某金礦供水水源地水文地質(zhì)條件勘察及地下水資源量評(píng)價(jià)研究

吳立彬，朱興旺

(河北建設(shè)勘察研究院有限公司，河北 石家莊 050200)

在金礦礦區(qū)初步設(shè)計(jì)階段，水文地質(zhì)調(diào)查的主要目的是為礦井的開采提供可靠的水文地質(zhì)資料，重點(diǎn)評(píng)價(jià)開采期間井下涌水量、巖土層的豐水度、釋水能力等，以便在開采過程中采取相應(yīng)的工程防護(hù)措施，保障開采的安全進(jìn)行，而專門針對(duì)礦區(qū)的生產(chǎn)、生活用水的水源地勘察工作相對(duì)滯后，與供水有關(guān)的基礎(chǔ)試驗(yàn)研究資料較少，盲目采用前者的地質(zhì)勘察成果進(jìn)行水源地的水文地質(zhì)評(píng)價(jià)，無法確定礦區(qū)的水源開采方案，無法滿足供水水源設(shè)計(jì)要求[1-5]。

1 礦區(qū)基本概況

某金礦礦區(qū)位于河北省平泉縣，距離縣城約32 km。礦區(qū)屬于燕山山脈中段中-低山區(qū)，海拔范圍為508～825 m。研究區(qū)處于華北地臺(tái)北部燕山沉降帶興隆-寬城坳陷、承德-平泉復(fù)向斜南部，龍須門中生代斷陷盆地東北部邊緣，對(duì)燕山期巖漿活動(dòng)與成礦過程起控制作用的構(gòu)造是燕山弧形構(gòu)造帶，該帶由一系列的短軸背、向斜褶皺構(gòu)造組成。

區(qū)內(nèi)的新生界松散層較厚，覆蓋在中生界巖層之上，地層由上而下分別為新生界第四系、中生界侏羅系、元古界長(zhǎng)城系、薊縣系和太古界變質(zhì)巖系，其主要含水層為第四系洪積松散層孔隙含水層、長(zhǎng)城系和薊縣系巖溶裂隙含水層及斷層構(gòu)造裂隙含水帶。

大氣降水是礦區(qū)地下水的主要補(bǔ)給來源。地下水運(yùn)動(dòng)主要受地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等因素控制，地下水流向與地形坡度基本一致。地下水排泄以地下水徑流為主。

2 水文地質(zhì)鉆探施工技術(shù)

根據(jù)金礦礦區(qū)的物探資料、水文地質(zhì)條件和開采條件，本次確定了3個(gè)井位，施工水文地質(zhì)鉆孔3個(gè)，孔徑350 mm，井深均為210 m，完成鉆探工程量360 m，取水層位為第四系孔隙含水層和基巖裂隙含水層，對(duì)淺層的潛水含水層進(jìn)行封閉止水處理。

進(jìn)行水文地質(zhì)鉆探時(shí)，為最大限度地保證抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，所有鉆孔嚴(yán)格控制施工工藝，采用清水自然造漿鉆進(jìn)，嚴(yán)禁向孔內(nèi)倒土，嚴(yán)格控制泥漿粘度，盡量少堵塞或不堵塞含水層。上部較松散、易坍塌的不取水地層，使用跟管鉆進(jìn)。

在水文地質(zhì)鉆孔過程中，按照每個(gè)鉆進(jìn)回次進(jìn)行一次水文地質(zhì)簡(jiǎn)易試驗(yàn)，主要觀測(cè)每回次的孔內(nèi)水頭變化、沖洗液消耗量、泥漿含泥量等，并作詳細(xì)的全過程記錄。每鉆進(jìn)100 m、終孔時(shí)均丈量鉆具；在遇到地層變化、鉆進(jìn)異常時(shí)，核實(shí)鉆孔深度和鉆桿長(zhǎng)度，以定位出現(xiàn)水文地質(zhì)現(xiàn)象的孔深位置，比如溶洞、富水帶、滲漏層等。在進(jìn)行丈量的過程中，每50 m測(cè)量一次孔斜，合理的控制孔斜的程度。

下管后，采用動(dòng)水填礫法填礫。首先用清水稀釋孔內(nèi)泥漿，使孔內(nèi)返漿粘度下降到小于16 s，將已按要求攙和六偏磷酸鈉的礫料均勻連續(xù)的填入井管與孔壁之間的環(huán)隙中，直至超過過濾段5 m，礫料下沉密實(shí)后進(jìn)行止水封井。

封井后及時(shí)進(jìn)行洗井作業(yè)，以保證土層孔隙不被孔內(nèi)沖洗液堵塞，洗井的主要方法是拉活塞洗井和空壓機(jī)洗井反復(fù)交替進(jìn)行，拉活塞洗井采用送水拉活塞和強(qiáng)力拉活塞相結(jié)合，共計(jì)進(jìn)行了2個(gè)循環(huán)，經(jīng)測(cè)試井內(nèi)水的含泥量和含沙量逐漸減少，直至滿足設(shè)計(jì)要求；然后，采用空壓機(jī)震蕩洗井和清理孔底沉渣；最后，再用大型潛水泵進(jìn)行大降深強(qiáng)抽洗井，抽、停交替多次，直至抽水瞬間沒有混水，均徹底澄清為止。

經(jīng)過對(duì)整個(gè)施工鉆井工序過程最終的綜合評(píng)價(jià)，全部達(dá)到優(yōu)質(zhì)級(jí)別，在此基礎(chǔ)上開展抽水試驗(yàn)，從而真實(shí)地反映金礦的水文地質(zhì)情況。

3 水文地質(zhì)試驗(yàn)

3.1 抽水試驗(yàn)

鑒于本區(qū)有供水意義的含水層主要有第四系孔隙含水層和基巖裂隙含水層，本次對(duì)3個(gè)水文地質(zhì)井(分別為QSDZ1、QSDZ2、QSDZ3)進(jìn)行了一次降深穩(wěn)定流分層抽水試驗(yàn)，觀測(cè)頻率按非穩(wěn)定流觀測(cè)，其中QSDZ1為抽水井，QSDZ2和QSDZ3為觀測(cè)井。

抽水試驗(yàn)過程中，水量和水位的觀測(cè)是數(shù)據(jù)來源的重要途徑，因此，抽水井和觀測(cè)井均安裝了自動(dòng)水位計(jì)，確保抽水井、觀測(cè)井水位同時(shí)觀測(cè)的準(zhǔn)確性，抽水量采用超聲波流量計(jì)和堰箱兩種方法相互效驗(yàn)，觀測(cè)精度均滿足設(shè)計(jì)要求，有效保持了數(shù)據(jù)的真實(shí)性和有效性。

3.2 放水試驗(yàn)

為了證明含水層的富水性，3眼井均進(jìn)行了持續(xù)時(shí)間大于24 h的一次性全降深放水試驗(yàn)，將降深降低至最小。在進(jìn)行放水實(shí)驗(yàn)時(shí)，特別注重觀測(cè)時(shí)間以及相關(guān)數(shù)據(jù)的記錄。試驗(yàn)中，放水孔流量觀測(cè)的頻率，按照預(yù)估最大放水量的持續(xù)時(shí)間進(jìn)行計(jì)算時(shí)間間隔，起始階段為每30 min計(jì)量一次，達(dá)到3 h后，按每60 min計(jì)量一次進(jìn)行，直至放水結(jié)束。通過試驗(yàn)，使得對(duì)含水層的富水性有了進(jìn)一步了解和研究。

表1 水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算成果

3.3 水文地質(zhì)試驗(yàn)成果分析

含水層滲透系數(shù)是礦區(qū)水文地質(zhì)勘察中需要提供的重要參數(shù)之一，它反映了含水層在自然狀態(tài)下的透水能力，正確評(píng)價(jià)巖土層的滲透系數(shù)是計(jì)算含水層供水能力的重要前提。

根據(jù)本次水文地質(zhì)勘探結(jié)果，各個(gè)含水層在水平方向與垂直方向上與區(qū)域水文地質(zhì)條件基本一致，具有一定的承壓性。不考慮各含水層之間的水力聯(lián)系，采用穩(wěn)定流完整井公式進(jìn)行計(jì)算，具體的表達(dá)公式如下：

K=(0.366Q lg(R/r))/MS

(1)

式中：K為含水層的滲透系數(shù)，m/d；Q為水文地質(zhì)孔涌水量，m3/d；R為抽水井的影響半徑，m，由公式R=10S·K0.5確定；r 為鉆孔半徑，m；M為含水層厚度，m；S為水位降深，m。

根據(jù)本次抽水試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)及公式計(jì)算水文地質(zhì)參數(shù)如表1所示。

4 礦區(qū)地下水資源量評(píng)價(jià)

本工程采用均衡法計(jì)算和評(píng)估地下水資源量，以此確定水資源的豐富程度是否滿足礦區(qū)開采時(shí)的日常生活和生產(chǎn)用水需求。由于礦區(qū)供水水源地位于山間溝谷下游，山勢(shì)陡峻，溝谷發(fā)育，三面環(huán)山，地下水分水嶺的位置與地表水分水嶺基本一致；含水層的性質(zhì)主要為潛水和下部具有承壓性質(zhì)的孔隙水和裂隙水，地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件好，主要接受大氣降水補(bǔ)給，然后以潛流形式補(bǔ)給下游地下水，人工開采量較少，可以忽略不計(jì)。

5 結(jié)語

通過對(duì)某金礦供水水源地的水文地質(zhì)勘察項(xiàng)目，采用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)你@探及成井工藝，查明地下水的埋藏條件、水量及其隨時(shí)間的變化規(guī)律，并采用抽水試驗(yàn)和放水試驗(yàn)兩種方法有機(jī)的結(jié)合，獲得了基本的水文地質(zhì)參數(shù)，在此基礎(chǔ)上對(duì)地下水水資源進(jìn)行評(píng)價(jià)，為礦區(qū)新水源井的建設(shè)提供依據(jù)，也為礦區(qū)節(jié)約水資源、減少能源消耗、降低礦區(qū)生產(chǎn)成本提供經(jīng)濟(jì)可行、安全可靠的供水方案。