夏家坪金礦礦區(qū)水文地質(zhì)調(diào)查評價

高彥斌

（甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 天水 741000）

1 區(qū)域水文地質(zhì)

夏家坪礦區(qū)內(nèi)主要溝谷為西安溝、甘溝和羅家溝，為花廟河的支溝，水量隨季節(jié)變化明顯。礦區(qū)內(nèi)其余水系發(fā)育較多，但流量都較小，受季節(jié)性變化較大，在枯水期時有斷流現(xiàn)象發(fā)生，各水系在礦區(qū)東側(cè)匯入花廟河。根據(jù)其成因時代、巖性、節(jié)理發(fā)育程度、連通性、含水特征等。區(qū)域地下水類型主要有基巖裂隙水及松散巖類孔隙水兩類。

2 礦區(qū)水文地質(zhì)

2.1 侵蝕基準(zhǔn)面

礦區(qū)南側(cè)甘溝溝口與花廟河交匯處最低地面標(biāo)高為1223m，相對礦床最低開拓面深度來說為礦區(qū)一帶地面的最低位置，因此確定礦區(qū)最低侵蝕基準(zhǔn)面標(biāo)高為1223m。

2.2 礦區(qū)水文地質(zhì)特征

2.2.1 地下水類型

礦區(qū)地下水可分為松散巖類孔隙水、基巖裂隙水兩大類，基巖裂隙水又分為構(gòu)造裂隙水和風(fēng)化裂隙水：

（1）松散巖類孔隙水。呈條帶狀分布于花廟河、西安溝、甘溝的河漫灘（溝床）及階（臺）地范圍內(nèi)，為河（溝）谷潛水。含水層巖性為富含泥質(zhì)的圓礫礫石，水位埋深變化較大，近河床及漫灘部位水位埋深3～8m，階（臺）地水位埋深大于15m，含水層厚度自河床向兩側(cè)階臺地逐漸變薄，一般為2～10m，河漫灘部位富水性相對較強，單井涌水量大于1000m3/d，階（臺）地范圍內(nèi)則富水性弱，單泉流量為q＜1.00L/s，在階（臺）地后緣部位相對貧水；西安溝水位埋深1～4m，主溝含水層厚度一般為1～2m，單泉流量q＜1.00L/s。

礦區(qū)河溝谷含水層厚度變化較大，富水性差異明顯，如甘溝上游比降較大，下游相對平緩，其含水層上游薄，向下游逐步變厚，其次級支溝的含水層極薄，枯水期大多無地表水徑流。

（2）基巖裂隙水。礦區(qū)金礦床在斷層帶內(nèi)頂?shù)装逯苯优c含水層接觸，斷裂破碎帶及其影響帶是區(qū)域地下水相對富集區(qū)，也是礦床勘查開采地段，當(dāng)坑道揭露礦體或圍巖至斷裂帶時，構(gòu)造裂隙水便涌入礦井、坑道可能出現(xiàn)礦產(chǎn)突水、涌水現(xiàn)象。

2.2.2 地下水的補徑排條件及動態(tài)特征

（1）地下水流場分析。礦區(qū)主體位于花廟河西面的西安溝和甘溝低山區(qū)，地下水徑流方向主要受礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造和地形地貌的控制從高處向低處徑流。礦區(qū)斷裂帶脈狀水主要近東西向的斷裂破碎帶控制，地下水徑流方向是自北東向南徑流，地下水流場較為復(fù)雜。

由于礦區(qū)內(nèi)較完整的微風(fēng)化基巖的裂隙不發(fā)育，基本不含水，為相對的隔水層，黃土潛水和基巖裂隙水依地形由高處向低處徑流，因此礦區(qū)內(nèi)侵蝕基準(zhǔn)面以上地段地下水分水嶺與地表水分水嶺大致一致，較地表水緩和一些。

（2）地下水補、徑、排條件及動態(tài)特征。礦區(qū)內(nèi)松散巖類孔隙水，主要接受地表水、基巖裂隙水及大氣降水補給，地下水補給源較為穩(wěn)定，徑流條件好，隨季節(jié)變化較大。地下水水位隨季節(jié)的變化，有一定的變幅，但變幅不大，一般在0.50～1.00m之間。據(jù)動態(tài)觀測，地下水水位相對滯后降水10～15天左右的時間就上升至高水位，泉水流量顯著增加。

由于礦區(qū)降雨較多，大部分地段被薄層黃土、殘坡積物覆蓋，植被發(fā)育，覆蓋率85%以上，涵養(yǎng)水源能力較好，但該地層的透水性很好，徑流途徑流暢，因此在分水嶺地段的富水性弱。礦區(qū)發(fā)育的近東西向斷裂除直接接受降水的入滲補給外，還接受河溝谷地表水的入滲補給，地下水流場復(fù)雜。

2.2.3 含水層、隔水層的含水特征與富水性

根據(jù)礦區(qū)地下水類型及其含水性，將礦區(qū)范圍內(nèi)巖層劃分兩個含水巖組。

（1）透水不含水巖組。該巖組主要由第四紀(jì)松散巖類組成，包括處于礦區(qū)山體表層的第四紀(jì)黃土、坡體上的殘坡積物及滑塌堆積物。黃土和次生黃土分布于礦區(qū)的分水嶺頂部及緩坡地帶，厚度約1～3m；殘坡積物廣泛分布于礦區(qū)的斜坡、梁峁地帶，主要為粉土與母巖風(fēng)化后的混和物，厚度約1～2m；滑塌堆積物零星分布于礦區(qū)溝谷坡腳一帶，主要為粉土與基巖碎塊的混和物，厚度約1.50～2.50m。一般不具備儲存地下水的蓄水條件，大氣降水會較快地通過該地層與下伏基巖層的接觸面補給溝谷潛流或下伏的基巖風(fēng)化裂隙水，結(jié)構(gòu)松散，透水性好，屬透水不含水巖層。

（2）含水巖組特征。①河（溝）谷沖洪積含水巖組。該含水巖組分布于花廟河的溝床及其殘臺地，花廟河地下水位埋深一般在3～8m之間，富水性強，單井涌水量一般為Q＞1000 m3/d；西安溝和甘溝的溝床及其殘臺地為礦區(qū)的主要富水地段，西安溝地下水位埋深一般在1～4 m之間，地下水徑流模數(shù)1～3L/(s.km2)，富水性中等，單泉流量0.10～1.00L/s；甘溝地下水位埋深一般在0.50～5.00m之間，地下水徑流模數(shù)1～3L/(s.km2)，富水性中等； ②堅硬巖類基巖裂隙含水巖組。該含水巖組廣泛分布于礦區(qū)，該巖組為含水層，裂隙發(fā)育，裂隙無充填，局部被石英方解石脈充填，基本成張開－半閉合狀態(tài)，連通性較好，強－中等風(fēng)化的層位。西安溝支溝頭條溝的下游、橡子溝中部有基巖泉出露，實測泉流量0.10～1.00L/s，地下水徑流模數(shù)1-3L/(s.km2)，流量季節(jié)性降水或一次有效降水量的大小變化而變化，富水性中等。

2.3 礦床充水含水巖組的巖性、構(gòu)造特征

2.3.1 松散巖類孔隙潛水含水巖組的巖性、構(gòu)造特征

礦區(qū)附近河溝谷的第四紀(jì)松散巖類孔隙潛水含水巖組主要分布于花廟河、西安溝及甘溝的河漫灘、溝床及殘臺地前緣，厚度為2～5m，向溝谷上游逐漸變薄。含水介質(zhì)主要為河溝谷沖洪積形成的漂石、角礫、砂夾少量的泥質(zhì)，松散，磨圓及分選性均較差，但孔隙率、滲透性能好。

2.3.2 基巖裂隙含水巖組的巖性、構(gòu)造特征

根據(jù)野外實地調(diào)查和平硐編錄資料，礦區(qū)基巖裂隙水主要賦存于斷裂破碎帶及其次生斷裂的破碎帶和影響帶內(nèi)，具有帶狀富水的特點，除接受大氣降水的入滲補給外，還要接受規(guī)模較大的斷裂構(gòu)造裂隙水的徑流補給和地表水入滲補給。

2.4 地表水對礦床充水的影響

礦區(qū)地表水的最低侵蝕基準(zhǔn)面為1223m，主要礦體賦存標(biāo)高在1326m之上，礦井最低排泄面海拔高程高于地表水水位，相對高差103m。地表水對礦床充水的影響較小。

2.5 老窿水對礦床充水的影響

老窿遍布于整個礦區(qū)，經(jīng)本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)，老窿多分布在海拔高程1412m以上，老窿分布范圍與礦床內(nèi)礦體的分布標(biāo)高基本在同一范圍，且含礦巖體裂隙多被泥質(zhì)礦物充填，透水性較差，老窿中多未積累水體。

3 礦坑涌水量預(yù)測

3.1 礦坑充水因素

大氣降水入滲是礦區(qū)構(gòu)造裂隙水的主要來源，礦坑充水程度與降水量的多少、強度、延續(xù)時間關(guān)系密切。降水量大、長時間的小雨對入滲補給地下水的較為有利，礦坑涌水量相應(yīng)也會增大。

3.2 礦區(qū)礦坑涌水量的預(yù)測方法

針對礦體賦存特征與開采方式，根據(jù)夏家坪金礦床主要充水含水層地下水的賦存特征，影響礦坑充水的主要因素是斷裂構(gòu)造破碎帶中的脈狀裂隙水或基巖裂隙水，確定夏家坪屬裂隙水充水為主的礦床。因此本次采用徑流模數(shù)法法和“大井法”對礦坑涌水量進行預(yù)測。

3.2.1 徑流模數(shù)法

計算公式：Q總=M徑流×F×α

式中：Q總－徑流入滲總量，L/s。

M徑流－徑流模數(shù)，L/s·km2；

F－徑流入滲面積，km2；

A－豐水年換算系數(shù)，無量綱。

根據(jù)西安溝單位流域面積上單位時間所產(chǎn)生的流量，確定礦區(qū)多年平均地下水徑流模數(shù)為2.90 L/s·km2，同時考慮季節(jié)變化因素，采用豐水年換算系數(shù)（即用豐水年地下水補給量與多年平均地下水補給量之比）為1.50，以礦區(qū)分水嶺所在的小水文地質(zhì)單元為計算范圍，總面積3.60km2，利用公式計算，確定計算區(qū)徑流入滲總量為15.66L/s（1348.30 m3/d），詳見表1。

表1 降水入滲計算結(jié)果表

表2 抽水試驗成果表

3.2.2 大井法

（1）礦坑充水水源

根據(jù)夏家坪金礦礦床主要充水含水層地下水的賦存特征，影響礦坑充水的主要因素是斷裂構(gòu)造破碎帶中的脈狀裂隙水或基巖裂隙水。因此確定夏家坪金礦礦床屬裂隙水充水為主的礦床。

（2）水文地質(zhì)參數(shù)的確定

A.滲透系數(shù)：根據(jù)礦床礦坑潛水穩(wěn)定流非完整井抽水試驗資料，選擇裘布依公式計算。結(jié)果詳見（表2）。

靜止水位：取礦床疏干范圍內(nèi)各鉆孔靜止水位算術(shù)平均值。

B.含水層厚度：以各鉆孔揭露含水層底板（裂隙不發(fā)育段）深度，取平均靜止水位以下的厚度算術(shù)平均值（未揭穿者以終孔深度止）。

3.2.3 礦坑涌水量計算

計算公式的選取

根據(jù)礦區(qū)的實測情況，坑道系統(tǒng)的排水，最終都能形成以坑道為中心的徑向水流，所以就把坑道系統(tǒng)看成一個面積與之相等、半徑為r0的等效理想“大井”整個坑道的涌水量，就是相當(dāng)于“大井”的涌水量，這樣就可以用井流公式預(yù)測礦坑涌水量。根據(jù)礦床水文地質(zhì)條件及建立的水文地質(zhì)模型，選用裘布依穩(wěn)定流完整井理論公式計算礦坑涌水量。以水位降深正常值計算正常礦坑涌水量；以水位降深最大值計算最大礦坑涌水量。

變質(zhì)巖基巖裂隙潛水含水層（含水系統(tǒng)）在礦床開采疏干范圍內(nèi)為無限均質(zhì)含水層。地下水的運動以層面流為主導(dǎo)，依據(jù)裘布·依理論公式計算礦坑涌水量。

礦坑水量計算結(jié)果如下：

Q正常=1329.9m3/d；

Q最大=1445.5m3/d。

3.3 礦坑涌水量的預(yù)測

由上述兩種方法計算，礦坑涌水量在1348.30m3/d和1445.50m3/d之間。地下水徑流模數(shù)法計算時沒有考慮季節(jié)變化，屬年平均值，大井法屬于較大值，因此，計算結(jié)果有所差異，但也基本反映了礦區(qū)的可能涌水量范圍。

3.4 推薦礦坑涌水量

根據(jù)礦坑涌水量評價的原則，結(jié)合LD14平硐枯水期和豐水期硐壁出現(xiàn)滴水的實際情況和長期觀測硐口流水的實際情況，按照取大安全的原則，推薦礦坑涌水量為1600m3/d。

4 水文地質(zhì)勘探類型劃分

根據(jù)礦床主要充水含水層的空間分布特征，本礦床為基巖裂隙水充水的礦床；

按礦體與主要充水含水層的空間關(guān)系，礦床主要充水含水層位于斷裂破碎帶及其影響帶，賦礦地層地下水主要近東西走向斷裂（F2、F2－1）的控制，沿著該斷裂帶上下盤，發(fā)育了一些規(guī)模較小的近東西向、北北東向、北西向和北東向的次級斷裂，礦床與主要充水含水層之間分屬不同的水文地質(zhì)單元，礦區(qū)構(gòu)造裂隙水可進入深部開采的礦坑，涌水量較大；依據(jù)上述條件，綜合確定礦區(qū)礦床勘探的水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度屬中等。