王 巖 田廣明

1.吉林省地礦勘察設(shè)計(jì)研究院，吉林長春，130021 2.遼寧工程勘察設(shè)計(jì)院，遼寧錦州，121000

磐石石咀銅礦位于吉林省中南部哈達(dá)嶺東南側(cè)的丘陵地帶，原為日偽時(shí)期的舊礦山，解放后閉坑。目前對(duì)礦山330m中段至995m中段（即：標(biāo)高為+30m～-630m）重新勘查開發(fā)利用。包括：1號(hào)主礦體介于7線北至11線并適當(dāng)向北延伸，該區(qū)段上下無采空區(qū)；1～7號(hào)礦體在原有采空區(qū)上盤距采空100m左右。礦體賦存于石咀子組【1】大理巖、硅質(zhì)條帶大理巖中，巖石溶隙、溶洞較發(fā)育，地質(zhì)條件復(fù)雜。查明礦床充因素，預(yù)測坑道涌水量，對(duì)礦山開發(fā)建設(shè)有重要意義。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

礦區(qū)構(gòu)造單元屬于吉林復(fù)向斜之雙陽-磐石褶皺束中部的磐石-明城背斜的東翼。區(qū)內(nèi)經(jīng)歷了多期多階段構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，巖漿活動(dòng)頻繁，斷裂活動(dòng)強(qiáng)烈。地層主要由第四系（Q4）、二疊系壽山組（P1s）和石炭系上統(tǒng)石咀子組（C3s2）組成。第四系覆蓋礦區(qū)大部，巖性為砂卵石層和粘性土。二疊系壽山組巖性為砂板巖夾凝灰質(zhì)砂巖及灰?guī)r透鏡體，地層走向北西，傾向北東，傾角在75～80°。石咀子組厚約1100m，巖性以碳酸巖為主，泥質(zhì)巖石次之，地層呈單斜結(jié)構(gòu)，向北東東傾斜，傾角在75°以上。上段為厚層碳質(zhì)板巖夾灰白色大理巖，分布于礦區(qū)東部；中段為灰色硅質(zhì)大理巖，薄層大理巖夾絹云母片巖段，分布于礦區(qū)中部，為主要含礦段；下段為灰白色條帶狀大理巖及灰色板巖夾長石砂巖段，分布于礦區(qū)西部。

礦區(qū)內(nèi)的巖漿巖有印支早期—華力西晚期花崗閃長巖（γβ52-1）及酸-中基性的巖墻巖脈。前者呈巖基狀分布于礦區(qū)的兩側(cè)，與區(qū)域的大片黑云母花崗巖為一體。巖墻巖脈多分布在互層帶內(nèi)礦體附近，并呈平行產(chǎn)出，構(gòu)成帶狀巖墻群，遠(yuǎn)離互層帶及礦體者，則呈單體出現(xiàn)。

區(qū)內(nèi)近南北向和近東西向斷裂發(fā)育。近南北向斷裂傾向西，傾角80°左右，斷裂面較平直，規(guī)模較大，幅寬約10～50m，向下延深在1500m以下，為區(qū)內(nèi)主要的控礦構(gòu)造。近東西向斷裂分布在六間房和西溝地區(qū)，走向近東西，穿過了南北向控礦構(gòu)造帶，傾角較陡，斷層表現(xiàn)為張扭性。

2 礦區(qū)水文地質(zhì)特征

2.1 水文地質(zhì)背景

礦區(qū)屬于寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，地貌屬于丘陵地帶，地勢自西向東傾斜，區(qū)內(nèi)最高標(biāo)高415m。東側(cè)為富太河沖積平原，地形相對(duì)平緩，最低海拔高度342.5m。礦區(qū)地表水系較發(fā)育，其中圈嶺河、西溝河過南北向控礦構(gòu)造帶，當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面標(biāo)高340m。

圈嶺河：位于礦區(qū)北，距明井260m處由西向東橫向穿過，匯入富太河，最大流速0.40m/s，最大流量 0.446m3/s，平均流量 0.054m3/s，兩側(cè)有較大面積的沼澤地。西溝河：位于本區(qū)南側(cè)，溝谷開闊，地形較平坦，季節(jié)性小河，距老大井700m處由北西向南東流過，匯入富太河，最大流速0.50 m/s，流量0.051 m3/s。

2.2 水文地質(zhì)條件

2.2.1 含水層 根據(jù)礦區(qū)的地層巖性、地下水動(dòng)力特征及地下水的賦存條件將含水層分為四種類型，詳見圖1。

圖1 石咀銅礦礦區(qū)水文地質(zhì)圖Fig.1 Hydrogeological map of Shizui copper mine

（1）第四系松散孔隙潛水 分布于河谷地帶砂卵石層中，與河水聯(lián)系密切，大氣降水及鄰區(qū)地下水側(cè)向入滲補(bǔ)給，逕流條件良好，以補(bǔ)給河水方式排泄。含水層厚度20～30m，出露泉最大涌水量 10L/s，含水層單位涌水量 0.15～0.25L/s·m。該含水層富水性【2】中等，與深層裂隙巖溶水有著密切的水力聯(lián)系，水化學(xué)類型為重碳酸鈣鎂型水。

（2）基巖風(fēng)化裂隙水 賦存于巖漿巖及沉變巖類風(fēng)化帶的裂隙中，分布礦區(qū)大部分地段。含水層厚度受控于風(fēng)化層厚度變化，一般8～30m，下部風(fēng)化較弱的巖體具有隔水作用。接受大氣降水及上覆第四系松散孔隙潛水補(bǔ)給，地下徑流方式排泄，受季節(jié)影響水量變化大，出露泉涌水量0.071～0.349L/s。含水層富水性、透水性、導(dǎo)水性較差，為弱富水性含水層，水化學(xué)類型為重碳酸鈣鈉型水。

（3）基巖構(gòu)造裂隙水 賦存于成礦后的斷裂及巖層構(gòu)造裂隙中，富水程底受地形地貌、構(gòu)造裂隙發(fā)育程度及大氣降水控制，接受上覆含水層的補(bǔ)給。礦區(qū)主要斷裂有：近東西走向六間房兩條斷裂（F1-1、F1-2），傾向南；西溝兩條斷裂（F2-1、F2-2），走向近東西，傾向北。這四條斷裂不直接穿過礦體，但穿過了南北向控礦構(gòu)造帶，且成礦后活動(dòng)時(shí)間較長，構(gòu)通了地表水、淺部地下水與深部基巖地下水之間水力聯(lián)系，并形成了深部地下水補(bǔ)給通道，同時(shí)也使部分地段礦體頂?shù)装迤扑椤?/p>

另外坑道及礦體局部地段被北東向、北西向和近東西向的次一級(jí)斷層錯(cuò)斷。斷層規(guī)模小，但局部成群分布，裂隙發(fā)育深度最大數(shù)十米，破碎帶富水性中等，涌水量約1L/s。

總體來看礦區(qū)內(nèi)東西向的六間房斷層和西溝斷層為較大的含水體，地下水靜儲(chǔ)量較大，導(dǎo)水性良好。其他斷裂、構(gòu)造裂隙規(guī)模小，富水量有限，導(dǎo)水性一般。

（4）碳酸鹽巖裂隙巖溶水 石咀子組大理巖、硅質(zhì)條帶大理巖為礦體的圍巖，分布于第四系含水層之下，巖石溶隙、溶洞較發(fā)育。加上構(gòu)造（斷裂、構(gòu)造裂隙）發(fā)育成為地下水活動(dòng)的良好通道，為碳酸鹽巖溶洞水提供了充沛的補(bǔ)給來源，因而構(gòu)成礦區(qū)的裂隙溶洞含水層。該含水層厚度約650m，其中590m以上導(dǎo)水性、富水性強(qiáng)，地下水以水平和垂向運(yùn)動(dòng)為主。巖石溶隙、溶洞及成礦后的構(gòu)造裂隙直接連通了第四系松散層中的孔隙潛水，含水層涌水量約8.3L/s。

590m以下地下水富水性中等，地下水以垂向滲流運(yùn)動(dòng)為主，采礦的坍塌的坑道、豎井以及鉆孔為地下水垂向運(yùn)動(dòng)的人為通道。650m以下基巖裂隙不發(fā)育，坑道多干燥，地下水多以滴水形式出現(xiàn)，個(gè)別掌子面有沿炮眼間斷的指形小股水流出現(xiàn)，且時(shí)間持續(xù)很短，地下水以垂向運(yùn)動(dòng)為主，屬弱含水層。

地下水水化學(xué)類型上部為重碳酸鈣鎂水，710m中段及以下為重碳酸鎂鈣水。

2.2.2 隔水層 礦體頂?shù)装逯苯訃鷰r以矽卡巖、大理巖、中酸性脈巖為主，巖溶、斷層破碎帶及構(gòu)造裂隙發(fā)育地段為富水地段，其他地段相對(duì)隔水。礦帶西側(cè)為海西期花崗巖，風(fēng)化帶以下巖體完整巨厚；東側(cè)以板巖為主，傾向西傾角 80°左右，巖體完整性較好，透水性、富水性差，成為礦床東西兩側(cè)的隔水層。

3 地下水補(bǔ)給徑流與排泄

自然狀態(tài)下礦區(qū)內(nèi)含水層主要接受大氣降水補(bǔ)給，圈嶺河、西溝河和富太河支流從礦區(qū)流過。礦區(qū)地勢相對(duì)較平坦，覆蓋層較厚，徑流條件良好，大量的降水滲入地下，通過地下徑流補(bǔ)給河水或通過礦區(qū)向下游徑流。

礦區(qū)裂隙水、巖溶水含水層分布連續(xù)，隱伏于第四系松散砂卵石層之下。原礦床開采坑道排水，松散孔隙潛水的水位形成了以新大井為中心向南2000m至王家溝，向北1500m至六間房的南北長約3500m，東西寬約450m的不對(duì)稱的潛水降落漏斗。漏斗范圍和形狀，與直接隱伏于其下的大理巖和斷層破碎帶走向基本一至。說明潛水與基巖構(gòu)造裂隙水、巖溶水之間有直接的水力聯(lián)系【3】，人工降水改變了地下水徑流與排泄方式。

4 礦坑充水因素

在大理巖層的周圍分布著巖漿巖和沉變巖，巖體巨厚，僅有微弱的風(fēng)化裂隙水，尚不足以形成涌水量較大的水源?？拥纼?nèi)涌水來源于第四系砂卵石層潛水，巖層中的斷裂和溶洞是地下水循環(huán)的通路，同時(shí)其本身也儲(chǔ)藏著大量的地下水。

坑道內(nèi)匯水條件：根據(jù)原礦山生產(chǎn)期坑內(nèi)水文地質(zhì)調(diào)查，深層水的活動(dòng)主要是在巖層的構(gòu)造破碎帶中，破碎帶在平面上的分布、走向與巖層走向基本一致。屬層間裂隙，為地層褶皺時(shí)形成的多羽狀開型。由于地下水的活動(dòng)，不斷溶蝕和沖刷，使裂隙漸之?dāng)U大成溶洞，成為地下水良好的通路，采掘過程中發(fā)現(xiàn)較大的溶洞，詳見表1。

表1 大理巖溶洞調(diào)查表Table 1 Questionnaire of marble cavern

區(qū)內(nèi)巖層傾向較陡，構(gòu)造發(fā)育，風(fēng)化裂隙與構(gòu)造裂隙密切分布，大理巖巖溶發(fā)育并與裂隙相通，裂隙基本無填充，給地下水的垂向和水平方向運(yùn)動(dòng)構(gòu)成了良好的運(yùn)移條件。地表水、潛水與深部地下水通過斷層、裂隙和溶洞聯(lián)系，使下部含水層水量豐富。坑道施工發(fā)現(xiàn)590m中段開拓后，上部各中段的出水點(diǎn)先后干涸，590m中段巷道涌水量顯著增加。而下部中段開拓后，650m以下各中段涌水量顯著減少。590m中段向上至潛水面為地下水經(jīng)常循環(huán)帶【4】，650m 中段以下為遲緩循環(huán)帶，590m中段至650m中段為上述二者過渡帶?？拥乐饕渌蛩貫閿鄬?、構(gòu)造裂隙和溶洞溝通了地表水、淺部地下水與深部地下水之間的水力聯(lián)系，屬于水量豐富的巖溶直接充水礦床。

5 礦坑涌水量

5.1 坑道涌水特點(diǎn)

（1）涌水量隨季節(jié)而變化 根據(jù)以往生產(chǎn)期間資料，本坑坑內(nèi)涌水鑒于潛水所補(bǔ)給，而潛水與大氣降水關(guān)系密切，不同季節(jié)坑道涌水量見表2。

表2 1953～1958年度涌水量統(tǒng)計(jì)表 （單位m3/min）Table 2 Statistical table of water yield from 1953 to 1958 (m3/min)

從表2可見坑道涌水量變化滯后大氣降水量變化約兩個(gè)月，本區(qū)年降水量以7、8月份為最多，而坑內(nèi)涌水量有顯著增加則是9、10月份。大氣降水約通過兩個(gè)月左右的時(shí)間滲流到300～400m深的坑道中，這種涌水變化在390m以上顯著，當(dāng)涌水點(diǎn)在530m、590m中段時(shí)表現(xiàn)不太明顯。

（2）不同地段涌水量不均 巖層中的斷裂、裂隙和溶洞是地下水循環(huán)的通道，同時(shí)其本身也儲(chǔ)藏著大量的地下水。當(dāng)含水帶被坑道或鉆孔揭露時(shí)，涌水量一般較大，特別是溶洞被揭露時(shí)更為嚴(yán)重。如在150m中段南沿坑道打至裂隙溶洞的下部時(shí)，地下水以 1.6m3/s的水量沖破坑道頂板而出，在十幾個(gè)小時(shí)內(nèi)淹沒了整個(gè)坑道。其它破碎地段涌水量也較大，通常在 8.3L/s，但是也有的地段涌水量相差懸殊，充水程度完全取決于巖層的斷裂、裂隙和溶洞的發(fā)育程度。雖然含水層富水程度分布在總的方面是有規(guī)律的，但是對(duì)于局部地段來說卻表現(xiàn)了不均勻性，造成涌水程度上的差別。

（3）不同深度涌水量不同 坑內(nèi)各中段涌水量和涌水點(diǎn)隨采掘深度增加而減少。地下水的活動(dòng)在400m以上最為活躍，水量充足，徑流條件好。在此范圍內(nèi)坑道涌水點(diǎn)多、涌水量大；590m到650m中段的涌水量變化不大且比較穩(wěn)定， 650m中段以下富水性微弱，未有較大涌水點(diǎn)（表3）。

表3 330～770m各中段涌水量統(tǒng)計(jì)表 （單位m3/min）Table 3 Statistical table of water yield for the level at 330～770m (m3/min)

5.2 坑道涌水量預(yù)測

根據(jù)上述坑道充水因素、坑道位置和以往觀測統(tǒng)計(jì)資料，分段對(duì)坑道涌水量進(jìn)行預(yù)測估算：330m 中段坑道涌水量為 0.65～1.44Wm3/d；390m 中段坑道涌水量為 0.94～1.64Wm3/d；590m 中段坑道涌水量為 0.60～2.16Wm3/d；650m中段坑道涌水量為0.39～0.58Wm3/d；650m中段以下坑道涌水量小于 0.69Wm3/d。累積疊加650m中段以上各坑道涌水總量最大為：5.82Wm3/d，最小2.58W m3/d。

6 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

（1）磐石銅礦礦床位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以下，屬于地下井巷開采，礦坑充水來源為大理巖裂隙溶洞水，屬于以溶洞為主的巖溶直接充水礦床。

（2）坑道主要充水因素為斷層、構(gòu)造裂隙和溶洞溝通了地表水、淺部地下水與深部地下水之間的水力聯(lián)系。

（3）坑道590m中段向上至潛水面為地下水經(jīng)常循環(huán)帶，水量豐富；650m中段以下為地下水遲緩循環(huán)帶，水量微弱；590m中段至650m中段為上述二者過渡帶，富水性水中等。

（4）磐石銅礦水文地質(zhì)條件復(fù)雜，地下水循環(huán)途徑隨深度變化由多樣性逐漸向單一垂向過渡，坑道涌水量隨采礦深度增加呈非線型遞減趨勢。

1 吉林省地質(zhì)礦產(chǎn)局.吉林省區(qū)域地質(zhì)志［M］.北京：地質(zhì)出版社，1988.

2 GB 12719-91，礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范［S］.

3 王宏珍. 逍遙村水源地巖溶水系統(tǒng)與孔隙水系統(tǒng)關(guān)系淺析［J］.河南國土資源1998，（02）.

4 夏雨波，謝海蘭，王冰，等.地下水循環(huán)演化模式及研究方法［J］.地質(zhì)調(diào)查與研究2012，（04）.