甘肅酒泉地區礦山水文地質環境調查與分析

蘇喜平

（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）

甘肅酒泉地區位于甘肅省西北部，在河西走廊西端，北部與蒙古國相接，東部與張掖接壤，南部連接著青海地區，南北跨度大約750 公里，東西跨度約680 公里，總面積達18.47 萬平方公里，東經94°15′～96°17′，北緯36°12′～36°54′。甘肅酒泉地區內礦產資源豐富，包括鋅礦、鐵礦、金礦、銀礦、銅礦、錫礦等，其中主要以鐵礦和銅礦礦產資源為主。1994 年起，國家逐漸增加了對銅、鐵礦產資源的利用，對甘肅酒泉地區鐵礦、銅礦等礦山進行了大量的開發，探求333+334 銅、鐵資源量，品位3.7g/t～20.8g/t，多數大于5.0g/t，到2008 年年底，甘肅酒泉地區礦產資源的產量為102.86kg～147169.92kg，其中產量超過1000kg 礦床有16 個。隨著地質勘查、開采深度的加深，甘肅酒泉地區礦山水文地質環境已經發生了改變，近年來甘肅酒泉地質礦山水文地質災害頻發，已經嚴重威脅到了周圍居民的正常生活，為此提出甘肅酒泉地區礦山水文地質環境調查與分析。

1 甘肅酒泉地區礦山水文地質環境調查

此次結合多方面資源，對甘肅酒泉地區礦山水文地質環境進行了調查總結，調查內容主要包含礦山地形地貌、氣象、地下水系統、含水層四個方面，具體如下圖1 所示。

以下將分別從地形地貌、氣象、地下水系統、含水層四個方面，對甘肅酒泉地區礦山水文地質環境調查分析。

1.1 甘肅酒泉地區礦山地形地貌與氣象調查

大部分甘肅酒泉地區礦山海拔高度一般為海拔1300m～1500m 的低中山地區，地勢相對比較平坦，少數低洼地區海拔高度可降至1250m，礦山地形高度差較小，地形高差一般為0m～15m，部分少數地區地形高差較達25m～155m。

圖1 甘肅酒泉地區礦山水文地質環境調查結構圖

甘肅酒泉地區礦山氣候環境屬于亞熱帶氣候，年氣溫溫差比較大，年平均氣溫在22℃左右，最高氣溫可以達到35℃，最低氣溫為零下19℃。礦山干濕兩季比較明顯，11月～次年5 月為旱季，降雨量較少；6 月～10 月為雨季。每年7 月～8 月溫度最高，降低量達到最大值，氣溫高達35℃，每年12 月份溫度最低，降雨最少，氣溫約為3℃～10℃，年均降雨量800mm 左右。

甘肅酒泉地區礦山水系不發育，大部分為季節性河流，僅于北部和東部礦山見南北向河流，旱季干涸，雨季流量2m3/s～14m3/s，海拔高度為1176m～1189m，可視為甘肅酒泉地區礦山最低侵蝕面。甘肅酒泉地區礦山附近(＜5km)有水庫和人工水塘，可作為工業水源；區域中部礦山常見有水井，可作為生活水源。在甘肅酒泉地區礦山水文地質環境地表填圖中，礦山未發現泉眼，因此甘肅酒泉地區礦山地表水主要是季節性山間河流，主要來源為大氣降水。

1.2 甘肅酒泉地區礦山地下水充水條件調查

甘肅酒泉地區礦山受含水巖組的發育形態（裂隙產狀）控制，地下水總體流向為南東、北東，以不明顯的泉水形式排泄于溪溝，因此基巖裂隙水的補給區、逕流區、排泄區不盡一致，排泄區少數在礦山外圍。甘肅酒泉地區礦山地貌屬丘陵，地形是一個西高東低、西窄冬寬的簸箕形地帶，地形坡度20°～38°。礦山內溪溝較發育，山谷眾多，但多數時間為干谷，因此礦山地形地貌條件有利于大氣降水的匯流和排泄。

甘肅酒泉地區礦山內村莊附近有幾處小型灌溉水庫（塘），為大氣降水的儲水體，庫容較小，枯水季節幾乎干枯。底部多數為水泥砌筑，且所處位置多在農田附近，地層巖性多為隔水性能較好的粘土。因此，水庫（塘）對礦床充水無影響。區域東部的礦山距離水源2.5 公里，切割砂質粘土層，河床質為卵石，下部有亞粘土夾碎石層，厚度2m 左右，透水性好，利于地下水流通。甘肅酒泉地區礦山含水巖組的富水性弱、極弱，導致整個區域范圍內的總體水力聯系并不十分暢通。因此，含水巖組的水文特征一定程度上阻礙了地表水對礦山地下水的充水。甘肅酒泉地區礦山過去開采方式為露天開采，采坑現降采最大深度為60m，一般30m 左右，地質條件遭到嚴重破壞。因此綜上所述，目前甘肅酒泉地區礦山地下水的充水因素簡單，屬于水量極弱的基巖裂隙水向礦山直接充水的充水方式。

1.3 甘肅酒泉地區礦山含水層調查

甘肅酒泉地區礦山含水層可分為第四系殘坡積含水巖組和基巖裂隙含水巖組兩種，第四系殘坡積含水巖組主要分布在甘肅酒泉地區礦山主溝谷及山下平緩地帶，巖性為第四系沖、洪積之砂礫石層和砂質亞粘土，接近河谷地帶常具二元結構，上部為亞粘土，厚0.5m～2m，不含水；下部為粉細砂及砂礫層，厚2m～5m，富水性弱。另在農田地帶分布有粘土層，持水性好，透水性差，但因其面積較小，分布不均，不具有區域上的隔水能力，因此第四系殘坡積含水巖組總體透水性較好，與下伏地層水力聯系密切。

基巖裂隙含水巖組主要由淺部的基巖風化帶和深部的碎屑基巖組成。基巖風化帶巖性是砂質頁巖、英安玢巖的風化蝕變巖石組成，在甘肅酒泉地區礦山地表廣泛分布，平均厚度15.51m（局部含浮土層厚度），地表面裂隙率1.32%～1.75%，裂隙呈微張～張開狀，為泥質、鐵質充填堵塞。弱富水，透水性強。碎屑基巖由新鮮的砂質頁巖組成，礦山鉆孔揭露最大厚度230.96m，平均厚度121.91m，承壓性較弱。巖層順層裂隙較發育，裂隙率可達10 條/米，由于巖層產狀較陡，故裂隙產狀同時較陡，中軸角平均在20°～30°之間。由于裂隙發育情況判斷，巖組的透水性較好，但由于甘肅酒泉地區礦山侵入巖較發育，致使該巖組的空間分布極不均勻、不連續，呈透鏡狀為主，侵入巖的透水性差，為相對隔水層。因此導致甘肅酒泉地區礦山含水巖組的總體透水性并不好。因此可見，基巖裂隙含水巖組本身的透水性普遍較好，含水巖組之間的水力聯系密切，但受到侵入巖的影響，加之含水巖組的富水性弱、極弱，導致整個甘肅酒泉地區礦山范圍內的總體水力聯系并不十分暢通。

2 甘肅酒泉地區礦山水文地質環境分析

此前，甘肅酒泉地區礦山已進行了多年的露天開采，采礦造成大面積的地表破壞，包括土壤剝蝕、植被破壞、地貌景觀破壞等，對當地的農業生產、自然風光、微氣候條件、生態平衡等均造成較明顯的影響。因此，對結合以上調查結果，對礦山水文地質環境分析。

結合甘肅酒泉地區礦山水文地質環境特征，建立了水文地質環境風險預測指標體系，選擇的預測因子包括甘肅酒泉地區礦山水文地質構造特征、氣象特征、地下水系統、巖石發育深度、含水層特征共五個，并根據甘肅酒泉地區礦山水文地質環境調查結果，對各個預測因子進行分析，每個水文地質環境分析因子對甘肅酒泉地區礦山水文地質環境影響程度是不同的，為了反映各個因子的重要程度，需要將各個因子賦予相應的權重值。此次采用層次分析法來確定預測因子的權重值，將預測因子賦予合理的權重值，由各權重所組成的集合為：

公式（1）中，h 代表甘肅酒泉地區水文地質環境分析因子；h1表示賦予權重值的分析因子。權重值計算公式為：

運用公式（2）對上文提出的因子進行權重計算，得出甘肅酒泉地區礦山水文地質環境風險預測因子權重集合，計算結果如下表所示。

表1 甘肅酒泉地區礦山水文地質環境風險預測因子權重

通過模糊信息綜合預測函數對預測因子進行信息量化，從而實現甘肅酒泉地區礦山水文地質環境風險預測分析，模糊信息綜合預測函數f 如下：

公式（3）中，H 為預測因子h 模糊隸屬度。利用上述公式即可得到甘肅酒泉地區礦山水文地質環境風險等級，將表1 中數值帶入公式（3），得出甘肅酒泉地區礦山水文地質環境風險等級為三級，表示該區域礦山水文地質環境具有較高的風險，容易發生水文地質災害，需要采取相應的應對措施。

3 結語

本文對甘肅酒泉地區礦山水文地質環境進行了調查與分析，對多方面水文地質環境調查資源進行了總結，并對目前甘肅酒泉地區礦山水文地質環境進行了綜合性評價分析，為甘肅酒泉地區礦山水文地質環境治理以及水文地質災害防治提供了有利的依據，為甘肅酒泉地區綠色礦山建設提供了強大的理論支撐。