安徽省南陵縣姚家?guī)X鋅多金屬礦水文地質(zhì)特征及礦床充水因素分析

陳 兵

安徽省南陵縣姚家?guī)X鋅多金屬礦雖在詳查和勘探階段中開展了一定的水文工作，但在坑探階段4#探礦井涌水量達(dá)到300m3/h，遠(yuǎn)超預(yù)期。通過在礦區(qū)采用地表調(diào)查、-450m 和-600m探礦驗(yàn)證坑道的調(diào)查、地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測、取樣分析和水文地質(zhì)鉆探、物探等手段，進(jìn)一步查明了礦區(qū)水文地質(zhì)條件。

1 礦區(qū)地質(zhì)背景

礦區(qū)位于南陵縣城西10km，行政區(qū)劃隸屬于安徽省南陵縣工山鎮(zhèn)。地貌上屬剝蝕低山丘陵區(qū)，地勢南西較高，北東較平坦、開闊。區(qū)內(nèi)較大的地表水體是牛沖郎水庫，位于礦區(qū)南部邊界附近。地表水系不發(fā)育，僅有幾條小溪和小水塘分布，地表徑流自西向東。氣候?qū)俦眮啛釒駶櫺詵|亞季風(fēng)氣候，冬冷夏熱，四季分明，雨量充沛，但平均分布不均，年降雨量1211.8mm ～2542.9mm。

姚家?guī)X礦床位于銅陵礦集區(qū)的最東部的沙灘角礦田，從區(qū)域構(gòu)造來看，姚家?guī)X礦床位于戴公山背斜的北西翼，北臨繁昌火山坳陷帶，東連宣南坳陷區(qū)。

礦區(qū)內(nèi)地層總體倒轉(zhuǎn)，是戴公山背斜的北西翼的組成部分，從淺部到深部，從南部到北部，依次產(chǎn)出的地層包括：志留系墳頭組、茅山組，泥盆系五通組，石炭系黃龍～船山組，二疊系棲霞組、孤峰組，龍?zhí)督M和大隆組、三疊系殷坑組和龍山組和南陵湖組、白堊系蝌蚪山組。其中志留系、泥盆系地層巖性主要為粉砂巖、石英砂巖等碎屑巖。石炭系黃龍～船山組，二疊系棲霞組主要巖性為灰?guī)r、白云巖、大理巖等。二疊系孤峰組，龍?zhí)督M和大隆組主要巖性為頁巖、粉砂巖、硅質(zhì)巖等。三疊系殷坑組和龍山組和南陵湖組主要巖性為灰?guī)r、灰?guī)r頁巖互層。白堊系蝌蚪山組主要巖性為泥質(zhì)粉砂巖、流紋質(zhì)巖屑凝灰?guī)r等。

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，其中以F5青山推覆構(gòu)造規(guī)模最大。燕山期巖漿活動(dòng)較為強(qiáng)烈，西部出露的侵入巖為沙灘角花崗閃長巖、北東部出露青山花崗閃長斑巖以及姚家?guī)XI 期巖體。

2 礦區(qū)水文地質(zhì)特征

2.1 含水巖組及富水程度

依照區(qū)域地下水類型及含水層特征以及地下水含水介質(zhì)，賦存空間、富水性的差異等條件，將礦區(qū)劃分為5 個(gè)含水巖組：松散巖類孔隙含水巖組、碳酸鹽巖類巖溶裂隙含水巖組、碎屑巖類構(gòu)造裂隙含水巖組、巖漿巖裂隙含水巖組以及變質(zhì)巖類含水巖組。

2.1.1 松散巖類孔隙含水巖組

由第四系全新統(tǒng)殘坡積成因（Q4el+dl）的含粘土碎石、塊石、含碎石粉質(zhì)粘土及沖洪積成因（Q4al+pl）的砂礫石、礫卵石等組成。該含水巖組富水性程度較弱，主要含孔隙潛水。其補(bǔ)給來源為大氣降水及地表水下滲，其排泄方式主要為地表蒸發(fā)及人工開采。該含水層礦化度0.10g/L ～0.41g/L，pH=7.0 ～7.5，水化學(xué)類型主為HCO3-Ca、HCO3-Na·Ca 型水，次為SO4·HCO3-Na·Ca 型水。

2.1.2 碳酸鹽巖類裂隙巖溶含水巖組

（1）中厚層狀灰?guī)r巖溶、溶洞裂隙含水亞組。該亞組包含兩個(gè)含水層：石炭系中上統(tǒng)黃龍船山組（C2+3）灰色中厚層生物碎屑灰?guī)r、球狀灰?guī)r、白云巖，具大理巖化，厚69m；二疊系下統(tǒng)棲霞組（P1q）深灰～灰黑色中厚層生物碎屑灰?guī)r、含燧石團(tuán)塊灰?guī)r，具大理巖化，厚256m，為本礦床主要礦體的主要賦礦層位及直接頂?shù)装濉Ｔ摵畞喗M滲透系數(shù)K=0.0069m/d ～0.1305m/d，單位涌水量最大值q=0.1391L/s·m，單孔最大出水量213m3/d，具弱～中等富水性。該層水化學(xué)類型主要為HCO3-Na·Ca型和HCO3-Ca型水，礦化度0.4～0.5g/L，PH7.5～8.0。

根據(jù)2019 年6 月份間觀測孔ZK3804（水位標(biāo)高由-470.27m降至-480.22m）、ZK3303（水位標(biāo)高由-255.86m 降至-258.95m）、SK2601（水位標(biāo)高在480.80m 至51.28m 間波動(dòng)變化，且雨季有所上漲）的水位變化，以及-450m 中段坑道涌水量逐漸變小，由此可見該含水層自西向東延深過程中，受姚家?guī)X巖體侵入影響，地層連續(xù)性較差，地下水補(bǔ)給較慢。

（2）薄～中厚層灰?guī)r溶蝕裂隙含水亞組。由三疊系下統(tǒng)南陵湖組（T1n）灰～深灰色，薄層灰?guī)r、中厚層白云質(zhì)灰?guī)r、含生物碎屑灰?guī)r及二疊系下統(tǒng)孤峰組上段（P1g2）淺灰～灰黑色，中厚層含燧石結(jié)核生物碎屑灰?guī)r、頁巖等組成。該亞組主要受大氣降水影響，溶孔、溶溝等巖溶現(xiàn)象比較發(fā)育，含巖溶裂隙水，具弱富水性。

淺部三疊系南陵湖組灰?guī)r滲透系數(shù)K=1.04×10-4m/d，單孔最大出水量1.12m3/d，單位涌水量最大值q=3.29×10-4L/s·m，具弱富水性，水化學(xué)類型屬HCO3-Na·Ca 型，pH=7.0，礦化度0.32g/L。深部三疊系南陵湖組灰?guī)r滲透系數(shù)3.14×10-3m/d，單井最大出水量1.96m3/d，單位涌水量最大值q=9.45×10-3L/s·m，具弱富水性，水化學(xué)類型屬HCO3·SO4-Na 型，pH=8.3，礦化度0.69g/L。

綜上所述，礦區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖類裂隙巖溶含水巖組為區(qū)內(nèi)地下水主要富水層位，富水性弱～中等。其中，黃龍船山組與棲霞組為礦床直接充水水源，南陵湖組構(gòu)成礦床的間接充水水源，且兩含水亞組各自構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的含水體，兩者富水性不均。

2.1.3 碎屑巖類構(gòu)造裂隙含水巖組

（1）志留系至泥盆系碎屑巖裂隙含水亞組。主要有志留系中統(tǒng)墳頭組（S2f）細(xì)砂巖和粉砂巖、志留系上統(tǒng)茅山組（S3m）石英細(xì)砂巖、泥盆系上統(tǒng)五通組（D3w）粉砂巖及石英砂巖。地表見有風(fēng)化，淺部含有風(fēng)化網(wǎng)狀裂隙水，中深部節(jié)理不發(fā)育，局部受構(gòu)造影響，節(jié)理裂隙發(fā)育，一般為閉合型，含構(gòu)造裂隙水。

（2）白堊系、二疊系碎屑巖裂隙含水亞組。主要有白堊系下統(tǒng)蝌蚪山組下段（K1k1）泥質(zhì)粉砂巖、流紋質(zhì)巖屑凝灰?guī)r及含礫粉砂巖、凝灰質(zhì)粉砂巖、頁巖等和礦區(qū)東北部零星出露的有二疊系下統(tǒng)孤峰組（P1g1）硅質(zhì)巖、頁巖。前者僅淺部風(fēng)化裂隙較發(fā)育，多呈網(wǎng)狀，含風(fēng)化裂隙潛水；后者富水性較弱，可視為相對隔水層。蝌蚪山巖組滲透系數(shù)K=0.001m/d ～0.0056m/d，單位涌水量最大值q=0.0084L/s·m，單孔最大出水量34m3/d，具弱富水性，水化學(xué)類型主要為HCO3·Cl-Ca·Na、SO4·HCO3-Ca·Na 型。

2.1.4 巖漿巖裂隙含水巖組

由燕山晚期侵入的沙灘角巖體及姚家?guī)X巖體組成，主要巖性石英閃長斑巖。地表及淺部見有風(fēng)化，含風(fēng)化裂隙水，富水性弱。中深部節(jié)理裂隙不發(fā)育，富水性弱，為相對隔水層。

2.1.5 變質(zhì)巖類含水巖組

礦區(qū)內(nèi)主要分布在西部邊界及外圍，多零星出露，巖性主要為石榴子石矽卡巖（SKg），地表未見有巖溶現(xiàn)象，深部巖性致密塊狀，單井最大涌水量0.2m3/h ～0.5m3/h，富水性較弱，可視為隔水層。

2.2 構(gòu)造富水性特征

礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，主要有F1、F2、F3、F4、F5、F66條斷層。

F1縱斷層：位于礦區(qū)西部五通組上段與黃龍、船山組之間，為巖性層間滑動(dòng)斷層。長0.5Km，走向70°，傾向北北西，傾角70°～80°，斷層附近巖石破碎，有角礫巖分布。根據(jù)以往資料以及可控源大地音頻電磁、瞬變電磁法測量的剖面顯示，在剖面480m ～920m 處，電阻率呈梯級帶分布，根據(jù)現(xiàn)有的地質(zhì)資料結(jié)合地球物理特征和反演結(jié)果，與已知F1構(gòu)造相吻合，F(xiàn)1構(gòu)造沿著電阻率梯級帶發(fā)育，產(chǎn)狀較陡，傾向北西，傾角約70°，延深到-1000m。該斷層具富水及導(dǎo)水作用。

F2斷層：位于礦區(qū)東北部的青山，屬逆斷層，走向近南北向，傾向西，傾角較陡，為65°～75°，長0.9Km，斷層西盤的南陵湖組灰?guī)r，直接與斷層?xùn)|盤的五通組石英砂巖、棲霞組、孤峰組地層接觸，而且花崗閃長斑巖脈沿?cái)鄬映誓媳毕蚍植?，該斷層具逆斷層性質(zhì)，斷層不含水。

F3斷層破碎帶：位于礦區(qū)西部，與花崗斑巖巖墻相伴生，長1.1Km，寬20m ～50m，走向近南北向，傾角近直立，為張性破碎帶，角礫巖發(fā)育，膠結(jié)物為硅質(zhì)，膠結(jié)致密，不含水。

F4斷層：位于礦區(qū)東北部，距礦床較遠(yuǎn)，長210m，走向115°，為F2斷層旁側(cè)的次級斷層，斷層北盤為五通組石英砂巖，南盤為棲霞灰?guī)r和孤峰組硅質(zhì)頁巖，富水性弱，影響程度較小。

F5斷層：青山推覆構(gòu)造，位于礦區(qū)的東部，斷層區(qū)內(nèi)長2km，傾向延深200m ～700m，斷層面走向10°～20°，傾向東，傾角30°～50°。構(gòu)造出露清晰，向南多被掩蓋，向北繼續(xù)北延，規(guī)模較大。主滑脫面主要發(fā)育于泥盆系五通組與石炭系碳酸鹽地層之間，發(fā)育不同的斷層呈疊瓦狀構(gòu)造，斷層傾向82°～130°，傾角多小于40°。主逆沖滑脫面被覆蓋強(qiáng)烈，推覆構(gòu)造的外來巖系主要有志留系、泥盆系、二疊系、三疊系構(gòu)成，其中三疊系為主體地層，大面積覆蓋在白堊系陸相火山碎屑巖之上，該斷層富水性弱，具導(dǎo)水性，是礦區(qū)內(nèi)主要斷層。但該斷層并未溝通棲霞組含水層與南陵湖組含水層，因此對礦床充水影響較小。

F6斷層：該斷層位于礦區(qū)41 線～43 線之間，為右形平移斷層，斷層面走向170°左右，導(dǎo)致斷層?xùn)|西兩側(cè)地層走向不連續(xù)，斷層兩盤均含棲霞組灰?guī)r。戴公山背斜北西廣泛存在北西向橫斷層，導(dǎo)致地層走向不連續(xù)，推測礦區(qū)還存在若干條平行F6 的橫斷層，該橫斷層可能為成礦前構(gòu)造，在礦區(qū)41 線～43 線之間，可能分布有矽卡巖內(nèi)外接觸帶型礦體，根據(jù)詳查、勘探階段該斷層附近施工鉆孔簡易水文情況，多數(shù)鉆孔為涌水鉆孔，因此推測該斷層不具導(dǎo)水作用。受該斷層與姚家?guī)X巖體共同作用影響，在礦區(qū)東部形成了極弱的透水邊界，可視為相對隔水邊界。

2.3 地表水與地下水水力聯(lián)系

礦區(qū)大部分地區(qū)為志留系、泥盆系、白堊系及姚家?guī)XⅠ期巖體等相對隔水巖層覆蓋，礦山井下巷道開拓后，棲霞含水層水位下降明顯，未見地表水體及河流受到影響發(fā)生水位突降或斷流，因此含水巖組自身及相互間的地下水運(yùn)動(dòng)，與地表水的水力聯(lián)系弱。

主要地表水體牛沖郎水庫與碳酸鹽巖覆蓋區(qū)相距較遠(yuǎn)，且在底部及深部為姚家?guī)X巖體與墳頭組砂巖所隔，未見直接、間接補(bǔ)給通道，水力聯(lián)系弱。

東部出露有南陵湖組碳酸鹽巖含水巖組，牛沖郎溪流經(jīng)該區(qū)域，會少量補(bǔ)給該巖組地下水，但牛沖郎溪流量0.2L/s ～234L/s，流量較小且受牛沖郎水庫控制，斷流現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，因此對地下水影響較小。

2.4 含水層間水力聯(lián)系

礦區(qū)最主要含水巖組為南陵湖組含水巖組與棲霞組含水巖組，南陵湖組含水巖組受青山推覆構(gòu)造影響，被姚家?guī)X巖體隔開，細(xì)化為東部淺層南陵湖組含水巖組和北部及東南部深層南陵湖組含水巖組。

2.4.1 東部南陵湖組巖含水巖組與棲霞組含水巖組水力聯(lián)系

東部南陵湖組碳酸鹽巖含水巖組覆蓋于白堊系及姚家?guī)X巖體之上，在地表，該巖組主要接受大氣降水的補(bǔ)給，區(qū)域未出露有泉、積水塘等地表排泄點(diǎn)，水力聯(lián)系一般；在深部，由于底部姚家?guī)X巖體存在，阻斷了與棲霞組含水層及礦體的水力聯(lián)系，與深部的水力聯(lián)系較弱。同時(shí)，由ZK4904 水位長觀數(shù)據(jù)可見，該孔水位與其他幾個(gè)孔相比，并未受礦井開采影響，由此也可證明，東部南陵湖組碳酸鹽巖含水巖組與深部棲霞組碳酸鹽巖含水巖組水力聯(lián)系較弱。

2.4.2 棲霞組含水巖組與深部南陵湖組含水巖組水力聯(lián)系

在礦區(qū)深部棲霞組含水巖組與孤峰組含水巖組直接接觸，水力聯(lián)系密切，孤峰組與北部深層南陵湖組含水巖組相接觸，但接觸面之間有少量姚家?guī)X巖體侵入，因此聯(lián)系稍弱。棲霞組含水巖組與深部南陵湖組含水巖組構(gòu)成間接水力聯(lián)系。

2.5 地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件

礦區(qū)主要接受大氣降水的入滲補(bǔ)給，區(qū)內(nèi)地貌南西側(cè)為剝蝕低山，以高嶺至三里莊一線的山脊為分水嶺邊界，地表大氣降水自然排泄條件良好，部分降雨沿構(gòu)造裂隙向深部入滲，徑流，補(bǔ)充地下水。根據(jù)礦山排水與該區(qū)降雨量對比，雖然降雨補(bǔ)給存在一定的滯后性，但是礦山排水量與降雨量是存在相關(guān)性的。

根據(jù)勘探階段資料，礦區(qū)在開拓巷道之前，地下水埋深為0m ～69.88m，地下水位標(biāo)高為-54.87m ～86.97m，且地下水位變化幅度一般為3.85m ～8.70m，漲跌幅較小。地下水流動(dòng)方向與地表水流方向一致，自西向東流出礦區(qū)。

但根據(jù)礦山巷道開拓之后近兩年水位長觀數(shù)據(jù)分析，地下水位埋深降低到7.80m ～602.30m，地下水位標(biāo)高降低至-511.55m ～59.69m。地下水沿水力梯度方向向降落漏斗中心流動(dòng)，由礦區(qū)排水系統(tǒng)排至地表，沿牛沖郎溪與大路方向在北東匯流，向東經(jīng)南陵縣城，再折向北進(jìn)入漳河，最終流入長江。除此之外，機(jī)井取水、鉆孔抽水、蒸發(fā)蒸騰等也是地下水的排泄方式。

2.6 水文地質(zhì)單元?jiǎng)澐峙c邊界條件

2.6.1 水文地質(zhì)單元?jiǎng)澐?/p>

根據(jù)姚家?guī)X礦區(qū)水文地質(zhì)邊界條件、地質(zhì)構(gòu)造及含水層特征，姚家?guī)X礦區(qū)可劃分為三個(gè)二級水文地質(zhì)單元。

（1）A 區(qū)水文地質(zhì)二級單元。該單元為礦山主要水文地質(zhì)單元，北界為姚家?guī)X巖體構(gòu)成的完整隔水邊界，西部出露的棲霞組碳酸鹽巖含水巖組為該水文地質(zhì)單元的補(bǔ)水邊界，東部受F6 斷層影響構(gòu)成弱透水邊界，因礦山排水影響，該邊界為補(bǔ)給邊界，但補(bǔ)給有限，棲霞組灰?guī)r向南往深部延伸，礦山巷道開拓之前，地下水向南流動(dòng)，礦山巷道開拓以后，受承壓作用，南部形成弱補(bǔ)給邊界。受棲霞組上覆姚家?guī)X巖體影響，該單元與其他水文地質(zhì)單元聯(lián)系較弱，為相對封閉的水文地質(zhì)單元。

（2）B 區(qū)水文地質(zhì)二級單元。該單元含水層以南陵湖組碳酸鹽巖含水巖組為主，礦區(qū)東部為該區(qū)的補(bǔ)給邊界，補(bǔ)給來源主要為大氣降水。受底部姚家?guī)X巖體影響，與棲霞組灰?guī)r聯(lián)系較弱。

（3）C 區(qū)水文地質(zhì)二級單元。以北部蝌蚪山組碎屑巖類構(gòu)造裂隙含水巖組為主，礦區(qū)主要為大氣降水補(bǔ)給，地下水流方向同地表水流方向一致，以高嶺～三里張為分水嶺向兩側(cè)流動(dòng)。受F5斷層影響，該區(qū)水文地質(zhì)單元與B 區(qū)水文地質(zhì)單元存在相互水力交換，因此均為開放型水文地質(zhì)單元。

2.6.2 礦區(qū)水文地質(zhì)邊界條件

礦山工程未進(jìn)行前，礦區(qū)西部棲霞組灰?guī)r出露區(qū)為本礦區(qū)礦床充水的主要補(bǔ)給區(qū)，北側(cè)受姚家?guī)X巖體影響自西向東至43線構(gòu)成較完整的隔水邊界，南側(cè)為排泄邊界，礦區(qū)東部受F6斷層影響，棲霞組地層走向不連續(xù)，在F6斷層?xùn)|側(cè)與孤峰組灰?guī)r接觸，但孤峰組灰?guī)r滲透系數(shù)小，富水性差，因此在41 線～43線之間構(gòu)成了弱透水邊界，43 線～55 線南部受姚家?guī)X巖體影響，構(gòu)成相對隔水邊界。礦山工程進(jìn)行之后，主要巷道開拓地段37 線～41 線之間構(gòu)成人為排泄區(qū)，南部構(gòu)成弱補(bǔ)給邊界。

3 礦床充水因素分析

礦床的充水水源主要為石炭系中上統(tǒng)黃龍船山組及二疊系下統(tǒng)棲霞組的碳酸鹽巖裂隙巖溶水，充水通道主要為圍巖裂隙及巖層接觸帶構(gòu)造裂隙，其次為溶洞、溶蝕裂隙。根據(jù)地下水動(dòng)態(tài)觀測成果，水位標(biāo)高東西差距較大，受姚家?guī)X巖體影響，該巖組東西方向上連通性較差，因此礦區(qū)充水雖受東部裸露碳酸鹽巖補(bǔ)給，但補(bǔ)給緩慢。

礦床地表水體不甚發(fā)育，地表主要有牛沖郎水庫，位于姚家?guī)X巖體及志留系砂巖之上，對照礦區(qū)長觀孔水位觀測資料，地表水位及第四系孔隙水水位未受礦區(qū)巷道開拓影響，間接表明水庫與周邊地層的連通性較差，對礦床深部開采影響較小，礦區(qū)內(nèi)礦體埋深較大，上部為姚家?guī)X巖體及火山碎屑巖巖組所隔，與深部礦體連通性微弱。因此，在不破壞上部相對隔水層完整性的條件下，礦區(qū)內(nèi)地表水對礦坑充水的影響較小。

礦區(qū)東部有三疊系下統(tǒng)南陵湖組碳酸鹽巖出露，基巖裸露，鉆孔揭露標(biāo)高+63m ～-678m，在地表直接接受大氣降水的補(bǔ)給，富水性弱。由于巖組下伏地層為姚家?guī)X巖體及火山碎屑巖，形成了天然的相對隔水層，與下部礦體的水力聯(lián)系被阻隔，同時(shí)根據(jù)揭露該巖組的長觀孔ZK4904 觀測資料顯示，該孔水位與巷道開拓并無太大關(guān)聯(lián)，因此該巖組對礦坑的充水影響較小，為礦坑的間接充水因素。

4 結(jié)語

（1）碳酸鹽巖類裂隙巖溶含水巖組為區(qū)內(nèi)地下水主要富水層位，其中黃龍船山組與棲霞組為礦床直接充水水源，南陵湖組構(gòu)成礦床的間接充水水源。

（2）礦區(qū)西部裸露棲霞組碳酸鹽巖巖區(qū)為礦床主要充水含水層的補(bǔ)給區(qū)，但受姚家?guī)X巖體侵入影響，地層連續(xù)性較差，該含水層補(bǔ)給較慢。礦區(qū)東部三疊系下統(tǒng)南陵湖組碳酸鹽巖下伏地層為姚家?guī)X巖體及火山碎屑巖，為相對隔水層。

（3）礦床地表水體不甚發(fā)育，地表水對礦坑充水影響較小。