巴新波格拉金礦水文地質(zhì)特征初探

陳新攀，周友清

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巴新波格拉金礦水文地質(zhì)特征初探

陳新攀，周友清

(紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司 礦產(chǎn)地質(zhì)勘查院，福建 廈門市 361009)

對巴新波格拉金礦的自然地理、地層巖性、礦區(qū)巖石含(隔)水特征、斷裂構(gòu)造導(dǎo)水性、地下水補(bǔ)徑排特征、礦床充水因素以及礦坑涌水估算等方面的進(jìn)行了論述；分析了波格拉金礦的水文地質(zhì)特征：礦床的水文地質(zhì)邊界條件簡單，礦床水文地質(zhì)條件屬以基巖構(gòu)造裂隙充水為主的簡單類型；為下階段金礦的生產(chǎn)設(shè)計(jì)提供了水文地質(zhì)依據(jù)。

波格拉金礦；水文地質(zhì)；涌水量

波格拉(Porgera)金礦屬世界級超大型金礦，位于巴布亞新幾內(nèi)亞西部城市芒特哈根(Mount Hagen)鎮(zhèn)以西約130 km，距首都莫爾茲比港約600 km，礦區(qū)交通條件總體較差。

本文在礦區(qū)實(shí)地調(diào)查的基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)研究成果，分析了礦區(qū)巖石的含(隔)水特征、補(bǔ)徑排條件和礦床充水因素，評價了礦區(qū)斷層的導(dǎo)水性，并對1500 m中段進(jìn)行了礦坑涌水量預(yù)測，為下階段礦山的開采設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

1 礦區(qū)地質(zhì)條件概況

1.1 自然地理

礦區(qū)處于山谷地區(qū)，溝谷縱橫，地形切割較深，起伏變化大，平均海拔2200~2700 m。地表坡度20°~45°，局部大于45°，地表水自然排泄條件較好。

礦區(qū)氣候溫暖，雨量充沛，植被發(fā)育。依據(jù)巴里克提供的波格拉礦區(qū)近10年的氣象統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，礦區(qū)年平均氣溫15.6 ℃，最高氣溫25 ℃，最低氣溫10 ℃。年平均降雨量為4128 mm，月最大降雨量為595 mm (2013年4月)，日最大降雨量71.4 mm(2011年8月23日)，年平均蒸發(fā)量略高于1000 mm。每年5月至10月為少雨期，豐水季節(jié)出現(xiàn)在11月至次年4月，一年當(dāng)中75%～80%時間都是陰雨天。

1.2 地層巖性

區(qū)內(nèi)地層出露有中侏羅世Om組、早白堊世Chim組和第四系Q(圖1)。

Om組：在瓦魯里(Waruwari)山西南和西北邊緣一帶少量分布，巖性主要為薄層深灰色炭質(zhì)粉砂巖、泥巖，含黃鐵礦較高。Om組含黃鐵礦及少量鈣質(zhì)成分的頁巖和泥巖，被稱為“棕色泥巖”。

Chim組：礦區(qū)內(nèi)廣泛分布，以黑~黑灰色、層理發(fā)育的淺海相粉砂質(zhì)沉積巖為特征，主要巖性為(含炭質(zhì))粉砂巖、泥巖(頁巖)，少量黑色雜砂巖、崩塌角礫巖，被稱之為“黑色頁巖”(能干性強(qiáng)，不易破碎)。Chim組“黑色頁巖”分布在Om組“棕色泥巖”之上，是金礦體的主要容礦圍巖，構(gòu)成礦區(qū)主要的蝕變帶。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

受區(qū)域性NE-SW向的擠壓，波格拉金礦區(qū)內(nèi)的地層和侵入巖發(fā)生了強(qiáng)烈斷裂作用。主要發(fā)育NW向(F1)、NWW向~近EW向(F2-1、F2-2、F2-3、F2-4、F2-5、F2-6和F2-7)和NE向(F3-1、F3-2、F3-3和F3-4) 3組斷裂。這些斷裂為拉蓋普斷層的次級斷層，在礦區(qū)內(nèi)相互交錯，呈網(wǎng)絡(luò)狀構(gòu)造，構(gòu)成了礦區(qū)基本構(gòu)造框架，并控制了區(qū)內(nèi)侵入巖和礦化帶的產(chǎn)出與分布(見圖1)[1]。

2 礦區(qū)水文地質(zhì)特征分析

2.1 礦區(qū)巖石含(隔)水特征

根據(jù)巖石富水性和地下水含水介質(zhì)等差異，自上而下劃分為第四系孔隙水、風(fēng)化裂隙透水帶、風(fēng)化裂隙潛水含水帶、基巖構(gòu)造裂隙含水帶及隔水帶。

(1) 第四系孔隙水。主要分布于礦區(qū)周圍Pongema河和Kaiya河兩岸階地上，為松散巖類孔隙潛水。補(bǔ)給、徑流、排泄區(qū)基本一致，主要接受大氣降水補(bǔ)給，山前地帶部分接受風(fēng)化裂隙潛水補(bǔ)給。在枯、平水期，地下水位一般高于河水位。反之，汛水期，沿河流地帶地下水部分接受河水補(bǔ)給。地下水徑流以水平運(yùn)動為主，水力坡度近似地形坡度，一般以潛流形式自山前向河谷排泄。

(2) 風(fēng)化裂隙透水帶。主要分布在潛水面之上，其厚度變化較大。頂部多為殘坡積物、強(qiáng)風(fēng)化物覆蓋，下部為弱風(fēng)化巖。地表巖石裂隙不發(fā)育，多為泥質(zhì)、粘土礦物充填、半充填。透水性以弱為主。透水帶中地下水的運(yùn)動方向以垂直為主，部分沿風(fēng)化～構(gòu)造裂隙帶向下滲透。上部氧化淋濾作用較強(qiáng)烈，下部則相對較弱。該帶為下部風(fēng)化裂隙潛水含水帶地下水的補(bǔ)給通道。

(3) 風(fēng)化裂隙潛水含水帶。風(fēng)化裂隙潛水含水帶空間分布形態(tài)不規(guī)則，中上部受風(fēng)化作用制約以近水平的厚層狀為主，下部受構(gòu)造裂隙控制與構(gòu)造的分布形態(tài)近一致。在垂直方向上，含水帶地下水的運(yùn)移大致有如下特點(diǎn)：上部為地下水流動帶，以近水平徑流為主，越向下徑流速度越緩慢，下部為地下水的滯水帶。豐水季節(jié)，降雨量充沛，地下水補(bǔ)給量豐富，地下水位抬升，潛水位埋深變淺；枯水季節(jié)，條件正相反，潛水位埋深變深。弱風(fēng)化巖底界也是潛水含水帶的底界。因此，該帶的厚度與弱風(fēng)化巖發(fā)育深度有關(guān)，弱風(fēng)化巖發(fā)育深度大，含水帶厚度也大，反之則小。風(fēng)化裂隙潛水賦存在風(fēng)化巖的裂隙中，而風(fēng)化裂隙潛水對風(fēng)化巖底部未風(fēng)化巖體的溶蝕、運(yùn)移，同時又加劇了風(fēng)化巖向深部的發(fā)育。

(4) 基巖構(gòu)造裂隙承壓含水帶。礦區(qū)基巖構(gòu)造裂隙水賦存于風(fēng)化裂隙潛水含水帶下部構(gòu)造破碎帶及侵入巖與基巖接觸帶內(nèi)。富水性弱?極弱。

(5) 隔水帶。埋藏于風(fēng)化帶以下。由完整堅(jiān)硬～半堅(jiān)硬、較完整軟弱巖石組成，富水性極弱～隔水。鉆孔揭露隔水帶時，孔內(nèi)返水。

2.2 斷裂構(gòu)造導(dǎo)水性

礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，以NW～NWW、NE向和近EW向斷裂為主。由于礦區(qū)基底巖性為蝕變沉積巖和泥巖，富水性弱～極弱，地下水滲流極小，斷裂破碎帶多為泥質(zhì)充填、半充填，富水性弱～極弱、導(dǎo)水性較差，故礦區(qū)以斷裂構(gòu)造不導(dǎo)水和局部弱導(dǎo)水 為主。

2.3 地下水補(bǔ)給、徑流和排泄條件

礦區(qū)處于山谷地區(qū)，溝谷縱橫，切割較深，地形起伏變化大，地表植被發(fā)育，地表水自然排泄條件較好。礦區(qū)內(nèi)地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件，主要受地形、風(fēng)化、構(gòu)造等因素影響。根據(jù)巴里克1986~2006年長觀數(shù)據(jù)，礦區(qū)地表水徑流系數(shù)大(0.89)、降水滲入系數(shù)小，故大雨、暴雨大多形成短暫性地表徑流，僅有少部分降水通過風(fēng)化裂隙、構(gòu)造裂隙滲入補(bǔ)給地 下水。

風(fēng)化帶裂隙潛水直接受大氣降水入滲補(bǔ)給。礦區(qū)大部分為補(bǔ)給區(qū)，徑流受風(fēng)化、構(gòu)造裂隙控制，以垂直徑流、上部快而下部慢為特征。因此，礦區(qū)內(nèi)徑流區(qū)與補(bǔ)給區(qū)基本一致。風(fēng)化帶裂隙潛水的主要排泄途徑，一是通過斷裂帶向深部徑流補(bǔ)給基巖構(gòu)造裂隙水；二是在礦區(qū)外圍低洼地段通過殘坡積層以下降泉的形式排出地表。礦區(qū)最低侵蝕基準(zhǔn)面標(biāo)高為1950 m。

2.4 礦床充水因素

(1) 大氣降水。礦區(qū)地層主要是沉積巖，風(fēng)化、構(gòu)造裂隙不發(fā)育，礦區(qū)地表徑流排泄條件好。大氣降水是礦區(qū)地下水的唯一補(bǔ)給來源，對礦床充水產(chǎn)生間接的影響。

(2) 風(fēng)化裂隙潛水。分布于礦區(qū)風(fēng)化裂隙內(nèi)，富水性弱。風(fēng)化帶裂隙潛水的排泄途徑主要是通過斷裂帶及侵入巖與基巖接觸帶向深部徑流補(bǔ)給基巖裂隙水，少量在露采礦區(qū)外圍低洼地段通過殘坡積層以下降泉的形式排出地表。為礦床直接充水水源。

(3) 基巖構(gòu)造裂隙水。礦區(qū)基巖構(gòu)造裂隙水賦存于風(fēng)化裂隙潛水含水帶下部構(gòu)造破碎帶及侵入巖與基巖接觸帶內(nèi)，富水性弱?極弱，為礦床直接充水水源。

(4) 地表水。礦區(qū)內(nèi)無大的地表水體，僅為山澗小溪溝，其匯水面積不大，在枯水期上游時常發(fā)生枯竭斷流現(xiàn)象，由于地表徑流排泄暢通，一般對礦坑充水甚微。半環(huán)繞礦區(qū)的Kaiya河和東邊Pongema河，位于礦區(qū)下游地表水排泄區(qū)，遠(yuǎn)離礦區(qū)露天采場，與礦體無水力聯(lián)系，對礦床不產(chǎn)生充水作用。

2.5 礦坑涌水量估算

(1) 解析法。礦體多數(shù)埋藏于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面之上，礦區(qū)內(nèi)無大的地表水體，風(fēng)化帶裂隙潛水、基巖裂隙承壓水是礦床的主要充水因素，運(yùn)用裘布依的穩(wěn)定流基本方程[2?3]，預(yù)測礦坑涌水量。

(2) 比擬法。采用水文地質(zhì)比擬法經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)測是低地采標(biāo)高1500 m中段礦坑涌水量，已知波格拉礦區(qū)井下1920標(biāo)高泵排水?dāng)?shù)據(jù)，其最大排水量為5828.0 m3/d，平均排水量為3885.0 m3/d；參考文獻(xiàn)[3]估算得1500中段涌水量最大值為max=7932.0 m3/d，預(yù)測礦坑涌水量平均值avg=5287.0 m3/d。

運(yùn)用解析法采用承壓轉(zhuǎn)無壓完整井裘布依(穩(wěn)定流)公式計(jì)算時，對礦山的水文地質(zhì)條件進(jìn)行了粗略概化，適用性較差，將產(chǎn)生較大誤差，解析法的計(jì)算結(jié)果往往僅供參考。

采用比擬法預(yù)測設(shè)計(jì)中段礦坑涌水量，采用的參數(shù)主要利用波格拉金礦的實(shí)測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源可靠；同時比擬法不受邊界條件、井巷類型限制，避免了某些復(fù)雜水文參數(shù)的選取，計(jì)算結(jié)果通常較為可靠。因此，采用比擬法的計(jì)算值作為今后礦山開采設(shè)計(jì)的 依據(jù)。

3 結(jié) 論

礦區(qū)地貌類型為侵蝕構(gòu)造中低山地貌，海拔高度一般為2200～2700 m，最低侵蝕基準(zhǔn)面標(biāo)高為1950 m。礦區(qū)范圍內(nèi)無大的地表水體，大部分礦體位于最低侵蝕基準(zhǔn)面之上，地形利于自然排水，大氣降水是地下水的主要補(bǔ)給來源，礦床水文地質(zhì)邊界條件簡單。礦坑直接充水水源是風(fēng)化裂隙水和基巖構(gòu)造裂隙水，主要含水層富水性弱，礦區(qū)主要斷裂構(gòu)造導(dǎo)水性弱。采用水文地質(zhì)比擬法預(yù)測礦坑正常涌水量為5287 m3/d，礦床水文地質(zhì)條件屬以基巖構(gòu)造裂隙充水為主的簡單類型[4]。

[1] 紫金礦產(chǎn)地質(zhì)勘查院.巴布亞新幾內(nèi)亞恩加省波格拉(Porgera)金礦資源儲量核實(shí)報(bào)告[R].廈門:紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司礦產(chǎn)地質(zhì)勘查院,2015.

[2] 李保珠.會澤鉛鋅礦區(qū)水文地質(zhì)條件及麒麟廠深部礦坑涌水量預(yù)測[D].昆明:昆明理工大學(xué),2001.

[3] 薛禹群.地下水動力學(xué)原理[M].北京:北京地質(zhì)出版社,1986: 100?105.

[4] GB/T 12719—1991.礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范[S].

(2018?09?27)

陳新攀(1987—)，男，福建漳平人，工程師，碩士，地質(zhì)工程師，主要從事地勘與水工環(huán)工作，Email: 499378500@qq. com。