K礦礦山水文地質概念模型的建立

趙艷林，楊彥武

（西南有色昆明勘測設計（院）股份有限公司，云南 昆明 650000）

1 K礦水文地質特征概況

（1）礦山概況。K礦位于緬甸實皆省南部蒙育瓦鎮(zhèn)。該礦為一斑巖型銅礦，礦體賦存于蝕變安山斑巖、英安斑巖、火山熱液角礫巖內，其頂面近水平，呈波狀起伏，底面起伏較大。主礦體控制最大延伸長約1.4km，控制最大寬度約1km。礦床累計查明銅資源礦石量5.5億噸，銅金屬量180萬噸噸，銅平均品位0.33%，為一大型露天開采銅礦床。

（2）礦區(qū)地形地貌。礦區(qū)位于蒙育瓦盆地，為一內陸盆地，地勢平坦，其間零星散布有低山、丘陵。這些低山、丘陵環(huán)繞蒙育瓦盆地，以它們的分水嶺為界，組成了礦區(qū)的Ⅱ級水文地質單元。礦區(qū)處于蒙育瓦盆地Ⅱ級水文地質單元，屬平原地形地貌。

地勢較為平緩，總體地勢上呈現(xiàn)中間高四周低，西高東低，南高北低的特點，礦區(qū)最高點位于礦區(qū)西側佳敦塘山頂，標高799m，最低標高位于礦區(qū)北部雅瑪河，標高約575m，為礦區(qū)最低侵蝕基準面，相對高差224m。礦區(qū)現(xiàn)已剝離開采，境界線內的山頭已基本被削平并逐漸形成漏斗狀采坑，現(xiàn)狀采場標高465～625m，高差160m，現(xiàn)狀采場面積0.45km2。礦區(qū)為孤島狀山丘，周圍主要水系為欽敦江、雅瑪河，北側400m外為雅瑪河，東側約5 km為欽敦江，四周為第四系沖洪積平原，地勢較為平緩，其余多為季節(jié)性沖溝，且不甚發(fā)育。

（3）礦區(qū)氣象水文。礦區(qū)最高年平均氣溫37.9℃，最低年平均氣溫18.7℃，多年平均氣溫為攝氏28.3℃，多年平均降雨量約771.49mm，月平均降雨量約64.29mm，降雨主要集中在每年的8～10月份，多年平均年蒸發(fā)量約1341.95mm，多年平均年相對濕度75.36%。

礦區(qū)水系屬伊洛瓦底江水系，地表水體主要為欽敦江及雅馬河。欽敦江、雅瑪河河道平緩，水量充足，河床寬闊，河灘臺地地下水豐富。欽敦江為伊洛瓦底江上游最大的支流，雅馬河則為欽敦江的支流。

（4）礦區(qū)含（隔）水層（組）。該區(qū)出露地層巖性主要為第四系坡（沖）洪積層、火山碎屑巖、砂巖等地層及安山斑巖、英安斑巖、黑云母安山斑巖等。根據各自的巖性變化及其富水性的差異，依次分為：第四系全新統(tǒng)松散孔隙含（透）水層（I）、第四系更新統(tǒng)坎崗組砂巖裂隙中等含水層（Ⅱ）、新近系上中新統(tǒng)馬吉崗組火山碎屑巖裂隙弱含水層（Ⅲ）、新近系上中新統(tǒng)安山斑巖-英安斑巖淋濾帽裂隙弱-中等含（透）水層（Ⅳ）、新近系上中新統(tǒng)安山斑巖-英安斑巖裂隙弱含水層（Ⅴ）。

2 礦區(qū)水文地質邊界條件

北部邊界：雅瑪河河岸線構成了礦區(qū)地下水系統(tǒng)的北部邊界。北側為雅瑪河，下伏基巖為安山斑巖，透水性弱。上覆第四系沖洪積層，巖性主要為礫砂、含礫粗砂、粉砂質粘土，厚度約3～80m，富水性強，透水性中等，接受雅瑪河水的補給[1]。

西部邊界：以佳敦塘—盧世山山脊形成的次級分水嶺為界，地形標高580～799m。

南部邊界：為外推的無限邊界，外推至礦床疏干影響半徑范圍以外，距離采坑終了境界線約1km。下伏基巖為坎崗組砂巖，富水性中等，透水性弱-中等。上覆第四系殘坡積、坡洪積層，巖性主要為含（混）角礫碎石粉質粘土、碎石土，其厚度為0.50～10m，平均厚約3.0m，透水性強，富水性弱。

東部邊界：為外推的無限邊界，外推至東側礦床疏干影響半徑范圍以外，距離東部采坑終了境界線約1.5km。下伏基巖為坎崗組砂巖，富水性中等，透水性弱-中等。上覆第四系殘坡積、坡洪積層，透水性強，富水性弱，為區(qū)域地下水排泄方向。

區(qū)內西側分布一地表溪流，與附近地下水之間聯(lián)系密切；現(xiàn)狀S坑，開采地下水；尾礦池和暴雨池對局部地下水有補給，K坑開采地下水。

圖1 礦區(qū)水文地質邊界示意圖

3 含水層結構概化及分區(qū)

為建立模擬區(qū)地下水流模型，需要將復雜的天然地質體進行概化，獲得原問題的概念模型。礦區(qū)含水系統(tǒng)主要包括第四系孔隙含水層和基巖裂隙含水層，根據各含水層水文地質特性的差異主要分為6個含（透）水層。本次模擬將各含水層進行合并概化處理，劃分為不同的水文地質分區(qū)。

（1）西側佳敦塘—盧世山至S、K礦坑、北側雅馬河至K礦坑區(qū)域，上覆為第四系殘坡積、坡洪積松散孔隙弱—強含（透）水層（ⅠA）、新近系上中新統(tǒng)安山斑巖-英安斑巖淋濾帽裂隙弱-中等含（透）水層（Ⅳ），下伏為新近系上中新統(tǒng)馬吉崗組火山碎屑巖裂隙弱含水層（Ⅲ）及新近系上中新統(tǒng)安山斑巖-英安斑巖裂隙弱含水層（Ⅴ）。由于IA含水層均位于地下水位之上，厚度較薄；Ⅳ含水層位于潛水位變動帶，大部分已經被剝離，僅局部殘留；Ⅲ含水層與Ⅴ含水層滲透性、含水性差異不大；同時由于IA含水層、Ⅳ含水層與Ⅲ含水層、Ⅴ含水層之間無相對隔水層，滲透性差異不大，具有統(tǒng)一水力聯(lián)系面，因此在含水層分區(qū)概化處理時將IA含水層、Ⅳ含水層、Ⅲ含水層與Ⅴ含水層概化處理為一層含水層組。

14.拓展創(chuàng)新公證服務民營企業(yè)工作。監(jiān)督指導公證機構認真辦理企業(yè)并購、招標投標、知識產權、拍賣、提存、抵押等公證業(yè)務，加大對中小企業(yè)融資貸款的公證服務力度，規(guī)范交易行為，防范非法集資風險，維護民營企業(yè)的合法權益。積極開展公證服務知識產權保護，圍繞“一帶一路”建設等國家重大戰(zhàn)略，推動建立“一帶一路”沿線國家和地區(qū)公證服務知識產權保護合作機制。在有條件地區(qū)開展民營企業(yè)公證服務知識產權保護試點，遴選培育第二批若干家公證服務知識產權保護示范機構。

（2）南側模擬邊界至S、K礦坑區(qū)域，上覆為第四系殘坡積、坡洪積松散孔隙弱—強含（透）水層（ⅠA），位于地下水位之上，厚度較?。幌路鼮榈谒南蹈陆y(tǒng)坎崗組砂巖裂隙中等含水層（Ⅱ），兩者之間無相對隔水層，滲透性差異不大，具有統(tǒng)一水力聯(lián)系面，因此在含水層分區(qū)概化處理時將IA含水層、Ⅱ含水層概化處理為一層含水層組。

（3）第四系沖、洪積松散孔隙強—中等含（透）水層（ⅠB）主要分布于雅馬河河流兩側，局部延伸至S礦坑及K礦最終采坑東北角位置。鄰近雅馬河區(qū)域（模擬區(qū)東北側）100m范圍內厚度較大（大于50m），滲透性較好；而靠近礦坑位置厚度較小，一般10m左右，且多充填黏性土，滲透性與下部坎崗組砂巖含水層（Ⅱ含水層）差異不大，受采坑疏干影響，局部已位于潛水面之上。兩者之間無相對隔水層，具有統(tǒng)一水力聯(lián)系面[2]。

綜上所述，礦體主要賦存于安山斑巖裂隙含水層，裂隙含水層透水性受裂隙發(fā)育規(guī)律的控制具有明顯的水平和垂直分帶特征，礦區(qū)主要裂隙發(fā)育方向與構造應力方向基本一致，走向北東，傾向南東，以垂直裂隙為主，其它方向不規(guī)則發(fā)育幾組次級裂隙，受裂隙發(fā)育規(guī)律的影響，垂向滲透性與水平方向滲透性差異較大，滲透特征沿方向變化大，含水層除接受大氣降雨補給外，還接受雅瑪河側向入滲補給。隨著礦山的開采，含水系統(tǒng)地下水特征也將產生一定的變化。因此，礦區(qū)含水系統(tǒng)可概化為潛水非均質各向異性的三維非穩(wěn)定流。

本次將模擬區(qū)內的含水層結構，垂向上可概化為2層，平面分區(qū)概化為3個區(qū)域，如圖2、圖3所示。

圖 2 第一層含水層分區(qū)示意圖

圖 3 第二層含水層分區(qū)示意圖

4 水文地質概念模型的建立

礦山開采前區(qū)內含水巖組的補給是從西、南、北三個方向接收補給徑流，主要補給來源為大氣降水及雅瑪河水側向補給，進入含水層的大氣降水及地表水，極小部分會被蒸發(fā)蒸騰作用所消耗，排泄的主要形式是北側及東北側往雅瑪河徑流、排泄，東側往欽敦江徑流、排泄；隨著K礦的生產，局部補給、徑流、排泄條件發(fā)生了改變，2017年年底現(xiàn)狀采坑K礦開采深度已達160m。采坑周邊各含水巖組的補給已由原從西、南、北三個方向接收補給徑流變?yōu)橐圆煽訛橹行膹母鱾€方向接收補給徑流，此時排泄的主要形式轉變?yōu)槁短觳煽拥氖韪伞?/p>

故此，通過分析、研究工作區(qū)水文地質條件，根據前兩節(jié)對模擬區(qū)范圍及水文地質邊界條件、礦區(qū)含水層的概化和各含水巖組補給、排泄形式的分析結論，現(xiàn)建立模擬區(qū)水文地質概念模型（圖4）。

圖4 水文地質概念模型三維示意圖

（1）計算區(qū)。計算區(qū)西側邊界以佳墩塘——盧世山等次級分水嶺為界，為隔水邊界；北側邊界以雅瑪河為界，東側邊界以采坑降落漏斗可能影響范圍為界，南側邊界以采坑降落漏斗可能影響范圍為界。

（2）邊界條件概化設定如下：① 西側邊界：以佳墩塘——盧世山等次級分水嶺為界，為隔水邊界；② 北側邊界：以雅瑪河為界，雅瑪河與含水層有密切的水力聯(lián)系，設定為已知水頭邊界；③ 南側邊界：以采坑降落漏斗可能影響范圍為界，由于該邊界平行于區(qū)域地下水流向，設定為已知水頭邊界；④ 東側邊界：以采坑降落漏斗可能影響范圍為界，由于該邊界位于模擬區(qū)地下水排泄方向，垂直于地下水等水位線，為區(qū)內地下水流出的邊界，設定為已知流量邊界。⑤ 頂邊界：頂邊界為潛水面，接受大氣降雨的補給，其補給量隨降雨量的變化而變化。⑥ 底邊界：設計采礦終了底標高為185m，本次以100m標高水平為模擬底邊界，設定為相對隔水邊界。⑦ 區(qū)內西側分布的地表溪流、S坑、尾礦池和暴雨池等地表水體，與附近地下水之間聯(lián)系密切；設定為已知水頭邊界。⑧ K坑開采地下水，已形成降落漏斗，設定為定水頭邊界。

（3）水文地質特征 。①含水層 。本次將模擬區(qū)內的含水層結構，垂向上可概化為2層，平面分區(qū)概化為3個區(qū)域。計算區(qū)含水層主要為第四系潛水含水層與下部基巖潛水含水層，兩者具有統(tǒng)一水力聯(lián)系，且與區(qū)外具有統(tǒng)一的水力聯(lián)系，計算時概化為一個統(tǒng)一的雙層含水層。②地下水流動特征。區(qū)內孔隙潛水與下部裂隙含水層連通均較好、具有統(tǒng)一的徑流場，但受裂隙發(fā)育規(guī)律的影響，垂向滲透性與水平方向滲透性差異較大，滲透特征沿方向變化大，確定層組的為非均質、各向異性，水流為非穩(wěn)定流、潛水。本區(qū)地下水處于開采狀態(tài)之下，地下水運動存在三維流。故此，模擬區(qū)含水系統(tǒng)可概化為潛水非均質各向異性的三維非穩(wěn)定流。③地下水補給、排泄和動態(tài)特征 。根據本區(qū)水文地質條件分析可知，礦區(qū)內地下水的主要補給項為大氣降雨入滲、河流入滲、地表水體入滲，主要排泄項有潛水蒸發(fā)、礦坑抽排水、河流排泄、側向徑流等[3]。

（4）水文地質參數分區(qū)。將參數概化為隨時間不變；根據模擬區(qū)抽水試驗資料的計算結果、含水層分布規(guī)律、地下水天然流場及人工干擾流場等，進行參數空間分區(qū)，分為2層，3區(qū)。