劉國(guó)斌，南鵬軍

（甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 天水 741020）

隨著甘肅省平?jīng)鍪谐缧趴h礦山擴(kuò)建工程規(guī)模日益壯大，不斷將開(kāi)挖向深部延伸標(biāo)高，在礦區(qū)里出現(xiàn)了不斷涌水的問(wèn)題，并逐漸嚴(yán)重[1]。根據(jù)之前的水文地質(zhì)和礦山工程施工的初始數(shù)據(jù)，甘肅省平?jīng)鍪谐缧趴h區(qū)域內(nèi)的礦山水文地質(zhì)條件復(fù)雜，地下水流很小，礦井工程建設(shè)過(guò)程中，對(duì)工程進(jìn)度造成影響的主要為地表水[2]。針對(duì)上述問(wèn)題，需要長(zhǎng)期關(guān)注礦山深部開(kāi)采的安全性，尤其是在部分礦井深部開(kāi)采項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，研究礦山深部開(kāi)采區(qū)的水文地質(zhì)條件對(duì)采礦作業(yè)的影響，分析復(fù)雜水文地質(zhì)形成原因。

1 甘肅省平?jīng)鍪械V山水文地質(zhì)條件類(lèi)型

甘肅省平?jīng)鍪械貐^(qū)降水量受氣候和季節(jié)影響[3]。甘肅省平?jīng)鍪械牡叵聝?chǔ)水量相對(duì)較小，因?yàn)槠經(jīng)鍪袑儆诟珊档貐^(qū)，一年內(nèi)的降水量較少，最大降水量在485.52mm左右。甘肅平?jīng)龅貐^(qū)地下水界線(xiàn)不清晰，屬于降水型排水補(bǔ)給，地下水的PH值一般都在7.5-8.5之間，是一種弱堿性水，水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)處于國(guó)家Ⅱ類(lèi)。斷層的上半部分屬于西岸比較靠南的地方，此區(qū)域被分類(lèi)為第四系厚度區(qū)域，關(guān)鍵存在的地層以細(xì)小的顆粒沉積為主要構(gòu)造成分，巖性由亞砂土和粉細(xì)砂礫石等分類(lèi)組成。在靠北部的東岸第四系厚度普遍要比巖性顆粒大一些，而且觀察其機(jī)理出現(xiàn)了緩慢變粗的轉(zhuǎn)變，由亞砂和土砂礫石及卵礫石等石塊兒構(gòu)成。上下盤(pán)之間在斷層的影響下巖性顆粒的粒度難以均勻遍布，厚度存在差異較大，第三系的上下盤(pán)之間的上伏基底巖性絕大部分都要高于第四系的泥砂巖結(jié)構(gòu)。該地區(qū)地下水波動(dòng)與地形變化的程度大致相同，水文地質(zhì)存在的坡度較大，所以?xún)?chǔ)水相對(duì)來(lái)說(shuō)比較困難，地下水連續(xù)排水，地區(qū)地下水流量與地區(qū)地形相互制約。除此之外，氣候降水也會(huì)影響到地下水的水位，甘肅平?jīng)龅牡叵滤柡投纫矔?huì)隨著季節(jié)的變化而不斷變化狀態(tài)，在雨季的時(shí)候地下水位會(huì)增加高度，非雨季地下水位會(huì)降低高度。地形和地表水是水文地質(zhì)分析研究的關(guān)鍵點(diǎn)，地下水位的勘查占主導(dǎo)地位。

根據(jù)含水層孔隙特征和水動(dòng)力場(chǎng)特征，可將區(qū)域內(nèi)地下水分為以下幾種類(lèi)型：

（1）第四系松散巖孔隙水：主要分布于礦區(qū)西部的潮水盆地、前傾斜山平原以及河谷地區(qū)。在礦區(qū)以北的盆地地區(qū)由第四系厚度較大的砂礫層構(gòu)建而成，經(jīng)過(guò)斷層之后的地下水流形成地下滴水，埋深水位一般在14.5m之上的位置。在傾斜前山平原，地下水主要以單一潛水形式存在，水位深度小于22m。含水層由第四紀(jì)上新世洪積及洪積砂礫石組成，一般為圓度大、結(jié)構(gòu)疏松，含水層厚度在15m左右。除此之外，甘肅地區(qū)的天然水沒(méi)有顏色，直觀起來(lái)沒(méi)有任何的污染物，看起來(lái)澄澈透明特別干凈，礦化硬度以及存在的微量元素都符合國(guó)家天然礦物質(zhì)水的標(biāo)準(zhǔn)，也全部符合國(guó)家飲用水的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則?？梢钥闯龈拭C平?jīng)鍪械V山內(nèi)的天然水水質(zhì)很好，沒(méi)有受到開(kāi)采礦山的污染和影響。

（2）巖裂碎屑孔隙水：主要分布在平?jīng)鍪谐缧趴h附近，賦存于第三系侏羅系砂巖和礫巖砂巖裂孔隙內(nèi)。含水層劃分會(huì)受到地理環(huán)境及地層斷裂構(gòu)造的影響，通常情況下水位深的區(qū)域地勢(shì)較高，地下水出現(xiàn)溢流主要因?yàn)榈貏?shì)較低，單泉流量一般為0.15～3.50 l/s。

（3）基巖裂隙水：在平?jīng)龅V區(qū)區(qū)域水文地質(zhì)中，這種基巖裂隙水廣泛分布于礦區(qū)。侵入礦石風(fēng)化位置的地質(zhì)構(gòu)造、風(fēng)化裂隙與地層產(chǎn)狀有一定關(guān)聯(lián)性。因地層裂縫分布不均勻，導(dǎo)致裂隙水分布不均勻。相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，裂縫水在基巖中的埋深普遍小于裂縫水埋深。

（4）地層斷裂帶的裂隙水：分布范圍大。歷經(jīng)多期次地地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)后，地層發(fā)育狀況優(yōu)良。元古界地質(zhì)礦物與加里東期地質(zhì)礦物出露明顯，經(jīng)過(guò)實(shí)地勘探發(fā)現(xiàn)區(qū)域儲(chǔ)水狀況較好。北西向擠壓斷裂延伸20km左右，上盤(pán)構(gòu)造斷裂帶發(fā)育，導(dǎo)水、儲(chǔ)水條件較好。在甘肅地區(qū)礦山持續(xù)開(kāi)采的情況下，地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題日漸凸顯，這與地質(zhì)構(gòu)造發(fā)生變化有著不可分割的關(guān)聯(lián)。

2 甘肅平?jīng)鍪械V山水文地質(zhì)條件復(fù)雜化

2.1 水文地質(zhì)條件復(fù)雜化評(píng)估

礦區(qū)地下水補(bǔ)給的主要來(lái)源是甘肅平?jīng)鰠^(qū)域的地下潛流和滲入灌溉的農(nóng)田用水，一般在雨季爆發(fā)的時(shí)候出現(xiàn)微弱的降水補(bǔ)給滲入。松散砂礫卵石層的重要性接受區(qū)，一般在農(nóng)田灌溉上游段時(shí)滲入地下水庫(kù)，這些滲漏形成沿著河邊向東南方向流動(dòng)的水流，以平面的形式形成整體流向，為礦區(qū)地下水進(jìn)行補(bǔ)給。

甘肅平?jīng)鲢~鎳礦區(qū)位于靠西北方向較為干燥的地帶，地表水容易蒸發(fā)且降雨量不足，水域難以流動(dòng)，常年保持一個(gè)狀態(tài)，區(qū)域內(nèi)的含水層大部分為超基性巖，地下水多為裂隙水，所以含水量異常貧瘠，除此之外的變質(zhì)巖和第四紀(jì)礦床含少量水。區(qū)域上游段的砂礫卵石松散，灌溉農(nóng)田的時(shí)候容易滲入礦山補(bǔ)給，滲漏會(huì)在這個(gè)時(shí)候形成地下潛流，沿河床自南向北的方向流動(dòng)。在流出礦山口后形成散狀流補(bǔ)給礦區(qū)周?chē)纳百|(zhì)粉土，也補(bǔ)給土層之下的砂礫卵石層。由于風(fēng)化形成的裂隙，此時(shí)因?yàn)槌袎核拇蚊髟缟畈慷嘁研迯?fù)閉合，并且閉合后的斷層沒(méi)有水流經(jīng)過(guò)，但是局部帶含脈狀裂隙水的可能占比百分之五十，不能完全排除沒(méi)有水流的情況存在。開(kāi)發(fā)過(guò)程中有大概率遇到涌水情況的突然發(fā)生，儲(chǔ)水量不斷被消耗，排水期也隨之延長(zhǎng)，涌水量減少至消失不見(jiàn)。最后，地下水在中上游段溢出，以潛流的方式沿砂質(zhì)粉土的頂面向下游流經(jīng)，徑流水力坡度在50度左右的過(guò)渡帶，一般含水層厚度較小。季節(jié)降水和巖層間裂隙存水的補(bǔ)給構(gòu)成水文地質(zhì)，補(bǔ)給水源較為簡(jiǎn)單。因此，地下水主要是靜態(tài)儲(chǔ)量，礦山一般不會(huì)有太多的水流經(jīng)過(guò)。

涌水發(fā)生隨著周期延長(zhǎng)耗水量增加，地下水因受大氣降水的影響涌水消失，一定數(shù)量的氖由于地下水埋深條件的增加，滯留時(shí)間隨之變長(zhǎng)，水中不含氖或含量變得極低。甘肅平?jīng)鲢~鎳礦的水文地質(zhì)條件是一個(gè)簡(jiǎn)單的區(qū)域，也就是說(shuō)，屬于水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單類(lèi)型，由于地貌類(lèi)型、地層和地質(zhì)構(gòu)造的基本滿(mǎn)足類(lèi)要求。

表1 礦山水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度劃分表

甘肅平?jīng)鍪谐缧趴h礦區(qū)從西南向東北延伸，主要充礦水源為山前沖積平原的傾斜河流地下水補(bǔ)給，設(shè)置在不能自主排水的礦區(qū)內(nèi)，當(dāng)?shù)赜幸粋€(gè)較大的斷層破碎帶，或連通性好的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)斷裂能滿(mǎn)足一定量的自來(lái)水，可能存在一些環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題，依照水文地質(zhì)條件的錯(cuò)綜復(fù)雜可以推斷出礦床條件是中等類(lèi)型的劃分之內(nèi)。甘肅平?jīng)龅V床水文地質(zhì)條件可分為裂隙或局部的脈狀充水礦床。遵循高分級(jí)原則綜合評(píng)估水文地質(zhì)條件，判斷甘肅平?jīng)鍪谐缧趴h礦山水文地質(zhì)條件屬于二類(lèi)水文地質(zhì)條件礦山。在礦山開(kāi)采的整個(gè)環(huán)節(jié)中，評(píng)估開(kāi)采礦山的地質(zhì)構(gòu)造組成，可以判斷出礦山地區(qū)及周邊容易發(fā)生并存在的地質(zhì)災(zāi)害都有哪些，從而在災(zāi)害來(lái)臨之前想出應(yīng)對(duì)方法，對(duì)災(zāi)害發(fā)生給予預(yù)防措施，保證推動(dòng)甘肅礦山地質(zhì)條件的持續(xù)發(fā)展。

2.2 礦山水文地質(zhì)條件復(fù)雜化原因分析

巖層群組合的形式有很多種類(lèi)，礦山的開(kāi)挖容易導(dǎo)致地質(zhì)構(gòu)造發(fā)生變動(dòng)，所以最重要的就是對(duì)礦山的地質(zhì)構(gòu)造作出評(píng)價(jià)。甘肅礦業(yè)的崛起造成許多礦山出現(xiàn)了地質(zhì)災(zāi)害，這與構(gòu)造變化有很大關(guān)系，礦區(qū)深部隱伏這五種斷層，由南東向北西為巖性破碎程度較弱的一條，由北東向南西為裂隙基巖發(fā)育較差的另一條，局部地段巖性比較完整。經(jīng)濟(jì)與開(kāi)采進(jìn)度掛鉤，開(kāi)采進(jìn)度越慢就代表經(jīng)濟(jì)越難以發(fā)展，而開(kāi)采進(jìn)度都是由災(zāi)害和事故的發(fā)生決定的，事故越少開(kāi)采進(jìn)度越快，事故越多，越是難以推進(jìn)工作的進(jìn)度。深部斷層兩側(cè)基巖控制著裂隙的發(fā)育和成長(zhǎng)，斷層內(nèi)部在充入了基巖裂隙水之后，所處位置巖性會(huì)出現(xiàn)破碎，泥物充填于斷層巖脈，在受到了斷層的控制之后搓碎充填斷裂，沿這斷裂向裂隙中間填充水，進(jìn)而出現(xiàn)網(wǎng)格式裂隙水。礦區(qū)地質(zhì)在開(kāi)采過(guò)程中進(jìn)行結(jié)構(gòu)評(píng)估，首先要評(píng)估該地區(qū)是否容易發(fā)生災(zāi)害，然后給出了相應(yīng)的預(yù)防措施和救災(zāi)措施，提前根據(jù)相關(guān)災(zāi)害發(fā)生的條件，從而為甘肅省礦山可持續(xù)發(fā)展提供根本保障。

結(jié)果表明：低滲透巖體斷層由阻導(dǎo)水裂隙組成，高滲透韌性巖斷層由變形帶和巖心組成，滲透率會(huì)在斷層活動(dòng)中降低。斷層內(nèi)部由于出現(xiàn)了逆沖狀態(tài)，斷層帶受到擠壓作用后，其透水性不良，隔水密實(shí)帶由此形成，受壓扭應(yīng)力的影響，可有效釋放一部分地層應(yīng)力，地下水得到了發(fā)育，為其存儲(chǔ)給予了部分儲(chǔ)存間隙，因此被劃分在中等富水區(qū)域內(nèi)，區(qū)域基巖裂隙水流經(jīng)礦區(qū)，從地形條件或水文地質(zhì)中可以觀察到，其礦床地下水的補(bǔ)給排泄于盆地時(shí)，來(lái)源于另外一個(gè)方面，那就是區(qū)域裂隙水之中。斷層帶的寬度由搓碎疏松的巖石碎屑組成，走向方位基本沿河道穿行，富水性很強(qiáng)，地下水補(bǔ)給充分。斷層圍巖性質(zhì)的不一致會(huì)導(dǎo)致斷裂帶的水動(dòng)力條件存在差異，不管是地表第四系水，淺表基巖裂隙泉水還是深部基巖裂隙排水，它們的氫氧同位素值均都很穩(wěn)定，在全國(guó)大氣降水線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。這些水文地質(zhì)的地下水的存儲(chǔ)依靠大氣降水，雨水逐漸滲入到地層，在滲透過(guò)程中一部分水分隨之蒸發(fā)，另外存水量也會(huì)受到人為因素的影響，出水口會(huì)在深部基巖裂隙水周?chē)龀龌旌?，故水點(diǎn)會(huì)稍有偏離全國(guó)雨水線(xiàn)的情況，大多數(shù)情況下以蒸發(fā)線(xiàn)上的水點(diǎn)作為衡量標(biāo)準(zhǔn)。在研究流體與斷層中，其相互作用區(qū)分組合形式在本研究中尤為重要，其組合形式被稱(chēng)為滲透結(jié)構(gòu)組合，如圖1所示。

圖1 斷層滲透結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)圖1，根據(jù)斷裂帶的物質(zhì)組成和滲透率，可以明確劃分為斷層（新滑面斷層)和破碎帶斷層(次級(jí)破碎斷層)。斷層上盤(pán)前震旦系深變質(zhì)巖受斷層影響形成互不連接的塊狀，第四系砂礫粉砂巖翅起，斷層巖心一般為隔水層，斷層破碎帶或受影響帶為含水層和導(dǎo)水帶。其南北盤(pán)巖性分別為前震旦紀(jì)變質(zhì)巖與第四系砂礫巖，其上覆蓋含礫亞砂土。地層產(chǎn)生向北傾斜的傾角，一般都是因?yàn)閿鄬又g的牽引在交接隔水層正常發(fā)育。紅灰色的斷層由基巖角礫組成，緊密擠壓滑動(dòng)下產(chǎn)生槎痕，存在小面積的彎曲。風(fēng)干之后遇水可朔，不透水且異常堅(jiān)硬，常常在斷層第四系活動(dòng)。上述斷層勘探資料能較好地反映斷層走向與垂向斷層走向傳導(dǎo)率的差異。圖中給出了典型北西向和北東向斷裂的滲透結(jié)構(gòu)變化分析和優(yōu)勢(shì)斷裂走向，說(shuō)明北東向構(gòu)造是礦區(qū)的優(yōu)勢(shì)控水構(gòu)造。礦床內(nèi)的充水水源，主要是沖洪積傾斜區(qū)的河床地下水，局部有較大斷裂的礦坑不能自然排水，根據(jù)礦山水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度劃分，在連通性較好的構(gòu)造裂隙部位，突出的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題有可能會(huì)出現(xiàn)有一定概率的涌水。其礦區(qū)礦床水文地質(zhì)條件屬于中等類(lèi)型，礦床的水文地質(zhì)條件為裂隙局部脈狀充水的礦床，結(jié)合各礦區(qū)的水文地質(zhì)條件及劃分原則，確定礦山屬第二類(lèi)型水文地質(zhì)條件。

甘肅平?jīng)龅V山的含水巖層可分為第四類(lèi)松散巖孔隙構(gòu)造裂隙含水帶，河床兩側(cè)為重點(diǎn)分布區(qū)域，組成結(jié)構(gòu)為殘余坡積層和沖積層兩項(xiàng)內(nèi)容。其它排水埋藏在基巖裂隙之間較深的地方，由于礦山在地質(zhì)活動(dòng)中受到了或多或少的干擾，這些因素直接影響和導(dǎo)致了一些地質(zhì)問(wèn)題的發(fā)生，特別是改變了圍巖的一些介質(zhì)條件，并且改變都很明顯，使得礦山的水文地球地理化學(xué)環(huán)境都受到了很?chē)?yán)重的改變，氖值高達(dá)38.55-55.24TU，這就表明這些地下水大部分都是20世紀(jì)60-80年代的補(bǔ)給水。該巖層的滲透性處于中等水平，與甘肅地形密切相關(guān)。其次，構(gòu)造裂縫含水帶具有較強(qiáng)的韌性變形能力和很強(qiáng)的含水能力，這與甘肅的水文地質(zhì)有著密不可分的關(guān)系。礦山開(kāi)采的時(shí)候一定要排除礦山內(nèi)的水，在最大程度上防止地下水的入滲情況發(fā)生。區(qū)域內(nèi)的地表水無(wú)色無(wú)味，水質(zhì)清澈透明，水質(zhì)礦物硬度和水內(nèi)含有的微量元素齊全，在國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)?？梢钥闯?，天然水不受開(kāi)采的污染，適用于生活生產(chǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

甘肅省平?jīng)鍪谐缧趴h大型礦山建設(shè)項(xiàng)目在建設(shè)過(guò)程中，其中最重要的一項(xiàng)準(zhǔn)備工作就是對(duì)礦山水文地質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)，評(píng)估可以在最大程度上保證工程質(zhì)量，確保工程成本效益，相關(guān)管理機(jī)構(gòu)應(yīng)該將這些問(wèn)題重視起來(lái)。甘肅平?jīng)龅V山的水文地質(zhì)條件優(yōu)秀，地質(zhì)環(huán)境也符合要求。為了能夠更好地推進(jìn)工作，對(duì)相關(guān)工作的技術(shù)人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)指導(dǎo)，可以更高效地學(xué)習(xí)掌握水文地質(zhì)勘探的相關(guān)知識(shí)，給工作提供便利，甘肅省平?jīng)鍪谐缧趴h礦區(qū)也會(huì)得到更大的跨越式發(fā)展和飛躍。