黎川縣德勝鎮(zhèn)飾面用花崗巖礦水文地質(zhì)條件 及礦坑涌水量預(yù)測

姜平 尚文龍 左騰

作者簡介：姜平（1989-），男，江西九江人，地質(zhì)工程師，研究方向：地質(zhì)勘查。

摘要：礦區(qū)在大地構(gòu)造位置上屬華南褶皺系（Ⅰ）贛中南臺(tái)隆（Ⅱ）撫州凹陷（Ⅲ）的核部，武夷山成礦帶西部。礦區(qū)主要礦體位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以上，地形有利于自然排水。礦區(qū)地層由巖漿巖及變質(zhì)巖組成，屬裂隙水直接充水礦床。含水層富水性弱，地下水接受大氣降水補(bǔ)給，補(bǔ)給條件較差。礦床及附近無地表水體分布。本礦區(qū)水文地質(zhì)條件屬簡單類型。礦坑涌水量為降雨時(shí)流入采礦場的水量和滲入礦坑的水量。

關(guān)鍵詞：黎川縣;花崗巖礦;水文地質(zhì);礦坑涌水量;簡單類型

【中圖分類號(hào)】TD745【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.34.013

1礦區(qū)位置、自然地理

1.1礦區(qū)位置

黎川縣德勝鎮(zhèn)花崗巖礦地處黎川縣，位于縣城南東168°方向，直線距離約20公里處，行政區(qū)劃屬黎川縣德勝鎮(zhèn)管轄。地理中心坐標(biāo)為：東經(jīng)116°57′11″，北緯27°07′23″。區(qū)內(nèi)新建有簡易公路通往德勝鎮(zhèn)東海村，與黎川—德勝公路相連，交通尚便利。

1.2地形地貌

礦區(qū)位于大地構(gòu)造上屬華南褶皺系（Ⅰ）贛中南臺(tái)?。á颍嶂莅枷荩á螅┑暮瞬?，武夷山成礦帶西部。區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，南部見一區(qū)域性大斷裂，走向北東，傾向南東，地貌上多沿較大的溝谷及山脊分布，切割近東西向線性構(gòu)造，整體呈現(xiàn)出山嶺延綿、溝壑交錯(cuò)的地貌景致，形成了較為典型的低山丘陵地形。

礦區(qū)主山脊走向總體為NE向，與區(qū)內(nèi)構(gòu)造線方向相一致。礦區(qū)地勢整體呈南高北低、中間高東西兩側(cè)低的態(tài)勢，東南部為一溪流，構(gòu)成平面上呈向南東和南西兩個(gè)開口的U型小集排流域。最高南部山頂海拔1250m，最低東部溝谷標(biāo)高約710m，最大相對高差540m。區(qū)內(nèi)山體自然斜坡坡度一般30～40°，局部50°以上，沖溝縱坡較大，地表植被發(fā)育良好，以喬木為主，覆蓋率達(dá)90%以上，自然地形排水條件良好。

礦山因上山公路的人工開挖，局地形成高陡切坡，一定程度上改變了局部的地形地貌。

1.3氣象水文

（1）氣象。本區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，氣候濕潤、雨量充沛、四季分明，夏季炎熱，冬季寒冷是區(qū)內(nèi)氣候特點(diǎn)。據(jù)黎川縣氣象局資料統(tǒng)計(jì)：區(qū)內(nèi)年平均氣溫18℃，極端最高氣溫42.2℃，極端最低氣溫-12.3℃。多年平均降雨量1829.9mm，年最大降雨量2462.6mm（1998年），最大日降雨量320.0mm（1998年7月1日）。本區(qū)季節(jié)和年份雨量分配不均，一般每年3～7月為降水期，此季節(jié)易發(fā)生山洪暴發(fā)、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。9～10月為臺(tái)風(fēng)和雷陣雨期，兩期降水約占全年的70%，12月～次年2月為霜凍期。降水豐年常是枯水年雨量的2倍以上。

（2）水文。區(qū)內(nèi)干流為徑流于礦區(qū)外東部的溪流，為山谷型溪流，終年不涸，河床高程為660m，寬約5～10m，河岸高3～3.5m。受季節(jié)性降水影響，河流水位變化較大，整體流向自南西向北東。

礦區(qū)地表水系不發(fā)育，但因地形切割強(qiáng)烈而溝壑較發(fā)育，主干沖溝位于礦區(qū)南部，總體由中部向東逕流并匯入東部溪流，為季節(jié)性常流溝谷，以大氣降水為主要補(bǔ)給，暴漲暴落，豐枯期變化系數(shù)為8～10之間。次級(jí)溝系呈枝狀、爪狀垂直于山嶺發(fā)育，多屬季節(jié)性間歇流，沖溝短，縱坡大，匯水面積小。

2礦區(qū)水文地質(zhì)條件

2.1地下水類型及其水文地質(zhì)特征

礦區(qū)巖性簡單，分布地層依次有：第四系松散、松軟巖類，青白口系萬源組（Qbw）變質(zhì)巖系;出露巖體為燕山早期第三階段（γ52-3）紅色中粗粒黑云花崗巖、灰白色細(xì)粒二云花崗巖。

根據(jù)地層巖性、地下水賦存條件、貯水空間及水動(dòng)力特征，將礦區(qū)地下水類型劃為第四系松散巖孔隙水和基巖裂隙水兩大類。

（1）第四系松散巖孔隙水。礦床內(nèi)第四系松散巖成因類型主要為殘坡積，分布在山坡、坡麓地帶呈不連續(xù)零散分布，巖性為黃褐色含碎石粉質(zhì)粘土，鉆孔揭露厚度0.3～1.20m。第四系松散堆積層一般透水而不含水，測區(qū)內(nèi)未見地下水出露，僅在谷前低洼地帶弱含地下水，富水性弱?？紫端邮艽髿饨邓a(bǔ)給為主，水力性質(zhì)為潛水，動(dòng)態(tài)變化受降水與季節(jié)性控制，變化明顯。

（2）基巖裂隙水。區(qū)內(nèi)基巖裂隙含水層由青白口系萬源組變質(zhì)巖與巖漿巖組成，其中變質(zhì)巖僅在礦區(qū)西北段出露，巖漿巖大面積展布于礦區(qū)。地下水賦存于基巖風(fēng)化裂隙與構(gòu)造裂隙中，富水性、賦水性質(zhì)取決于裂隙發(fā)育程度、裂隙性質(zhì)等，補(bǔ)給源仍以大氣降水為主，動(dòng)態(tài)變化受降水與季節(jié)控制。風(fēng)化帶內(nèi)由于裂隙充填程度高，而富水性極弱。風(fēng)化帶下巖石一般致密堅(jiān)硬，裂隙多閉合具稀疏分布，巖層含水性差。地下水主要賦存、富集于裂隙密集帶及構(gòu)造破碎帶內(nèi)（該段鉆進(jìn)中沖洗液部分漏失），呈帶狀、脈狀分布，賦水深度亦大，水力性質(zhì)為潛水，深部具微承壓性質(zhì)。

據(jù)鉆孔注水試驗(yàn)，其富水性弱。鉆孔注水試驗(yàn)成果見表1。

2.2風(fēng)化帶水文地質(zhì)特征

礦區(qū)地表基巖普遍風(fēng)化嚴(yán)重，鉆孔揭露風(fēng)化帶巖性主要為黃褐色中粗粒似斑狀鉀長花崗巖，風(fēng)化強(qiáng)烈，厚度一般1.50～19.60m，局部達(dá)25m以上。風(fēng)化層裂隙發(fā)育，無序不規(guī)則，裂面泥質(zhì)充填明顯，結(jié)構(gòu)體呈土巖狀，大部分地段透水而不含水，巖層富水性貧乏。由于山體溝壑發(fā)育，地形坡度較大，地下水徑流途徑短，排泄迅速，風(fēng)化層水位一般埋藏較深，鉆孔揭露風(fēng)化帶內(nèi)均無地下水位。

2.3地下水補(bǔ)、徑、排條件

礦區(qū)地形整體呈南高北低，中部高東西兩側(cè)低，局部多沖溝、陡山坡，主干河流繞山而行的低山山谷地形。礦區(qū)集排流域范圍匯水面積小，地下水徑流途徑短，補(bǔ)給源主要為大氣降水。受地形坡度大，植被發(fā)育好等因素影響，多形成順坡徑流并匯集于就近溝谷的地表徑流，少量徑流沿途通過松散層、風(fēng)化帶及基巖裂隙等巖層入滲地下，形成地下滲流。地下水以沿山體坡度順勢徑流運(yùn)動(dòng)為主，遇地形低洼及切割處，以泄流或泉的形式排泄于地表，局部地表徑流匯于沖溝、沿旁側(cè)縱向發(fā)育的破碎帶或風(fēng)化層反補(bǔ)深部。宏觀上受整體地形控制，呈現(xiàn)出地表水、地下水就低徑流、就谷排泄及交替迅速，整體徑流方向一致的補(bǔ)、徑、排特點(diǎn)。局部因地形、構(gòu)造、風(fēng)化、氣象等因素影響，形成地表、地下水補(bǔ)、徑、排相互轉(zhuǎn)化的特征。

2.4當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面標(biāo)高與礦坑最低排泄面標(biāo)高

礦區(qū)地形侵蝕切割較為強(qiáng)烈，最低處為礦區(qū)東部溝谷，標(biāo)高約660m，屬當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面。礦山擬開采方式為露天開采，最低開采標(biāo)高為710m，即礦坑最低排泄面標(biāo)高。

2.5礦床充水因素分析及未來礦坑主要充水途徑與方式

（1）礦床充水因素分析。礦床充水因素有來自于大氣降水補(bǔ)給、地表徑流補(bǔ)給、基巖裂隙含水層補(bǔ)給及構(gòu)造賦水帶補(bǔ)給等。①大氣降水補(bǔ)給：大氣降水主要通過匯水范圍內(nèi)松散殘坡積層孔隙、淺表基巖風(fēng)化裂隙及露頭基巖裂隙入滲，并向深部運(yùn)移，在相對隔水頂板中富集，通過基巖裂隙向礦坑充水。②地表徑流補(bǔ)給：礦區(qū)溝壑發(fā)育，地表徑流可通過溝床切割裸露的巖石裂隙對地下水形成垂向和側(cè)向滲入補(bǔ)給，水力聯(lián)系密切，地表徑流為淺部礦坑充水的主要補(bǔ)給來源之一，對深部礦坑充水影響較小。③基巖裂隙含水層補(bǔ)給：礦體為燕山早期第三階段（γ52-3）花崗巖，蝕變以硅化蝕變?yōu)橹?，次為綠泥石化。礦體頂板青白口系萬源組變質(zhì)巖富水性貧乏，均屬弱裂隙含水層。

（2）未來礦坑充水途徑與方式。礦區(qū)地下水主要接受大氣降水與地表徑流入滲補(bǔ)給，在裂隙密集帶、基巖破碎帶形成富水區(qū)（帶）。

2.6礦區(qū)供水水源地現(xiàn)狀及供水方向

（1）水源現(xiàn)狀。①地下水：礦區(qū)基巖為青白口系萬源組變質(zhì)巖和燕山早期第三階段花崗巖類，均屬弱裂隙含水層，富水性貧乏。第四系松散孔隙水僅限于谷前低洼地帶，含水層埋藏淺，厚度小，防污性能差。因此，礦區(qū)地下水可供利用的資源條件受到限制，不能滿足未來礦山建設(shè)生產(chǎn)生活用水要求。②地表水：礦區(qū)地表水（溝、溪）有較廣闊的匯水范圍，礦區(qū)東部及西部沖溝水量豐盈，四季不涸，非采礦影響區(qū)域水質(zhì)現(xiàn)狀良好，可滿足礦山建設(shè)供水需求。

（2）水質(zhì)現(xiàn)狀。本次于代表性沖溝采集地表水樣1件（編號(hào)S1），于礦區(qū)東部溪流采集地表水樣1件（編號(hào)S2），進(jìn)行水質(zhì)全分析檢測，水質(zhì)檢測結(jié)果見表2。

根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果并按《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）評(píng)價(jià)，礦區(qū)地表水水質(zhì)類型為Ⅲ類，水質(zhì)良好。

（3）礦區(qū)供水方向。礦區(qū)范圍多為垂直于山脊的沖溝，溝體坡降大，沖溝水流流程短，沖溝水流來源主要為大氣降水及坡面滲流淺層地下水，地表水補(bǔ)給受降雨影響大（有雨有水，無雨無水）;礦區(qū)東部有一條溪流，部分巖石裂隙中有水滲出，水質(zhì)清澈、透明，水質(zhì)分析結(jié)果表明，沖溝、溪流地表水依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）屬于適用于集中式生活飲用水水源及工農(nóng)業(yè)用水的Ⅲ類水，但水量過小，無法滿足采礦活動(dòng)中的生活供水，供水需從他處引流。為避免礦山開采中棄石棄土場淋濾水、選礦廢水、生活污水等造成水源物理或化學(xué)污染，水源地應(yīng)選擇溝、溪流上游不受影響的地段建池蓄水，并重視水環(huán)境保護(hù)。礦坑排水可用于選場生產(chǎn)，做到循環(huán)利用，節(jié)約用水。

3礦坑涌水量預(yù)測

根據(jù)溝谷地表水分析，礦區(qū)北高南低，南部最高點(diǎn)1250m。大氣降水與地表徑流是地下水補(bǔ)給來源，地層單一，地表巖石堅(jiān)硬，第四系殘坡積覆蓋層厚0.3～2m。流入采場的水量，嚴(yán)格受降水季節(jié)、降水強(qiáng)度、降水頻率的控制，降水自分水嶺沿地面直接流入采礦場。

根據(jù)歷年降水因素分析和采坑巖石結(jié)構(gòu)，滲入系數(shù)采用0.2（經(jīng)驗(yàn)值），到開采中后期按公式①和②分降雨直接流入采礦場和降雨匯水滲入采礦場計(jì)算降雨時(shí)流入采礦場的水量和滲入礦坑的水量。

（1）降雨直接流入采礦場的水量

Q1=F1×A―――――――――①

式中：Q1—降雨直接降入采礦場水量m3/d

F1—采礦場投影面積1492600m2

A—?dú)v年雨季日平均降雨量（采用平均值0.01m/d）

Q1=1492600×0.01=14926m3/d

（2）滲入采礦場的水量

Q2=（F2-F1）×A×―――――――②

式中：F2—匯水面積2500000m2

A—?dú)v年雨季日平均降雨量0.01m/d

—地表逕流系數(shù)0.2（經(jīng)驗(yàn)值）

Q2=（2500000-1492600）×0.01×0.2=2015m3/d

平均日流（滲）入采礦場的水量為16941m3/d

若采用多年最大日降雨量0.32m/d，按公式（1）和（2）計(jì)算最大流（滲）入采礦場的水量即為：

Q1=1492600×0.32=477632m3/d

Q2=（2500000-1492600）×0.32×0.2=64474m3/d

最大日流（滲）入采礦場的水量為542106m3/d

4礦區(qū)水文地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

礦區(qū)主要礦體位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以上，地形有利于自然排水。礦區(qū)地層由巖漿巖及變質(zhì)巖組成，屬裂隙水直接充水礦床。含水層富水性弱，地下水接受大氣降水補(bǔ)給，補(bǔ)給條件較差。礦床及附近無地表水體分布，水文地質(zhì)簡單。因此，本礦區(qū)水文地質(zhì)條件屬簡單類型。