東劉家金礦礦區地下水動態與均衡分析

李霄燕，華 斌，王 威

（1.山東高新工程設計有限公司，山東濟南，250100；2.山東省第一地質礦產勘查院，山東濟南 250014）

東劉家金礦礦區地下水動態與均衡分析

李霄燕1，華 斌2，王 威2

（1.山東高新工程設計有限公司，山東濟南，250100；2.山東省第一地質礦產勘查院，山東濟南 250014）

東劉家金礦礦區位于海陽市郭城鎮，主要發育3組NE向斷裂裂隙，含水巖組主要為第四系沖洪積、坡積孔隙含水巖組，碎屑巖類孔隙裂隙含水巖組，碳酸鹽巖類巖溶裂隙含水巖組及基巖風化帶裂隙含水巖組。文中在查清水文地質條件的情況下，詳細分析了礦區含水層的富水性，地下水補給、徑流、排泄及動態特征，礦區地下水開發利用現狀。在此基礎上，進行了地下水均衡計算，地下水補給來源主要為大氣降水入滲和農灌入滲補給,補給方式為地表直接下滲補給、斷裂帶導水補給以及上覆松散層下滲補給，主要排泄方式為人工開采、礦坑涌水和蒸發，總體上礦區處于地下水均衡狀態。研究成果為礦區在今后的開采過程中控制地下水，合理防治與排水，維持區域地下水自然動態等提供了科學的依據。。

水文地質條件；地下水補給、徑流、排泄；動態特征；地下水均衡

1 礦區特征

東劉家礦區位于膠萊盆地東北緣，地形為低山丘陵，屬風化剝蝕地貌，切割強，海拔最高272m，最低140m，地形坡度3°～10°。

礦區內出露地層有：第四系、中生代萊陽群、古元古代荊山群等，區內侵入巖主要由新元古代玲瓏超單元九曲單元弱片麻狀中細粒黑云二長花崗巖、榮成超單元邱家單元片麻狀細粒二長花崗巖（圖1）。礦區內斷裂裂隙發育，加之破碎蝕變帶較寬，又存在次級斷裂裂隙互有切割，故導水性較好。尤其在斷裂裂隙交匯處，富水性較強，有突水的可能性。礦區內最低侵蝕基準面為礦區西南側400m距離的東劉家水庫，最低蓄水標高140m。

2 含水巖組

礦區內地下水含水巖組主要為第四系沖洪積、坡積孔隙含水巖組，碎屑巖類孔隙裂隙含水巖組，碳酸鹽巖類巖溶裂隙含水巖組及基巖風化帶裂隙含水巖組（圖2）。

（1）第四系沖洪積、坡積孔隙含水巖組（Ⅰ）

圖1 礦區區域地質圖

圖2 礦區區域水文地質圖

坡洪積物孔隙含水巖組（Ⅰ1）主要分布于丘陵地區溝谷坡麓或山前地帶。含水層巖性主要為粘質砂土夾碎石，厚0.5～4m，局部堆積較厚地段可達10～16.5m，水位埋深1～3m，單井涌水量一般小于500m3/d，弱富水性，水化學類型為HCO3-Ca?Mg型，礦化度小于0.4g/L。

沖洪積物孔隙含水巖組（Ⅰ2）主要分布在竇家疃—東劉家—沙旺及北申家—土堆等地河流兩側，含水層巖性為細、中、粗砂或砂礫石層，水位埋深0.4～3m，含水層厚度1～3m。通過民井簡易抽水試驗，河流上游地段單井涌水量小于500m3/d，降深在0.25～1.0m。通過民井XT13簡易抽水試驗，涌水量10m3/h時降深0.25m，經換算為91mm孔徑時，單位涌水量為0.096L/s?m，弱富水性；而在河流下游，通過對礦區西南部河南村供水井XT16簡易抽水，涌水量約25m3/h時降深0.25m，經換算單位涌水量為0.102L/ s?m，中等富水性。水化學類型為HCO3-Ca?Mg型，礦化度0.14～0.40g/L。

（2）碎屑巖類孔隙裂隙含水巖組（Ⅱ）

礦區范圍內主要有：萊陽群曲格莊組、龍旺莊組及止鳳莊組等含水巖組，含水層巖性為砂巖、礫巖、砂礫巖。

曲格莊組、龍旺莊組及止鳳莊組主要分布于郭城斷裂西盤，斷裂東側礦區東南角也有分布。裂隙發育深度在70m以上，其水力性質為潛水或承壓水。水位埋深1～3.5m，涌水量多小于100m3/d，弱富水性，水化學類型為HCO3-Ca型，礦化度小于0.3g/L。

（3）碳酸鹽巖類巖溶裂隙水（Ⅲ）

礦區內該類含水巖組主要為荊山群野頭組、祿格莊組大理巖段，含水層主要賦存于大理巖巖溶裂隙中，地面以下溶孔、溶洞極不發育，只有細小的溶蝕裂隙，寬1～2mm，僅發育在60～70m深度以上，局部被方解石、石英脈充填。本次礦區水文工作搜集了臨區郭城鎮西北方向下吼村199號鉆孔抽水資料，該孔孔深203.09m，含水層巖性為荊山群野頭組大理巖段大理巖，地下水類型為微承壓水，降深44.31m時涌水量52.70m3/d，單位涌水量為0.0138L/s?m，弱富水性。通過對土堆礦區礦坑水質分析，水化學類型為HCO3?SO4-Ca?Mg型，礦化度0.327g/L。

（4）基巖風化帶裂隙含水巖組（Ⅳ）

層狀巖類風化、構造裂隙含水亞組（Ⅳ1）主要為荊山群野頭組變粒巖、祿格莊組安吉山片巖、陡崖組變粒巖，含水層賦存于風化裂隙帶中，淺部風化帶厚40～50m，局部方解石脈或石英脈充填，深部構造裂隙發育，大部分裂隙充填方解石脈或石英脈，單井涌水量小于100m3/d，富水性較弱，水化學類型為HCO3-Ca?Mg型，礦化度100～250mg/L。

塊狀巖類風化構造裂隙亞組（Ⅳ2）主要為新元古代玲瓏超單元九曲單元弱片麻狀中細粒黑云二長花崗巖及榮成超單元邱家單元片麻狀細粒二長花崗巖，巖石致密堅硬，裂隙發育差，風化帶厚度小于20m，部分裂隙石英脈充填，深部構造裂隙發育，大部裂隙為方解石脈或石英脈充填，單井涌水量小于100m3/d，富水性較弱。通過對礦坑排水水質分析，水化學類型為SO4?HCO3-Ca?Mg型，礦化度600～1200mg/L。

第四系孔隙潛水含水層、基巖風化帶裂隙潛水含水層各層滲透系數參照鄰區注水試驗成果，碳酸鹽巖類巖溶裂隙水和基巖風化帶裂隙水含水巖組滲透系數參照評價區內沙旺礦段和后夼礦段施工的水文地質孔勘查成果。

評價區內第四系滲透系數取0.39m/d,基巖風化帶含水層滲透系數為0.16～0.24m/d。碳酸鹽巖類巖溶裂隙水和基巖風化帶裂隙水含水巖組可作為相對完整的統一含水層，東劉家礦段的滲透系數為0.027m/d。

采礦區隔水層主要有巖漿巖類巖石組成，為二長花崗巖、閃長玢巖、煌斑巖、花崗斑巖、花崗閃長巖、閃長巖等。由于上部風化帶以下巖石致密堅硬，節理裂隙不發育，為隔水層。斜長角閃巖、變粒巖類，為弱風化帶隔水體，節理裂隙不發育，隔水性能隨埋深的增加而增加。

3 地下水的補徑排及動態特征

（1）第四系松散巖類孔隙水

區內松散巖類孔隙水的主要補給來源是大氣降水，其次是地表水體的入滲補給，此外還接受基巖地下水的越流頂托補給。

在天然狀態下，地下水流向與地形坡向基本一致，總體自東南向北西方向徑流；其排泄方式以人工開采為主，或補給下伏含水層。水位動態變化與全年降水量分配狀況基本一致，降水補給滯后期短，地下水位受大氣降水影響，最高水位出現在7、8月份豐水期，淺層地下水位埋深值約3.0～3.1m；最低水位出現在1月份枯水期，淺層地下水位埋深值約3.4～3.5m，年變幅多在1m以內，見圖3中的4#東劉家民用井動態曲線。

圖3 監測井地下水位埋深動態曲線

（2）碎屑巖類孔隙裂隙水

區內碎屑巖類孔隙裂隙水補給來源主要為大氣降水，由于基巖大部分裸露地表，且產狀平緩，直接接受大氣降水補給，地下水水位動態年內變化特征表現為陡升與緩降兩個階段，最高水位出現在8、9月份，地下水位年變化幅度在1～2m之間。在天然狀態下，碎屑巖類孔隙裂隙水沿地形坡向徑流，總體方向由南向北徑流。在徑流過程中，地下水一部分以泉的形式排泄于溝谷河流中，一部分頂托補給第四系孔隙水，其余部分則沿坡向運移排泄出區外。

（3）碳酸鹽巖類裂隙巖溶水

區內碳酸鹽巖類裂隙巖溶水補給源主要來自大氣降水及上覆第四系松散巖類孔隙水入滲補給，該含水層上部巖溶較發育，受丘陵地形影響，水流排泄迅速，循環不深，地下水位受大氣降水影響，最高水位出現在8、9月份豐水期；最低水位出現在1、2月份枯水期。排泄方式以礦坑排水為主，亦以徑流的方式由南向北排泄，在徑流過程中部分可形成泉水排泄于溝谷河流。

（4）基巖風化、構造裂隙水

區內基巖風化補給來源主要為大氣降水直接入滲補給，上覆第四系松散巖類孔隙水的入滲補給，以及地表水體的側滲補給。地下水流向與地形坡向一致，降雨后迅速泄流，最高水位出現在8、9月份。排泄方式以人工開采為主，亦以徑流的方式沿坡向排泄，在徑流過程中部分可形成泉水排泄于溝谷河流中。深部構造裂隙水的補給來源主要為基巖風華裂隙水和上覆第四系松散巖類孔隙水的入滲補給，水位動態類似孔隙裂隙水，但年內月間的水位變化幅度相對要小，見圖3中的6#東劉家礦采區取水井地下水位埋深動態曲線，基本為單個形態的“倒U”形，最大水位埋深為枯水期1月份的33m，最小水位埋深為豐水期的7月份的30m，年內最大變幅為3m。

4 地下水開發利用現狀

評價區地下水資源屬于中等—較貧級，無大型集中供水意義。根據本次調查統計，史家村、后夼村、沙旺村、東劉家村、南申家村、北申家村、竇家疃村、龍口村等村莊約有8口民井分布，部分民井自建自來水工程供給村莊生活用水,調查統計結果為：沙旺村民井開采量為8m?/d，后夼村民井開采量為13m?/d，南申家村民井開采量為8m?/d，北申家村民井開采量7m?/d，史家村民井開采量9m?/d，評價區內地下水人工水井開采量總計為45m?/d，約為1.64萬m3/a。

5 地下水均衡分析

均衡計算采取的水文地質參數，主要依據勘查區地質詳查報告、項目可研報告以及氣象、水利部門提供的相關資料，結合勘查區地形地貌、包氣帶巖性及地下水位埋深等水文地質條件類比綜合取值。計算均衡區為項目評價區。均衡期為一年。各均衡要素的分析如下：

（1）地下水補給量

區內地下水的天然補給量包括降雨入滲補給量和灌溉入滲補給量。

降雨入滲補給量：計算面積為區內分水嶺面積為16.8km2，大氣降水滲入系數取值0.10，降水量取多年平均值為787.8mm。

農灌入滲是地下水補給的一項重要來源，因郭城鎮屬嚴重缺水區域，該區域農灌季節依靠東劉家水庫對農作物進行灌溉，農灌面積按1.0km2計，根據《山東省灌溉用水定額》，農作物和果園的灌溉用水定額約40m3/(畝?月)，灌溉月份為4～9月，共6個月，則農灌用水量為36.04萬m3/a。

地下水的總補給量為168.39萬m3/a（表1）。

（2）地下水排泄量

區內地下水的排泄量為潛水蒸發排泄量、地下水人工開采量、礦坑排水量和河流排泄量。

蒸發排泄量：結合地層分布、巖性特征、水位埋深等地質、水文地質條件，類比周邊地區已有研究成果，綜合考慮確定潛水極限蒸發深度為4m。地下水蒸發量按（1）式計算：

式中：F為地下水位埋深小于4m的分布區面積，取為2.45km2；ε為地下水蒸發強度（m）；t為計算時段（a）。

地下水蒸發強度按（2）式計算：

式中：ε為地下水蒸發強度（m）；ε0為水面蒸發量（m），取多年平均蒸發量1.54m（引自海陽市礦產資源總體規劃2001-2010年）；h為地下水平均水位埋深（m）；H為地下水極限蒸發深度（m）；n為與土壤質地有關的經驗常數，取值2。計算得ε為0.385m。

經計算，地下水蒸發排泄量為94.33萬m3/a。

人工開采量：根據調查統計，評價區內地下水人工水井開采量為1.64萬m3/a。

礦坑涌水排水量：評價區內現狀礦坑包括東劉家礦段礦坑、沙旺礦段礦坑和土堆礦段礦坑，根據礦山提供的排水量實測值，土堆礦段礦坑涌水量為400m3/d，沙旺礦段礦坑涌水量300m3/d，東劉家礦區排水量1250m3/d。評價區礦坑涌水量總計為1950 m3/d，約71.18萬m3/a。

河流排泄量：采礦區周邊的主要河流水體為南側自東向西的古現河和東劉家水庫，古現河為季節性河流，接受地下水補給量較小，故本次計算不考慮。東劉家含礦段距東流家水庫較近，最近距離約300m，水庫與含礦段之間為荊山群野頭組大理巖，賦存碳酸鹽巖類巖溶裂隙水，近地表巖溶裂隙較發育，現狀地下水位監測結果顯示礦區地下水位高于水庫水位，故礦區地下水側向補給東劉家水庫。地下水側向徑流排泄量按（3）式計算：

式中：K為滲透系數（m/d），取0.027m/d；I為水力坡度，依據水位監測確定；B為計算斷面寬度，約800m；M為含水層厚度，依據水庫庫容計算斷面含水層厚度約7.5m。

經計算，東劉家礦區側向補給水庫排泄量為0.40萬m3/a。

地下水的總排泄量為167.55萬m3/a（表1）。

（3）地下水儲存量的變化量

從表1中可見，補給量略小于排泄量，總體上處于地下水均衡狀態。可參照此均衡狀態進行礦區開采時的地下水防治與排水設計，科學地確定地下水允許開采量，保持區域地下水自然動態平衡。

表1 評價區地下水均衡計算（單位：萬m3/a）

6 結論

東劉家金礦區侵入巖主要由新元古代玲瓏超單元九曲單元弱片麻狀中細粒黑云二長花崗巖和榮成超單元邱家單元片麻狀細粒二長花崗巖組成, 礦區內斷裂裂隙發育,斷裂裂隙交匯處，富水性較強，有突水的可能性。礦區內地下水含水巖組主要為第四系沖洪積、坡積孔隙含水巖組，碎屑巖類孔隙裂隙含水巖組，碳酸鹽巖類巖溶裂隙含水巖組及基巖風化帶裂隙含水巖組。區內松散巖類孔隙水的主要補給來源是大氣降水和地表水體的入滲補給,其他含水巖組的地下水補給來源主要為大氣降水入滲和農灌入滲補給,補給方式為地表直接下滲補給、斷裂帶導水補給以及上覆松散層下滲補給，主要排泄方式為人工開采、礦坑涌水和蒸發。礦區地下水均衡評價范圍為分水嶺內面積為16.8km2，總補給量168.39萬m3/a，總排泄量167.55萬m3/a，總體上礦區處于地下水均衡狀態。

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Analysis of Groundwater Dynamic Balance in the East Liujia Gold Mine

Li Xiaoyan1, Hua Bin2, Wang Wei2
(1. High-tech Engineering Design Co. LTD, Jinan 250100; 2. No.1 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources, Jinan 250014)

The East Liujia Gold Mine locates in Guocheng Town of Haiyang City, where three groups of fault fi ssures are developed. Within the mining area, the types of aquifers have contained Quaternary alluvial and diluvial slope deposits of pore groundwater, clastic rock pore and fissure groundwater, carbonate karst fractured containing groundwater and the weathering of bedrock fi ssure zone groundwater. In this paper, hydrogeological condition has been discussed, including the groundwater yield property, aquifer, the aquifuge, the recharge, run-off, discharge of groundwater, the dynamic characteristics, the exploitation and utilization of groundwater and so on. Furthermore, assessment of groundwater quantity balance has been done, according to the groundwater environment protection for mining area. The main recharge of groundwater includes meteoric water in infi ltration, agricultural irrigation infi ltration. The way of recharge has been not only the direct recharge from surface to underground, but also along the fracture belt and the overlying unconsolidated layers seepage. The main discharge of groundwater has always been artificial mining, the mine water inflow and evaporation. The calculation shows that the whole mining area has been in the state of quantity balance. The work may provide some scientific guidance for the exploitation and drainage of groundwater in the future, maintaining the regional groundwater system of the East Liujia Gold Mine.

Hydrogeology condition; The recharge of groundwater; Run-off , Discharge of groundwater; Dynamic characteristics; Groundwater quantity balance

P641.4

A

1007-1903（2015）04-0053-05

10.3969/j.issn.1007-1903.2015.04.010

李霄燕（1975- ），女，工程師，從事暖通工程，給排水，供水水文地質工作。

王威（1981- ），男，高級工程師，從事水文地質、工程地質及環境地質工作。