甘肅酒泉地區(qū)礦山水文地質(zhì)環(huán)境調(diào)查與分析

蘇喜平

（甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 酒泉 735000）

甘肅酒泉地區(qū)位于甘肅省西北部，在河西走廊西端，北部與蒙古國(guó)相接，東部與張掖接壤，南部連接著青海地區(qū)，南北跨度大約750 公里，東西跨度約680 公里，總面積達(dá)18.47 萬(wàn)平方公里，東經(jīng)94°15′～96°17′，北緯36°12′～36°54′。甘肅酒泉地區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)資源豐富，包括鋅礦、鐵礦、金礦、銀礦、銅礦、錫礦等，其中主要以鐵礦和銅礦礦產(chǎn)資源為主。1994 年起，國(guó)家逐漸增加了對(duì)銅、鐵礦產(chǎn)資源的利用，對(duì)甘肅酒泉地區(qū)鐵礦、銅礦等礦山進(jìn)行了大量的開(kāi)發(fā)，探求333+334 銅、鐵資源量，品位3.7g/t～20.8g/t，多數(shù)大于5.0g/t，到2008 年年底，甘肅酒泉地區(qū)礦產(chǎn)資源的產(chǎn)量為102.86kg～147169.92kg，其中產(chǎn)量超過(guò)1000kg 礦床有16 個(gè)。隨著地質(zhì)勘查、開(kāi)采深度的加深，甘肅酒泉地區(qū)礦山水文地質(zhì)環(huán)境已經(jīng)發(fā)生了改變，近年來(lái)甘肅酒泉地質(zhì)礦山水文地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，已經(jīng)嚴(yán)重威脅到了周圍居民的正常生活，為此提出甘肅酒泉地區(qū)礦山水文地質(zhì)環(huán)境調(diào)查與分析。

1 甘肅酒泉地區(qū)礦山水文地質(zhì)環(huán)境調(diào)查

此次結(jié)合多方面資源，對(duì)甘肅酒泉地區(qū)礦山水文地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行了調(diào)查總結(jié)，調(diào)查內(nèi)容主要包含礦山地形地貌、氣象、地下水系統(tǒng)、含水層四個(gè)方面，具體如下圖1 所示。

以下將分別從地形地貌、氣象、地下水系統(tǒng)、含水層四個(gè)方面，對(duì)甘肅酒泉地區(qū)礦山水文地質(zhì)環(huán)境調(diào)查分析。

1.1 甘肅酒泉地區(qū)礦山地形地貌與氣象調(diào)查

大部分甘肅酒泉地區(qū)礦山海拔高度一般為海拔1300m～1500m 的低中山地區(qū)，地勢(shì)相對(duì)比較平坦，少數(shù)低洼地區(qū)海拔高度可降至1250m，礦山地形高度差較小，地形高差一般為0m～15m，部分少數(shù)地區(qū)地形高差較達(dá)25m～155m。

圖1 甘肅酒泉地區(qū)礦山水文地質(zhì)環(huán)境調(diào)查結(jié)構(gòu)圖

甘肅酒泉地區(qū)礦山氣候環(huán)境屬于亞熱帶氣候，年氣溫溫差比較大，年平均氣溫在22℃左右，最高氣溫可以達(dá)到35℃，最低氣溫為零下19℃。礦山干濕兩季比較明顯，11月～次年5 月為旱季，降雨量較少；6 月～10 月為雨季。每年7 月～8 月溫度最高，降低量達(dá)到最大值，氣溫高達(dá)35℃，每年12 月份溫度最低，降雨最少，氣溫約為3℃～10℃，年均降雨量800mm 左右。

甘肅酒泉地區(qū)礦山水系不發(fā)育，大部分為季節(jié)性河流，僅于北部和東部礦山見(jiàn)南北向河流，旱季干涸，雨季流量2m3/s～14m3/s，海拔高度為1176m～1189m，可視為甘肅酒泉地區(qū)礦山最低侵蝕面。甘肅酒泉地區(qū)礦山附近(＜5km)有水庫(kù)和人工水塘，可作為工業(yè)水源；區(qū)域中部礦山常見(jiàn)有水井，可作為生活水源。在甘肅酒泉地區(qū)礦山水文地質(zhì)環(huán)境地表填圖中，礦山未發(fā)現(xiàn)泉眼，因此甘肅酒泉地區(qū)礦山地表水主要是季節(jié)性山間河流，主要來(lái)源為大氣降水。

1.2 甘肅酒泉地區(qū)礦山地下水充水條件調(diào)查

甘肅酒泉地區(qū)礦山受含水巖組的發(fā)育形態(tài)（裂隙產(chǎn)狀）控制，地下水總體流向?yàn)槟蠔|、北東，以不明顯的泉水形式排泄于溪溝，因此基巖裂隙水的補(bǔ)給區(qū)、逕流區(qū)、排泄區(qū)不盡一致，排泄區(qū)少數(shù)在礦山外圍。甘肅酒泉地區(qū)礦山地貌屬丘陵，地形是一個(gè)西高東低、西窄冬寬的簸箕形地帶，地形坡度20°～38°。礦山內(nèi)溪溝較發(fā)育，山谷眾多，但多數(shù)時(shí)間為干谷，因此礦山地形地貌條件有利于大氣降水的匯流和排泄。

甘肅酒泉地區(qū)礦山內(nèi)村莊附近有幾處小型灌溉水庫(kù)（塘），為大氣降水的儲(chǔ)水體，庫(kù)容較小，枯水季節(jié)幾乎干枯。底部多數(shù)為水泥砌筑，且所處位置多在農(nóng)田附近，地層巖性多為隔水性能較好的粘土。因此，水庫(kù)（塘）對(duì)礦床充水無(wú)影響。區(qū)域東部的礦山距離水源2.5 公里，切割砂質(zhì)粘土層，河床質(zhì)為卵石，下部有亞粘土夾碎石層，厚度2m 左右，透水性好，利于地下水流通。甘肅酒泉地區(qū)礦山含水巖組的富水性弱、極弱，導(dǎo)致整個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)的總體水力聯(lián)系并不十分暢通。因此，含水巖組的水文特征一定程度上阻礙了地表水對(duì)礦山地下水的充水。甘肅酒泉地區(qū)礦山過(guò)去開(kāi)采方式為露天開(kāi)采，采坑現(xiàn)降采最大深度為60m，一般30m 左右，地質(zhì)條件遭到嚴(yán)重破壞。因此綜上所述，目前甘肅酒泉地區(qū)礦山地下水的充水因素簡(jiǎn)單，屬于水量極弱的基巖裂隙水向礦山直接充水的充水方式。

1.3 甘肅酒泉地區(qū)礦山含水層調(diào)查

甘肅酒泉地區(qū)礦山含水層可分為第四系殘坡積含水巖組和基巖裂隙含水巖組兩種，第四系殘坡積含水巖組主要分布在甘肅酒泉地區(qū)礦山主溝谷及山下平緩地帶，巖性為第四系沖、洪積之砂礫石層和砂質(zhì)亞粘土，接近河谷地帶常具二元結(jié)構(gòu)，上部為亞粘土，厚0.5m～2m，不含水；下部為粉細(xì)砂及砂礫層，厚2m～5m，富水性弱。另在農(nóng)田地帶分布有粘土層，持水性好，透水性差，但因其面積較小，分布不均，不具有區(qū)域上的隔水能力，因此第四系殘坡積含水巖組總體透水性較好，與下伏地層水力聯(lián)系密切。

基巖裂隙含水巖組主要由淺部的基巖風(fēng)化帶和深部的碎屑基巖組成。基巖風(fēng)化帶巖性是砂質(zhì)頁(yè)巖、英安玢巖的風(fēng)化蝕變巖石組成，在甘肅酒泉地區(qū)礦山地表廣泛分布，平均厚度15.51m（局部含浮土層厚度），地表面裂隙率1.32%～1.75%，裂隙呈微張～張開(kāi)狀，為泥質(zhì)、鐵質(zhì)充填堵塞。弱富水，透水性強(qiáng)。碎屑基巖由新鮮的砂質(zhì)頁(yè)巖組成，礦山鉆孔揭露最大厚度230.96m，平均厚度121.91m，承壓性較弱。巖層順層裂隙較發(fā)育，裂隙率可達(dá)10 條/米，由于巖層產(chǎn)狀較陡，故裂隙產(chǎn)狀同時(shí)較陡，中軸角平均在20°～30°之間。由于裂隙發(fā)育情況判斷，巖組的透水性較好，但由于甘肅酒泉地區(qū)礦山侵入巖較發(fā)育，致使該巖組的空間分布極不均勻、不連續(xù)，呈透鏡狀為主，侵入巖的透水性差，為相對(duì)隔水層。因此導(dǎo)致甘肅酒泉地區(qū)礦山含水巖組的總體透水性并不好。因此可見(jiàn)，基巖裂隙含水巖組本身的透水性普遍較好，含水巖組之間的水力聯(lián)系密切，但受到侵入巖的影響，加之含水巖組的富水性弱、極弱，導(dǎo)致整個(gè)甘肅酒泉地區(qū)礦山范圍內(nèi)的總體水力聯(lián)系并不十分暢通。

2 甘肅酒泉地區(qū)礦山水文地質(zhì)環(huán)境分析

此前，甘肅酒泉地區(qū)礦山已進(jìn)行了多年的露天開(kāi)采，采礦造成大面積的地表破壞，包括土壤剝蝕、植被破壞、地貌景觀破壞等，對(duì)當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)、自然風(fēng)光、微氣候條件、生態(tài)平衡等均造成較明顯的影響。因此，對(duì)結(jié)合以上調(diào)查結(jié)果，對(duì)礦山水文地質(zhì)環(huán)境分析。

結(jié)合甘肅酒泉地區(qū)礦山水文地質(zhì)環(huán)境特征，建立了水文地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)指標(biāo)體系，選擇的預(yù)測(cè)因子包括甘肅酒泉地區(qū)礦山水文地質(zhì)構(gòu)造特征、氣象特征、地下水系統(tǒng)、巖石發(fā)育深度、含水層特征共五個(gè)，并根據(jù)甘肅酒泉地區(qū)礦山水文地質(zhì)環(huán)境調(diào)查結(jié)果，對(duì)各個(gè)預(yù)測(cè)因子進(jìn)行分析，每個(gè)水文地質(zhì)環(huán)境分析因子對(duì)甘肅酒泉地區(qū)礦山水文地質(zhì)環(huán)境影響程度是不同的，為了反映各個(gè)因子的重要程度，需要將各個(gè)因子賦予相應(yīng)的權(quán)重值。此次采用層次分析法來(lái)確定預(yù)測(cè)因子的權(quán)重值，將預(yù)測(cè)因子賦予合理的權(quán)重值，由各權(quán)重所組成的集合為：

公式（1）中，h 代表甘肅酒泉地區(qū)水文地質(zhì)環(huán)境分析因子；h1表示賦予權(quán)重值的分析因子。權(quán)重值計(jì)算公式為：

運(yùn)用公式（2）對(duì)上文提出的因子進(jìn)行權(quán)重計(jì)算，得出甘肅酒泉地區(qū)礦山水文地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)因子權(quán)重集合，計(jì)算結(jié)果如下表所示。

表1 甘肅酒泉地區(qū)礦山水文地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)因子權(quán)重

通過(guò)模糊信息綜合預(yù)測(cè)函數(shù)對(duì)預(yù)測(cè)因子進(jìn)行信息量化，從而實(shí)現(xiàn)甘肅酒泉地區(qū)礦山水文地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)分析，模糊信息綜合預(yù)測(cè)函數(shù)f 如下：

公式（3）中，H 為預(yù)測(cè)因子h 模糊隸屬度。利用上述公式即可得到甘肅酒泉地區(qū)礦山水文地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，將表1 中數(shù)值帶入公式（3），得出甘肅酒泉地區(qū)礦山水文地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為三級(jí)，表示該區(qū)域礦山水文地質(zhì)環(huán)境具有較高的風(fēng)險(xiǎn)，容易發(fā)生水文地質(zhì)災(zāi)害，需要采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)甘肅酒泉地區(qū)礦山水文地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行了調(diào)查與分析，對(duì)多方面水文地質(zhì)環(huán)境調(diào)查資源進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)目前甘肅酒泉地區(qū)礦山水文地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行了綜合性評(píng)價(jià)分析，為甘肅酒泉地區(qū)礦山水文地質(zhì)環(huán)境治理以及水文地質(zhì)災(zāi)害防治提供了有利的依據(jù)，為甘肅酒泉地區(qū)綠色礦山建設(shè)提供了強(qiáng)大的理論支撐。