瑪爾坎土錳礦礦區水文地質特征分析

范文龍

進入新時期以來，經濟建設與發展過程中對于礦產資源的需求量越來越大，這也意味著礦產資源開采量也在不斷增加。但隨著礦山開采規模及其強度的不斷擴大，在人為因素與自然因素共同作用下，極易對礦山水工環地質環境造成破壞，影響礦產資源的合理開發與利用。為此，本文將瑪爾坎土錳礦作為研究對象，對該礦水工環地質條件進行闡述，希望能對礦山開采工作提供一些借鑒與參考。

1 區域水文地質分析

1.1 區域一般概況

研究區位于喜馬拉雅帕米爾構造單元的東部，西南天山東西向構造帶與西昆侖南北向構造帶交匯部位。山脈走向北東，山體巍峨、地勢陡峻，海拔標高一般在3190m ～3910m 之間，相對高差300m ～720m，地形起伏較大，總體呈南高北低，西高東低，總體屬侵蝕-剝蝕構造地形。

該區的水系為瑪爾坎蘇河水系：位于補充詳查區北側300m ～1500m，由瑪爾坎蘇河與其支流卡拉爾特河組成。瑪爾坎蘇河為邊境河，補給以冰雪融水為主。區內為大陸高山氣候，季節及晝夜溫度變化大，氣候干燥寒冷，氣溫常年偏低，7月最高，溫度最高可達35℃，平均溫度為20℃左右。1月溫度最低，溫度最低可達-28℃，平均溫度也在-8℃左右。降雨稀少，以降雪為主，年降水量在200 毫米左右。

1.2 區域水文地質條件

1.2.1 地下水類型

補充詳查區位于南天山與西昆侖山脈交匯處，大地構造位置屬塔里木地塊西南邊緣活動帶瑪爾坎蘇中生代裂隙盆地。影響地下水形成的基本因素有巖性、地質構造、氣象、水文和地形地貌。按照含水介質特征，區域地下水類型主要包括松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水、碳酸鹽巖類裂隙水、基巖裂隙水四大類。第四系松散巖類孔隙水：分布于區域的主要河床、河漫灘、沿岸低階地，含水巖性主要為第四系沖洪積物、冰磧物及冰水堆積物，主要由砂、礫、亞砂土組成，分布于溝谷、洼地，厚度達幾十米。碎屑巖類孔隙裂隙水：大面積分布于區域圖的北部，含水巖組主要包括新近系上新統阿圖什組（N2a）礫巖、新近系中新統-烏恰群帕卡布拉克組（N1p）礫巖及砂巖、新近系中新統-烏恰群安居安組（N1a）及漸新統喀什群巴什布拉克組（E2-3b）長石石英砂巖，碳酸鹽巖裂隙水：含水巖組主要包括石炭系上統喀拉阿特河組及中統昆蓋依套組。基巖裂隙水：含水巖組主要為烏魯阿特組及下統瑪爾坎雀庫塞山組。

1.2.2 地下水的補給、徑流和排泄條件

區域地下水補給、徑流和排泄條件：區內地下水以大氣降水、融雪為主要補給來源，大氣降水和融雪產生的地表徑流通過各類巖石的孔隙、裂隙及構造破碎帶等導水通道滲入補給地下水；在不同地質構造、地形地貌等自然條件的控制下，做垂直運移和水平徑流，地下水總體流向與地形坡向基本一致；在條件適宜時，以泉的形式面狀或股狀排泄于地表溝谷及地勢低洼處。地下水與地表水的關系呈現山區河流的特點，即地下水補給河水。

區域水文地質條件總體比較簡單。

2 礦區水文地質條件

2.1 礦區水文地質條件概況

礦區位于一個完整水文地質單元的補給徑流區，該水文地質單元北側以瑪爾坎蘇河為界，南側以工區外南部雪山山脊（近東西向）為界，東側以喀拉特河為界，西側以工區外西部雪山為界，該礦區地下水接受大氣降水和冰雪融水的補給，由西向東徑流，最終排泄于瑪爾坎蘇河谷及喀拉特河谷。礦區位于完整水文地質單元的北東部（下游區域），距離瑪爾坎蘇河300m ～1500m、喀拉特河1000m ～1200m。瑪爾坎蘇河在礦區東側邊緣處為最低侵蝕基準面，海拔標高為3182m，是區內地表水流和地下水的匯水中心。主要礦體控制標高大部分高于補充詳查區最低侵蝕基準面，有利于采礦場地下水的自然排水。

2.2 含水巖組與地下水類型

依照補充詳查區內地層巖性的不同，將補充詳查區地下水劃分為2 類：分別為碳酸鹽巖裂隙水與碎屑巖類孔隙裂隙水。碳酸鹽巖裂隙水：大面積出露于補充詳查區中部及北部，巖性為結晶灰巖、粉細晶灰巖、含炭粉晶灰巖。根據碳酸鹽巖結構面發育程度，又可將其細分為2 部分，一部分巖性主要為結晶灰巖、粉細晶灰巖，以中-厚層狀為主，結構面較發育；另一部分巖性主要為含炭粉晶灰巖（賦礦層），以薄層狀為主，結構面發育，其導水性及賦水性較第一部分強。

其中含炭粉晶灰巖（賦礦層），結構面發育，主要為層面和構造裂隙，層面多向南傾，構造裂隙多向北傾，賦水介質以構造裂隙為主，層面為輔，為工區內的主要含水層。主要接受工區南側高山雪水入滲補給和地下水側向徑流補給；工區西部，地下水由南東向北西徑流，工區東部，地下水由南西向北東徑流；地下水主要以側向徑流的方式向瑪爾坎蘇河谷及喀拉特河谷中的第四系松散堆積物孔隙水中排泄。

碎屑巖類孔隙裂隙水：斷續、小范圍分布于礫巖中，巖性主要為灰質礫巖、復成分礫巖。少量孔隙發育，結構面較發育，主要為構造裂隙。賦水介質以構造裂隙為主、孔隙為輔，根據賦水介質特征，初步判定其賦水性弱。

2.3 透水不含水層與相對隔水層

透水不含水層：工區南部大面積安山質凝灰巖分布，多呈薄層狀，且構造裂隙發育，導水性良好，據鉆孔水文地質工程地質編錄可知，該巖組中未見地下水，因此判斷該巖組為透水不含水層。地表殘坡積物（一般厚0.1m ～0.5m）及溝中小面積分布的沖洪積物，也可視為透水不含水層。

相對隔水層：于工區內零星分布，規模小，主要為火山巖巖脈（主要為安山巖、英安巖、閃長巖、閃長玢巖），結構面不發育，導水性差，儲水空間差，視為相對隔水層。

2.4 構造對礦床充水的影響

區內地層走向總體為北東-南西向，傾向為南東向或南西向，層面發育；斷裂構造發育，在其控制和影響下，致使巖石的構造裂隙發育，為地下水的賦存、徑流提供了良好的空間。區內地下水多順構造裂隙及層面由海拔高處向下滲流；加之構造破碎帶的存在，在其影響范圍內，透水性較強，將對未來礦產開采產生不良影響。

2.5 地下水與地表水及各含水層間的水力聯系

2.5.1 下水與地表水（河流）之間的水力聯系

區內有2 條季節性溪流，一般寬4m ～15m，溝谷中巖性主要為第四系沖洪積物，一般厚11m ～28m，主要由南部冰雪融化形成，沿途全部通過垂直下滲，對地下水進行補給，僅在洪水期，溪水可匯流至瑪爾坎蘇河。

2.5.2 各含水層之間的水力聯系

區內含水層比較單一，主要為碳酸鹽巖裂隙水，亦未見大規模相對隔水層，區外（北側馬爾坎蘇河谷）為第四系松散堆積物孔隙水，因此含水層之間的水力聯系主要表現為碳酸鹽巖裂隙水以側向徑流的方式補給第四系松散堆積物孔隙水。其補給關系主要取決于地形、地貌、地勢的高低等條件，由地勢高的含水層（組）補給地勢低的含水層（組）。

2.6 地下水的補給、徑流和排泄條件

區內地下水主要受大氣降水（雪）、地表溪水及相鄰地下水含水層的側向徑流補給。工區西部，地下水由南東向北西徑流；工區東部，地下水由南西向北東徑流。主要以側向徑流的方式向瑪爾坎蘇河谷及喀拉特河谷中的第四系松散堆積物孔隙水中排泄，個別于工區外（西側）以泉的方式進行排泄。

區內地下水標高一般3254m ～3542m，平均3421m；地下水流向嚴格受地形控制，由地形高處流向地形低處，地下水水力坡度一般為20°～46°，變化較大，與地形坡度較吻合，有利于地下水的排泄。

于2021年6月～10月，對平硐5 涌水量進行了長期觀測。

3 礦坑涌水量預測

3.1 礦床充水來源

礦床開采時能進入井巷的水源如下。

3.1.1 氣降水水源

區域年降水量小（一般為200mm）；區內地形起伏大，接受降水面積小；灰巖厚度大，且透水性差。因此，礦床接受大氣降水補給較少。

3.1.2 地表水

區內北側的瑪爾坎蘇河，其河床水位最低處標高為3182m，主要礦體控制標高大部分高于3182m，故礦床接受地表水補給較少。

3.1.3 季節性地表水流

區內主要有2條季節性溪流，僅在洪水期見水，具有時間短，流量大的特點，對礦床充水主要表現為直接灌入礦井，但對深部地層滲透補給意義不大。

3.1.4 地下水水源

當井巷揭露礦體和頂底板圍巖時，基巖裂隙水便會涌入井巷，成為井巷充水的主要水源。

3.2 礦床充水方式

礦床開采時，充水水源進入井巷的方式如下。

3.2.1 直接進水

沿礦體平硐開拓時，其頂底板直接與基巖裂隙含水巖組接觸，井巷水直接來源于頂板一側或者底板一側的碳酸鹽巖裂隙水。

3.2.2 間接進水

地下開礦時，大氣降水、季節性地表水流通過坑道上部的裂隙或者是導水裂隙帶間接滲入井巷。

3.2.3 預測原則

根據礦體分布特征及開采優先順序，確定本次井巷涌水量預算范圍：區內西部Ⅱ1號礦體，控礦標高3127m ～3595m，延伸長度約496m，平均厚度1.41m，礦體形態屬于狹長脈體，考慮到區內最低侵蝕基準面為3182m，經與甲方討論，將最低采礦標高定為3182m。

地下開采擬采用沿礦體平硐開拓法，在3182m 最低開采標高處施工平硐；未來井巷開采時，在疏干排水的過程中，地下水均處在潛水狀態，預測時按無壓處理；采用的井巷涌水量計算方法為地下水動力學-穩定流解析法中的“大井法”。

本次預測的涌水量為井巷正常涌水量及最大涌水量，其水量主要由礦體圍巖的裂隙水提供。

3.2.4 預測結果

正常涌水量：經計算可知，3182m 標高平硐正常涌水量為1.4×103m3/天。

最大涌水量：其值為礦坑正常涌水量與可信度的比值，經計算，礦坑最大涌水量為4.5×103m3/天。

4 工程地質條件

礦區廣泛分布的層狀巖類，巖體各向異性。地層（巖石）的工程地質巖組劃分主要為第四系松散巖類（Ⅰ巖組），主要為第四系全新統洪沖積物及殘坡積物，小規模分布于工區西部；碳酸鹽巖類分別為Ⅱ巖組、Ⅲ巖組，Ⅱ巖組主要包括大理巖化灰巖、中-厚層狀（含炭）結晶灰巖、夾有少量細晶灰巖、中-厚層狀粉細晶灰巖、砂屑灰巖、角礫灰巖，Ⅲ巖組主要為薄層狀含炭粉晶灰巖；碎屑巖類主要為灰質礫巖、復成分礫巖，巖石較堅硬-較軟，整體較完整。巖漿巖類主要包括2 個工程地質巖組：Ⅴ巖組（堅硬巖），該巖組巖石堅硬，較完整，主要由安山巖、閃長玢巖組成。Ⅵ巖組（較軟巖）主要為安山質凝灰巖，較軟，易破碎。

區內發育了火成結構面、構造結構面、沉積結構面及次生結構面，又以構造結構面為主，其次為沉積結構面，其中構造結構面發育極不均勻。綜上所述，影響礦區工程地質巖體穩定性的結構面主要為斷層、層面、構造裂隙。

5 環境地質條件

礦區溝壑縱橫，切割較深，屬高山寬谷地貌，地質構造復雜，巖土體工程地質性質不良。區內植被不發育，僅在馬爾坎蘇河谷中生長著低矮的草本植物和少量灌木。區內無永久性居民，開采將造成少量植被破壞及附近部分動物的遷徙，區內環境地質問題主要為掉塊（崩塌）和小型泥石流。

6 開采技術條件分析

區內水文地質類型為以裂隙含水層充水為主的、水文地質條件簡單的礦床，即Ⅱ類Ⅰ型。結合礦體（床）及圍巖工程地質特征，礦區工程地質勘探類型屬層狀巖類（第Ⅲ類）中等-復雜型。礦區地質環境類型屬第二類，地質環境質量中等。主要礦體控制標高大多在補充詳查區最低侵蝕基準面之上，有利于自然排水。井巷充水水源主要為頂底板碳酸鹽巖裂隙水，滲透系數為0.00655m/d，賦水性弱，礦區水文地質類型為以裂隙含水層充水為主的、水文地質條件簡單的礦床；頂底板巖體質量指標為0.115 ～0.213。Ⅰ、Ⅱ號礦體頂底板及Ⅲ號礦體底板巖石質量為中等偏差，Ⅲ號礦體頂板巖石質量為差，包括斷層、層面、構造裂隙在內的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級結構面極發育，工程地質勘探類型為以層狀巖類為主的、工程地質條件中等-復雜型的礦床；地殼穩定性劃分為次不穩定區Ⅲ，采礦可產生局部地表變形，井巷采挖的過程中，可能形成坍塌或掉塊的地質災害隱患，地質環境類型屬第二類，地質環境質量中等。綜上所述：將補充詳查區劃分為以工程地質、環境地質問題為主開采技術條件中等（復合類型）的礦床，即Ⅱ-4 類勘查類型。

7 結語

建議在礦山下一步的勘查、開發過程中，應加強補充詳查區水文地質工作，平時注意涌水量觀測工作，通過綜合分析研究后指導生產；設計部門應根據具體的開采強度和坑道復雜程度進行更為準確的坑道涌水量計算，以保證礦山安全運行；井巷施工應依照規范，預留頂底板及側幫厚度必須滿足要求，以防井巷涌水。同時在可控范圍內盡量減少對環境的破壞，廢棄物、廢水的排放應符合相關規范。礦山開采前應補充詳查區環境地質保護和土地復墾方案的編制，礦山運行后應按照地質環境保護和土地復墾方案運行。