瑪爾坎土錳礦礦區(qū)水文地質(zhì)特征分析

范文龍

進(jìn)入新時(shí)期以來(lái)，經(jīng)濟(jì)建設(shè)與發(fā)展過(guò)程中對(duì)于礦產(chǎn)資源的需求量越來(lái)越大，這也意味著礦產(chǎn)資源開(kāi)采量也在不斷增加。但隨著礦山開(kāi)采規(guī)模及其強(qiáng)度的不斷擴(kuò)大，在人為因素與自然因素共同作用下，極易對(duì)礦山水工環(huán)地質(zhì)環(huán)境造成破壞，影響礦產(chǎn)資源的合理開(kāi)發(fā)與利用。為此，本文將瑪爾坎土錳礦作為研究對(duì)象，對(duì)該礦水工環(huán)地質(zhì)條件進(jìn)行闡述，希望能對(duì)礦山開(kāi)采工作提供一些借鑒與參考。

1 區(qū)域水文地質(zhì)分析

1.1 區(qū)域一般概況

研究區(qū)位于喜馬拉雅帕米爾構(gòu)造單元的東部，西南天山東西向構(gòu)造帶與西昆侖南北向構(gòu)造帶交匯部位。山脈走向北東，山體巍峨、地勢(shì)陡峻，海拔標(biāo)高一般在3190m ～3910m 之間，相對(duì)高差300m ～720m，地形起伏較大，總體呈南高北低，西高東低，總體屬侵蝕-剝蝕構(gòu)造地形。

該區(qū)的水系為瑪爾坎蘇河水系：位于補(bǔ)充詳查區(qū)北側(cè)300m ～1500m，由瑪爾坎蘇河與其支流卡拉爾特河組成?，敔柨蔡K河為邊境河，補(bǔ)給以冰雪融水為主。區(qū)內(nèi)為大陸高山氣候，季節(jié)及晝夜溫度變化大，氣候干燥寒冷，氣溫常年偏低，7月最高，溫度最高可達(dá)35℃，平均溫度為20℃左右。1月溫度最低，溫度最低可達(dá)-28℃，平均溫度也在-8℃左右。降雨稀少，以降雪為主，年降水量在200 毫米左右。

1.2 區(qū)域水文地質(zhì)條件

1.2.1 地下水類型

補(bǔ)充詳查區(qū)位于南天山與西昆侖山脈交匯處，大地構(gòu)造位置屬塔里木地塊西南邊緣活動(dòng)帶瑪爾坎蘇中生代裂隙盆地。影響地下水形成的基本因素有巖性、地質(zhì)構(gòu)造、氣象、水文和地形地貌。按照含水介質(zhì)特征，區(qū)域地下水類型主要包括松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水、碳酸鹽巖類裂隙水、基巖裂隙水四大類。第四系松散巖類孔隙水：分布于區(qū)域的主要河床、河漫灘、沿岸低階地，含水巖性主要為第四系沖洪積物、冰磧物及冰水堆積物，主要由砂、礫、亞砂土組成，分布于溝谷、洼地，厚度達(dá)幾十米。碎屑巖類孔隙裂隙水：大面積分布于區(qū)域圖的北部，含水巖組主要包括新近系上新統(tǒng)阿圖什組（N2a）礫巖、新近系中新統(tǒng)-烏恰群帕卡布拉克組（N1p）礫巖及砂巖、新近系中新統(tǒng)-烏恰群安居安組（N1a）及漸新統(tǒng)喀什群巴什布拉克組（E2-3b）長(zhǎng)石石英砂巖，碳酸鹽巖裂隙水：含水巖組主要包括石炭系上統(tǒng)喀拉阿特河組及中統(tǒng)昆蓋依套組。基巖裂隙水：含水巖組主要為烏魯阿特組及下統(tǒng)瑪爾坎雀庫(kù)塞山組。

1.2.2 地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄條件

區(qū)域地下水補(bǔ)給、徑流和排泄條件：區(qū)內(nèi)地下水以大氣降水、融雪為主要補(bǔ)給來(lái)源，大氣降水和融雪產(chǎn)生的地表徑流通過(guò)各類巖石的孔隙、裂隙及構(gòu)造破碎帶等導(dǎo)水通道滲入補(bǔ)給地下水；在不同地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌等自然條件的控制下，做垂直運(yùn)移和水平徑流，地下水總體流向與地形坡向基本一致；在條件適宜時(shí)，以泉的形式面狀或股狀排泄于地表溝谷及地勢(shì)低洼處。地下水與地表水的關(guān)系呈現(xiàn)山區(qū)河流的特點(diǎn)，即地下水補(bǔ)給河水。

區(qū)域水文地質(zhì)條件總體比較簡(jiǎn)單。

2 礦區(qū)水文地質(zhì)條件

2.1 礦區(qū)水文地質(zhì)條件概況

礦區(qū)位于一個(gè)完整水文地質(zhì)單元的補(bǔ)給徑流區(qū)，該水文地質(zhì)單元北側(cè)以瑪爾坎蘇河為界，南側(cè)以工區(qū)外南部雪山山脊（近東西向）為界，東側(cè)以喀拉特河為界，西側(cè)以工區(qū)外西部雪山為界，該礦區(qū)地下水接受大氣降水和冰雪融水的補(bǔ)給，由西向東徑流，最終排泄于瑪爾坎蘇河谷及喀拉特河谷。礦區(qū)位于完整水文地質(zhì)單元的北東部（下游區(qū)域），距離瑪爾坎蘇河300m ～1500m、喀拉特河1000m ～1200m?，敔柨蔡K河在礦區(qū)東側(cè)邊緣處為最低侵蝕基準(zhǔn)面，海拔標(biāo)高為3182m，是區(qū)內(nèi)地表水流和地下水的匯水中心。主要礦體控制標(biāo)高大部分高于補(bǔ)充詳查區(qū)最低侵蝕基準(zhǔn)面，有利于采礦場(chǎng)地下水的自然排水。

2.2 含水巖組與地下水類型

依照補(bǔ)充詳查區(qū)內(nèi)地層巖性的不同，將補(bǔ)充詳查區(qū)地下水劃分為2 類：分別為碳酸鹽巖裂隙水與碎屑巖類孔隙裂隙水。碳酸鹽巖裂隙水：大面積出露于補(bǔ)充詳查區(qū)中部及北部，巖性為結(jié)晶灰?guī)r、粉細(xì)晶灰?guī)r、含炭粉晶灰?guī)r。根據(jù)碳酸鹽巖結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度，又可將其細(xì)分為2 部分，一部分巖性主要為結(jié)晶灰?guī)r、粉細(xì)晶灰?guī)r，以中-厚層狀為主，結(jié)構(gòu)面較發(fā)育；另一部分巖性主要為含炭粉晶灰?guī)r（賦礦層），以薄層狀為主，結(jié)構(gòu)面發(fā)育，其導(dǎo)水性及賦水性較第一部分強(qiáng)。

其中含炭粉晶灰?guī)r（賦礦層），結(jié)構(gòu)面發(fā)育，主要為層面和構(gòu)造裂隙，層面多向南傾，構(gòu)造裂隙多向北傾，賦水介質(zhì)以構(gòu)造裂隙為主，層面為輔，為工區(qū)內(nèi)的主要含水層。主要接受工區(qū)南側(cè)高山雪水入滲補(bǔ)給和地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給；工區(qū)西部，地下水由南東向北西徑流，工區(qū)東部，地下水由南西向北東徑流；地下水主要以側(cè)向徑流的方式向瑪爾坎蘇河谷及喀拉特河谷中的第四系松散堆積物孔隙水中排泄。

碎屑巖類孔隙裂隙水：斷續(xù)、小范圍分布于礫巖中，巖性主要為灰質(zhì)礫巖、復(fù)成分礫巖。少量孔隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)面較發(fā)育，主要為構(gòu)造裂隙。賦水介質(zhì)以構(gòu)造裂隙為主、孔隙為輔，根據(jù)賦水介質(zhì)特征，初步判定其賦水性弱。

2.3 透水不含水層與相對(duì)隔水層

透水不含水層：工區(qū)南部大面積安山質(zhì)凝灰?guī)r分布，多呈薄層狀，且構(gòu)造裂隙發(fā)育，導(dǎo)水性良好，據(jù)鉆孔水文地質(zhì)工程地質(zhì)編錄可知，該巖組中未見(jiàn)地下水，因此判斷該巖組為透水不含水層。地表殘坡積物（一般厚0.1m ～0.5m）及溝中小面積分布的沖洪積物，也可視為透水不含水層。

相對(duì)隔水層：于工區(qū)內(nèi)零星分布，規(guī)模小，主要為火山巖巖脈（主要為安山巖、英安巖、閃長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)玢巖），結(jié)構(gòu)面不發(fā)育，導(dǎo)水性差，儲(chǔ)水空間差，視為相對(duì)隔水層。

2.4 構(gòu)造對(duì)礦床充水的影響

區(qū)內(nèi)地層走向總體為北東-南西向，傾向?yàn)槟蠔|向或南西向，層面發(fā)育；斷裂構(gòu)造發(fā)育，在其控制和影響下，致使巖石的構(gòu)造裂隙發(fā)育，為地下水的賦存、徑流提供了良好的空間。區(qū)內(nèi)地下水多順構(gòu)造裂隙及層面由海拔高處向下滲流；加之構(gòu)造破碎帶的存在，在其影響范圍內(nèi)，透水性較強(qiáng)，將對(duì)未來(lái)礦產(chǎn)開(kāi)采產(chǎn)生不良影響。

2.5 地下水與地表水及各含水層間的水力聯(lián)系

2.5.1 下水與地表水（河流）之間的水力聯(lián)系

區(qū)內(nèi)有2 條季節(jié)性溪流，一般寬4m ～15m，溝谷中巖性主要為第四系沖洪積物，一般厚11m ～28m，主要由南部冰雪融化形成，沿途全部通過(guò)垂直下滲，對(duì)地下水進(jìn)行補(bǔ)給，僅在洪水期，溪水可匯流至瑪爾坎蘇河。

2.5.2 各含水層之間的水力聯(lián)系

區(qū)內(nèi)含水層比較單一，主要為碳酸鹽巖裂隙水，亦未見(jiàn)大規(guī)模相對(duì)隔水層，區(qū)外（北側(cè)馬爾坎蘇河谷）為第四系松散堆積物孔隙水，因此含水層之間的水力聯(lián)系主要表現(xiàn)為碳酸鹽巖裂隙水以側(cè)向徑流的方式補(bǔ)給第四系松散堆積物孔隙水。其補(bǔ)給關(guān)系主要取決于地形、地貌、地勢(shì)的高低等條件，由地勢(shì)高的含水層（組）補(bǔ)給地勢(shì)低的含水層（組）。

2.6 地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄條件

區(qū)內(nèi)地下水主要受大氣降水（雪）、地表溪水及相鄰地下水含水層的側(cè)向徑流補(bǔ)給。工區(qū)西部，地下水由南東向北西徑流；工區(qū)東部，地下水由南西向北東徑流。主要以側(cè)向徑流的方式向瑪爾坎蘇河谷及喀拉特河谷中的第四系松散堆積物孔隙水中排泄，個(gè)別于工區(qū)外（西側(cè)）以泉的方式進(jìn)行排泄。

區(qū)內(nèi)地下水標(biāo)高一般3254m ～3542m，平均3421m；地下水流向嚴(yán)格受地形控制，由地形高處流向地形低處，地下水水力坡度一般為20°～46°，變化較大，與地形坡度較吻合，有利于地下水的排泄。

于2021年6月～10月，對(duì)平硐5 涌水量進(jìn)行了長(zhǎng)期觀測(cè)。

3 礦坑涌水量預(yù)測(cè)

3.1 礦床充水來(lái)源

礦床開(kāi)采時(shí)能進(jìn)入井巷的水源如下。

3.1.1 氣降水水源

區(qū)域年降水量小（一般為200mm）；區(qū)內(nèi)地形起伏大，接受降水面積小；灰?guī)r厚度大，且透水性差。因此，礦床接受大氣降水補(bǔ)給較少。

3.1.2 地表水

區(qū)內(nèi)北側(cè)的瑪爾坎蘇河，其河床水位最低處標(biāo)高為3182m，主要礦體控制標(biāo)高大部分高于3182m，故礦床接受地表水補(bǔ)給較少。

3.1.3 季節(jié)性地表水流

區(qū)內(nèi)主要有2條季節(jié)性溪流，僅在洪水期見(jiàn)水，具有時(shí)間短，流量大的特點(diǎn)，對(duì)礦床充水主要表現(xiàn)為直接灌入礦井，但對(duì)深部地層滲透補(bǔ)給意義不大。

3.1.4 地下水水源

當(dāng)井巷揭露礦體和頂?shù)装鍑鷰r時(shí)，基巖裂隙水便會(huì)涌入井巷，成為井巷充水的主要水源。

3.2 礦床充水方式

礦床開(kāi)采時(shí)，充水水源進(jìn)入井巷的方式如下。

3.2.1 直接進(jìn)水

沿礦體平硐開(kāi)拓時(shí)，其頂?shù)装逯苯优c基巖裂隙含水巖組接觸，井巷水直接來(lái)源于頂板一側(cè)或者底板一側(cè)的碳酸鹽巖裂隙水。

3.2.2 間接進(jìn)水

地下開(kāi)礦時(shí)，大氣降水、季節(jié)性地表水流通過(guò)坑道上部的裂隙或者是導(dǎo)水裂隙帶間接滲入井巷。

3.2.3 預(yù)測(cè)原則

根據(jù)礦體分布特征及開(kāi)采優(yōu)先順序，確定本次井巷涌水量預(yù)算范圍：區(qū)內(nèi)西部Ⅱ1號(hào)礦體，控礦標(biāo)高3127m ～3595m，延伸長(zhǎng)度約496m，平均厚度1.41m，礦體形態(tài)屬于狹長(zhǎng)脈體，考慮到區(qū)內(nèi)最低侵蝕基準(zhǔn)面為3182m，經(jīng)與甲方討論，將最低采礦標(biāo)高定為3182m。

地下開(kāi)采擬采用沿礦體平硐開(kāi)拓法，在3182m 最低開(kāi)采標(biāo)高處施工平硐；未來(lái)井巷開(kāi)采時(shí)，在疏干排水的過(guò)程中，地下水均處在潛水狀態(tài)，預(yù)測(cè)時(shí)按無(wú)壓處理；采用的井巷涌水量計(jì)算方法為地下水動(dòng)力學(xué)-穩(wěn)定流解析法中的“大井法”。

本次預(yù)測(cè)的涌水量為井巷正常涌水量及最大涌水量，其水量主要由礦體圍巖的裂隙水提供。

3.2.4 預(yù)測(cè)結(jié)果

正常涌水量：經(jīng)計(jì)算可知，3182m 標(biāo)高平硐正常涌水量為1.4×103m3/天。

最大涌水量：其值為礦坑正常涌水量與可信度的比值，經(jīng)計(jì)算，礦坑最大涌水量為4.5×103m3/天。

4 工程地質(zhì)條件

礦區(qū)廣泛分布的層狀巖類，巖體各向異性。地層（巖石）的工程地質(zhì)巖組劃分主要為第四系松散巖類（Ⅰ巖組），主要為第四系全新統(tǒng)洪沖積物及殘坡積物，小規(guī)模分布于工區(qū)西部；碳酸鹽巖類分別為Ⅱ巖組、Ⅲ巖組，Ⅱ巖組主要包括大理巖化灰?guī)r、中-厚層狀（含炭）結(jié)晶灰?guī)r、夾有少量細(xì)晶灰?guī)r、中-厚層狀粉細(xì)晶灰?guī)r、砂屑灰?guī)r、角礫灰?guī)r，Ⅲ巖組主要為薄層狀含炭粉晶灰?guī)r；碎屑巖類主要為灰質(zhì)礫巖、復(fù)成分礫巖，巖石較堅(jiān)硬-較軟，整體較完整。巖漿巖類主要包括2 個(gè)工程地質(zhì)巖組：Ⅴ巖組（堅(jiān)硬巖），該巖組巖石堅(jiān)硬，較完整，主要由安山巖、閃長(zhǎng)玢巖組成。Ⅵ巖組（較軟巖）主要為安山質(zhì)凝灰?guī)r，較軟，易破碎。

區(qū)內(nèi)發(fā)育了火成結(jié)構(gòu)面、構(gòu)造結(jié)構(gòu)面、沉積結(jié)構(gòu)面及次生結(jié)構(gòu)面，又以構(gòu)造結(jié)構(gòu)面為主，其次為沉積結(jié)構(gòu)面，其中構(gòu)造結(jié)構(gòu)面發(fā)育極不均勻。綜上所述，影響礦區(qū)工程地質(zhì)巖體穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)面主要為斷層、層面、構(gòu)造裂隙。

5 環(huán)境地質(zhì)條件

礦區(qū)溝壑縱橫，切割較深，屬高山寬谷地貌，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，巖土體工程地質(zhì)性質(zhì)不良。區(qū)內(nèi)植被不發(fā)育，僅在馬爾坎蘇河谷中生長(zhǎng)著低矮的草本植物和少量灌木。區(qū)內(nèi)無(wú)永久性居民，開(kāi)采將造成少量植被破壞及附近部分動(dòng)物的遷徙，區(qū)內(nèi)環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題主要為掉塊（崩塌）和小型泥石流。

6 開(kāi)采技術(shù)條件分析

區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)類型為以裂隙含水層充水為主的、水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單的礦床，即Ⅱ類Ⅰ型。結(jié)合礦體（床）及圍巖工程地質(zhì)特征，礦區(qū)工程地質(zhì)勘探類型屬層狀巖類（第Ⅲ類）中等-復(fù)雜型。礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境類型屬第二類，地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量中等。主要礦體控制標(biāo)高大多在補(bǔ)充詳查區(qū)最低侵蝕基準(zhǔn)面之上，有利于自然排水。井巷充水水源主要為頂?shù)装逄妓猁}巖裂隙水，滲透系數(shù)為0.00655m/d，賦水性弱，礦區(qū)水文地質(zhì)類型為以裂隙含水層充水為主的、水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單的礦床；頂?shù)装鍘r體質(zhì)量指標(biāo)為0.115 ～0.213。Ⅰ、Ⅱ號(hào)礦體頂?shù)装寮阿筇?hào)礦體底板巖石質(zhì)量為中等偏差，Ⅲ號(hào)礦體頂板巖石質(zhì)量為差，包括斷層、層面、構(gòu)造裂隙在內(nèi)的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)結(jié)構(gòu)面極發(fā)育，工程地質(zhì)勘探類型為以層狀巖類為主的、工程地質(zhì)條件中等-復(fù)雜型的礦床；地殼穩(wěn)定性劃分為次不穩(wěn)定區(qū)Ⅲ，采礦可產(chǎn)生局部地表變形，井巷采挖的過(guò)程中，可能形成坍塌或掉塊的地質(zhì)災(zāi)害隱患，地質(zhì)環(huán)境類型屬第二類，地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量中等。綜上所述：將補(bǔ)充詳查區(qū)劃分為以工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題為主開(kāi)采技術(shù)條件中等（復(fù)合類型）的礦床，即Ⅱ-4 類勘查類型。

7 結(jié)語(yǔ)

建議在礦山下一步的勘查、開(kāi)發(fā)過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)補(bǔ)充詳查區(qū)水文地質(zhì)工作，平時(shí)注意涌水量觀測(cè)工作，通過(guò)綜合分析研究后指導(dǎo)生產(chǎn)；設(shè)計(jì)部門應(yīng)根據(jù)具體的開(kāi)采強(qiáng)度和坑道復(fù)雜程度進(jìn)行更為準(zhǔn)確的坑道涌水量計(jì)算，以保證礦山安全運(yùn)行；井巷施工應(yīng)依照規(guī)范，預(yù)留頂?shù)装寮皞?cè)幫厚度必須滿足要求，以防井巷涌水。同時(shí)在可控范圍內(nèi)盡量減少對(duì)環(huán)境的破壞，廢棄物、廢水的排放應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范。礦山開(kāi)采前應(yīng)補(bǔ)充詳查區(qū)環(huán)境地質(zhì)保護(hù)和土地復(fù)墾方案的編制，礦山運(yùn)行后應(yīng)按照地質(zhì)環(huán)境保護(hù)和土地復(fù)墾方案運(yùn)行。