安徽省宿松縣廖河大理巖礦礦區水文地質特征

2018-09-18 12:07:04石玉

現代礦業 2018年8期

石玉

(安慶市漢玉石材有限公司)

1 礦區概況

1.1 礦區自然概況

礦區位于大別山東南麓，地形起伏較大，屬低山區，最高峰海拔709.0 m，位于區域西部，最低海拔小于100 m，位于廖河下游河床。礦區所在區域地勢北西高南東低，山形呈NW—SE走向，與NW向斷裂走向基本一致。區域地形標高一般為100～700 m，相對切割深度為200～300 m，多發育“V”字形沖溝及“U”字形河谷，侵蝕、剝蝕作用較強烈。區內植被不發育，山脊較平緩，山頂一般為渾圓狀，山坡坡度為20°～35°。礦區屬季風副熱帶季風濕潤氣候，季節特征明顯，年平均氣溫為16.6 ℃，極值氣溫分別為40.4，-12.5 ℃。近些年年相對濕度76%，年降水量平均為1 524.3 mm，最大為1 660.8 mm(2012年)，最小為1 273.4 mm(2011年)；年內降水多集中在5—8月，降水量占年降水量55.75%。近些年年平均蒸發量為748.1 mm，區內未發生過滑坡和泥石流等不良地質災害。

區內無較大的河流、湖泊及水庫等地表水體，地表水主要有自南東向北西分別分布的廖河及小崗河兩條水系。總體受NW向斷裂控制，自西北向東南匯入二郎河，礦區水系主要為廖河，呈樹枝狀展布的廖河上游支流整體呈SN向自北向南穿過廖河礦區，向南東注入釣魚臺水庫。該水系各支流河谷寬1～3 m，多為季節性河流，主流河谷寬3～10 m，常年性流水，局部河床較平緩，縱坡降比較小，一般降雨后流量迅速增加，動態變化大。流經南礦段的廖河支流為一季節性河流，在洪水期徑流量為0.05 m3/s，流經礦床的廖河為常年性流水，廖河上游平水期流量為0.005 m3/s，廖河中、下游枯水期流量約為0.013 m3/s(2014年2月21日)、平水期流量為0.04 m3/s(2013年4月21日)。

1.2 區域水文地質特征

根據區域地下水含水介質及富水特征，本研究將區域巖層劃分為松散巖類孔隙水含水巖組，片巖、片麻巖裂隙含水巖組，混合巖夾片巖裂隙含水巖組，大理巖、磷灰巖夾片巖含水巖組等4個含水巖組(層)[1-3]。

區域褶皺及斷裂構造均較發育，斷裂構造主要有NE向、NW向和EW向3組，其中NE向及NW向斷裂規模較大，NE向斷裂常切截NW向斷裂，NW向斷裂主要分布于礦區中北部。規模較大的二郎河復向斜的次級褶皺構造隘口向斜、小明府—楓香驛倒轉背斜與縱貫全區的NW向斷裂以及后期密集分布的NE向斷裂組成了區內的基本構造格架。隘口向斜呈NW向貫穿于整個礦區中南部；小明府—楓香驛倒轉背斜展布于礦區外北西部。區內山形走向和地表水系流向總體與NW向斷裂走向基本一致，地下水的形成、埋藏與運動主要受NW 向斷裂構造控制，礦區即位于NW向斷裂含水構造西南部。

區域地勢較陡，地形切割較深，基巖部分裸露，地下水主要接受大氣降水的垂直入滲補給，動態變化較大；地下水徑流受地形地貌條件控制，水力坡度與所處的地形坡度和坡向基本一致，總體上由山頂向緩坡地帶徑流。在溝谷源頭地形深切割處及與阻水斷層交匯部位以泉的形式或以地下水徑流就近排泄至溪溝及河谷內。

2 礦區水文地質特征

2.1 地下水類型及其賦存特征

(1)松散巖類孔隙水含水巖組。主要分布于廖河河道相對開闊的平緩地帶，厚度為2～4 m，巖性主要為粗砂、礫石、卵石等，結構松散，含孔隙水，地下水位埋深一般為1～2 m，多為潛水，滲透系數為0.55～5.50 m/d，富水性弱—中等，受河流和降水直接補給，季節性變化明顯。在山麓等緩坡地帶，殘坡積層厚度為4～10 m，最厚處達12 m，主要為紅黏土，富水性弱。根據水質分析報告，該巖組地下水化學類型為HCO3-Mg·Ca 型，地下水溫度一般為12～ 20 ℃。

2.2 地下水補、徑、排條件

地下水主要接受大氣降水的直接入滲補給，其動態變化特征與大氣降水息息相關；次為通水的第四系和風化帶間接補給，礦床開采至相應標高后，地表水成為礦區地下水的重要補給源。開采形成降水漏斗后，礦床鄰近的大理巖含水巖組隨著開采深度的增大也構成了礦床補給的來源。

地下水徑流受地形、地貌控制，水力坡度與所處坡度、坡向基本一致。在徑流途中，部分遇到NW向斷裂或富水性較差的巖層阻水后以泉的形式排泄，另一部分在陡峻地帶以泉的形式排泄出，剩余部分直接或透過第四系在溝谷匯集成地表徑流流入長溪河及其支流。

總體上礦區地下水的補、徑、排方式為：地下水接受大氣降水補給后，總徑流方向沿可溶巖自北西向南東徑流，徑流途徑短，水力坡度大，于地形切割深處、阻水斷裂構造或巖性交界處以泉的形式排泄出地表，地表徑流匯集至廖河。

2.3 構造破碎帶的水文地質特征

礦區內規模較大的斷裂構造主要有NE、NW向2組，共10條。NE向斷裂常切截NW向斷裂，NE向斷裂屬平移逆斷層，斷層破碎帶中，節理裂隙密集發育，巖石破碎，水活動痕跡明顯。NE向斷裂上下兩盤并無水力聯系，斷層起到了阻水作用，為典型的阻水斷裂，斷裂上盤由于裂隙發育而含水。NW向斷裂分布于礦區中北部，該斷裂為一典型控水構造，具有良好的阻水性，可有效地將礦床所在的含水層與其他含水層隔開。

2.4 礦床充水因素

礦區主要的含水層為柳坪組下段上部的含磷白云石大理巖及大新屋上段的白云石大理巖，富水性較強。區內礦床是以溶蝕裂隙為主的巖溶充水礦床，未來礦山進行露天開采時，對礦坑充水具有直接影響的主要為裂隙巖溶水及大氣降水。

礦區地表水體主要為廖河，流經礦區的河床寬達2～5 m，流量變化大，未來開采應預留一定距離的截水墻，局部有河水溝通段應采取灌漿或修建導流堤等措施進行堵漏，或讓河流改道，嚴禁地表水體涌入礦坑。礦區分為南北2個礦段，北礦段最低開采標高為160 m，最低侵蝕基準面標高為120 m；南礦段最低侵蝕基準面標高為140 m。根據鉆井揭露的地下水水位標高可知，地下水位標高均高于開采標高，開采過程中地下水將不斷涌入礦坑，礦坑開挖隨著深度的增加，地下水位降深增大，礦坑涌水量逐漸增大。此外，大氣降水可直接進入礦坑，大氣降水所形成的坡面片流也可流入礦坑，也為礦床充水因素之一。采場的地下水以地下水靜儲量、地下水徑流量和雨期礦坑內匯集的大氣降水為主。參考《固體礦產地質勘查規范總則》(GB/T 13908—2002)[4]，礦床開采技術條件中水文地質條件為中等類型。

2.5 礦區地下水的動態變化特征

對礦區ZK184鉆孔水位和1#溶洞下游河溝的流量分別進行了動態長期觀測，可知礦區地下水變化動態基本與大氣降水變化一致。礦區地下水位在雨后逐漸上升，豐水期水位遠高于枯水期水位，年內水位波動高達60 m(標高277.52～337.92 m)。河溝流量在降雨后即出現明顯增大，如2013年5月27日暴雨后觀測的流量變達到 1.638 L/s(圖1)，在枯水期則出現斷流，流量為0～1.638 L/s。

圖1 地表水及地下水動態變化關系曲線(2013年)

3 礦坑涌水量預測

3.1 礦坑涌水量分析

礦區礦體大多裸露地表，規模大，分布穩定，適宜采用露天開采方式，開采時須剝離殘坡積層及風化層。礦區北礦段首采段采場匯水面積為F=493 000 m2，終采段采場匯水面積為F=736 500 m2，采場為不規則多邊形。礦區大理巖礦賦存層位為大新屋上段，地表水為礦區地下水的重要補給源，采場開采初期，礦坑涌水量以消耗大氣降水為主。北礦段南側有廖河穿過，在開采過程中可將河流視為補給邊界；將北東側、西側大理巖含水巖組與片巖隔水巖組、混合巖隔水巖組交界處作為隔水邊界(圖2)。