甘肅小柳溝鎢鉬礦水文地質評價及意義

唐 艷

（甘肅省有色金屬地質勘查局張掖礦產勘查院，甘肅 張掖 734012）

甘肅小柳溝鎢鉬礦位于北祁連造山帶西段洋-陸俯沖的活動大陸邊緣（李文淵等，2005），為目前甘肅省主要生產礦山，隨著開采標高下降，礦區地下水越來越復雜，礦區水文地質條件反饋不準確將會產災害問題，本次對小柳溝鎢礦床水文地質特征進行分析，一方面指導小柳溝鎢礦深部開采，另一方面對周圍貴山鎢礦、祁寶鎢礦床等開采提供技術指標，同時分析當前礦區水工環工作中存在的不足，對進一步地質找礦和開發利用具一定的指導意義。

1 礦區地質特征

礦區出露地層主要為中元古代長城系朱龍關群，巖性主要為千枚巖、角閃片巖、矽卡巖、灰巖及玄武巖。鎢銅礦體主要產于朱龍關群上、下巖組的過渡部位。礦田內為一“D”型穹隆構造（湯靜如等，2006；周宏，2004）。穹隆兩側地層不對稱，小柳溝鎢礦位于穹隆的東翼，礦區近南北向走向斷裂控制了部分鎢礦體的空間就位及形態展布，近東西向走向斷裂控制了石英脈型鉬礦體的空間就位及形態分布。礦區可見花崗巖脈、輝長巖脈，含鉬石英脈，空間展布形態完全受控于斷裂及地層巖性中的節理，經以往深部鉆探驗證，深部為含鉬花崗斑巖體。

2 水文地質

2.1 礦區水文地質概況

與小柳溝鎢礦最為密切的溝系為北部的小柳溝河水和南部的芨芨溝（圖1），芨芨溝向南匯入東西向的朱龍關河，最終附近的水系匯入南北向的北大河。礦區地形總體趨勢是北東部高，南西部低，中部形成山梁、山脊，為地表分水嶺，山體坡角平均30°～37°，相對高差一般在350m或更大，礦體分布在分水嶺。地下水呈近北向南逕流，構成了相對獨立的水文地質單元。礦區最低海拔為3097m，最高海拔為3454m，區內植被不發育，基巖多呈裸露狀態，以剝蝕中高山～高山地貌為主要特征。區內氣候為大陸性高寒半干旱氣候，年平均降水量258mm，蒸發量2371.5mm；最高氣溫20.2℃，最低氣溫-29.9℃。7月～8月為雨季，10月中下旬至翌年4月上旬為冰凍期，凍土深度為1.40m。

2.2 主要含水巖組

根據巖層含水性，埋藏條件，裂隙發育程度及其連通情況，不同巖石建造類型劃分如下含水巖組（帶）。

2.2.1 第四系沖洪積、殘坡積松散巖類含水巖組

第四系殘坡積弱含水層主要分布在芨芨溝及其兩側坡麓，透水性一般，在溝谷底部局部地段含上層滯水，對礦床開采無影響；第四系沖洪積孔隙潛水含水層主要分布在小柳溝河，朱龍關河漫灘及兩岸階地，透水性良好，富含孔隙潛水，層厚150m左右，單井涌水量1987.20m3/d，單位涌水量2.54L/m·s，滲透系數5.45m/d，水位埋深84.19m。水化學類型HCO3--SO42--Ca2+-Mg2+型淡水。該含水層中的地下水，將是礦床開采間接的充水水源之一，也是礦床開采時生產及生活用水水源之一。

2.2.2 變質巖、火成巖基巖裂隙潛水（局部微承壓）含水巖組

礦區角閃云母片巖、千枚狀細砂巖，含炭千枚巖、絹云母千枚巖等構成了含水層的基本骨架。角閃云母片巖、千枚巖類、千枚狀細砂巖等本身不含或含水甚微，在地下水位以上為弱透水層，地下水位以下為弱含水層，該層是礦床開采直接充水水源之一，但不會對礦床開采造成較大威脅。鎢礦體的產出受斷裂構造控制，決定了礦體及其含礦巖石含裂隙含水層，富水性中等，是礦床主要充水水源之一。

2.2.3 斷裂構造破碎帶的富水特征

礦區斷裂構造可劃分三組，分別為北西向、近東西向、北東向。北西向斷裂及北東向斷裂破碎帶富水、導水，是礦床充水主要因素之一。

2.3 隔水巖組

礦區東南部分布的基性輝長巖及玄武巖，呈巖墻狀產出，裂隙不發育，微含裂隙潛水，構成礦床相對隔水層，可視為礦床隔水邊界。

2.4 地下水的補給、逕流及排泄特征

礦區東部7Km左右的北大河年平均流量12.83m3/s，最大洪水流量13.5m3/s，平水期一般10.26m3/s～12.50m3/s，但其離礦體較遠，且位于徑流下游，幾乎無補給作用。小柳溝河其流量0.928m3/s～1.34m3/s，小柳溝河在10月到下年4月為冰凍期，改期內對礦區地下水無補給聯系，據小柳溝河地表水流量觀測統計得知（劉堆富等，2005），小柳溝河上游到下游損失水量259.2m3/d，滲水量較小，補給水量較小。綜上認為礦區含水層中的地下水補給源主要是大氣降水和雪融水。礦床疏干范圍內含水層中的地下水總體由北東（地勢高處）向南西（地勢低處）方向逕流。礦區地下水以下降泉、潛流、或人工取水方式排泄。

2.5 礦床充水因素及礦坑涌水量預測

2.5.1 礦區充水因素分析

根據礦區水文地質條件，礦床充水因素主要是：第四系孔隙潛水、基巖裂隙潛水及斷裂破碎帶裂隙潛水、構造破碎帶等導水通道進入巷道，形成礦坑涌水；小柳溝河從礦區北部流過，其上游側向滲入補給基巖裂隙水，亦是礦床充水因素之一。

2.5.2 礦坑涌水量預測

小柳溝河及第四系孔隙潛水在礦區中北部及北西部構成了礦床的供水邊界，向南西端流出礦區。礦區東南部的輝長巖及玄武巖構成了礦床的隔水邊界。基巖裂隙潛水是礦床開采的直接充水水源，由近北東向南西方向逕流。2005年首采報告推薦礦床水文地質條件下的礦坑涌水量為：535.27立方米/日和949.40立方米／日可作為礦山未來采礦設計在3120m和3080m中段正常涌水量；1461.38立方米/日和1875.51立方米/日為相應中段最大涌水量（（劉堆富等，2005）。目前隨著開采標高下降，通過對已施工各坑道進行坑內出水點調查及礦區相關水文地質資料收集以及排水試驗三角堰測量法測得礦井總涌水量378.46m3/d與排水試驗三角堰測量法測得PD3031中段最大涌水量312.74m3/d基本接近（孫倉平等，2017），對此礦區礦坑涌水量的對比結果得出：礦山開采后涌水量有較大的變化，主要原因是上部坑道基巖裂隙水已逐漸疏干，以及氣候的逐漸變暖，大氣降水和冰川雪融水的減少造成地下水補給的減少。原首采勘探報告的涌水量數據已不再適用。

本次礦山礦坑涌水量利用水文地質比擬法中的富水系數比擬法進行預測，利用已有的PD3031中段礦坑涌水量類比推算出PD2920中段的礦坑涌水量。

A.計算方法及步驟：

富水系數是指一定時期內從礦井排出的總水量Q0（m3）礦井采掘長度L0之比，以KL表示：

根據礦井涌水量與采掘長度成正比的規律，將生產礦井的KL值乘以要預測礦井的設計采掘長度L，即得預測礦井的涌水量Q：

B.礦坑涌水量預測：

PD2980中段礦坑涌水量根據PD3031中段的富水系數來進行計算，Q0取PD3031中段最大涌水量Q01=312.74m3/d和平均涌水量Q02=156.37m3/d，采掘長度L0=2040.91m。

最大涌水量富水系數

平均涌水量富水系數

用PD3031中段的富水系數計算可得PD2980中段的涌水量：

當PD2980中段設計采掘長度為1000m時。

當PD2980中段設計采掘長度為2000m時。

PD2920中段礦坑涌水量根據PD2980中段的富水系數來進行計算，Q0取PD2980中段最大涌水量Q01=180.96m3/d和平均涌水量Q02=90.48m3/d，采掘長度L0=711.34m。

最大涌水量富水系數

平均涌水量富水系數

用PD2980中段的富水系數計算可得PD2920中段的涌水量：

當PD2920中段設計采掘長度為1000m時。

當PD2920中段設計采掘長度為2000m時。

C.礦區礦坑涌水量預測評價：

小柳溝鎢礦礦坑涌水量預測采用了富水系數比擬法，其中PD3031、PD2980和PD2920中段的地質和水文地質條件相似、開采方法相同，符合富水系數比擬法的計算要求，所得出的數據可以較接近實際的反映出該礦床水文地質條件下的礦坑涌水量。

綜上，故推306.00m3/d和154.00m3/d作為礦山未來采礦設計在PD2980中段的最大涌水量和平均涌水量，510.00m3/d和254.00m3/d作為礦山未來采礦設計在PD2920中段的最大涌水量和平均涌水量。

2.6 礦區地下水影響預測評價

礦床主要充水含水層及構造破碎帶含水層富水性弱，礦床充水方式為頂、底板直接充水，充水量小，補給邊界遠離首采地段坑道系統，礦坑涌水量較小，為以裂隙潛水含水層，頂、底板充水為主的礦床，水文地質條件簡單。

目前礦區最低開采標高為2920m，礦床最低侵蝕基準面標高為2900m，礦區現階段開采條件有利于自然排水。根據歷史觀測資料顯示，小柳溝河對礦區地下水影響較小，隨著大氣降水的增加、季節性變化河水水位上升、流量增大，受北東向導水構造影響局部會出現河水側滲現象，礦區水文地質條件隨著開采深度的下降逐漸變得較為復雜。在未來的生產及礦山建設中，礦山最低開采標高將向下延伸，達到礦床最低侵蝕基準面以下，礦區水文地質條件將變的較為復雜，礦山生產單位在未來生產過程中對礦床水文地質調查程度應相應提高。

尤其在最低侵蝕基準面標高以下中段，應進行詳細的水文地質勘察工作。

3 結語

小柳溝鎢礦床控制儲量標高在當地侵蝕基準面2900m以上，地形有利于自然排水，礦床主要充水含水層及構造破碎帶含水層富水性弱，水文地質條件簡單，目前認為礦山未來采礦設計在PD2980中段的最大涌水量和平均涌水量為306.00m3/d和154.00m3/d，PD2920中段的最大涌水量和平均涌水量為510.00m3/d和254.00m3/d，在未來的生產及礦山建設中，礦山最低開采標高將在最低侵蝕基準面以下，礦區水文地質條件將變的較為復雜，地下水防治要求提高，需要考慮地下水的疏、堵、突然涌水事件的預防。