na·Ca型，總礦化度在771.8mg/L～1143.3mg/L，為微咸水。PH在7.38～7.62之間為中性水?？傆捕仍?06.2mg/L～382.3mg/L之間，主要為微硬水，少數(shù)為硬水?；鶐r風化裂隙承壓含水層：在礦區(qū)廣泛分布，主要由石炭系變質(zhì)粉砂巖夾薄層板巖和華力西期各類中酸性巖漿巖脈（體）等組成的風化裂隙和構(gòu)造裂隙含水帶。根據(jù)鉆孔調(diào)查，風化帶發(fā)育深度一般在40m～80m，局部因受構(gòu)造影響最深達163m，地表線裂隙率為0.017%～0.075%，平均線裂隙率為0.04%。基巖區(qū)為潛水，在新近系紅色粘土巖隔水層覆蓋區(qū)則形成承壓水。但在北單元（Ⅱ礦段），由于礦床開采疏干地下水，使地下水位降至紅色粘土巖隔水層以下，又轉(zhuǎn)化為潛水。深部大部分構(gòu)造裂隙被后期方解石細脈充填，透水性較差。

（3）地下水的補給、徑流、排泄條件。本區(qū)大氣降水是地下水主要補給來源。大氣降水除大部分蒸發(fā)外，部分補給地下水和形成地表逕流?；鶐r裂隙承壓水，主要接受大氣降水補給，以潛流的方式排泄補給第四系孔隙潛水。在北單元，因礦床開采，地下水一部分被人工排出并用于選礦生產(chǎn)。

（4）地下水動態(tài)變化規(guī)律。礦區(qū)內(nèi)地下水動態(tài)變化與降水量密切相關(guān)，地下水位高峰落后于雨季1個月～2個月。年變幅周期明顯。每年水位有兩次升降過程，即每年3月下旬，由于氣溫升高，冰雪融化，地下水位緩慢上升，至5月達到高峰，此后水位漸降；6、7、8月份雨季來臨，水位也逐漸上升，至10月達到最高峰。地下水溫一般在7℃～10℃，水溫與氣溫變化呈正消長關(guān)系。

（5）礦坑排水情況。該區(qū)礦山開采已有數(shù)年之久，區(qū)內(nèi)現(xiàn)有2個采礦豎井，位于在Ⅱ礦段的23、25線，目前開采最低標高為1125m。據(jù)調(diào)查，豐水期最大排水量為570m3/d。

（6）礦床充水因素分析。大氣降水是本區(qū)地下水的主要補給來源，基巖風化裂隙水和構(gòu)造裂隙水是礦床的主要充水因素。因礦體均埋藏于深部，故溝谷中松散巖類孔隙潛水與洪水為礦床的間接充水因素。由于礦區(qū)大氣降水水量小，洪水的發(fā)生頻率低，匯水面積小，所形成的洪水流量較小，歷時過程短，且礦體與地表之間還有新近系粘土隔水層，所以其涌水量完全受礦床開采標高地段基巖裂隙的發(fā)育程度及導水性能控制，不會對礦床開采造成太大的影響。

3 礦坑涌水量預(yù)測計算

礦區(qū)內(nèi)主礦體分布在Ⅰ、Ⅱ礦段，也是礦床的首采區(qū)，所以本次只預(yù)測Ⅰ、Ⅱ礦段的礦坑豐水期涌水量。

該礦區(qū)擬開采方式為地下開采，淺孔留礦法采礦。Ⅱ礦段為豎井開拓。Ⅱ礦段礦體群主要分布在9線～25線間，賦存標高為555m～1200m，首期已開采至1125m標高，中段高度為40m，本次涌水量預(yù)測至1085m標高；Ⅰ礦段主礦體（C1-5、C1-6）分布在54線～42線間，賦存標高為865m～1155m，而作為首期開采的（332）銅礦資源量分布在1045m標高以上，所以本次涌水量預(yù)測至1045m標高。

3.1 礦床涌水量預(yù)測方法的選擇

因礦體處于地下水位以下，根據(jù)礦體形態(tài)及進水方式，按已獲資料礦坑涌水量采用四周進水，承壓轉(zhuǎn)無壓完整井“大井法”涌水量計算公式進行預(yù)測，水平巷道采用雙面進水“廊道法”計算公式進行預(yù)測。

式中：Q：豎井涌水量(m3/d)；K：滲透系數(shù)(m/d)；H：水柱高度(m)；M：含水層厚度(m)；R。：引用影響半徑(m)；r：豎井半徑（r=2m）；B：水平坑道長度(m)；

3.2 計算參數(shù)的確定

3.2.1 靜水位標高

本次詳查工作，地質(zhì)勘查孔施工主要集中在5月份～10月份，地下水動態(tài)觀測也在該時間段。根據(jù)本區(qū)地下水動態(tài)變化規(guī)律，每年水位有兩次升降過程，即每年3月下旬，由于氣溫升高，冰雪融化，地下水位緩慢上升，至5月到高峰，此后水位漸降；6、7、8月份雨季來臨，水位也逐漸上升，至10月達到最高峰。所以，本次根據(jù)長觀孔ZK2907和ZK4803號孔10月份最高水位與6—8月份水位最大差值的平均值（ZK2907號孔為3.98m、ZK4803號孔為12.71m，平均值為8.34），分別對Ⅰ、Ⅱ礦段部分地質(zhì)勘查孔終孔靜水位標高（6月份～8月份）進行校正，然后取算術(shù)平均值，依此預(yù)測Ⅰ、Ⅱ礦段豐水期礦坑涌水量。

3.2.2 含水層厚度

根據(jù)鉆孔水文編錄和靜水位資料，各孔靜水位（校正值）以下至風化帶底界的風化帶含水層厚度，再加上風化帶以下至礦坑涌水量預(yù)測標高之上的各構(gòu)造裂隙含水段厚度之和，即為該預(yù)測標高之上含水層的總厚度。

3.2.3 滲透系數(shù)

本區(qū)在兩個水文地質(zhì)單元的Ⅰ、Ⅱ礦段分別施工兩個水文地質(zhì)孔，其中Ⅰ礦段ZK5002號孔進行了2段各1次降深，Ⅱ礦段ZK2108號孔進行了2段各3次降深。

本次Ⅰ礦段采用ZK5002號孔混合段抽水試驗滲透系數(shù)0.0010；Ⅱ礦段采用ZK2108號孔混合段抽水試驗三次降深滲透系數(shù)的算術(shù)平均值0.0144。

計算公式：3.2.4 影響半徑（R）、引用影響半徑（R。）及水平坑道長度（B）的確定

水平坑道長度：Ⅰ礦段：1045m中段主礦體首采段長298m，故Ⅰ礦段B=298mⅡ礦段：1085m中段主礦體群分布范圍長739m，故Ⅱ礦段B=739m

4 礦區(qū)水綜合利用評價

本區(qū)屬于缺水地區(qū)，礦坑排水可以用于選礦生產(chǎn)，應(yīng)注意回收和重復利用。

區(qū)域內(nèi)具有小型的供水水源地，分布在圖幅北部的噶順沖溝富水帶上，水質(zhì)較好。礦化度小于1000mg/l，單井涌水量為100m3/d～200m3/d，僅能解決部分生活用水。未來礦山生產(chǎn)和生活大量用水，將從距離礦區(qū)以北15千米的朱日和鎮(zhèn)引水工程中獲取。