石人溝鐵礦水文地質(zhì)條件分析

蘇明偉 潘 偉 姜建山

(河北省地礦局第二地質(zhì)大隊 唐山 063000)

1 區(qū)域水文地質(zhì)條件

礦區(qū)地貌特征北高南低，即自北向南由中低山區(qū)過渡到低山丘陵區(qū)至山間盆地，海拔高度自988 m逐漸降至60 m。區(qū)內(nèi)溝谷發(fā)育，北部山區(qū)現(xiàn)代地貌作用以流水侵蝕為主，地形切割強烈，溝谷縱橫，盆地邊緣發(fā)育一連串沖、洪積堆。區(qū)內(nèi)分布的變質(zhì)巖類、巖漿巖類和碎屑巖類地層普遍含有各種類型的裂隙水，均屬弱含水層，補給來源為大氣降水。松散的第四系地層含有孔隙潛水，基于所處位置不同，巖性厚度不一，富水性相差較大，單位涌水量最大可達63.1 L/s·m，滲透系數(shù)最大162 m/d。

2 礦區(qū)水文地質(zhì)條件

2.1 含水層分布特征

根據(jù)礦區(qū)地層巖性，地下水賦存條件及水動力特征，劃分為三個含水組。

(1)第四系沖、洪積層孔隙含水組

分布在礦區(qū)東西兩側(cè)河谷地帶，含水層巖性為卵礫石、中粗砂，分選性差，含水層厚度5～12 m，水位埋深0.59～10.62 m，水位變幅1～7 m。靠近山麓地帶滲透系數(shù)53.32 m/d，單位涌水量3.83 L/s·m。地下水化學(xué)類型為HCO3-Ca·Mg，礦化度小于500 mg/L。

(2)太古宇片麻巖風(fēng)化裂隙潛水含水組

礦區(qū)片麻巖風(fēng)化裂隙發(fā)育，根據(jù)鉆孔資料，裂隙隨深度增加而減少，但在水平、垂直方向上裂隙發(fā)育具有不均一性，風(fēng)化帶深度30～100 m。受當(dāng)?shù)鼐用褡杂镁绊懀谒南蹬c基巖風(fēng)化帶水位已聯(lián)通，為統(tǒng)一水位。含水層滲透系數(shù)為0.042～0.227 m/d，單位涌水量0.006～0.04 L/s.m。地下水化學(xué)類型較復(fù)雜，水質(zhì)類型分別為HCO3·SO4-Ca·Mg、HCO3·SO4-Ca、SO4·HCO3-Ca·Mg、SO4-Ca·Mg型，礦化度小于500 mg/L。

(3)太古宇片麻巖構(gòu)造裂隙承壓水含水組

礦區(qū)含水層主要由斷層破碎帶、構(gòu)造裂隙密集帶組成，受構(gòu)造控制，不受深度影響。地下水屬似層狀、脈狀承壓裂隙水。含水層滲透系數(shù)0.033～0.604 m/d，單位涌水量0.006～0.519 L/s.m。地下水化學(xué)類型為SO4·HCO3-Ca和SO4·HCO3-Ca·Mg型，礦化度325.5～504.1 mg/L。

2.2 各含水層之間水力聯(lián)系

礦區(qū)地表巖性主要為粉土、粉質(zhì)粘土；施工鉆孔中未見連續(xù)、穩(wěn)定隔水層，僅在個別鉆孔有厚約1.3 m粉土、粉質(zhì)粘土。當(dāng)?shù)孛窬酁榈谒南悼紫端c基巖風(fēng)化裂隙水的混合井(當(dāng)?shù)孛窬啻虻交鶐r強風(fēng)化帶)，目前礦區(qū)第四系孔隙水與基巖風(fēng)化裂隙水為統(tǒng)一水位，但受基巖弱風(fēng)化帶相隔(K=0.042～0.227 m/d，為弱透水巖層)，第四系孔隙水與基巖構(gòu)造裂隙水聯(lián)系微弱。

2.3 地下水補徑排條件

礦區(qū)第四系松散巖層孔隙水補給來源為大氣降水和基巖裂隙水側(cè)向滲流補給，基巖風(fēng)化裂隙水和構(gòu)造裂隙水主要補給來源為大氣降水。地下水徑流方向隨著地形的變化由山前向山間河谷平原流動，山間河谷平原地下水則基本自北向南流動。受礦山疏干影響，采區(qū)已形成人工降落漏斗，其影響半徑以內(nèi)的含水層地下水向采區(qū)流動。地下水排泄以人工開采為主，少量為側(cè)向徑流及陸面蒸發(fā)。據(jù)統(tǒng)計，礦山自2010年10月至2012年9月平均日排水量7361 m3/d 。

2.4 礦區(qū)主要供水含水層水位動態(tài)

通過水文地質(zhì)勘察工作對礦區(qū)主要供水含水層分枯、豐、平水期進行了水位統(tǒng)測，從統(tǒng)測結(jié)果來看，礦區(qū)主要含水層受大氣降水影響較明顯。礦區(qū)第四系孔隙水水位埋深總體趨勢為從北向南逐漸變深，個別地區(qū)由于受到地形影響，埋深會出現(xiàn)較大或較小情況。其水位埋深隨季節(jié)性變化較大，枯水期水位埋深1.52～21.65 m，豐水期水位埋深0～9.15 m，根據(jù)鉆孔水位顯示，受到礦區(qū)排水影響，臨近礦區(qū)水位埋深逐漸變深，其水位埋深亦隨季節(jié)性變化較大，根據(jù)動態(tài)長期觀測孔資料，水位年變幅可達22 m。

本區(qū)地下水主要接受大氣降水補給，排泄方式除人工開采外，少量為側(cè)向滲流及陸面蒸發(fā)，其年季變化過程按不同含水層分述如下，第四系、基巖含水層水位曲線見圖1、圖2。

(1)第四系孔隙水及基巖風(fēng)化裂隙水

地下水位相對穩(wěn)定期：自2月至4月，地下水補給與排泄量相當(dāng)，地下水位較為穩(wěn)定。

地下水位下降期：自5月至6月中旬，由于降水量小于排泄量及開采量和蒸發(fā)量，造成地下水消耗量大于補給量，使地下水位下降。

地下水位回升期：每年6月中旬至8月中旬，降水量增加，且農(nóng)業(yè)灌溉用水量較少，地下水得到充分補給，補給量大于排泄量，使水位回升，尤其是7月份，水位回升明顯，8月中旬達到最高值。

地下水位二次下降期：每年8月中旬至12月份，由于降水量減少，地下水天然排泄量增加，水位亦有緩慢下降趨勢。

圖1 S23點2012年第四系地下水長期觀測曲線

(2)基巖構(gòu)造裂隙水

地下水位相對穩(wěn)定期：2月，地下水補給與排泄量相當(dāng)，地下水位較為穩(wěn)定。

地下水位下降期：自2月至5月中旬，由于降水量小于排泄量及開采量，造成地下水消耗量大于補給量，使地下水位下降。

地下水位回升期：每年5月中旬至7月，降水量增加，地下水得到充分補給，補給量大于排泄量，使水位回升，尤其是7月份，水位回升明顯，7月底達到最高值。

地下水位二次下降期：每年8月至12月份，由于降水量減少，地下水天然排泄量增加，水位亦有緩慢下降趨勢。

圖2 S35點2012年基巖地下水長期觀測曲線

2.5 礦區(qū)水質(zhì)分析

水質(zhì)監(jiān)測分枯水期、豐水期、平水期三期監(jiān)測，每期連續(xù)兩天取樣。水樣分析項目為：酸堿度、高錳酸鹽指數(shù)、溶解性總固體、硫酸鹽、氨氮、硝酸鹽(以氮計)、亞硝酸鹽(以氮計)、銅、鐵、鋅、錳、六價鉻、鉛、鎳、砷、汞、鎘、總大腸菌群、細菌總數(shù)、氟化物、總硬度，共21項。

(1))第四系孔隙水

枯水期水質(zhì)超標項目硝酸鹽(14.3%)、亞硝酸鹽(14.3%)、總大腸菌數(shù)(64.3%)和菌落總數(shù)(14.3%)等4項；豐水期水質(zhì)超標項目為總硬度(14.3%)、鐵(14.3%)、硝酸鹽(42.9%)、亞硝酸鹽(14.3%)、硫酸鹽(21.4%)和總大腸菌數(shù)(64.3%)等6項；平水期水質(zhì)超標項目為鐵(14.3%)、硝酸鹽(7.1%)、亞硝酸鹽(14.3%)、總大腸菌數(shù)(14.3%)等4項。由三期水質(zhì)分析成果可以看出，礦區(qū)第四系孔隙水超標項目主要為總大腸菌群數(shù)(所占比例為52.4%)，說明污染已很普遍，而其余超標項目則多分散在1～2監(jiān)測點，還沒有擴散到全區(qū)；用三期水樣分析成果進行對比，總體來說豐水期水質(zhì)最差，7個監(jiān)測點共有6項超標項目，14件水樣中有13件水樣存在超標項，造成礦區(qū)豐水期水質(zhì)比枯水期、平水期差的原因，據(jù)分析可能是由于近年來當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)所用農(nóng)藥化肥及生物肥料逐漸增多，而當(dāng)?shù)囟酁榇罂谒?最大直徑近30 m)，井口多無防護，雨季時造成地表殘留的農(nóng)藥化肥等污染物進入井中或滲入地下，造成了污染。

(2)基巖構(gòu)造裂隙水

枯水期水質(zhì)超標項目為鐵(8.3%)、硝酸鹽(16.7%)、總大腸菌數(shù)(33.3%)、菌落總數(shù)(16.7%)等4項；豐水期水質(zhì)超標項目pH(14.3%)、總硬度(14.3%)、硝酸鹽(28.6%)、硫酸鹽(14.3%)、鐵(28.6%)、氨氮(14.3%)、亞硝酸鹽(28.6%)、總大腸菌數(shù)(14.3%)和菌落總數(shù)(14.3%)等9項；平水期水質(zhì)超標項目pH(7.1%)、總硬度(14.3%)、硝酸鹽(28.6%)、硫酸鹽(14.3%)、氨氮(14.3%)、亞硝酸鹽(14.3%)、總大腸菌數(shù)(28.6%)和菌落總數(shù)(21.4%)等8項。由三期水質(zhì)分析成果可以看出，礦區(qū)基巖構(gòu)造裂隙水超標項目主要為硝酸鹽、總大腸菌群和菌落總數(shù)這三項監(jiān)測項目(所占比例分別為25%、25%、17.5%)，而其余超標項目則多分散在1～2監(jiān)測點(所占比例最高為亞硝酸鹽的15%)。用三期水樣分析成果進行對比，豐水期、平水期水質(zhì)較差，7個監(jiān)測點分別有9、8項超標項目，14件水樣中分別有8、11件水樣存在超標項。造成礦區(qū)豐水期、平水期水質(zhì)較差的原因，據(jù)分析可能是由于近年來當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)所用農(nóng)藥化肥及生物肥料逐漸增多，而雨季雨水較豐沛且降雨較集中(尤其是2012年7月21日至8月5日期間，7月22日遵化地區(qū)日降雨量達到了261.8 mm)造成地表殘留的農(nóng)藥化肥等污染物滲入地下，造成了污染。

2.6 礦坑涌水量預(yù)測

由于礦床遠離第四系地層，且受基巖弱風(fēng)化帶相阻，第四系孔隙水對礦床充水影響較小，礦床充水因素主要為風(fēng)化裂隙水和構(gòu)造裂隙水，大氣降水為礦床充水的因素。風(fēng)化裂隙水和構(gòu)造裂隙水可視為無限邊界含水層。礦體邊界條件清楚，北部由F10斷裂將其與花椒園礦段分開，南部由F5斷裂將礦體切斷，形成南北長，東西窄的矩形礦床。采用了水文地質(zhì)比擬法及數(shù)值法對礦坑涌水量進行了預(yù)測，預(yù)測結(jié)果見下表。

礦坑涌水量估算表 單位：m3/d

3 結(jié)論

項目對礦山開采對周圍地下水環(huán)境的影響進行了預(yù)測，認為礦山采用充填法的開采方式，邊采礦邊回填，各中段礦體采完之后，采空區(qū)也會被填充完畢，而且由于深度較大，同頂部第四系基本沒有聯(lián)系，若礦區(qū)附近村莊以第四系地下水為主要用水水源，那么由于礦區(qū)第四系含水層比較薄，地下水儲存量小，由于礦床頂部為含水微弱的片麻巖，具有一定的阻水作用，因此礦區(qū)開采對采區(qū)影響范圍內(nèi)的第四系含水層孔隙水影響很小；若礦區(qū)附近村莊以基巖裂隙水為主要用水水源，礦區(qū)開采則可能會對其產(chǎn)生一定的影響。在礦區(qū)內(nèi)設(shè)立了地下水動態(tài)觀測點，建議礦山利用這些觀測點，建立地下水監(jiān)測網(wǎng)，設(shè)立專業(yè)人員，對地下水進行監(jiān)測。

[1]河北鋼鐵集團礦業(yè)有限公司石人溝鐵礦深部擴界環(huán)評水文地質(zhì)補充勘察報告,2013年.

[2]李常.礦區(qū)水文地質(zhì)勘探[J].科技與企業(yè),2014(8):149.

[3]王盛,許亞軍.礦區(qū)水文地質(zhì)勘探關(guān)鍵問題的探討[J].礦業(yè)工程,2009(3).

[4]王大純,張人權(quán),史毅虹等.水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)[M].北京:地質(zhì)出版社,2005.