甘肅肅北紅柳疙瘩地區(qū)某礦山水文地質(zhì)特征研究

劉東風(fēng)

（甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 酒泉 735000）

研究區(qū)位于肅北縣，地貌上屬低山丘陵區(qū)，低山與山間洼地相間分布是其顯著特征，屬低山丘陵地形。區(qū)內(nèi)降水量小，蒸發(fā)量大，年均降水量66.1mm，年蒸發(fā)量3481mm?？傮w上，研究區(qū)區(qū)域水文地質(zhì)較為簡單[1]，但是為了確保資源開發(fā)的安全性，本文在外業(yè)調(diào)查的基礎(chǔ)上，對該礦山的水文地質(zhì)特征進行了研究，為進一步確定開采排水系統(tǒng)提供依據(jù)。

1 地下水類型劃分

根據(jù)礦山含水層巖性和地下水賦存特征，研究區(qū)地下水類型可劃分為松散巖類孔隙水、基巖裂隙水以及碎屑巖類裂隙孔隙水三類。

1.1 松散巖類孔隙水

含水巖組為第四系中、上更新統(tǒng)砂礫（碎）石層等。含水層厚度不大，水位埋藏較淺，富水性差，地下水化學(xué)類型一般為SO42-—Cl-—Na+型，富水性差異較大，單井涌水量小于100m3/d，水質(zhì)一般較差。該類地下水主要接受大氣降水入滲補給，徑流方向與地形傾伏方向基本一致，順溝谷排泄或補給下伏基巖裂隙水。

1.2 基巖裂隙水

含水巖組主要為花崗巖和輝長巖以及斜長角閃巖等，富水性差，單井涌水量小于100m3/d，單位涌水量小于0.03L/s·m，滲透系數(shù)為0.032m/d。水中氯化物、硫酸鹽等含量較高，水化學(xué)類型為SO42-—Cl-—Na+型。含水巖組裸露于地表或被第四系所覆蓋，接受大氣降水的入滲補給。含水巖組內(nèi)各個含水層相對呈層狀，水力聯(lián)系較弱，各具不同的水位，地下水一般沿地層傾斜方向或地形傾伏方向徑流。

1.3 碎屑巖類裂隙孔隙水

含水巖組主要為棕黃色和磚紅色砂質(zhì)礫巖，含水層厚度分布不均，厚度一般小于100m，富水性差，單井涌水量小于100m3/d。

含水巖組裸露于地表或被第四系覆蓋物覆蓋，主要補給來源為大氣降水，主要消耗于蒸散發(fā)。巖組局部地段孔隙、裂隙發(fā)育，地下水多沿地形傾伏方向順層徑流。

2 礦區(qū)水文地質(zhì)

2.1 砂碎石富水性

第四系砂碎石磨圓度和分選性均較差，礦區(qū)內(nèi)厚度分布很不均勻。第四系砂碎石僅在地勢低洼地段有地下水存在，大部分地區(qū)屬于干燥、松散、無水狀態(tài)。根據(jù)抽水試驗計算得到第四系含水層的涌水量為7.67m3/d（小于10m3/d），可知第四系含水層富水性弱。

2.2 閃長巖—花崗巖富水性

根據(jù)鉆孔資料顯示，閃長巖自上而下可分為四層，各層厚度不一，其裂隙發(fā)育程度主要受巖性、風(fēng)化強度、埋藏深度和構(gòu)造運動控制[2]；根據(jù)簡易水文地質(zhì)觀測顯示，在鉆進過程中沖洗液消耗量為12～20L/h，為正常鉆進消耗，未出現(xiàn)大量漏漿地段；孔中液面位置隨提鉆和下鉆過程不斷波動。經(jīng)計算其最大涌水量<10m3/d，富水性弱?；◢弾r地表出露情況較好，見有張性斷裂，節(jié)理發(fā)育，共有三組節(jié)理；各鉆孔沖洗液消耗量記錄表明在鉆進過程中并未出現(xiàn)大量漏漿地段。根據(jù)鉆孔資料計算其富水性<10m3/d，富水性弱。

2.3 輝長巖富水性

輝長巖在地表僅以小丘狀出露，大部分為第四系松散沉積物覆蓋。地表出露的輝長巖，巖體破碎，裂隙發(fā)育。探槽資料顯示，輝長巖也有四期斷裂發(fā)育，裂隙較為發(fā)育。同時輝長巖為主要含礦母巖，金屬礦物主要以星點狀產(chǎn)出，局部以稀疏侵染狀、集合體狀產(chǎn)出。自上而下大致可以分成四層，見有三組裂隙，裂隙間距多小于10cm。提水試驗表明，該巖組富水性弱（<10m3/d)。

2.4 構(gòu)造破碎巖組富水性

礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造破碎帶受構(gòu)造應(yīng)力強弱的影響。鉆孔編錄資料顯示，構(gòu)造破碎帶在礦區(qū)很發(fā)育，巖體破碎，呈泥狀。另在礦區(qū)范圍內(nèi)見有一條北西向斷層破碎帶發(fā)育，走向50°，長約500m。

構(gòu)造破碎巖組巖體破碎強烈，儲水性能好，為地下水儲存提供了良好空間；雖構(gòu)成季節(jié)洪水和地下水的主要聯(lián)系通道，但由于上部普遍存在中等完整的花崗巖或輝長巖等滲水能力差的巖組，阻擋了降雨向下入滲，使得該巖組與地表水聯(lián)系差，也就是補給條件差?？辈熨Y料表明，其富水性弱（<10m3/d）。

2.5 碎屑巖類裂隙孔隙富水性

碎屑巖類主要是棕黃色砂礫巖和褐紅色砂礫巖。其中褐紅色砂礫巖構(gòu)成礦體底板，其富水性的強弱對礦體的開采具有重要影響。碎屑巖組孔隙發(fā)育，因此是地下水的良好流通通道，儲水性能好。

礦區(qū)內(nèi)出露的碎屑巖主要分布在礦區(qū)南部，呈低矮丘陵狀，表層風(fēng)化嚴(yán)重。其所含地下水主要補給來源為大氣降水，主要排泄方式為蒸散發(fā)。礦區(qū)內(nèi)沒有鉆孔控制碎屑巖組。根據(jù)礦區(qū)鄰近區(qū)域內(nèi)碎屑巖中的水文地質(zhì)鉆孔資料，其單井涌水量為26.18～58.75m3/d。可知其富水性較弱（10～100m3/d）。

2.6 礦區(qū)地下水補徑排條件

礦區(qū)地下水主要接受大氣降雨補給，微弱的大氣降雨大部形成地表徑流，自南西向北東以0.5%的水力坡度流出區(qū)外，只有少量通過表層第四系砂碎石進入基巖裂隙和構(gòu)造破碎帶；順巖層傾向向下或向東北緩慢徑流。

由于大部礦體低于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面，故不利于地下水排泄。研究區(qū)大氣降雨為礦體主要充水水源，對礦體開采構(gòu)成潛在威脅。

3 預(yù)測礦坑涌水量

3.1 礦區(qū)水文地質(zhì)邊界

礦體北部為一系列花崗巖和片麻巖出露形成的較為陡峻的山峰，在地表形成分水嶺，也成為礦區(qū)北部的阻水邊界；礦區(qū)南部為磚紅色砂礫巖的出露，形成地表分水嶺，成為礦區(qū)南部的阻水邊界；礦區(qū)西南部為丘陵零星分布區(qū)，部分地段存在地表分水嶺，致使地表徑流有一部分從西南流入礦區(qū)。

礦區(qū)總體上呈現(xiàn)出西南高，東北低的態(tài)勢。礦區(qū)周邊地勢較高，中間低，整體向東北開口方向傾斜，地形坡度0.5%±，地形有利于地表自然排水。礦體走向近東北—南西走向，與山間洼地和地層走向一致；礦區(qū)地表平坦，僅局部地段出露串珠狀低矮山丘；地表發(fā)育有網(wǎng)狀第四系沖溝，溝谷走向290°，在礦區(qū)內(nèi)延伸長度約4000m。

3.2 礦坑涌水量預(yù)測

礦區(qū)表層為第四系砂碎石覆蓋，地層透水能力強，儲水能力弱，形成透水不含水層；微弱的大氣降水通過表層第四系補給基巖和構(gòu)造破碎帶，補給區(qū)在礦體頂部，以垂向補給為主。又由于勘察鉆孔富水性弱，僅為滴水狀、滲水狀匯集，相應(yīng)地試驗效果也較差。上述特征說明，該礦區(qū)難于使用解析法等預(yù)測礦坑涌水量，適用于非滲流模型水均衡方程進行預(yù)測[3-4]。

此外，礦區(qū)開采條件下的水均衡關(guān)系極為簡單，以礦體為中心，確定均衡區(qū)面積2570000m2；均衡期選取6～8月，這三個月降雨集中，大氣降雨可形成有效補給，其余月份降雨稀少，不能形成有效補給；6～8月降雨量占全年降雨量的80%為52.88mm（20%形成地表徑流），計算結(jié)果見表1。

表1 正常涌水量計算成果表

對于礦區(qū)可能出現(xiàn)的極端降水情況也必須予以考慮，此時將形成礦坑最大涌水量。經(jīng)查算140.1mm降水量出現(xiàn)的頻率為10%，其涌水量計算結(jié)果見表2。由表2可知：礦坑最大涌水量為1200m3/d。

表2 礦坑最大涌水量計算表

4 結(jié)語

綜上所述，該礦體位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以下，礦區(qū)無常年性地表水體，礦床主要充水含水層為輝長巖和花崗巖，富水性弱，地下水補給條件差，大氣降雨與礦區(qū)地下水聯(lián)系較為密切，礦體頂板有厚度不等的第四系松散層覆蓋，水文地質(zhì)邊界清楚；礦區(qū)水文地質(zhì)類型為裂隙充水的水文地質(zhì)條件簡單礦床。