某銅礦露天邊坡滲漏段水文地質(zhì)條件調(diào)查與研究

薛捷豪，周耀東，梁昌鴻，劉敬智，徐磊

(1.萬寶礦產(chǎn)有限公司，北京 100053；2.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410012)

0 引言

緬甸蒙育瓦銅礦的薩比塘（Sabetaung）礦床（簡稱“S礦”）位于曼德勒以西約150 km處，開采的底標(biāo)高為465 m，已閉坑停止開采，作為鄰近K礦的酸性廢石回填坑，S坑回填的廢石在填埋坑中受大氣降雨影響，經(jīng)過氧化形成S坑酸性水。根據(jù)坑內(nèi)水樣的化驗報告，酸性廢水的pH值低，水中硫酸根離子、銅離子和鉛離子含量均很高，對地下水具有污染性，S坑?xùn)|部邊坡分布有第四系洪沖積層（Qhapl）強含水層，走向長度約為1500 m。欽敦江和雅瑪河水通過該層向礦坑充水，隨著S坑內(nèi)酸性廢石回填標(biāo)高的上升，坑內(nèi)酸性水的水位標(biāo)高相應(yīng)抬升，當(dāng)坑內(nèi)水位升到545 m平臺以上時，酸性廢水會通過彌散和滲流等方式進(jìn)入東部邊坡砂、砂卵石強含水層，造成對附近地下水、雅瑪河和土體的污染，因此需要摸清S坑滲水段水文地質(zhì)條件，為防滲處理方案提供準(zhǔn)確的基礎(chǔ)資料。

S坑原來是由加拿大艾芬豪礦業(yè)集團(tuán)公司開采，且已閉坑多年，沒有詳細(xì)的礦區(qū)工程水文地質(zhì)資料，同時礦坑滲水段邊坡原生地貌被植被和礦碴覆蓋，為此，在近鄰K礦水文地質(zhì)和礦坑排水資料分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行S坑邊坡現(xiàn)場工程、水文地質(zhì)調(diào)查，得出S坑邊坡滲漏段的工程、水文地質(zhì)條件特征。

1 礦區(qū)概況

緬甸蒙育瓦銅礦的薩比塘（Sabetaung）礦床（簡稱“S 礦”）位于北緯 22°06'和東經(jīng) 95°08'附近，地點位于曼德勒以西約150 km處。礦區(qū)處于蒙育瓦盆地Ⅱ級水文地質(zhì)單元①水文地質(zhì)分區(qū)最北部，屬沖洪積平原地貌。

1.1 礦區(qū)含（隔）水層特征

（1）第四系全新統(tǒng)（Qh）松散孔隙含（透）水層。根據(jù)成因及透水性、富水性差異，可進(jìn)一步劃分為2個含水層亞組，即：第四系殘坡積、坡洪積松散孔隙弱—中含（透）水層和第四系沖洪積松散孔隙強含（透）水層。

（2）第四系更新統(tǒng)坎崗組砂巖（Qpk）裂隙中等含水層。巖性主要為粉砂巖、砂巖、少量石英砂巖及泥質(zhì)砂巖，為斑巖體的圍巖，分布于斑巖體四周。于S坑采坑北部邊坡少量出露，地表出露面積較小。該含水層接受大氣降水及欽敦江、雅瑪河的側(cè)向補給，為裂隙含水層。該含水層滲透系數(shù)為5.27×10-5～1.03×10-3cm/s，平均為 5.30×10-4cm/s，鉆孔單位涌水量為 0.11～4.74 L/（s·m），平均為2.00 L/（s·m）。富水性強—中等，透水性弱—中等，為含礦斑巖體的圍巖，對礦坑的充水影響不大。

（3）新近系上中新統(tǒng)馬吉崗組（N1-2m）火山碎屑巖裂隙弱含水層。巖性為火山碎屑巖，由較多火山碎屑、巖屑膠結(jié)形成，膠結(jié)較松散。主要分布于F1斷層?xùn)|側(cè)，S礦及K礦之間，裂隙弱發(fā)育。該含水層為裂隙含水層，滲透系數(shù)為 1.50×10-6～8.31×10-3cm/s，平均為1.56×10-5cm/s，鉆孔單位涌水量為 0.039～0.157 L/（s·m），平均為 0.076 L/（s·m）。富水性弱，微—弱透水性，可視為相對隔水層。

（4）新近系上中新統(tǒng)（N1απ）安山斑巖—英安斑巖隔水層。主要有安山斑巖、英安巖、黑云角閃安山斑巖以及火山熱液角礫巖等，廣泛分布于礦區(qū)，為含礦層及礦體的直接圍巖，裂隙較發(fā)育。該滲透系數(shù) 3.75×10-6～2.79×10-5cm/s，平均 1.28×10-5cm/s，微—弱透水性，富水性弱，為隔水層。

1.2 S坑充水因素分析

（1）因礦坑的開采方式為露天開采，且該地區(qū)夏季（8—10月）大型降雨較為集中、頻發(fā)，大氣降水除部分入滲補給地下水或以地表徑流的形式流失外，大部分將直接形成地表徑流匯入礦坑，成為礦床充水的主要來源之一。

（2）終了礦坑從上至下，分別揭露第四系殘坡積、坡洪積松散孔隙弱—中含（透）水層、第四系沖、洪積松散孔隙強—中等含（透）水層、砂巖裂隙中等含透水層、火山碎屑巖裂隙弱含水層、安山斑巖—英安巖裂隙弱隔水層。

（3）欽敦江不在礦坑疏干影響半徑范圍之內(nèi)，未形成定水頭補給邊界，采坑與河水之間水力聯(lián)系較弱，百年一遇洪水位低于采坑終了境界標(biāo)高，洪水不會直接灌入礦坑。雅瑪河百年一遇洪水位低于采坑終了境界標(biāo)高，洪水不會直接灌入礦坑，但雅瑪河在礦區(qū)采坑疏干影響半徑范圍內(nèi)，形成定水頭邊界，對礦床充水產(chǎn)生影響。

（4）斷層導(dǎo)水性差、富水性差，相比兩盤地層導(dǎo)、富水性無較大變化，不成為礦床充水因素。

2 研究區(qū)域工程、水文地質(zhì)調(diào)查

本次防滲堵漏方案的研究區(qū)域為S坑北側(cè)至東北側(cè)1500 m長、535～575 m約40 m高的邊坡。該區(qū)域的含水層從上往下依次為第四系殘坡積、坡洪積（Qhedl）松散孔隙弱含（透）水層、第四系沖、洪積（Qhapl）松散孔隙強—中等含（透）水層和新近系上中新統(tǒng)（N1απ）安山斑巖—英安斑巖隔水層。其中Qhedl松散孔隙弱含（透）水層主要由隔水性較好的黑棉土和粉砂質(zhì)黏土構(gòu)成，Qhapl松散孔隙強—中等含（透）水層主要由分選性較差的中細(xì)砂和砂卵礫石構(gòu)成，N1απ安山斑巖-英安斑巖隔水層主要由隔水性良好的安山斑巖構(gòu)成。

2.1 邊坡滲漏段滲水點的揭露

經(jīng)調(diào)查，S礦坑邊坡的滲漏水段標(biāo)高為 545～555 m，水源絕大部分為第四系沖、洪積（Qhapl）松散孔隙強—中等含（透）水層水，還有極少量的為N1απ安山斑巖裂隙水，邊坡的滲漏水點不存在大的管涌通道和裂隙通道，主要為分布面廣、相對均勻的細(xì)小孔隙通道。邊坡的滲漏段大部分被松散廢石和灌木叢覆蓋，滲漏水點沒有完全暴露，需清理 3個具有代表意義的坡面，并對邊坡出水點的原生地層剖面進(jìn)行測繪，3個清坡點的情況分述如下。

（1）清坡點1。清坡揭露原生地層由上至下依次是 Qhapl松散砂層、礫巖層和 N1απ安山斑巖，其中礫巖層厚度約15 cm，各巖層界限清晰可見，出水點的位置位于礫巖層頂部，實測坐標(biāo)：x=710 639.678，y=2 449 260.817，z=549.365，水量有25 m3/h左右。

（2）清坡點2。清坡揭露原生地層由上至下依次是 Qhapl松散砂層向砂礫石層過渡層、砂礫石與N1απ礫巖互層和安山斑巖，其中砂礫石與礫巖互層厚度為3 m左右，各巖層界限清晰可見，出水點的位置位于第一層礫巖頂部，實測坐標(biāo)：x=710 776.419，y=2 449 191.251，z=548.060，水量約30 m3/h。

（3）清坡點3。清坡揭露原生地層由上至下依次是Qhapl松散砂層向砂礫石層過渡層、砂礫石與礫巖互層和N1απ安山斑巖，其中砂礫石與礫巖互層厚度為3.5 m左右，各巖層界限清晰可見，出水點的位置位于第一層礫巖頂部，實測坐標(biāo)：x=711 099.382，y=2 448 881.032，z=549.928，水量約20 m3/h。

2.2 地層界限標(biāo)高的調(diào)查

2.2.1 地層界限的選取

根據(jù)防滲方案設(shè)計的需求，將本研究區(qū)域原生地層分為4層，即礦碴墊層、Qhedl黑棉土和粉砂質(zhì)黏土層、Qhapl松散砂礫石層和N1απ安山斑巖，其中Qhedl黑棉土層之上全部被礦碴墊層覆蓋，因礦碴墊層施工原因，導(dǎo)致研究區(qū)域內(nèi)原生Qhedl黑棉土層的頂部有缺失，據(jù)相關(guān)資料和礦區(qū)外部實測調(diào)查，Qhedl黑棉土層的頂部標(biāo)高為575 m；Qhedl黑棉土之上部分全部為礦碴墊層，所以統(tǒng)一礦碴墊層的底部標(biāo)高為575 m；松散砂礫石層與底部不透水的礫巖可合為一層，直接接觸N1απ安山斑巖頂部，Qhapl松散砂礫石層的底部即為N1απ安山斑巖的頂部；以上均不再做調(diào)查，因此，本次地層標(biāo)高調(diào)查的重點為第四系沖、洪積（Qhapl）松散孔隙強—中等含（透）水層的頂、底板標(biāo)高，即松散砂礫石層的頂?shù)装鍢?biāo)高，就能將各地層分界線的標(biāo)高確認(rèn)。

2.2.2 標(biāo)高的調(diào)查

通過機械開挖形成槽探的方式，揭露了研究區(qū)域Qhapl松散砂礫石層的底板標(biāo)高，而其頂板標(biāo)高據(jù)現(xiàn)場調(diào)查分布在555～575 m的邊坡上，坡比較陡且礦碴墊層不穩(wěn)定，機械開挖比較困難，只能通過人工開挖清理成坑，以坑探的形式，揭露研究區(qū)域Qhapl松散砂礫石層的頂板標(biāo)高，最終根據(jù)現(xiàn)場情況選取了15個點進(jìn)行坑探調(diào)查，并根據(jù)原生地貌水文地質(zhì)調(diào)查形成以下結(jié)論。

（1）S礦坑邊坡第四系沖、洪積（Qhapl）松散孔隙強—中等含（透）水層的滲漏水段分布在545～555 m之間，邊坡的滲漏水點不存在大的管涌通道和裂隙通道，主要為分布面廣、相對均勻的細(xì)小孔隙通道，調(diào)查點最大涌水點水量為30 m3/h；該含水層555 m以上段不含水。

（2）根據(jù)調(diào)查結(jié)果，選取 7條切線，繪制 7個地質(zhì)簡易剖面，見圖1～圖7，其中揭露Qhedl黑棉土層厚度為5～24 m，Qhapl松散砂礫石層厚度為0～22.5 m。

圖1 1線簡易剖面

圖2 2線簡易剖面

圖3 3線簡易剖面

圖4 4線簡易剖面

圖5 5線簡易剖面

圖6 6線簡易剖面

圖7 7線簡易剖面

2.3 S坑排水量調(diào)查

通過統(tǒng)計S坑545 m和555 m兩個平臺近5年（2013年-2017年）排水記錄的統(tǒng)計結(jié)果，S坑?xùn)|側(cè)邊坡的滲水量年平均值為573～723 m3/h、月平均值為578～721 m3/h。整體邊坡的涌水量平穩(wěn)，由于545 m泵站的部分水排入了555 m平臺泵站，水量統(tǒng)計計算有部分重復(fù)，東部邊坡總體水量按 600 m3/h計。

3 S坑邊坡滲水段水文地質(zhì)特征總結(jié)

S坑邊坡滲漏出現(xiàn)在礦區(qū)的東部和北部。根據(jù)S礦緊鄰的蒙育瓦七星塘銅礦(K礦)專項水文地質(zhì)勘查報告以及技術(shù)人員現(xiàn)場工程水文地質(zhì)調(diào)查資料，礦區(qū)屬沖洪積平原地貌，雅瑪河呈弧形流經(jīng)S礦和K礦北側(cè)，最近處離S礦直線距離約800 m。礦區(qū)東部自上而下的地層依次為：第四系黑棉土，主要為沖洪積物，第四系全新統(tǒng)(Qhapl)、中細(xì)砂、礫砂、卵礫層，第四系更新統(tǒng)坎崗組砂巖(Qpk)礫巖（只有局部分布），新近系上中新統(tǒng)(N1απ)安山斑巖。其中中細(xì)砂和砂卵礫石層層厚為 0～22.5 m，為強含水層；黏土（黑土）層厚為5～24 m，為隔水層；安山斑巖的最大揭露厚度為800 m，附近鉆孔均未揭穿，為隔水層。S坑邊坡滲漏特征如下。

（1）滲漏的段長及區(qū)域。根據(jù)對 S坑邊坡滲漏點的實地察看，礦坑邊坡的主要滲漏部位為礦坑的東部和北部。北部的起點平面坐標(biāo)為：x=31 786.415 2，y=68 502.220 8；終點平面坐標(biāo)為：x=32 427.742 0，y=67 565.610 2，總長度約為1544 m。主要涌水中段集中在+545～+555 m 臺階和+555～565 m臺階，其中以+545～+555 m臺階滲水為主。

（2）滲漏的水量。根據(jù)排水水量統(tǒng)計和修正，東部邊坡總體水量按600 m3/h 計。60%的水量（360 m3/h）由+545 m平臺截排水溝通過泵站排出礦坑。其中 60%～70%的涌水以散水或股狀流的形式從+555～+545 m中段流出，匯入+555 m平臺以上的滲水約占40%（240 m3/h），滲水匯入該平臺截水溝，并經(jīng)+555 m平臺泵站排出礦坑。

（3）邊坡滲漏的含水層及滲漏實況。根據(jù)現(xiàn)場工程水文地質(zhì)實地調(diào)查，東部邊坡+545 m平臺以上，大部分被二次堆載的廢石所覆蓋，且上部生長茂盛的灌木叢，出水點的實際狀況被遮蔽。因邊坡滲漏范圍廣，邊坡坡角陡，清坡難度及工程量大，為揭露出水點的原始地貌，根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，在+545 m邊坡平臺的3個滲水點采用挖機局部清坡后，滲水均從安山斑巖上部的砂層和砂卵石層中以散流和小股狀的形式流出。因此，可以確定邊坡滲漏段含水層為第四系(Q)沖、洪積砂層、砂卵石層，含水層的最低標(biāo)高位于+545～+573 m，頂標(biāo)高位于+553～575 m，其平均滲透系數(shù)為2.12×10-2cm/s。

（4）邊坡滲水的隔水邊界。根據(jù) S坑露天邊坡的工程水文地質(zhì)調(diào)查，結(jié)合K礦的水文補勘地質(zhì)報告，確定邊坡滲水的邊界如下。

①滲漏段底部隔水邊界。S坑滲漏段邊坡的底部隔水層為巖漿巖-新近系上中新統(tǒng)（N1απ）安山斑巖，層厚大，附近鉆孔最大揭露深度為800 m（未揭穿）；該層為含礦層及礦體的直接圍巖，在+545 m臺階以上存在風(fēng)化裂隙，局部存在風(fēng)化裂隙水；而在+545 m臺階以下巖性完整，整個邊坡沒有出現(xiàn)滲漏點。確定+545 m臺階以下的安山斑巖為S坑?xùn)|部滲漏的隔水底邊界。

②滲漏段隔水頂邊界。根據(jù)探槽開挖的結(jié)果，東部邊坡上部原始黑棉土連續(xù)分布。該層層厚為5～22 m，根據(jù)取樣的滲透試驗，其滲透系數(shù)K20為（2.32～2.09）×10-7cm/s，為良好的隔水層。

③南部隔水側(cè)邊界：根據(jù)+575 m臺階工程水文地質(zhì)調(diào)查，南部隔水邊界坐標(biāo)點為：x=711 020.559，y=2 448 485.752，z=575.205，砂卵石含水層在該處尖滅。

④北部隔水側(cè)邊界。北部隔水邊界位于目前廢石運輸通道的下口處，該部位砂卵石層尖滅，尖滅點坐標(biāo)為：x=711 020.559，y=2 448 485.752，z=575.205。