甘肅省肅北邊溝礦區水文地質特征淺析

高 山

（甘肅省地質礦產勘查開發局第四地質礦產勘查院，甘肅 酒泉 735000）

1 區域水文地質概況

1.1 區域水文地質特征

在區域內，水文地質單元屬石油河的上游補給區，區域地下水形成了一個自南向北的徑流系統。地下水的埋藏、形成、分布和補給、徑流、排泄條件及其水化學特征受地層、構造、地貌條件、氣象、水文因素的嚴格控制。礦區地下水排泄方式主要有泉、地下徑流及蒸發[1]。地下水動態穩定，地下水位受大氣降水、冰雪融水補給量的影響，一般夏季較高，春秋兩季較低，冬季大多凍結。

1.2 地下水賦存分布特征

1.2.1 第四系松散層孔隙潛水

主要賦存于山前洪沖積帶狀平原、山間盆地及溝谷內，巖性為第四系洪沖積砂碎石、含碎石塊石，結構松散，厚度變化大，含水層富水性中等，導水性好，單井涌水量100m3/d～1000m3/d，礦化度＜1g/L，為淡水，是主要的供水水源。對礦區內的礦層不構成主要充水條件。

1.2.2 碎屑巖類裂隙水

碎屑巖類裂隙孔隙水主要賦存于石炭系羊虎溝組、臭牛溝組砂巖、碳質頁巖、灰巖、礫巖及礦層等巖石裂隙中，以潛水形式存在[2]。巖石含水層的富水性、導水性取決于巖石裂隙發育程度，淺部節理裂隙較發育，裂隙多為半張開狀，泥質或方解石充填，含水性及導水性一般，水量貧乏，單泉涌水量0.1L/s～1L/s，地下水分布極為不均。水質較差，礦化度＞1g/L，屬微咸水。隨深度的增加，裂隙發育程度減弱，含水性及導水性進一步減弱。

1.2.3 其他基巖裂隙水

主要賦存于長城紀樺樹溝組、北大河巖群灰巖、板巖、千枚巖、片巖、片麻巖及火成巖、侵入巖裂隙中，呈潛水狀態存在，巖石淺部節理及構造裂隙發育，裂隙多為半張開狀，泥質充填，含水性及導水性較差，水量貧乏，單泉涌水量0.1L/s～1L/s。水質較差，礦化度＞1g/L，屬微咸水-咸水。隨深度的增加，裂隙發育程度減弱，含水性及導水性進一步減弱。

2 礦區水文地質

2.1 礦區地下水賦存情況

充分考慮該區地下水埋藏條件以及水力性質，第四系松散巖類空隙潛水以及基巖裂隙水是礦區的主要地下水賦存類型。

在殘坡積覆蓋層底部和基巖頂部風化裂隙中存在裂隙狀地下冰，呈包裹狀、透鏡狀或裂隙狀分布。相態為固態，一般1～3 層，單層厚度3cm～5cm，為大氣降水順裂隙向下滲入凍結而成，常年凍結。經硐探工程揭露后，在6 月～9 月部分融化，沿井巷向下運移，造成井巷底部積水。

2.2 地下水補徑排條件

大氣降水與地下徑流是補給礦區地下水的主要來源，受這些補給水之后的地下水，隨著溝谷向地下徑流，主要向地表河流匯入，還有的隨著現代河谷，通過孔隙潛水方式進行徑流，向下游徑流的地表水，一些出現下滲向河谷潛水進行補給，多年凍土成島狀或者帶狀分布于溝谷部位，表層潛水以及基巖裂隙水（下伏）沒有緊密的水力聯系。礦區地下水排泄方式主要有泉、地下徑流及蒸發。

2.3 礦坑涌水量預測

對于露天開采礦體，由于地下水埋藏一般較深，礦體位于當地侵蝕基準面之上。因此，一般認為地下水對礦床露天開采不造成影響。但要注意預防鄰近暫時性水流（如泉水）、大氣降水以及表層凍結冰融化成水涌入礦坑，對露天礦床開采造成一定的影響。

對于井巷開采礦體，礦體頂底板為粉砂質板巖、泥質板巖及千枚狀板巖，板理發育，裂隙發育程度隨深度減弱，富水性弱—較弱。礦床以裂隙水充水為主，大氣降水及暫時性水流（如泉水）為主要補給來源，充水通道主要為裂隙，包括風化裂隙和構造裂隙。

下以8 號和3 號礦體為例，來預測礦坑最大涌水量。

（1）滲透系數K 的確定根據SHK0801 鉆孔抽水試驗資料和水位恢復資料，采用潛水完整井非穩定流公式來計算和確定。繪制抽水試驗資料lgΔh2-lgt、Δh2-lgt 曲線，水位恢復Δh2-lgt 曲線，應用降速配線法和降速圖解法求取滲透系數K。計算結果見表1。

表1 水文地質參數計算成果表

（2）預測八號礦體礦坑存在的最大涌水量。

對邊界條件進行概化：F6 逆斷層是南側的界限，邊界具有隔水性特征；地表自然分水嶺是北側的邊界，該邊界具有隔水性；東西方向上為均質等厚同性無限延伸，假設在邊界中心部位為開拓井巷，并將其作為完整井巷，地下水流流向井巷當做平面流，潛水是主要的地下水類型，對井巷最大涌水量進行預測，達到3906.00m 的標高，應用的計算公式如下：

式中，礦坑涌水量預測通過Q 表示m3/d；潛水含水層滲透系數用K 表示，將2.053×10-3m/d 作為取值；自底板算起潛水含水層水頭高度利用H 表示，將152.79m 作為平均值；開拓井巷內到潛水含水層底板存在的動水位距離利用h0進行表示，地下水位在這里下降為3906.00m 計算標高，所以將0m 作為取值；井巷開拓半徑利用rw進行表示，并將1.75m 作為取值；井巷開拓到邊界之間的距離運用b1、b2來進行表示，將175m 作為取值；通過計算發現，8 號礦體礦坑最大涌水量預測水平處于18.551m3/d。

（3）預測3 號礦體礦坑最大涌水量。

對邊界進行概化：灰巖進線作為東側的邊界，邊界為隔水性，其他南西北幾個方向，設置為等厚，同性無限延伸。

在鉆孔NZK0201 部位上將開拓井巷進行假設，井巷開拓作為完整井巷，地下水流向井巷的將其作為平面流，潛水是其主要的地下水類型。對井上最大涌水量進行預測，主要處于3940m 計算標高，通過下列公式進行計算：

式中，式中，礦坑涌水量預測通過Q 表示m3/d；潛水含水層滲透系數用K 表示，將2.053×10-3m/d 作為取值；自底板算起潛水含水層水頭高度利用H 表示，將85.40m 作為平均值；開拓井巷內到潛水含水層底板存在的動水位距離利用h0進行表示，地下水位在這里下降為3940.00m 計算標高，所以將0m 作為取值；井巷開拓半徑利用rw進行表示，并將1.75m 作為取值；井巷開拓到邊界之間的距離運用b1、b2來進行表示，將150m 作為取值；通過計算發現，3 號礦體礦坑最大涌水量預測水平處于7.749m3/d。

2.4 構造破碎帶富水性的研究

本區構造發育復雜，以褶皺和斷層為主，各巖組經后期多次構造運動，斷裂發育，一般近東西向斷裂多為壓扭性，雖然規模較大，次一級的小斷層較發育，但斷層破碎帶由碎塊、碎屑物質及泥質組成，斷層帶一般不富水。北西向弧形斷裂，因其延伸長、規模大，旁側次一級張性斷裂發育，可能賦存較豐富的地下水。

對礦體產生破壞作用的斷層F5、F11，F5 為平推斷層，斷層比較破裂，具有含水性，并分布在溝谷區域，研究認為是主要的徑流通道和含水帶，在穿透施工中應注意排水。

2.5 礦區工業以及生活用水水源

第四系松散巖類孔隙潛水是該區的主要地表水類型，水質好（綜合評價分值F=2.17—2.19），水量豐富，適用于礦山選礦和生活用水。建議優先利用地表水，但要重視礦坑水的綜合利用。

綜上所述，礦區主要礦體大部分位于當地侵蝕基準面以上，地形有利于自然排水。直接充水是礦床的主要充水方式，為裂隙充水礦床，基巖裂隙水與大氣降水是主要的充水水源。初步確定礦區水文地質條件為簡單。