甘肅禮縣金山金礦區(qū)水文地質特征及礦區(qū)涌水量預測

（甘肅省有色金屬地質勘查局白銀礦產(chǎn)勘查院，甘肅 白銀 730999）

1 礦區(qū)水文地質特征

1.1 含水層、隔水層的劃分及其水文地質特征

按地下水類型及富水性特征劃分，礦區(qū)內出露的地層可劃分為2個含水巖組和1個隔水巖組，含水巖組即第四系松散巖類含水層和泥盆系中統(tǒng)李壩群變質巖類含水層，相對隔水巖組即印支～燕山期巖漿巖脈[1]。

1.1.1 含水層

（1）第四系松散巖類孔隙含水巖組：按其成因及其富水性可劃分為兩個亞層：

第四系沖洪積層：屬潛水，分布于小峪河河床及階地、竹園溝、張皮溝的溝心，呈帶狀分布。含水層巖性為第四系沖洪積卵（漂）石、砂礫石等[2]。水位埋深1m～5m，單井涌水量為500T/d～1000T/d，水量中等，地下水化學類型多為SO4·HCO3～Na·Ca型淡水，pH值7.35～7.60，礦化度在0.416g/L～0.546g/L之間。

該層地下水與下部埋藏較淺的基巖裂隙水有較弱的水力聯(lián)系，是礦床開采間接的充水水源之一。

第四系坡積層：屬潛水，分布于礦區(qū)溝系的山麓，主要由變質巖碎塊、碎屑、粘土礦物、石英顆粒等組成，成分復雜，分選性差，磨圓度不好，孔隙度一般在15%～25%，透水性較好，水量微弱，在溝谷底部局部地段含上層滯水，對礦床開采影響甚微[3]。

（2）變質巖類孔隙、裂隙潛水含水巖組：按其巖性及其富水性劃分為四個亞層，局部呈互層狀產(chǎn)出，水位埋深3.32m～101.16m，標高1784.07m～1968.40m。

①泥盆系中統(tǒng)李壩群（D2lb）粉砂質千枚巖孔隙、裂隙潛水含水層，為礦區(qū)基巖裂隙水第一含（透）水亞層，局部溶蝕裂隙發(fā)育，富水性較弱。溶蝕裂隙寬1mm～4mm，長1.5cm～3.5cm，局部方解石充填。該層局部出露于地表。②泥盆系中統(tǒng)李壩群（D2lb）千枚狀板巖孔隙、裂隙潛水含水層，為礦區(qū)基巖裂隙水第二含（透）水亞層，局部溶蝕裂隙發(fā)育，富水性較弱。裂隙寬5mm，長5cm，局部石英脈充填。該層局部出露于地表。③泥盆系中統(tǒng)李壩群（D2lb）構造角礫巖孔隙、裂隙潛水含水層，為礦區(qū)第三含水層，溶孔及溶蝕裂隙發(fā)育，富水性中等。最大溶孔直徑1.2cm，呈不規(guī)則狀。④泥盆系中統(tǒng)李壩群（D2lb）斑點狀千枚巖孔隙、裂隙潛水含水層，為礦區(qū)基巖裂隙水第四含（透）水亞層，局部裂隙較發(fā)育，但由于裂隙多為石英脈或方解石脈所充填，連通性受到一定影響，富水性弱。該層局部出露于地表，亦為本礦區(qū)的主要含礦層。

1.1.2 相對隔水層

平面上，區(qū)內相對隔水層為印支～燕山期巖漿巖脈，共12條，其巖性多為石英閃長巖、閃長玢巖和煌斑巖，其巖石堅硬，裂隙不發(fā)育，面裂隙率僅為1.95%左右，可視為礦床隔水邊界。這些巖脈零星分布于礦區(qū)的西部及東北部，呈條帶狀分布，多以南北走向為主，規(guī)模均不大，最大的一條分布于小峪河以西500m處，長度1450m，寬度70m，近南北走向，該巖脈處于另外一個水文地質單元。

縱向上，這些巖脈多數(shù)鉆孔無控制，只有ZK15-5等17個鉆孔揭露，主要巖性為石英閃長巖，閃長玢巖未有揭露，煌斑巖只有ZK11-4揭露，厚度僅為1.98m。石英閃長巖的層頂埋深介于18.49m～419.25m，分別揭露于ZK36-5及ZK28-13鉆孔；其厚度介于1.06m～14.02m，分別揭露于ZK11-9及ZK28-13鉆孔。多數(shù)鉆孔的厚度小于3m，最大厚度的層頂埋深為419.25m（ZK28-13），位于孔底，而該孔的地下水位為87.78m，由于其連續(xù)性較差，也不是礦區(qū)主要層位，所以，該隔水層不足以形成承壓水。

1.2 地表水與地下水的水力聯(lián)系

礦區(qū)內地表水主要有小峪河、張皮溝、竹園溝和老溝溪流。張皮溝、竹園溝及老溝的地表水主要補給第四系松散巖類孔隙潛水含水層，其次通過第四系孔隙水間接補給分布于溝心的基巖裂隙潛水含水層。而地勢較高的基巖裂隙水含水層通過地形有利地段補給地表水，因此，地表水和地下水之間因所在地貌單元的不同而存在互補性。

1.3 地表水、地下水動態(tài)變化與大氣降水之間的關系

礦區(qū)內的地表水及地下水均接受大氣降水的補給，因而直接受大氣降水的影響，降水量大的年份或月份地表水流量就增大，反之則減小。根據(jù)水文長觀資料，小峪河最大流量出現(xiàn)在2015年9月下旬，峰值為1056.7L/s，流量較小的是1月～2月，僅為228L/s。由于2016年6月～8月大旱，小峪河8月中旬的流量掉至觀測歷史極低，流量僅為81.5L/s。

而地下水，在降水量較大的年或月水位就有所升高，在降水量較小的年份或月份則普遍降低。地下水水位最低是在2月～3月，最高是9月份～10月份。地下水動態(tài)變化較大的是第四系孔隙潛水，由于水力坡度較緩，變幅一般在1m～2m之間。根據(jù)地下水長觀資料，基巖裂隙水（ZK15-5和ZK30-8）曲線較平直，平水期與豐水期的變幅分別為2.18m和2.42m。

總體上，大氣降水對地表水及第四系潛水的影響十分明顯，而對基巖裂隙水的影響相對較弱。

1.4 地下水補給、徑流和排泄條件

礦區(qū)地下水的主要補給源是大氣降水。大氣降水沿構造裂隙及構造破碎帶垂直滲入補給基巖裂隙水，由水位高的位置（往往是地勢較高的位置）向水位較低的位置（往往是地勢較低位置）徑流，礦床疏干范圍內含水層中的地下水總體由北東（地勢高處）向南西（地勢低處）方向逕流。礦區(qū)地下水以下降泉或潛流方式由北向南排泄，在地形有利處轉為地表徑流。其中，第四系沖洪積孔隙潛水除接受大氣降水的補給外，地表水體的側向滲入也是其補給源之一。豐水期地表水補給第四系孔隙潛水，枯水期第四系孔隙潛水又補給地表水，水力聯(lián)系明顯。而基巖裂隙水在接受大氣降水補給的同時，也接受第四系孔隙潛水的滲入補給。地表水與第四系孔隙潛水水力聯(lián)系較密切，間接補給下覆的基巖裂隙水。在枯水期，裸巖部位的基巖裂隙水沿裂隙滲出側向補給第四系孔隙潛水。

1.5 斷裂構造破碎帶的富水特征

礦區(qū)北側有正溝里～園咀大斷裂，南側為碨子壩～洮坪～禮縣斷裂帶，二者及礦區(qū)溝門前（李家壩）向斜、金山倒轉背斜構成了礦床的基本構造骨架。斷裂走向近東西向展布，礦區(qū)位于兩大斷裂之間，由于受兩大斷裂的影響，區(qū)內次一級斷裂構造非常發(fā)育，按其走向可分為近東西向的、北北東向的、北東向的?？碧絽^(qū)分布的斷層主要有F2、F1和F5。

F2斷層：產(chǎn)狀110°～130°＜40°～50°，為逆沖～平移斷層，形成時代晚于F1及F5，并將其錯斷。地表局部出露，斷層帶寬3m～10m。鉆孔中，僅有ZK19-5及ZK15-6將其揭露，視厚度約10m，斷層帶多由灰白色泥質物和斷層角礫組成，塌孔嚴重，泥質物和斷層角礫分別占70%和30%。角礫呈棱角狀或次棱角狀，主要為變質粉砂巖，礫徑0.2cm～2cm，個別可達4cm，磨圓度差。泥質物結構松散，遇水易泥化。因此，該地段導水性較差。

F1斷層：近東西走向，傾角30°～50°，出露于地表，為主要控礦構造。共有40個鉆孔將其揭露，斷層帶厚1m～6m，多由灰白色泥質物和斷層角礫組成，塌孔嚴重，泥質物和斷層角礫分別占75%和25%。角礫呈棱角狀或次棱角狀，主要為變質粉砂巖，礫徑0.2cm～3cm，個別可達4cm，磨圓度差，導水性較好。泥質物結構松散，遇水易泥化，導水性較差。

F5斷層：走向基本平行于F1，傾角約30°～55°，出露于地表，斷層帶寬1.70m～5.30m，共有35個鉆孔將其揭露。根據(jù)水文地質編錄，斷層帶多由斷層角礫及斷層泥等組成，斷層泥約占25%，斷層角礫約占75%，局部夾斷層角礫巖。斷層角礫巖主要成分為千枚狀板巖，泥鈣質膠結，礫徑0.1cm～1cm，次棱角狀，局部溶孔及溶蝕裂隙發(fā)育，漏水嚴重；斷層角礫礫徑0.3cm～2cm，導水性較好；斷層泥結構松散，遇水易泥化，導水性較差。

根據(jù)鉆孔簡易水文地質觀測，其他小斷層導水性很不均一，如鉆孔ZKE5611的41m～42m段斷層破碎帶漏失嚴重，單位漏失量達2666.6L/h.m。該孔126m～126.8m也為斷層帶，單位漏失量達1445.7L/h.m。除此外，其他鉆孔的斷層部位漏失量均不大。

2 礦井充水因素分析

礦區(qū)內分布的地表水主要有小峪河、張皮溝和竹園溝3條地表徑流。根據(jù)礦區(qū)水文地質條件和礦床開采方式，張皮溝和竹園溝流量較小，與礦區(qū)有分水嶺相隔，小峪河為礦區(qū)地下水的排泄邊界，因此，地表水對礦井充水影響小。由于采區(qū)擬采用露天開采的方式，大氣降水可直按匯到入露天采坑；另外，礦區(qū)地下水也可通過裂隙等導水通道涌入采坑，形成采坑涌水。因此，礦井充水因素主要是大氣降水和第四系孔隙潛水及基巖裂隙潛水。

3 礦區(qū)涌水量預測

3.1 礦區(qū)涌水量預測

采區(qū)位于金山礦段，以0線為界，分東西兩個采場。露天開采時，會破壞地下水流場，因此，采坑涌水量主要有兩部分組成，一是大氣降水匯入量，二是地下水涌水量。其中，大氣降水匯入量又分為兩部分，一部分是露天采坑降雨量，二是匯水面積范圍以內的匯入量。地下水中，第四系孔隙水僅限于老溝溝腦，因含水層厚度較小，范圍有限，疏干后可以忽略不計。因此，礦井地下水涌入量主要為基巖裂隙水。

采坑涌水量計算公式為：Q=Q1+Q2+Q3；

式中：Q—采坑總涌水量（m3/d）；Q1—地下水涌入量（m3/d）；Q2—采坑大氣降雨降入量（m3/d）；Q3—匯水面積范圍以內的匯入量（m3/d）；

礦井地下水涌水量，采用大井法計算。

（1）大井法計算公式如下：

Q1=1.366K··S（2H-S）/lg（R0/r0）R0=R+r0

r0=（F/π）1/2R=2S·（K·H）1/2

式中：Q1—露天采坑的地下水涌水量（m3/d）；K—滲透系數(shù)（m/d）；H—含水層厚度（m）；S—水位降深（m）；R0—引用影響半徑（m）；r0—井坑引用半徑（m）；R—影響半徑（m）；F—圓形采坑面積（m2）。

（2）大氣降雨匯入量計算公式為：

Q2=A·F1Q3=A·F2·Φ

式中：A—多年日降雨量（mm），日均降雨量取4，日最大降雨量值取76.20（取值系20年一遇計算數(shù)據(jù)，依據(jù)“頻率分析”）；F1—露天采坑面積（m2）；F2—匯水面積（m2），以露天采坑境界外第一分水嶺核定，南部適當折減；Φ—徑流系數(shù)，正常時取反求值0.2（不計蒸發(fā)），暴雨時取經(jīng)驗值0.3。

經(jīng)計算，一期露天采坑東采場正常涌水量為2945.44m3/d，特殊工況下，最大涌水量為35203.78m3/d；西采場正常涌水量為2513.41m3/d，特殊工況下，最大涌水量為32284.91m3/d。礦井涌水量計算圖如圖1及圖2。

圖1 東采坑礦井涌水量計算簡圖

圖2 西采坑礦井涌水量計算簡圖

3.2 單日最大降水量的頻率分析

根據(jù)所收集的43年的日最大降水量資料，采用數(shù)學期望公式計算，列表按下式計算：

式中：m—序號；n—日最大降水量系列總數(shù)；Cv—變差系數(shù)；Ki—模比系數(shù)；hi—各年日最大降水量（mm）?！髂耆兆畲蠼邓科骄担╩m）。

日最大降水量平均值：

變差系數(shù)：

圖解適線推求理論頻率曲線：將計算的經(jīng)驗頻率及相應的降水量點繪在頻率曲線上，并假定偏差系數(shù)的若干倍，求Qp=Kp（Kp由Cs、Cv在專用表格中查得），將計算的Qp及相應的頻率P（%）點繪在經(jīng)驗頻率曲線圖，視理論頻率曲線與經(jīng)驗頻率點據(jù)的配合情況，調整Cs與Cv的倍數(shù)，直至二者配合最佳并確定相應的理論頻率曲線。計算理論頻率曲線繪制如圖3。

圖3 日最大降水量頻率曲線圖

從頻率曲線可以看出，礦區(qū)枯水年日最大降雨量≤40mm，頻率占55%；平水年日最大降雨量介于40mm～60mm之間，頻率占30%；豐水年日最大降雨量＞60mm，頻率占15%。根據(jù)理論頻率曲線，求得各頻率的日最大降水量，P=10%（10年一遇）日最大降水量為66.10mm；P=5%（20年一遇）日最大降水量為76.20mm；P=2%（50年一遇）日最大降水量為88.83mm；P=1%（100年一遇）日最大降水量為97.67mm。

4 礦區(qū)水資源綜合利用評價

礦區(qū)水量較大的地表水體只有小峪河。小峪河從礦區(qū)西部由北向南流過，上游無大型用水單位，水質清澈，水量充沛，可作為首選供水水源地。因其存在輕度污染，在經(jīng)凈化處理后即可達到工業(yè)及民用用水要求。如遇枯水年，在小峪河不能滿足礦山用水要求時，小峪河流域的沖洪積孔隙潛水或桃坪河可作為第二水源地。礦床主要充水含水層富水性弱，單位涌水量小于0.1L/s·m，本礦床為以孔隙裂隙充水為主的礦床。