甘肅平涼市礦山水文地質條件復雜化原因分析

劉國斌，南鵬軍

（甘肅省地質礦產勘查開發局第一地質礦產勘查院，甘肅 天水 741020）

隨著甘肅省平涼市崇信縣礦山擴建工程規模日益壯大，不斷將開挖向深部延伸標高，在礦區里出現了不斷涌水的問題，并逐漸嚴重[1]。根據之前的水文地質和礦山工程施工的初始數據，甘肅省平涼市崇信縣區域內的礦山水文地質條件復雜，地下水流很小，礦井工程建設過程中，對工程進度造成影響的主要為地表水[2]。針對上述問題，需要長期關注礦山深部開采的安全性，尤其是在部分礦井深部開采項目實施過程中，研究礦山深部開采區的水文地質條件對采礦作業的影響，分析復雜水文地質形成原因。

1 甘肅省平涼市礦山水文地質條件類型

甘肅省平涼市地區降水量受氣候和季節影響[3]。甘肅省平涼市的地下儲水量相對較小，因為平涼市屬于干旱地區，一年內的降水量較少，最大降水量在485.52mm左右。甘肅平涼地區地下水界線不清晰，屬于降水型排水補給，地下水的PH值一般都在7.5-8.5之間，是一種弱堿性水，水質標準處于國家Ⅱ類。斷層的上半部分屬于西岸比較靠南的地方，此區域被分類為第四系厚度區域，關鍵存在的地層以細小的顆粒沉積為主要構造成分，巖性由亞砂土和粉細砂礫石等分類組成。在靠北部的東岸第四系厚度普遍要比巖性顆粒大一些，而且觀察其機理出現了緩慢變粗的轉變，由亞砂和土砂礫石及卵礫石等石塊兒構成。上下盤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構。該地區地下水波動與地形變化的程度大致相同，水文地質存在的坡度較大，所以儲水相對來說比較困難，地下水連續排水，地區地下水流量與地區地形相互制約。除此之外，氣候降水也會影響到地下水的水位，甘肅平涼的地下水飽和度也會隨著季節的變化而不斷變化狀態，在雨季的時候地下水位會增加高度，非雨季地下水位會降低高度。地形和地表水是水文地質分析研究的關鍵點，地下水位的勘查占主導地位。

根據含水層孔隙特征和水動力場特征，可將區域內地下水分為以下幾種類型：

（1）第四系松散巖孔隙水：主要分布于礦區西部的潮水盆地、前傾斜山平原以及河谷地區。在礦區以北的盆地地區由第四系厚度較大的砂礫層構建而成，經過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。含水層由第四紀上新世洪積及洪積砂礫石組成，一般為圓度大、結構疏松，含水層厚度在15m左右。除此之外，甘肅地區的天然水沒有顏色，直觀起來沒有任何的污染物，看起來澄澈透明特別干凈，礦化硬度以及存在的微量元素都符合國家天然礦物質水的標準，也全部符合國家飲用水的標準規則。可以看出甘肅平涼市礦山內的天然水水質很好，沒有受到開采礦山的污染和影響。

（2）巖裂碎屑孔隙水：主要分布在平涼市崇信縣附近，賦存于第三系侏羅系砂巖和礫巖砂巖裂孔隙內。含水層劃分會受到地理環境及地層斷裂構造的影響，通常情況下水位深的區域地勢較高，地下水出現溢流主要因為地勢較低，單泉流量一般為0.15～3.50 l/s。

（3）基巖裂隙水：在平涼礦區區域水文地質中，這種基巖裂隙水廣泛分布于礦區。侵入礦石風化位置的地質構造、風化裂隙與地層產狀有一定關聯性。因地層裂縫分布不均勻，導致裂隙水分布不均勻。相關統計數據顯示，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。歷經多期次地地質構造活動后，地層發育狀況優良。元古界地質礦物與加里東期地質礦物出露明顯，經過實地勘探發現區域儲水狀況較好。北西向擠壓斷裂延伸20km左右，上盤構造斷裂帶發育，導水、儲水條件較好。在甘肅地區礦山持續開采的情況下，地質災害問題日漸凸顯，這與地質構造發生變化有著不可分割的關聯。

2 甘肅平涼市礦山水文地質條件復雜化

2.1 水文地質條件復雜化評估

礦區地下水補給的主要來源是甘肅平涼區域的地下潛流和滲入灌溉的農田用水，一般在雨季爆發的時候出現微弱的降水補給滲入。松散砂礫卵石層的重要性接受區，一般在農田灌溉上游段時滲入地下水庫，這些滲漏形成沿著河邊向東南方向流動的水流，以平面的形式形成整體流向，為礦區地下水進行補給。

甘肅平涼銅鎳礦區位于靠西北方向較為干燥的地帶，地表水容易蒸發且降雨量不足，水域難以流動，常年保持一個狀態，區域內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，除此之外的變質巖和第四紀礦床含少量水。區域上游段的砂礫卵石松散，灌溉農田的時候容易滲入礦山補給，滲漏會在這個時候形成地下潛流，沿河床自南向北的方向流動。在流出礦山口后形成散狀流補給礦區周圍的砂質粉土，也補給土層之下的砂礫卵石層。由于風化形成的裂隙，此時因為承壓水的次明早深部多已修復閉合，并且閉合后的斷層沒有水流經過，但是局部帶含脈狀裂隙水的可能占比百分之五十，不能完全排除沒有水流的情況存在。開發過程中有大概率遇到涌水情況的突然發生，儲水量不斷被消耗，排水期也隨之延長，涌水量減少至消失不見。最后，地下水在中上游段溢出，以潛流的方式沿砂質粉土的頂面向下游流經，徑流水力坡度在50度左右的過渡帶，一般含水層厚度較小。季節降水和巖層間裂隙存水的補給構成水文地質，補給水源較為簡單。因此，地下水主要是靜態儲量，礦山一般不會有太多的水流經過。

涌水發生隨著周期延長耗水量增加，地下水因受大氣降水的影響涌水消失，一定數量的氖由于地下水埋深條件的增加，滯留時間隨之變長，水中不含氖或含量變得極低。甘肅平涼銅鎳礦的水文地質條件是一個簡單的區域，也就是說，屬于水文地質條件簡單類型，由于地貌類型、地層和地質構造的基本滿足類要求。

表1 礦山水文地質條件復雜程度劃分表

甘肅平涼市崇信縣礦區從西南向東北延伸，主要充礦水源為山前沖積平原的傾斜河流地下水補給，設置在不能自主排水的礦區內，當地有一個較大的斷層破碎帶，或連通性好的網狀結構斷裂能滿足一定量的自來水，可能存在一些環境地質問題，依照水文地質條件的錯綜復雜可以推斷出礦床條件是中等類型的劃分之內。甘肅平涼礦床水文地質條件可分為裂隙或局部的脈狀充水礦床。遵循高分級原則綜合評估水文地質條件，判斷甘肅平涼市崇信縣礦山水文地質條件屬于二類水文地質條件礦山。在礦山開采的整個環節中，評估開采礦山的地質構造組成，可以判斷出礦山地區及周邊容易發生并存在的地質災害都有哪些，從而在災害來臨之前想出應對方法，對災害發生給予預防措施，保證推動甘肅礦山地質條件的持續發展。

2.2 礦山水文地質條件復雜化原因分析

巖層群組合的形式有很多種類，礦山的開挖容易導致地質構造發生變動，所以最重要的就是對礦山的地質構造作出評價。甘肅礦業的崛起造成許多礦山出現了地質災害，這與構造變化有很大關系，礦區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育較差的另一條，局部地段巖性比較完整。經濟與開采進度掛鉤，開采進度越慢就代表經濟越難以發展，而開采進度都是由災害和事故的發生決定的，事故越少開采進度越快，事故越多，越是難以推進工作的進度。深部斷層兩側基巖控制著裂隙的發育和成長，斷層內部在充入了基巖裂隙水之后，所處位置巖性會出現破碎，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，進而出現網格式裂隙水。礦區地質在開采過程中進行結構評估，首先要評估該地區是否容易發生災害，然后給出了相應的預防措施和救災措施，提前根據相關災害發生的條件，從而為甘肅省礦山可持續發展提供根本保障。

結果表明：低滲透巖體斷層由阻導水裂隙組成，高滲透韌性巖斷層由變形帶和巖心組成，滲透率會在斷層活動中降低。斷層內部由于出現了逆沖狀態，斷層帶受到擠壓作用后，其透水性不良，隔水密實帶由此形成，受壓扭應力的影響，可有效釋放一部分地層應力，地下水得到了發育，為其存儲給予了部分儲存間隙，因此被劃分在中等富水區域內，區域基巖裂隙水流經礦區，從地形條件或水文地質中可以觀察到，其礦床地下水的補給排泄于盆地時，來源于另外一個方面，那就是區域裂隙水之中。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，地下水補給充分。斷層圍巖性質的不一致會導致斷裂帶的水動力條件存在差異，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定，在全國大氣降水線標準范圍內。這些水文地質的地下水的存儲依靠大氣降水，雨水逐漸滲入到地層，在滲透過程中一部分水分隨之蒸發，另外存水量也會受到人為因素的影響，出水口會在深部基巖裂隙水周圍做出混合，故水點會稍有偏離全國雨水線的情況，大多數情況下以蒸發線上的水點作為衡量標準。在研究流體與斷層中，其相互作用區分組合形式在本研究中尤為重要，其組合形式被稱為滲透結構組合，如圖1所示。

圖1 斷層滲透結構示意圖

根據圖1，根據斷裂帶的物質組成和滲透率，可以明確劃分為斷層（新滑面斷層)和破碎帶斷層(次級破碎斷層)。斷層上盤前震旦系深變質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水帶。其南北盤巖性分別為前震旦紀變質巖與第四系砂礫巖，其上覆蓋含礫亞砂土。地層產生向北傾斜的傾角，一般都是因為斷層之間的牽引在交接隔水層正常發育。紅灰色的斷層由基巖角礫組成，緊密擠壓滑動下產生槎痕，存在小面積的彎曲。風干之后遇水可朔，不透水且異常堅硬，常常在斷層第四系活動。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率的差異。圖中給出了典型北西向和北東向斷裂的滲透結構變化分析和優勢斷裂走向，說明北東向構造是礦區的優勢控水構造。礦床內的充水水源，主要是沖洪積傾斜區的河床地下水，局部有較大斷裂的礦坑不能自然排水，根據礦山水文地質條件復雜程度劃分，在連通性較好的構造裂隙部位，突出的環境地質問題有可能會出現有一定概率的涌水。其礦區礦床水文地質條件屬于中等類型，礦床的水文地質條件為裂隙局部脈狀充水的礦床，結合各礦區的水文地質條件及劃分原則，確定礦山屬第二類型水文地質條件。

甘肅平涼礦山的含水巖層可分為第四類松散巖孔隙構造裂隙含水帶，河床兩側為重點分布區域，組成結構為殘余坡積層和沖積層兩項內容。其它排水埋藏在基巖裂隙之間較深的地方，由于礦山在地質活動中受到了或多或少的干擾，這些因素直接影響和導致了一些地質問題的發生，特別是改變了圍巖的一些介質條件，并且改變都很明顯，使得礦山的水文地球地理化學環境都受到了很嚴重的改變，氖值高達38.55-55.24TU，這就表明這些地下水大部分都是20世紀60-80年代的補給水。該巖層的滲透性處于中等水平，與甘肅地形密切相關。其次，構造裂縫含水帶具有較強的韌性變形能力和很強的含水能力，這與甘肅的水文地質有著密不可分的關系。礦山開采的時候一定要排除礦山內的水，在最大程度上防止地下水的入滲情況發生。區域內的地表水無色無味，水質清澈透明，水質礦物硬度和水內含有的微量元素齊全，在國家飲用水標準范圍之內。可以看出，天然水不受開采的污染，適用于生活生產。

3 結語

甘肅省平涼市崇信縣大型礦山建設項目在建設過程中，其中最重要的一項準備工作就是對礦山水文地質的綜合評價，評估可以在最大程度上保證工程質量，確保工程成本效益，相關管理機構應該將這些問題重視起來。甘肅平涼礦山的水文地質條件優秀，地質環境也符合要求。為了能夠更好地推進工作，對相關工作的技術人員進行技術培訓指導，可以更高效地學習掌握水文地質勘探的相關知識，給工作提供便利，甘肅省平涼市崇信縣礦區也會得到更大的跨越式發展和飛躍。