白廟礦水文地質條件研究及涌水量預測

蔡 童，李 智

（天津華北地質勘查總院，天津 300170）

1 區域水文地質

（1）區域地形地貌及氣候特征。本區地處燕山山脈東段，地貌屬中壯年山區地貌，海拔標高一般355.6m～798m，坡度10°～35°，相對高差150m～448m；石英砂巖區山勢陡峻，巖石裸露，總體上植被較發育；勘查區地勢從西向東為東西向轉向北東向并逐漸變低。本區屬大陸性季風氣候。冬季寒冷干燥，夏季炎熱多雨，年平均氣溫8.6℃；歷年最大降水量835.9mm，最小降水量326.7mm，平均降水量557.9mm，月最大降水量382.8mm，24小時最大降水量151.4mm，1小時最大降水量55.0mm，10分鐘最大降水量24.4mm，連續最大降水量223.0mm(5天)；歷年最大積雪深度27cm，雪壓1.8g/cm2；電線積冰厚度25mm；最大凍土深度126cm；早霜始于9月中旬，晚霜終于次年5月，無霜期平均160天；夏季常有風災、雹災等自然災害。本區屬青龍河水系，南北分屬青龍河支流冰溝河和都陰河（均從西向東流向），以北砬向東、再向南經李家臺子溝和刺榆子溝溝腦處為分水嶺；勘查區內主要分布有北東向的料坡溝和李家臺子溝，為“V”型河谷，為季節性河谷，在圖幅東部匯流后注入都陰河；都陰河河水寬度3m～10m，水深0.2m～0.5m，流量100m3/d～400m3/d；最高洪水位時寬約20m～50m，水深0.2m～1.5m，水資源較為豐富，可滿足礦山生產、生活需要。

（2）區域水文地質特征概述。本區位于朝陽山～北營子復式褶皺西段轉折端附近，為一向形構造，兩翼為長城系的石英砂巖、白云巖、灰巖、板巖層等，核部為新太古界遵化群斜長角閃片麻巖，以及中侏羅世的鉀長花崗斑巖和大量分布的脈巖。受南北向擠壓應力作用，出現了以東西向壓性為主，并伴生有南北向張性構造和北西向、北東向壓扭性和張扭性構造，在多期次的構造變動中產生了一系列斷裂構造，這些斷裂構造的發育程度、斷裂性質及復合關系的不同再加上巖石本身機械性能的差異，從而導致了巖層的導水、貯水裂隙發育程度的不均一性，因而區內巖石含水性和富水性表現了明顯受巖性和構造控制的特征。區內巖石按其含水性分為：松散巖類孔隙含水層(Q)和基巖裂隙含水層；基巖裂隙含水層又劃分為變質巖類基巖裂隙含水層、沉積巖類基巖裂隙含水層和巖漿巖類基巖裂隙含水層三大類。地下水富水性弱：大氣降水為主要補給來源；徑流主要受地形地貌控制，受季節的影響變化；排泄方式以徑流排泄為主。地下水水位動態具有氣象型特征，與降水量關系十分密切，隨季節變化明顯。

2 礦區水文地質條件

2.1 礦區概況

礦區位于水文地質單元的補給區，礦區最低侵蝕基準面標高為370m。礦區內地下水以大氣降水為主要補給源，上游匯水面積屬地下水的補給區，降雨通過基巖裸露山區的風化裂隙帶和松散堆積物孔隙滲入地下，形成地下徑流以潛流的形式向下游排泄。第四系沖洪積層孔隙含水層具有一定的分布范圍，而且直接裸露于地表，地層透水性良好，其補給區域與分布區基本一致，易于接受大氣降水的補給。在近河地段地下水與地表水水力聯系密切，雨季地下水通過水文網排泄，補給地表水，旱季接受河水補給。豐水期基巖風化裂隙含水層接受降雨補給，一部分排泄補給第四系沖洪積層孔隙含水層，另一部分在溝谷斜坡陡峭處以泉的形式溢出地表；枯水期基巖風化裂隙含水層亦接受第四系沖洪積層孔隙含水層的地下水補給。區內地下水的年變幅為1.50m～2.00m，最高水位一般出現在八、九月份，最低水位出現在每年的四、五月間，即水位年變化與氣象要素的周期性變化有關。一般情況地下水位升高滯后于降雨10天～15天。

2.2 含水層類型及富水性

根據區內地下水的賦存條件，水力性質及含水層的巖性將區內含水層劃分為第四系松散巖類孔隙含水層和基巖裂隙水含水層。

（1）第四系松散巖類孔隙含水層(Q)。第四系松散巖類孔隙含水層：據民井調查，含水層厚度1m～5m，平均厚度3m，大部分分布在溝谷中，巖性主要由沖洪積砂礫石和坡積泥質砂礫及崩落巖石巨礫組成。該含水層厚度受地形坡度及溝谷寬度影響。坡度大，含水層厚度小，溝谷寬含水層厚度大。水位埋深一般1.60m，水位標高400m～476.39m，最大出水量150m3/d，枯水期出水量略減少，富水性中等。水化學類型為HCO3-Ca型水，水溫12℃，礦化度0.86g/L，屬淡水。

（2）基巖裂隙（孔隙）含水層。由基巖風化裂隙（孔隙）水和構造裂隙水組成的基巖裂隙（孔隙）含水層是詳查區礦床的主要充水含水層。①基巖風化裂隙（孔隙）含水層：風化裂隙（孔隙）含水層主要由新太古界遵化巖群變質巖和中元古界長城系碎屑沉積巖以及各期次的巖漿巖組成。基巖風化裂隙帶的發育深度最深為109.66m，平均深度為41.60m，局部見有溶蝕裂隙，賦存基巖風化帶裂隙水。裂隙水主要接受大氣降水補給，因降水稀少，蒸發強烈，入滲條件差，故基巖風化裂隙含水層富水性弱。由于地表風化程度不同，風化帶深度變化較大。在山體頂部比山體下部風化裂隙水埋藏深度大，水量較小，隨著匯水面積增大，風化裂隙水埋藏變淺，水量也有所增大。據平洞PD1-CM4采樣分析，水化學類型為HCO3-Ca型水，礦化度0.9/L，屬弱礦化的水，該含水層的富水性弱。②構造裂隙脈狀含水層：構造裂隙脈狀水主要是指礦體、巖脈體本身及其與地層、巖體接觸帶內的裂隙脈狀水，本區受多期構造活動影響而形成的以北東～北西及近東西向為主的構造擠壓破碎帶是地下水的主要控水構造，大氣降水通過地表風化裂隙和擠壓破碎帶補給深層地下水。據鉆孔水文地質工程地質編錄統計，擠壓破碎帶厚度在1.40m～10.70m。擠壓破碎帶含水層厚度12.36m，水位埋深38.32m，該含水層富水性弱。

（3）隔水層（帶）。基巖風化裂隙含水帶以下，未經風化的完整石英砂巖、長石石英砂巖、含礫石英砂巖、石英斑巖、花崗斑巖、閃長玢巖等均可視為隔水層（帶）。

2.3 地下水補給、徑流、排泄條件

大氣降水滲入是區內地下水的唯一補給來源，地下水運動以地下徑流的方式為主，其流向與地形基本一致。基巖風化裂隙水含水帶，直接受大氣降水補給。溝谷中第四系孔隙水除接受大氣降水補給外，同時還接受基巖風化裂隙水的側向補給，排泄方式為地下水在運移過程中通過地表蒸發，植物蒸騰和人工開采或經過含水層排泄區外，地下水動態主要受季節性影響。基巖風化裂隙水與第四系孔隙潛水，二者之間沒有隔水層存在，因此存在著一定的水力聯系，礦區遠離地表水體，故地表水對礦床開采影響較小。

3 礦坑涌水量預測

3.1 充水因素分析

本區礦床主要充水因素為大氣降水和直接充水含水層的地下水，其次為地表水。

（1）大氣降水。大氣降水是本區地表水和地下水的主要補給來源，區內降水多集中在6月份～8月份，由于山勢陡峻，大氣降水補給含水層量有限，對礦坑充水影響不大。

（2）地表水的充水作用。區內無地表河流及湖泊，只有降水形成的地表片流、暴雨成流，雨后幾天就斷流，故對礦床充水影響不大。

（3）地下水直接充水作用。當開采時，采區范圍內的風化裂隙和構造裂隙地下水將首先涌入礦坑，成為礦坑的直接充水水源。隨著礦坑開采深度的加大及排水疏干時間的延續，礦坑的排水量亦將會不斷減少直至趨近一個穩定值，最終礦坑涌水量的大小將主要取決于直接充水含水層的補給強度。礦區內基巖風化裂隙（孔隙）含水層是礦床充水的直接含水層，也是礦床的主要充水因素，因基巖風化裂隙（孔隙）含水巖組周邊無明顯的隔水邊界，故將視為無限供水邊界。

3.2 礦坑涌水量預測

（1）大井法預測涌水量。根據鉆孔控制的礦體形態及埋藏深度，礦坑開采坐標點所劃出的礦坑面積為0.48km2，周長為3037m。在沒有采礦設計的情況下，根據礦層賦存情況將開采深度暫定為203.68m，(ZK6003號孔礦體的底板埋深)，來計算礦坑涌水量。根據采區的水文地質邊界條件，充水因素，選擇穩定流大井法承壓～無壓完整井計算公式進行礦坑涌水量計算，計算公式如下：

式中：Q：預測的礦坑涌水量（m3/d）；K=0.13(m/d)滲透系數；H=185.38（m）水柱高度(取ZK6401、ZK6403號水文工程地質編錄孔平均水位標高-含水層底板平均標高)；M=19.58（m）含水層厚度（取ZK6401號孔含水層厚度累加值）；R=1000(m)影響半徑；r0=318（m）引用半徑，用相關公式r0=p/2π計算求得。

R0=R+r0=1318（m）大井引用影響半徑。

計算結果：

（2）解析法預測涌水量。根據采區的水文地質邊界條件，充水因素，選擇大井外的地下水側向流計算公式進行礦坑涌水量計算，計算公式如下：Q=KBI；

式中：Q：預測的礦坑涌水量（m3/d）；B=HL（B為過水斷面面積，H=185.38m為水柱高度，L=2×318×π=1997.04m為大井周長）；K=0.13(m/d)滲透系數；I=0.185（大井外水力坡度，I=H/R）。

計算結果：Q=KBI=185.38×2×318×π×0.13×0.185=2835.54m3/d。

礦坑涌水量預測推薦值為2835.54m3/d。

4 結語

礦區地下水分為松散巖類孔隙水、基巖裂隙水兩種類型。地下水富水性弱；大氣降水為主要補給來源；徑流主要受地形地貌控制，受季節的影響變化；排泄方式以徑流排泄為主，蒸發、植物吸收蒸騰作用為輔。地下水水位動態具有氣象型特征，與降水量關系十分密切，隨季節變化明顯。

本次采用解析法對礦坑涌水量進行預測，所確定的礦床充水因素及水文地質邊界條件正確，選擇的計算方法、水文地質參數合理，礦坑涌水量預測推薦值為2835.54m3/d。