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。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）礦區地形地貌。礦區位于蒙育瓦盆地，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、丘陵環繞蒙育瓦盆地，以它們的分水嶺為界，組成了礦區的Ⅱ級水文地質單元。礦區處于蒙育瓦盆地Ⅱ級水文地質單元，屬平原地形地貌。

地勢較為平緩，總體地勢上呈現中間高四周低，西高東低，南高北低的特點，礦區最高點位于礦區西側佳敦塘山頂，標高799m，最低標高位于礦區北部雅瑪河，標高約575m，為礦區最低侵蝕基準面，相對高差224m。礦區現已剝離開采，境界線內的山頭已基本被削平并逐漸形成漏斗狀采坑，現狀采場標高465～625m，高差160m，現狀采場面積0.45km2。礦區為孤島狀山丘，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，其余多為季節性沖溝，且不甚發育。

（3）礦區氣象水文。礦區最高年平均氣溫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，多年平均年蒸發量約1341.95mm，多年平均年相對濕度75.36%。

礦區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）礦區含（隔）水層（組）。該區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：第四系全新統松散孔隙含（透）水層（I）、第四系更新統坎崗組砂巖裂隙中等含水層（Ⅱ）、新近系上中新統馬吉崗組火山碎屑巖裂隙弱含水層（Ⅲ）、新近系上中新統安山斑巖-英安斑巖淋濾帽裂隙弱-中等含（透）水層（Ⅳ）、新近系上中新統安山斑巖-英安斑巖裂隙弱含水層（Ⅴ）。

2 礦區水文地質邊界條件

北部邊界：雅瑪河河岸線構成了礦區地下水系統的北部邊界。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，為區域地下水排泄方向。

區內西側分布一地表溪流，與附近地下水之間聯系密切；現狀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 礦區水文地質邊界示意圖

3 含水層結構概化及分區

為建立模擬區地下水流模型，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。礦區含水系統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。

（1）西側佳敦塘—盧世山至S、K礦坑、北側雅馬河至K礦坑區域，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馬吉崗組火山碎屑巖裂隙弱含水層（Ⅲ）及新近系上中新統安山斑巖-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，具有統一水力聯系面，因此在含水層分區概化處理時將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.拓展創新公證服務民營企業工作。監督指導公證機構認真辦理企業并購、招標投標、知識產權、拍賣、提存、抵押等公證業務，加大對中小企業融資貸款的公證服務力度，規范交易行為，防范非法集資風險，維護民營企業的合法權益。積極開展公證服務知識產權保護，圍繞“一帶一路”建設等國家重大戰略，推動建立“一帶一路”沿線國家和地區公證服務知識產權保護合作機制。在有條件地區開展民營企業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，厚度較薄；下伏為第四系更新統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，具有統一水力聯系面，因此在含水層分區概化處理時將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。鄰近雅馬河區域（模擬區東北側）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，具有統一水力聯系面[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育規律的控制具有明顯的水平和垂直分帶特征，礦區主要裂隙發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，其它方向不規則發育幾組次級裂隙，受裂隙發育規律的影響，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，含水系統地下水特征也將產生一定的變化。因此，礦區含水系統可概化為潛水非均質各向異性的三維非穩定流。

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

圖 2 第一層含水層分區示意圖

圖 3 第二層含水層分區示意圖

4 水文地質概念模型的建立

礦山開采前區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、排泄條件發生了改變，2017年年底現狀采坑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為以采坑為中心從各個方向接收補給徑流，此時排泄的主要形式轉變為露天采坑的疏干。

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

圖4 水文地質概念模型三維示意圖

（1）計算區。計算區西側邊界以佳墩塘——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地下水排泄方向，垂直于地下水等水位線，為區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 。本次將模擬區內的含水層結構，垂向上可概化為2層，平面分區概化為3個區域。計算區含水層主要為第四系潛水含水層與下部基巖潛水含水層，兩者具有統一水力聯系，且與區外具有統一的水力聯系，計算時概化為一個統一的雙層含水層。②地下水流動特征。區內孔隙潛水與下部裂隙含水層連通均較好、具有統一的徑流場，但受裂隙發育規律的影響，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，水流為非穩定流、潛水。本區地下水處于開采狀態之下，地下水運動存在三維流。故此，模擬區含水系統可概化為潛水非均質各向異性的三維非穩定流。③地下水補給、排泄和動態特征 。根據本區水文地質條件分析可知，礦區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、礦坑抽排水、河流排泄、側向徑流等[3]。

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