石人溝鐵礦水文地質條件分析

蘇明偉 潘 偉 姜建山

(河北省地礦局第二地質大隊 唐山 063000)

1 區域水文地質條件

礦區地貌特征北高南低，即自北向南由中低山區過渡到低山丘陵區至山間盆地，海拔高度自988 m逐漸降至60 m。區內溝谷發育，北部山區現代地貌作用以流水侵蝕為主，地形切割強烈，溝谷縱橫，盆地邊緣發育一連串沖、洪積堆。區內分布的變質巖類、巖漿巖類和碎屑巖類地層普遍含有各種類型的裂隙水，均屬弱含水層，補給來源為大氣降水。松散的第四系地層含有孔隙潛水，基于所處位置不同，巖性厚度不一，富水性相差較大，單位涌水量最大可達63.1 L/s·m，滲透系數最大162 m/d。

2 礦區水文地質條件

2.1 含水層分布特征

根據礦區地層巖性，地下水賦存條件及水動力特征，劃分為三個含水組。

(1)第四系沖、洪積層孔隙含水組

分布在礦區東西兩側河谷地帶，含水層巖性為卵礫石、中粗砂，分選性差，含水層厚度5～12 m，水位埋深0.59～10.62 m，水位變幅1～7 m?？拷铰吹貛B透系數53.32 m/d，單位涌水量3.83 L/s·m。地下水化學類型為HCO3-Ca·Mg，礦化度小于500 mg/L。

(2)太古宇片麻巖風化裂隙潛水含水組

礦區片麻巖風化裂隙發育，根據鉆孔資料，裂隙隨深度增加而減少，但在水平、垂直方向上裂隙發育具有不均一性，風化帶深度30～100 m。受當地居民自用井影響，第四系與基巖風化帶水位已聯通，為統一水位。含水層滲透系數為0.042～0.227 m/d，單位涌水量0.006～0.04 L/s.m。地下水化學類型較復雜，水質類型分別為HCO3·SO4-Ca·Mg、HCO3·SO4-Ca、SO4·HCO3-Ca·Mg、SO4-Ca·Mg型，礦化度小于500 mg/L。

(3)太古宇片麻巖構造裂隙承壓水含水組

礦區含水層主要由斷層破碎帶、構造裂隙密集帶組成，受構造控制，不受深度影響。地下水屬似層狀、脈狀承壓裂隙水。含水層滲透系數0.033～0.604 m/d，單位涌水量0.006～0.519 L/s.m。地下水化學類型為SO4·HCO3-Ca和SO4·HCO3-Ca·Mg型，礦化度325.5～504.1 mg/L。

2.2 各含水層之間水力聯系

礦區地表巖性主要為粉土、粉質粘土；施工鉆孔中未見連續、穩定隔水層，僅在個別鉆孔有厚約1.3 m粉土、粉質粘土。當地民井多為第四系孔隙水與基巖風化裂隙水的混合井(當地民井多打到基巖強風化帶)，目前礦區第四系孔隙水與基巖風化裂隙水為統一水位，但受基巖弱風化帶相隔(K=0.042～0.227 m/d，為弱透水巖層)，第四系孔隙水與基巖構造裂隙水聯系微弱。

2.3 地下水補徑排條件

礦區第四系松散巖層孔隙水補給來源為大氣降水和基巖裂隙水側向滲流補給，基巖風化裂隙水和構造裂隙水主要補給來源為大氣降水。地下水徑流方向隨著地形的變化由山前向山間河谷平原流動，山間河谷平原地下水則基本自北向南流動。受礦山疏干影響，采區已形成人工降落漏斗，其影響半徑以內的含水層地下水向采區流動。地下水排泄以人工開采為主，少量為側向徑流及陸面蒸發。據統計，礦山自2010年10月至2012年9月平均日排水量7361 m3/d 。

2.4 礦區主要供水含水層水位動態

通過水文地質勘察工作對礦區主要供水含水層分枯、豐、平水期進行了水位統測，從統測結果來看，礦區主要含水層受大氣降水影響較明顯。礦區第四系孔隙水水位埋深總體趨勢為從北向南逐漸變深，個別地區由于受到地形影響，埋深會出現較大或較小情況。其水位埋深隨季節性變化較大，枯水期水位埋深1.52～21.65 m，豐水期水位埋深0～9.15 m，根據鉆孔水位顯示，受到礦區排水影響，臨近礦區水位埋深逐漸變深，其水位埋深亦隨季節性變化較大，根據動態長期觀測孔資料，水位年變幅可達22 m。

本區地下水主要接受大氣降水補給，排泄方式除人工開采外，少量為側向滲流及陸面蒸發，其年季變化過程按不同含水層分述如下，第四系、基巖含水層水位曲線見圖1、圖2。

(1)第四系孔隙水及基巖風化裂隙水

地下水位相對穩定期：自2月至4月，地下水補給與排泄量相當，地下水位較為穩定。

地下水位下降期：自5月至6月中旬，由于降水量小于排泄量及開采量和蒸發量，造成地下水消耗量大于補給量，使地下水位下降。

地下水位回升期：每年6月中旬至8月中旬，降水量增加，且農業灌溉用水量較少，地下水得到充分補給，補給量大于排泄量，使水位回升，尤其是7月份，水位回升明顯，8月中旬達到最高值。

地下水位二次下降期：每年8月中旬至12月份，由于降水量減少，地下水天然排泄量增加，水位亦有緩慢下降趨勢。

圖1 S23點2012年第四系地下水長期觀測曲線

(2)基巖構造裂隙水

地下水位相對穩定期：2月，地下水補給與排泄量相當，地下水位較為穩定。

地下水位下降期：自2月至5月中旬，由于降水量小于排泄量及開采量，造成地下水消耗量大于補給量，使地下水位下降。

地下水位回升期：每年5月中旬至7月，降水量增加，地下水得到充分補給，補給量大于排泄量，使水位回升，尤其是7月份，水位回升明顯，7月底達到最高值。

地下水位二次下降期：每年8月至12月份，由于降水量減少，地下水天然排泄量增加，水位亦有緩慢下降趨勢。

圖2 S35點2012年基巖地下水長期觀測曲線

2.5 礦區水質分析

水質監測分枯水期、豐水期、平水期三期監測，每期連續兩天取樣。水樣分析項目為：酸堿度、高錳酸鹽指數、溶解性總固體、硫酸鹽、氨氮、硝酸鹽(以氮計)、亞硝酸鹽(以氮計)、銅、鐵、鋅、錳、六價鉻、鉛、鎳、砷、汞、鎘、總大腸菌群、細菌總數、氟化物、總硬度，共21項。

(1))第四系孔隙水

枯水期水質超標項目硝酸鹽(14.3%)、亞硝酸鹽(14.3%)、總大腸菌數(64.3%)和菌落總數(14.3%)等4項；豐水期水質超標項目為總硬度(14.3%)、鐵(14.3%)、硝酸鹽(42.9%)、亞硝酸鹽(14.3%)、硫酸鹽(21.4%)和總大腸菌數(64.3%)等6項；平水期水質超標項目為鐵(14.3%)、硝酸鹽(7.1%)、亞硝酸鹽(14.3%)、總大腸菌數(14.3%)等4項。由三期水質分析成果可以看出，礦區第四系孔隙水超標項目主要為總大腸菌群數(所占比例為52.4%)，說明污染已很普遍，而其余超標項目則多分散在1～2監測點，還沒有擴散到全區；用三期水樣分析成果進行對比，總體來說豐水期水質最差，7個監測點共有6項超標項目，14件水樣中有13件水樣存在超標項，造成礦區豐水期水質比枯水期、平水期差的原因，據分析可能是由于近年來當地農業生產所用農藥化肥及生物肥料逐漸增多，而當地多為大口水井(最大直徑近30 m)，井口多無防護，雨季時造成地表殘留的農藥化肥等污染物進入井中或滲入地下，造成了污染。

(2)基巖構造裂隙水

枯水期水質超標項目為鐵(8.3%)、硝酸鹽(16.7%)、總大腸菌數(33.3%)、菌落總數(16.7%)等4項；豐水期水質超標項目pH(14.3%)、總硬度(14.3%)、硝酸鹽(28.6%)、硫酸鹽(14.3%)、鐵(28.6%)、氨氮(14.3%)、亞硝酸鹽(28.6%)、總大腸菌數(14.3%)和菌落總數(14.3%)等9項；平水期水質超標項目pH(7.1%)、總硬度(14.3%)、硝酸鹽(28.6%)、硫酸鹽(14.3%)、氨氮(14.3%)、亞硝酸鹽(14.3%)、總大腸菌數(28.6%)和菌落總數(21.4%)等8項。由三期水質分析成果可以看出，礦區基巖構造裂隙水超標項目主要為硝酸鹽、總大腸菌群和菌落總數這三項監測項目(所占比例分別為25%、25%、17.5%)，而其余超標項目則多分散在1～2監測點(所占比例最高為亞硝酸鹽的15%)。用三期水樣分析成果進行對比，豐水期、平水期水質較差，7個監測點分別有9、8項超標項目，14件水樣中分別有8、11件水樣存在超標項。造成礦區豐水期、平水期水質較差的原因，據分析可能是由于近年來當地農業生產所用農藥化肥及生物肥料逐漸增多，而雨季雨水較豐沛且降雨較集中(尤其是2012年7月21日至8月5日期間，7月22日遵化地區日降雨量達到了261.8 mm)造成地表殘留的農藥化肥等污染物滲入地下，造成了污染。

2.6 礦坑涌水量預測

由于礦床遠離第四系地層，且受基巖弱風化帶相阻，第四系孔隙水對礦床充水影響較小，礦床充水因素主要為風化裂隙水和構造裂隙水，大氣降水為礦床充水的因素。風化裂隙水和構造裂隙水可視為無限邊界含水層。礦體邊界條件清楚，北部由F10斷裂將其與花椒園礦段分開，南部由F5斷裂將礦體切斷，形成南北長，東西窄的矩形礦床。采用了水文地質比擬法及數值法對礦坑涌水量進行了預測，預測結果見下表。

礦坑涌水量估算表 單位：m3/d

3 結論

項目對礦山開采對周圍地下水環境的影響進行了預測，認為礦山采用充填法的開采方式，邊采礦邊回填，各中段礦體采完之后，采空區也會被填充完畢，而且由于深度較大，同頂部第四系基本沒有聯系，若礦區附近村莊以第四系地下水為主要用水水源，那么由于礦區第四系含水層比較薄，地下水儲存量小，由于礦床頂部為含水微弱的片麻巖，具有一定的阻水作用，因此礦區開采對采區影響范圍內的第四系含水層孔隙水影響很?。蝗舻V區附近村莊以基巖裂隙水為主要用水水源，礦區開采則可能會對其產生一定的影響。在礦區內設立了地下水動態觀測點，建議礦山利用這些觀測點，建立地下水監測網，設立專業人員，對地下水進行監測。

[1]河北鋼鐵集團礦業有限公司石人溝鐵礦深部擴界環評水文地質補充勘察報告,2013年.

[2]李常.礦區水文地質勘探[J].科技與企業,2014(8):149.

[3]王盛,許亞軍.礦區水文地質勘探關鍵問題的探討[J].礦業工程,2009(3).

[4]王大純,張人權,史毅虹等.水文地質學基礎[M].北京:地質出版社,2005.