白廟礦水文地質(zhì)條件研究及涌水量預(yù)測(cè)

蔡 童，李 智

（天津華北地質(zhì)勘查總院，天津 300170）

1 區(qū)域水文地質(zhì)

（1）區(qū)域地形地貌及氣候特征。本區(qū)地處燕山山脈東段，地貌屬中壯年山區(qū)地貌，海拔標(biāo)高一般355.6m～798m，坡度10°～35°，相對(duì)高差150m～448m；石英砂巖區(qū)山勢(shì)陡峻，巖石裸露，總體上植被較發(fā)育；勘查區(qū)地勢(shì)從西向東為東西向轉(zhuǎn)向北東向并逐漸變低。本區(qū)屬大陸性季風(fēng)氣候。冬季寒冷干燥，夏季炎熱多雨，年平均氣溫8.6℃；歷年最大降水量835.9mm，最小降水量326.7mm，平均降水量557.9mm，月最大降水量382.8mm，24小時(shí)最大降水量151.4mm，1小時(shí)最大降水量55.0mm，10分鐘最大降水量24.4mm，連續(xù)最大降水量223.0mm(5天)；歷年最大積雪深度27cm，雪壓1.8g/cm2；電線積冰厚度25mm；最大凍土深度126cm；早霜始于9月中旬，晚霜終于次年5月，無(wú)霜期平均160天；夏季常有風(fēng)災(zāi)、雹災(zāi)等自然災(zāi)害。本區(qū)屬青龍河水系，南北分屬青龍河支流冰溝河和都陰河（均從西向東流向），以北砬向東、再向南經(jīng)李家臺(tái)子溝和刺榆子溝溝腦處為分水嶺；勘查區(qū)內(nèi)主要分布有北東向的料坡溝和李家臺(tái)子溝，為“V”型河谷，為季節(jié)性河谷，在圖幅東部匯流后注入都陰河；都陰河河水寬度3m～10m，水深0.2m～0.5m，流量100m3/d～400m3/d；最高洪水位時(shí)寬約20m～50m，水深0.2m～1.5m，水資源較為豐富，可滿足礦山生產(chǎn)、生活需要。

（2）區(qū)域水文地質(zhì)特征概述。本區(qū)位于朝陽(yáng)山～北營(yíng)子復(fù)式褶皺西段轉(zhuǎn)折端附近，為一向形構(gòu)造，兩翼為長(zhǎng)城系的石英砂巖、白云巖、灰?guī)r、板巖層等，核部為新太古界遵化群斜長(zhǎng)角閃片麻巖，以及中侏羅世的鉀長(zhǎng)花崗斑巖和大量分布的脈巖。受南北向擠壓應(yīng)力作用，出現(xiàn)了以東西向壓性為主，并伴生有南北向張性構(gòu)造和北西向、北東向壓扭性和張扭性構(gòu)造，在多期次的構(gòu)造變動(dòng)中產(chǎn)生了一系列斷裂構(gòu)造，這些斷裂構(gòu)造的發(fā)育程度、斷裂性質(zhì)及復(fù)合關(guān)系的不同再加上巖石本身機(jī)械性能的差異，從而導(dǎo)致了巖層的導(dǎo)水、貯水裂隙發(fā)育程度的不均一性，因而區(qū)內(nèi)巖石含水性和富水性表現(xiàn)了明顯受巖性和構(gòu)造控制的特征。區(qū)內(nèi)巖石按其含水性分為：松散巖類孔隙含水層(Q)和基巖裂隙含水層；基巖裂隙含水層又劃分為變質(zhì)巖類基巖裂隙含水層、沉積巖類基巖裂隙含水層和巖漿巖類基巖裂隙含水層三大類。地下水富水性弱：大氣降水為主要補(bǔ)給來(lái)源；徑流主要受地形地貌控制，受季節(jié)的影響變化；排泄方式以徑流排泄為主。地下水水位動(dòng)態(tài)具有氣象型特征，與降水量關(guān)系十分密切，隨季節(jié)變化明顯。

2 礦區(qū)水文地質(zhì)條件

2.1 礦區(qū)概況

礦區(qū)位于水文地質(zhì)單元的補(bǔ)給區(qū)，礦區(qū)最低侵蝕基準(zhǔn)面標(biāo)高為370m。礦區(qū)內(nèi)地下水以大氣降水為主要補(bǔ)給源，上游匯水面積屬地下水的補(bǔ)給區(qū)，降雨通過基巖裸露山區(qū)的風(fēng)化裂隙帶和松散堆積物孔隙滲入地下，形成地下徑流以潛流的形式向下游排泄。第四系沖洪積層孔隙含水層具有一定的分布范圍，而且直接裸露于地表，地層透水性良好，其補(bǔ)給區(qū)域與分布區(qū)基本一致，易于接受大氣降水的補(bǔ)給。在近河地段地下水與地表水水力聯(lián)系密切，雨季地下水通過水文網(wǎng)排泄，補(bǔ)給地表水，旱季接受河水補(bǔ)給。豐水期基巖風(fēng)化裂隙含水層接受降雨補(bǔ)給，一部分排泄補(bǔ)給第四系沖洪積層孔隙含水層，另一部分在溝谷斜坡陡峭處以泉的形式溢出地表；枯水期基巖風(fēng)化裂隙含水層亦接受第四系沖洪積層孔隙含水層的地下水補(bǔ)給。區(qū)內(nèi)地下水的年變幅為1.50m～2.00m，最高水位一般出現(xiàn)在八、九月份，最低水位出現(xiàn)在每年的四、五月間，即水位年變化與氣象要素的周期性變化有關(guān)。一般情況地下水位升高滯后于降雨10天～15天。

2.2 含水層類型及富水性

根據(jù)區(qū)內(nèi)地下水的賦存條件，水力性質(zhì)及含水層的巖性將區(qū)內(nèi)含水層劃分為第四系松散巖類孔隙含水層和基巖裂隙水含水層。

（1）第四系松散巖類孔隙含水層(Q)。第四系松散巖類孔隙含水層：據(jù)民井調(diào)查，含水層厚度1m～5m，平均厚度3m，大部分分布在溝谷中，巖性主要由沖洪積砂礫石和坡積泥質(zhì)砂礫及崩落巖石巨礫組成。該含水層厚度受地形坡度及溝谷寬度影響。坡度大，含水層厚度小，溝谷寬含水層厚度大。水位埋深一般1.60m，水位標(biāo)高400m～476.39m，最大出水量150m3/d，枯水期出水量略減少，富水性中等。水化學(xué)類型為HCO3-Ca型水，水溫12℃，礦化度0.86g/L，屬淡水。

（2）基巖裂隙（孔隙）含水層。由基巖風(fēng)化裂隙（孔隙）水和構(gòu)造裂隙水組成的基巖裂隙（孔隙）含水層是詳查區(qū)礦床的主要充水含水層。①基巖風(fēng)化裂隙（孔隙）含水層：風(fēng)化裂隙（孔隙）含水層主要由新太古界遵化巖群變質(zhì)巖和中元古界長(zhǎng)城系碎屑沉積巖以及各期次的巖漿巖組成?；鶐r風(fēng)化裂隙帶的發(fā)育深度最深為109.66m，平均深度為41.60m，局部見有溶蝕裂隙，賦存基巖風(fēng)化帶裂隙水。裂隙水主要接受大氣降水補(bǔ)給，因降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，入滲條件差，故基巖風(fēng)化裂隙含水層富水性弱。由于地表風(fēng)化程度不同，風(fēng)化帶深度變化較大。在山體頂部比山體下部風(fēng)化裂隙水埋藏深度大，水量較小，隨著匯水面積增大，風(fēng)化裂隙水埋藏變淺，水量也有所增大。據(jù)平洞PD1-CM4采樣分析，水化學(xué)類型為HCO3-Ca型水，礦化度0.9/L，屬弱礦化的水，該含水層的富水性弱。②構(gòu)造裂隙脈狀含水層：構(gòu)造裂隙脈狀水主要是指礦體、巖脈體本身及其與地層、巖體接觸帶內(nèi)的裂隙脈狀水，本區(qū)受多期構(gòu)造活動(dòng)影響而形成的以北東～北西及近東西向?yàn)橹鞯臉?gòu)造擠壓破碎帶是地下水的主要控水構(gòu)造，大氣降水通過地表風(fēng)化裂隙和擠壓破碎帶補(bǔ)給深層地下水。據(jù)鉆孔水文地質(zhì)工程地質(zhì)編錄統(tǒng)計(jì)，擠壓破碎帶厚度在1.40m～10.70m。擠壓破碎帶含水層厚度12.36m，水位埋深38.32m，該含水層富水性弱。

（3）隔水層（帶）?；鶐r風(fēng)化裂隙含水帶以下，未經(jīng)風(fēng)化的完整石英砂巖、長(zhǎng)石石英砂巖、含礫石英砂巖、石英斑巖、花崗斑巖、閃長(zhǎng)玢巖等均可視為隔水層（帶）。

2.3 地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件

大氣降水滲入是區(qū)內(nèi)地下水的唯一補(bǔ)給來(lái)源，地下水運(yùn)動(dòng)以地下徑流的方式為主，其流向與地形基本一致?；鶐r風(fēng)化裂隙水含水帶，直接受大氣降水補(bǔ)給。溝谷中第四系孔隙水除接受大氣降水補(bǔ)給外，同時(shí)還接受基巖風(fēng)化裂隙水的側(cè)向補(bǔ)給，排泄方式為地下水在運(yùn)移過程中通過地表蒸發(fā)，植物蒸騰和人工開采或經(jīng)過含水層排泄區(qū)外，地下水動(dòng)態(tài)主要受季節(jié)性影響。基巖風(fēng)化裂隙水與第四系孔隙潛水，二者之間沒有隔水層存在，因此存在著一定的水力聯(lián)系，礦區(qū)遠(yuǎn)離地表水體，故地表水對(duì)礦床開采影響較小。

3 礦坑涌水量預(yù)測(cè)

3.1 充水因素分析

本區(qū)礦床主要充水因素為大氣降水和直接充水含水層的地下水，其次為地表水。

（1）大氣降水。大氣降水是本區(qū)地表水和地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源，區(qū)內(nèi)降水多集中在6月份～8月份，由于山勢(shì)陡峻，大氣降水補(bǔ)給含水層量有限，對(duì)礦坑充水影響不大。

（2）地表水的充水作用。區(qū)內(nèi)無(wú)地表河流及湖泊，只有降水形成的地表片流、暴雨成流，雨后幾天就斷流，故對(duì)礦床充水影響不大。

（3）地下水直接充水作用。當(dāng)開采時(shí)，采區(qū)范圍內(nèi)的風(fēng)化裂隙和構(gòu)造裂隙地下水將首先涌入礦坑，成為礦坑的直接充水水源。隨著礦坑開采深度的加大及排水疏干時(shí)間的延續(xù)，礦坑的排水量亦將會(huì)不斷減少直至趨近一個(gè)穩(wěn)定值，最終礦坑涌水量的大小將主要取決于直接充水含水層的補(bǔ)給強(qiáng)度。礦區(qū)內(nèi)基巖風(fēng)化裂隙（孔隙）含水層是礦床充水的直接含水層，也是礦床的主要充水因素，因基巖風(fēng)化裂隙（孔隙）含水巖組周邊無(wú)明顯的隔水邊界，故將視為無(wú)限供水邊界。

3.2 礦坑涌水量預(yù)測(cè)

（1）大井法預(yù)測(cè)涌水量。根據(jù)鉆孔控制的礦體形態(tài)及埋藏深度，礦坑開采坐標(biāo)點(diǎn)所劃出的礦坑面積為0.48km2，周長(zhǎng)為3037m。在沒有采礦設(shè)計(jì)的情況下，根據(jù)礦層賦存情況將開采深度暫定為203.68m，(ZK6003號(hào)孔礦體的底板埋深)，來(lái)計(jì)算礦坑涌水量。根據(jù)采區(qū)的水文地質(zhì)邊界條件，充水因素，選擇穩(wěn)定流大井法承壓～無(wú)壓完整井計(jì)算公式進(jìn)行礦坑涌水量計(jì)算，計(jì)算公式如下：

式中：Q：預(yù)測(cè)的礦坑涌水量（m3/d）；K=0.13(m/d)滲透系數(shù)；H=185.38（m）水柱高度(取ZK6401、ZK6403號(hào)水文工程地質(zhì)編錄孔平均水位標(biāo)高-含水層底板平均標(biāo)高)；M=19.58（m）含水層厚度（取ZK6401號(hào)孔含水層厚度累加值）；R=1000(m)影響半徑；r0=318（m）引用半徑，用相關(guān)公式r0=p/2π計(jì)算求得。

R0=R+r0=1318（m）大井引用影響半徑。

計(jì)算結(jié)果：

（2）解析法預(yù)測(cè)涌水量。根據(jù)采區(qū)的水文地質(zhì)邊界條件，充水因素，選擇大井外的地下水側(cè)向流計(jì)算公式進(jìn)行礦坑涌水量計(jì)算，計(jì)算公式如下：Q=KBI；

式中：Q：預(yù)測(cè)的礦坑涌水量（m3/d）；B=HL（B為過水?dāng)嗝婷娣e，H=185.38m為水柱高度，L=2×318×π=1997.04m為大井周長(zhǎng)）；K=0.13(m/d)滲透系數(shù)；I=0.185（大井外水力坡度，I=H/R）。

計(jì)算結(jié)果：Q=KBI=185.38×2×318×π×0.13×0.185=2835.54m3/d。

礦坑涌水量預(yù)測(cè)推薦值為2835.54m3/d。

4 結(jié)語(yǔ)

礦區(qū)地下水分為松散巖類孔隙水、基巖裂隙水兩種類型。地下水富水性弱；大氣降水為主要補(bǔ)給來(lái)源；徑流主要受地形地貌控制，受季節(jié)的影響變化；排泄方式以徑流排泄為主，蒸發(fā)、植物吸收蒸騰作用為輔。地下水水位動(dòng)態(tài)具有氣象型特征，與降水量關(guān)系十分密切，隨季節(jié)變化明顯。

本次采用解析法對(duì)礦坑涌水量進(jìn)行預(yù)測(cè)，所確定的礦床充水因素及水文地質(zhì)邊界條件正確，選擇的計(jì)算方法、水文地質(zhì)參數(shù)合理，礦坑涌水量預(yù)測(cè)推薦值為2835.54m3/d。