河北省馬家窩鋪金礦水文地質特征及涌水量預測

郭振斌

（中冶一局（河北）地質科技有限公司，河北 秦皇島 066000）

1 礦區自然地理條件

礦區地處燕山山脈東端，地勢西北高東北低，海拔標高320m～725.60m，區內最大比高275m，一般比高150m，為低山區。地形坡度在坡度一般為10°～45°，有利于自然排水，不利于地下水的入滲。本區無河流，主要為溝谷內季節性小溪，豐水期形成地表徑流，最高洪水位0.4m～1.5m，流量0.24m3/s～6.30m3/s之間，平均流速0.56m/s，枯水期斷流。

1.1 北西向斷裂構造

礦區主要有北西向的斷裂構造破碎帶F1﹑F2，其次為F3斷裂構造破碎帶。

F1為賦礦斷裂，地表出露長約1100m；傾角較陡一般在80°～85°之間，局部近于直立；8線以北構造帶傾向南西，傾角56°～67°；斷裂破碎帶寬0.2m～0.85m不等，最寬處1.2m。斷裂破碎帶屬壓扭性逆斷層，透水性較差，兩側巖層中裂隙較發育，透水性弱～較弱，斷裂間見有明顯的綠泥石化﹑褐鐵礦化及黃銅礦化[1]。該斷裂構造在PD3（354m標高）及2號豎井二中段（319m標高）（SJ2）內的構造裂隙水，涌水量為0.003L/s～0.100L/s，為弱富水。

F2﹑F3地表出露長約1180m﹑365m。斷裂帶走向北西，傾向南西，傾角58°～85°。斷裂破碎帶寬0.3m～1.6m，F3斷裂最寬可達6.4m。斷裂破碎帶屬壓扭性正斷層，透水性較差，兩側巖層中裂隙較發育，透水性弱～中等，斷裂間見有明顯的綠泥石化﹑褐鐵礦化及黃鐵礦化。該斷裂構造在豎井1二中段（294m標高）4號點前行17.50m處測得涌水量0.140L/s，現在已經干枯。豎井1三中段（254m標高）12號點前行2m至13號點前行4m測得涌水量0.220L/s；17號點后4m至前6m測得涌水量0.080L/s，為弱富水。

1.2 近東西向斷裂構造

礦區主要有近東西向的F5﹑F6斷裂構造破碎帶。F5﹑F6地表出露長約240m﹑650m。走向近北西，傾向南﹑南西至南東，傾角82°～85°，局部較陡，近直立。斷裂帶0.6m～1.0m，最寬處3.10m。斷裂破碎帶屬壓扭性正斷層，透水性較差，兩側巖層中裂隙較發育，透水弱～較弱，斷裂內蝕變巖角礫充填，具黃鐵礦化﹑褐鐵礦化﹑硅化及高嶺土化。局部地表見泉流量0.064L/s，為弱富水[2]。

1.3 北東東向斷裂構造

礦區主要有北東東向的F4﹑F7﹑F8﹑F9﹑F10﹑F11﹑F13斷裂構造破碎帶。地表出露長度分別為250m﹑1600m﹑450m﹑690m﹑270m﹑660m﹑340m。走向北東東向，傾角55°～85°，局部近直立，傾向南東～南西。F7斷裂破碎帶屬平移正斷層，其他為壓扭性正斷層，透水性較差，兩側巖層中裂隙較發育，透水弱～較弱，斷裂內蝕變巖角礫充填，具黃鐵礦化﹑褐鐵礦化﹑綠泥石化﹑硅化及高嶺土化。在PD19（標高396.56m）中見F11斷裂構造破碎帶的出水量為0.085L/s，為該組斷裂構造破碎帶的最大涌水點，其他水量均較小，為弱富水。

1.4 南北向斷裂構造

礦區南北向斷裂構造僅有一條，為F12。規模不清，僅在PD19（標高396.56m）中可見，將ⅩⅣ號礦體挫斷。坑道內其出露寬0.8m，走向357°，傾向近東，傾角80°。該斷裂構造屬屬壓扭性正斷層，透水性較差，兩側巖層中裂隙較發育，透水弱～較弱，斷裂帶內可見斷層泥及蝕變巖角礫，褐鐵礦化及赤鐵礦化較普遍，局部具有綠泥石化及絹云母化。在PD19中該斷裂構造破碎帶的涌水量為0.111L/s，為弱富水。

綜上所述：礦區斷裂構造水量在0.003L/s～0.220L/s，富水性均較弱。總體而言北西向斷裂構造水量較大，最大為0.220L/s。

2 金礦水文地質特征

2.1 礦區含水層和隔水層

礦區含水層按地下水的賦存層位，巖性特點及其水力性質，自上而下有兩個含水層：第四系孔隙潛水含水層及基巖風化裂隙含水層。

2.2 第四系孔隙潛水含水層

該層巖性為粘土﹑亞砂土﹑粗砂及砂礫卵石等。一般厚0.8m～4.80m，最厚為16.90m，總體趨勢上游薄，下游厚。平均含水層厚2.80m。水位埋深在1.65m～4.40m，單位涌水量為0.315L/s.m，滲透系數為10.34m/d，水位年變幅在0.38m～2.75m，地下水水質類型為：HCO3′—Ca型水，礦化度為0.188g/L～0.463g/L，PH值在7.04～7.15。

2.3 基巖風化裂隙含水層

該層巖性主要為混合巖，淺灰褐色～灰黑色，主要由長石﹑石英顆粒﹑鱗片狀黑云母﹑角閃石，強風化混合巖碎塊等組成。風化裂隙發育，裂隙率平均大于8%（根據29個鉆孔統計）。埋藏深度一般為0～56.20m，平均深度39.44m，底界標高為296.83m～386.97m，平均337.72m。通過對民井（M10）抽水試驗，當水位降深為0.4m時涌水量為14.60m3/d（0.17L/s），單位涌水量為0.43L/s.m，滲透系數為0.834m/d，泉流量一般在0.003L/s～0.400L/s。該層為弱富水含水層。該層主要接受大氣降水補給，通過風化裂隙入滲（礦區風化層總體規律為：溝谷深，山脊薄；東及東北部深，其他部位發育薄；平硐內風化不明顯，只有在平硐口處有風化現象），以地下逕流方式向下排泄。地下水水質類型為：HCO3′—Ca·Na～HCO3′—Ca型水，礦化度在0.245g/L～0.287g/L之間，PH值在7.11～7.15，水質較好。

礦區內無明顯的隔水層。區內混合巖及少量混合花崗巖發育完整地段，透水性弱，可視為相對隔水層。

礦區內斷裂構造主要有四組：北西向斷裂構造﹑近東西向斷裂構造﹑北東東向斷裂構造及南北向斷裂構造。

2.4 地下水的補給、逕流及排泄條件

大氣降水是礦區地下水最主要的補給來源，大氣降水降水通過第四系﹑地表風化裂隙及構造裂隙滲入補給地下水。地下水通過斷裂破碎帶和裂隙密集帶以地下徑流方式在地勢低洼處以泉的形式排泄于地表溝谷[3]。地下水總體流向與地形坡向基本一致，地下水分水嶺與地表水基本一致。

2.5 地下水動態變化規律

礦區地下水總的補給來源為大氣降水，因此，地下水動態嚴格受分水嶺大氣降水的控制。地下水位高峰值相應出現在7～8月份。每年的4月下旬至6月上旬降水量最少，地下水由于人工取水和蒸發量加大等因素，地下水位相應出現最低值。地下水動態基本上遵循雨季上升，雨季過后水位逐漸下降的規律，年變化幅度在0.38m～2.75m（根據7個觀測點統計資料）與區域地下水動態變化基本一致。

2.6 坑道水文地質特征

本次工作期間對SJ1（三個中段）﹑SJ2（二個中段）﹑SJ3（二個中段）﹑PD3及部分以往民采坑道，進行了水文地質工程地質環境地質編錄，各坑道水文地質特征分述如下：

2.6.1 SJ1

SJ1井口標高355.68m，井底標高為254m，井深為104.68m。該井現有探礦坑道基本是沿脈施工，現施工三個中段，中段標高分別為340m﹑294m及254m，現分述如下：

一中段（340m標高），坑道編錄總長度為281.90m，該坑道揭露Ⅱ號礦脈，主要為Ⅱ-1及Ⅱ-2號礦體。礦化蝕變帶發育，破碎帶較多，呈灰色～灰黑色，礦化蝕變帶內偶見少量掉塊現象。局部為黃褐色，風化氧化較強烈。該坑道兩壁及頂部全年基本為干燥區，局部為潮濕區，偶見滴水區，為輕微滴水，坑道底部常年無水流。

二中段（294m標高），坑道編錄總長度為345.80m。該坑道揭露Ⅱ號礦脈，礦化蝕變帶內局部有少量掉塊現象。在R2-8前行7m處的頂部，有寬度為2m的滴水區，利用塑料布接受測得流量為0.020L/s，水主要沿礦化蝕變帶內的裂隙流出。在R2-9前行5m處的右壁中部有一處涌水點，水量約為0.100L/s，水從構造的次生裂隙內流出，裂隙寬度0.013m～0.076m，出露長度為0.43m，出露巖性為淺肉紅色混合巖中，裂隙內未見充填物，裂隙垂直向下延伸。坑道口利用三角堰測得流量為0.454L/s。

三中段（254m標高），坑道編錄總長度為732.30m，該坑道揭露Ⅱ號礦脈，坑道內未發現坍塌掉塊現象。該坑道兩壁及頂部大部分為潮濕區，局部見涌水現象，坑道底部利用三角堰測得流量為1.768L/s。

出水點水量測量工具為塑料布及三角堰。當坑道頂部出水面積較大時，利用塑料布在下面接水，將水引向一個出口流出，利用量杯測得該處的水量。當遇到兩壁涌水點及裂隙出水時，將其流向坑道底部地面的水進行封堵﹑匯聚，利用三角堰測量，測量出水頭高度，利用公式計算出水量。

2.6.2 SJ2

一中段（354m標高），坑道編錄總長度為364.00m，該坑道揭露Ⅰ﹑Ⅱ﹑Ⅹ號礦脈。礦化蝕變帶內局部有少量掉塊現象。局部為黃褐色，風化氧化較強烈。該坑道兩壁及頂部全年基本為干燥區，局部為潮濕區，未見滴水區，只有在豐水期偶見滴水，滴水量不大，坑道底部常年無水流。

二中段（319m標高），坑道編錄總長度為663.40m，該坑道揭露Ⅰ﹑Ⅹ號礦脈，該坑道兩壁及頂部全年基本為干燥區，局部為潮濕區，未見滴水區。在該中段坑道口利用三角堰測得枯水期總流量為0.014mL/s，豐水期總流量為0.022L/s，水量較小。

2.6.3 SJ3

一中段（402m標高），坑道編錄總長度為179.50m，該坑道揭露Ⅹ號礦脈，主要為Ⅹ-3號礦體。未發現坍塌﹑掉快現象。該坑道兩壁及頂部全年大多數為干燥區，少數為潮濕區，未見滴水區，只有在豐水期偶見滴水，滴水量不大，坑道底部常年無水流。

二中段（364m標高），坑道編錄總長度為161.80m，該坑道主要為沿脈施工，揭露Ⅹ號礦脈，礦化蝕變帶內未發現坍塌﹑掉塊現象。該坑道兩壁及頂部全年大多數為干燥區，少數為潮濕區，未見滴水區，只有在豐水期偶見滴水，滴水量不大。在R3-2-2南的坑道壁底部有一處裂隙，出露于混合巖中，裂隙面具有褐鐵礦化，寬度0.02m～0.05m，長度0.12m，該裂隙往外涌水，涌水量為0.090L/s。在該中段坑道口利用三角堰測得枯水期總流量為0.140L/s，豐水期總流量為0.210L/s。

2.6.4 PD3（354m標高）

坑道編錄總長度為330m，該坑道揭露Ⅰ﹑Ⅹ號礦脈，礦化蝕變帶內局部有少量掉塊現象。局部為黃褐色，風化氧化較強烈。該坑道兩壁及頂部全年基本為干燥區，局部為潮濕區，未見滴水區，只有在豐水期偶見滴水，滴水量不大，坑道底部常年無水流。

2.6.5 首采地段地下水的垂向分析

礦區首采地段為SJ1﹑SJ2處，坑道總體水量不大。坑道水量隨著標高降低及長度的增大的增加而增大；下部坑道對上部坑道的水量疏干明顯，首采地段294m標高以上基本疏干。

綜上所述：坑道總體來說巖石多為致密堅硬的塊狀巖石，力學強度較高，穩定性好，不易發生礦山工程地質問題。坑道充水主要來自大氣降水，通過基巖裂隙及構造裂隙補給，底部坑道對上部坑道的水量疏干明顯，坑道總體水量不大。

3 礦坑涌水量預測

3.1 坑道充水條件

礦坑充水因素：根據區域和礦區的水文地質條件，礦區坑道的充水因素主要為大氣降水入滲形成的基巖裂隙水。

涌水通道：該區地下水的涌水通道主要為風化裂隙﹑構造破碎帶及基巖裂隙通道為主。

3.2 坑道涌水量預測方法和計算參數確定

3.2.1 預測方法

根據礦區的水文地質條件﹑坑道排水量觀測及鉆孔資料，采用水文地質比擬預測法對礦坑涌水量進行預測。此方法最適用于已勘探礦區深部水平（中段）和外圍礦段的涌水量預測，也可用于具相似條件的新礦區。該方法一般是在整理坑道排水和掘進資料的基礎上，求得某些真實的坑道水文地質指標，并做為比擬因子進行預測的，本礦區符合。

3.2.2 參數的確定

SJ1二中段最終長度涌水量預測，根據對SJ1二中段（294m標高，長663.40m）長期動態觀測資料，即：豐水期平均涌水量為0.454L/s（39.23m3/d）；該中段最終坑道長度約為870m。

SJ1三中段最終長度涌水量預測，根據對SJ1三中段（254m標高，長572.80m）長期動態觀測資料，即坑道豐水期涌水量為3.59L/s（310.18m3/d），坑道最大涌水量為4.05L/s（349.92m3/d）；該坑道最終長度約為1100m。

SJ1四中段（下推中段）最終長度涌水量預測，本次下推中段按照40m降深，即214m標高。利用的已知相似水文地質條件的礦區坑道的長期排水資料為SJ1三中段的長期觀測資料，即坑道長度572.80m，坑道豐水期涌水量為3.59L/s（310.18m3/d），坑道最大涌水量為4.05L/s（349.92m3/d）。本次靜水位標高未利用鉆孔靜水位觀測資料（由于鉆孔在基巖破碎地段利用泥漿鉆進，所以靜水位觀測時有可能裂隙處于封堵狀態，數據可能失真），根據坑道調查此處294m標高以上基本疏干，所以本次靜水位標高采用294m標高，根據此標高進行水位降深（S值）推算。該中段最終坑道長度約為750m。

3.2.3 坑道涌水量預測結果

礦坑涌水量預測是在基本查明礦區水文地質條件及礦坑充水因素的基礎上進行的。SJ1二中段最終，預測涌水量51.33m3/d；SJ1三中段最終596.20m3/d（豐水期），672.10（m3/d最大）；SJ1四中段（下推）812.05m3/d（豐水期），916.09m3/d（最大）。

4 結論

綜上所述，該區是以裂隙含水層充水為主的礦床，勘探類型為第二類。主要礦體部分位于當地侵蝕基準面以下，地形有利于自然排水，附近無地表水體，根據抽水試驗及坑道調查結果，礦床基巖裂隙含水層及構造破碎帶富水性弱，很少或無第四系覆蓋，水文地質邊界簡單，從勘探的復雜程度為第一型水文地質條件簡單的礦床。