甘肅肅北紅柳疙瘩地區某礦山水文地質特征研究

劉東風

（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）

研究區位于肅北縣，地貌上屬低山丘陵區，低山與山間洼地相間分布是其顯著特征，屬低山丘陵地形。區內降水量小，蒸發量大，年均降水量66.1mm，年蒸發量3481mm。總體上，研究區區域水文地質較為簡單[1]，但是為了確保資源開發的安全性，本文在外業調查的基礎上，對該礦山的水文地質特征進行了研究，為進一步確定開采排水系統提供依據。

1 地下水類型劃分

根據礦山含水層巖性和地下水賦存特征，研究區地下水類型可劃分為松散巖類孔隙水、基巖裂隙水以及碎屑巖類裂隙孔隙水三類。

1.1 松散巖類孔隙水

含水巖組為第四系中、上更新統砂礫（碎）石層等。含水層厚度不大，水位埋藏較淺，富水性差，地下水化學類型一般為SO42-—Cl-—Na+型，富水性差異較大，單井涌水量小于100m3/d，水質一般較差。該類地下水主要接受大氣降水入滲補給，徑流方向與地形傾伏方向基本一致，順溝谷排泄或補給下伏基巖裂隙水。

1.2 基巖裂隙水

含水巖組主要為花崗巖和輝長巖以及斜長角閃巖等，富水性差，單井涌水量小于100m3/d，單位涌水量小于0.03L/s·m，滲透系數為0.032m/d。水中氯化物、硫酸鹽等含量較高，水化學類型為SO42-—Cl-—Na+型。含水巖組裸露于地表或被第四系所覆蓋，接受大氣降水的入滲補給。含水巖組內各個含水層相對呈層狀，水力聯系較弱，各具不同的水位，地下水一般沿地層傾斜方向或地形傾伏方向徑流。

1.3 碎屑巖類裂隙孔隙水

含水巖組主要為棕黃色和磚紅色砂質礫巖，含水層厚度分布不均，厚度一般小于100m，富水性差，單井涌水量小于100m3/d。

含水巖組裸露于地表或被第四系覆蓋物覆蓋，主要補給來源為大氣降水，主要消耗于蒸散發。巖組局部地段孔隙、裂隙發育，地下水多沿地形傾伏方向順層徑流。

2 礦區水文地質

2.1 砂碎石富水性

第四系砂碎石磨圓度和分選性均較差，礦區內厚度分布很不均勻。第四系砂碎石僅在地勢低洼地段有地下水存在，大部分地區屬于干燥、松散、無水狀態。根據抽水試驗計算得到第四系含水層的涌水量為7.67m3/d（小于10m3/d），可知第四系含水層富水性弱。

2.2 閃長巖—花崗巖富水性

根據鉆孔資料顯示，閃長巖自上而下可分為四層，各層厚度不一，其裂隙發育程度主要受巖性、風化強度、埋藏深度和構造運動控制[2]；根據簡易水文地質觀測顯示，在鉆進過程中沖洗液消耗量為12～20L/h，為正常鉆進消耗，未出現大量漏漿地段；孔中液面位置隨提鉆和下鉆過程不斷波動。經計算其最大涌水量<10m3/d，富水性弱。花崗巖地表出露情況較好，見有張性斷裂，節理發育，共有三組節理；各鉆孔沖洗液消耗量記錄表明在鉆進過程中并未出現大量漏漿地段。根據鉆孔資料計算其富水性<10m3/d，富水性弱。

2.3 輝長巖富水性

輝長巖在地表僅以小丘狀出露，大部分為第四系松散沉積物覆蓋。地表出露的輝長巖，巖體破碎，裂隙發育。探槽資料顯示，輝長巖也有四期斷裂發育，裂隙較為發育。同時輝長巖為主要含礦母巖，金屬礦物主要以星點狀產出，局部以稀疏侵染狀、集合體狀產出。自上而下大致可以分成四層，見有三組裂隙，裂隙間距多小于10cm。提水試驗表明，該巖組富水性弱（<10m3/d)。

2.4 構造破碎巖組富水性

礦區內構造破碎帶受構造應力強弱的影響。鉆孔編錄資料顯示，構造破碎帶在礦區很發育，巖體破碎，呈泥狀。另在礦區范圍內見有一條北西向斷層破碎帶發育，走向50°，長約500m。

構造破碎巖組巖體破碎強烈，儲水性能好，為地下水儲存提供了良好空間；雖構成季節洪水和地下水的主要聯系通道，但由于上部普遍存在中等完整的花崗巖或輝長巖等滲水能力差的巖組，阻擋了降雨向下入滲，使得該巖組與地表水聯系差，也就是補給條件差。勘察資料表明，其富水性弱（<10m3/d）。

2.5 碎屑巖類裂隙孔隙富水性

碎屑巖類主要是棕黃色砂礫巖和褐紅色砂礫巖。其中褐紅色砂礫巖構成礦體底板，其富水性的強弱對礦體的開采具有重要影響。碎屑巖組孔隙發育，因此是地下水的良好流通通道，儲水性能好。

礦區內出露的碎屑巖主要分布在礦區南部，呈低矮丘陵狀，表層風化嚴重。其所含地下水主要補給來源為大氣降水，主要排泄方式為蒸散發。礦區內沒有鉆孔控制碎屑巖組。根據礦區鄰近區域內碎屑巖中的水文地質鉆孔資料，其單井涌水量為26.18～58.75m3/d。可知其富水性較弱（10～100m3/d）。

2.6 礦區地下水補徑排條件

礦區地下水主要接受大氣降雨補給，微弱的大氣降雨大部形成地表徑流，自南西向北東以0.5%的水力坡度流出區外，只有少量通過表層第四系砂碎石進入基巖裂隙和構造破碎帶；順巖層傾向向下或向東北緩慢徑流。

由于大部礦體低于當地侵蝕基準面，故不利于地下水排泄。研究區大氣降雨為礦體主要充水水源，對礦體開采構成潛在威脅。

3 預測礦坑涌水量

3.1 礦區水文地質邊界

礦體北部為一系列花崗巖和片麻巖出露形成的較為陡峻的山峰，在地表形成分水嶺，也成為礦區北部的阻水邊界；礦區南部為磚紅色砂礫巖的出露，形成地表分水嶺，成為礦區南部的阻水邊界；礦區西南部為丘陵零星分布區，部分地段存在地表分水嶺，致使地表徑流有一部分從西南流入礦區。

礦區總體上呈現出西南高，東北低的態勢。礦區周邊地勢較高，中間低，整體向東北開口方向傾斜，地形坡度0.5%±，地形有利于地表自然排水。礦體走向近東北—南西走向，與山間洼地和地層走向一致；礦區地表平坦，僅局部地段出露串珠狀低矮山丘；地表發育有網狀第四系沖溝，溝谷走向290°，在礦區內延伸長度約4000m。

3.2 礦坑涌水量預測

礦區表層為第四系砂碎石覆蓋，地層透水能力強，儲水能力弱，形成透水不含水層；微弱的大氣降水通過表層第四系補給基巖和構造破碎帶，補給區在礦體頂部，以垂向補給為主。又由于勘察鉆孔富水性弱，僅為滴水狀、滲水狀匯集，相應地試驗效果也較差。上述特征說明，該礦區難于使用解析法等預測礦坑涌水量，適用于非滲流模型水均衡方程進行預測[3-4]。

此外，礦區開采條件下的水均衡關系極為簡單，以礦體為中心，確定均衡區面積2570000m2；均衡期選取6～8月，這三個月降雨集中，大氣降雨可形成有效補給，其余月份降雨稀少，不能形成有效補給；6～8月降雨量占全年降雨量的80%為52.88mm（20%形成地表徑流），計算結果見表1。

表1 正常涌水量計算成果表

對于礦區可能出現的極端降水情況也必須予以考慮，此時將形成礦坑最大涌水量。經查算140.1mm降水量出現的頻率為10%，其涌水量計算結果見表2。由表2可知：礦坑最大涌水量為1200m3/d。

表2 礦坑最大涌水量計算表

4 結語

綜上所述，該礦體位于當地侵蝕基準面以下，礦區無常年性地表水體，礦床主要充水含水層為輝長巖和花崗巖，富水性弱，地下水補給條件差，大氣降雨與礦區地下水聯系較為密切，礦體頂板有厚度不等的第四系松散層覆蓋，水文地質邊界清楚；礦區水文地質類型為裂隙充水的水文地質條件簡單礦床。