張方璐， 陳和焰

(1.昆明理工大學國土資源工程學院地球科學系,云南昆明 650000；2.新疆華維地礦工程技術有限公司,新疆烏魯木齊 830001)

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新疆薩熱克礦區(qū)水文環(huán)境分析及防治對策

張方璐1， 陳和焰2

(1.昆明理工大學國土資源工程學院地球科學系,云南昆明 650000；2.新疆華維地礦工程技術有限公司,新疆烏魯木齊 830001)

摘要通過統(tǒng)計多年降雨量，觀察卓尤勒蘇河水流量，研究各時期盆地內(nèi)地層富水性，綜合分析礦區(qū)地表水、地下水動態(tài)及其與降水量關系等，提出了礦山開采的水文防治建議。

關鍵詞薩熱克盆地；水文環(huán)境； 卓尤勒蘇河

Analysis and Countermeasures for Hydrological Environment of Sareke Mining Area

ZHANG Fang-lu1, CHEN He-yan2

(1.Department of Earth Sciences, College of Land Resource Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming, Yunnan 650000; 2.Xinjiang Huawei Geological Mining Engineering Technology, Urumqi, Xinjiang 830001)

AbstractAccording to the statistics of multi-year average precipitation, water flow rate of Zhuoyoulesu River was observed; water yield property in stratum was researched in basin.Based on the comprehensive analysis of precipitation, surface water in mining area and dynamic monitoring of underground water, suggestions were put forward for the hydrological environment of Sareke Mining Area in Wuqia County.

Key wordsSareke basin; Hydrological environment; Zhuoyoulesu River

礦區(qū)水文環(huán)境對礦山開采具有重要影響，開采人員在開采前需對地質(zhì)條件進行全面了解，做到“預防為主”，實現(xiàn)安全生產(chǎn)[1-2]。薩熱克礦區(qū)的河流為卓尤勒蘇河支流明哲勒赫勃勒河，地下水徑流運動方向除了從地形高處向低處滲流運動外，還受裂隙及構造控制，含水層裂隙發(fā)育的部位地下水含水性及滲透性較好，含水層裂隙不發(fā)育的地段含水性及滲透性較差。在巖石裂隙發(fā)育地帶，地下水逕流通暢，裂隙走向為地下水運動的主要方向，也是地下水的補給來源方向。新疆薩熱克地區(qū)是一個山間斷陷盆地，區(qū)內(nèi)有大型銅礦床，在薩熱克盆地開展水文環(huán)境的調(diào)查分析對薩熱克銅礦的開采意義重大。為此，筆者對薩熱克銅礦區(qū)域的水文環(huán)境(包括降雨、河流量、泉涌量和鉆孔水位變化)進行了分析，旨在為礦區(qū)的安全生產(chǎn)提供參考。

1礦區(qū)地形地貌與氣候

礦區(qū)位于西南天山西段, 礦區(qū)北部較高，東南地勢較低，屬侵蝕低中山地貌，海拔最高3 116 m，最低2 813 m,按地貌形態(tài)分類屬低中山區(qū)。局部山坡陡峭， 河谷切深100～200 m,屬風蝕地貌(風蝕谷)干旱地區(qū)荒漠類型(石質(zhì)荒漠)。礦區(qū)中部為卓尤勒蘇河支流明哲勒赫勃勒河(溪)，長年流水，水量充沛，河谷侵蝕切割強烈，溝底偶有泉水溢出。卓尤勒蘇河在礦區(qū)以南，卓尤勒蘇河上游洪水位標高為2 820 m，平水位標高2 800 m視為最低侵蝕基準面。

礦區(qū)位于中溫帶大陸氣候區(qū)，氣候干燥，降水量少，蒸發(fā)量大，冬季寒冷漫長，夏季溫涼短促，風沙大而多，四季不分明，晝夜溫差大，平均無霜期135 d，屬典型的中溫帶大陸性氣候。年平均氣溫11 ℃以下，1、2月最冷，月平均氣溫-8～-9 ℃，最低-20～-25 ℃，高溫期在6～8月。無霜期160～180 d，積雪厚度最大可達到1 m左右，凍土深度為170 cm；年降水量最大258.3 mm，多集中于6～8月，月最大降水量72.6 mm[3]，年蒸發(fā)量為2 400 mm左右；多西北風，最大風力可達10級。

2礦區(qū)水文地質(zhì)概況

2.1礦區(qū)河流流經(jīng)礦區(qū)的河流為卓尤勒蘇河支流明哲勒赫勃勒河(溪)，該河流以冰雪融水和泉水補給為主，水流量為1.538×104m3/d。據(jù)統(tǒng)計，5月份卓尤勒蘇河河水礦區(qū)以東上游的流量為170.986×104m3/d，在礦區(qū)以南下游為177.811×104m3/d，年徑流量約1.370×108m3/a。

2.2區(qū)域含水層區(qū)內(nèi)分布含水層主要有新生界第四系孔隙含(透)水層(Qh-p)，中生界白堊系碎屑巖裂隙含水層(K1-2)，侏羅系碎屑巖裂隙含水層(J2)，古生界志留系淺變質(zhì)巖裂隙含水層(S1-2)，元古界長城系變質(zhì)巖裂隙含水層(Pt2)。

2.2.1新生界第四系孔隙含(透)水層(Qh-p)。該含水層分為沖洪積孔隙含水層和坡洪積孔隙透水層。沖洪積孔隙含水層分布于卓尤勒蘇河和明哲勒赫勃勒河高漫灘與河床中，巖性由灰褐色松散砂、卵石、礫石組成，卵礫石粒徑為2～20 cm，磨圓度較好，厚度一般為1～10 m，其地下水主要接受河水補給，水位埋深較淺，一般埋深<1 m，最深3～5 m。根據(jù)地質(zhì)報告資料，鉆孔第四系含水層抽水試驗，其單位涌水量(為1.97～7.75 L/(s·m)，滲透系數(shù)為49～97 m/d，其孔隙含水層為強富水含水層[3]。坡洪積孔隙透水層分布于河(溝)谷兩側(cè)山坡地段，巖性由灰黃色、紫紅色亞砂土及砂礫石組成，厚度一般為3～45 m，局部厚度大的層位底部含有地下水。

2.2.2中生界白堊系碎屑巖裂隙含水層(K1-2)。該含水層分為上統(tǒng)英吉沙群和下統(tǒng)克孜勒蘇群。據(jù)鉆孔揭露資料，礦區(qū)內(nèi)出露地層總厚度超過910 m，巖石裂隙較發(fā)育，含裂隙水，為礦區(qū)主要含水層。由鉆孔抽水試驗可知，涌水量為0.069～0.363 L/s，單位涌水量為0.007～0.031 L/(s·m),滲透系數(shù)為0.002～0.019 m/d，為弱富水性的碎屑巖裂隙含水層。

2.2.3中生界侏羅系碎屑巖裂隙含水層(J2)。該含水層分為中侏羅系塔爾尕組和楊葉組，巖石裂隙普遍發(fā)育。據(jù)外圍鉆孔地質(zhì)資料，區(qū)域內(nèi)出露地層總厚度超過820 m。據(jù)烏恰縣沙里拜煤礦礦井排水資料，礦坑涌水量為50～54 m3/d，為弱富水性的碎屑巖裂隙含水層。該含水層與白堊系碎屑巖裂隙含水層發(fā)生直接水力聯(lián)系。

2.2.4古生界志留系淺變質(zhì)巖裂隙含水層(S1-2)。該含水層分布于礦區(qū)西北部和南部，據(jù)外圍鉆孔地質(zhì)資料，區(qū)域內(nèi)出露地層厚度大于78 m，巖石裂隙比較發(fā)育，含裂隙水，富水性弱。區(qū)內(nèi)未見泉水出露，僅在礦區(qū)南部的溝谷底局部有細小泉水溢出，其泉水流量<0.1 L/s。在礦區(qū)南部該含水層與白堊系碎屑巖裂隙含水巖組直接接觸，并發(fā)生水力聯(lián)系。

2.2.5元古界長城系變質(zhì)巖裂隙含水層(Pt2)。該含水層主要分布于礦區(qū)北部，據(jù)外圍地質(zhì)資料，區(qū)域內(nèi)出露地層厚度大于186 m，巖石裂隙比較發(fā)育，含裂隙水，區(qū)內(nèi)未見泉水出露。

2.3地質(zhì)構造礦區(qū)構造較簡單，總體構造線方向為北東—西南走向，礦區(qū)中部為以白堊系上統(tǒng)為核部的薩熱克向斜，南北兩側(cè)發(fā)育有區(qū)域性逆沖推覆斷裂(FA、FB)，向斜位于FA、FB逆沖推覆斷裂之間；該向斜北、南兩翼陡傾(50°～65°)，核部緩

傾[4]。向斜位于南北逆沖推覆斷裂之間，軸向約北東50°，軸面產(chǎn)狀近直立(342°∠87°)，核部地層主要為白堊系上統(tǒng)英吉沙群紫紅色砂巖、粉砂巖，冀部地層為白堊系下統(tǒng)克孜勒蘇群灰色、灰綠色礫巖、砂巖和侏羅系中統(tǒng)的塔爾尕組、楊葉組紫紅色砂巖、粉砂巖、礫巖。薩熱克向斜形成較完整的水文地質(zhì)向斜盆地單元，有利于地下水的聚集與儲存。

在礦區(qū)西側(cè)及東側(cè)新生代地層還發(fā)育有橫切中生代地層的斷層F1～F5，長130～740 m[4-6]，基本特征是垂直于主體構造線，產(chǎn)狀較陡，多有平移性質(zhì)，其力學性質(zhì)屬剪切性質(zhì)。據(jù)工作區(qū)鉆孔資料，400 m深度內(nèi)斷裂破碎帶主要在70～80、120～150、180～220、305～325 m等位置，破碎帶長度一般1～5 m不等，最大長度超過12 m，斷裂破碎帶是地下水的主要徑流補給通道，應該引起重視。

3鉆孔抽水試驗

鉆孔抽水試驗在白堊系地層進行，原因是白堊系地層是薩熱克銅礦開采區(qū)的頂板部分，在進行掘進的過程中，由于巖層自重的影響及其容易沿已有的斷層裂隙發(fā)生涌水的情況，因此在礦區(qū)周邊對薩熱克白堊系地層進行鉆孔抽水試驗顯得十分必要。抽水試驗在鉆孔ZK502、ZK602、ZK413、ZK011進行[3]，抽水試驗結(jié)果見表1。

表1　薩熱克銅礦白堊系地層鉆孔抽水試驗結(jié)果

通過抽水試驗得到，克孜勒蘇組接近地表的滲透系數(shù)為0.001 5～0.018 5 m/d，越往下部滲透系數(shù)變大。原因可能是克孜勒蘇組頂部砂巖中長石類礦物易被風化成高嶺土，高嶺土吸水后易膨脹，裂隙間隙小，細砂巖裂隙又多被高嶺土類黏土充填，致使活動空間狹窄，巖石滲透性微弱，克孜勒蘇組下覆砂巖、含礦鈣質(zhì)礫巖、砂礫巖、巖屑砂巖[7]等，物理性質(zhì)較剛脆，受向斜構造運動發(fā)育的裂隙間隙較寬，含礦鈣質(zhì)礫巖中鈣質(zhì)被地下水溶蝕形成孔隙，且少有充填物，其中地下水儲水及活動空間較白堊系上統(tǒng)巖石寬闊。

4礦區(qū)地下水補給、徑流、排泄

礦區(qū)河流侵蝕基準面(水位)以上礦床中的白堊系碎屑巖裂隙水接受大氣降水、冰雪消融水滲入，以垂直方向補給為主，河流侵蝕基準面(水位)以下白堊系碎屑巖裂隙水接受河(溪)水補給。礦區(qū)兩條河水主要通過北→西→南→東及北→東→南→西兩組裂隙滲透補給礦床地下水，向斜核部及斷裂破碎帶為地下水儲存及流動的主要場所。此外，礦床北部的侏羅系碎屑巖裂隙含水層及南部的志留系淺變質(zhì)巖裂隙含水層均與白堊系碎屑巖裂隙含水層發(fā)生直接水力聯(lián)系。

由于礦區(qū)屬侵蝕低中山地貌，河流侵蝕切割劇烈，地形高差大，地下水埋藏較深，因此地下水滲流運動在山間低洼溝谷和河床谷地中溢出成泉排泄地表，或在山間斷裂帶運動受阻形成地下水溢出點排泄地表。礦區(qū)地下水總體是從北側(cè)山區(qū)向南部卓尤勒蘇河河谷地帶徑流并匯入卓尤勒蘇河，由東向西排泄出礦區(qū)外，排泄途徑通暢。參考烏恰縣薩熱克銅礦區(qū)水文資料，并對礦區(qū)內(nèi)河水流量、泉涌量、鉆孔水位進行了連續(xù)動態(tài)觀測[3]，由表2可知，卓尤勒蘇河豐水期在5、6、7月。

結(jié)合烏恰縣氣象站觀測資料中河水流量、泉水流量動態(tài)變化與大氣降水量變化情況，得到降水量與河流量、泉點涌水量關系。從圖1可以看出，礦區(qū)鉆孔地下水水位呈先增大后減小的趨勢，地下水水文變化最大的月份為7、8、9月，這可能是由于相對較高的地表溫度導致地表水蒸發(fā)，地下水補給致使地下水位突然下降；河流量和泉涌量均與降雨量呈正相關關系，說明薩熱克地區(qū)降雨對地下水的補給迅速，地層的透水性較好。

表2　新疆烏恰縣薩熱克礦區(qū)地表水、地下水、降水量統(tǒng)計

圖1　新疆烏恰縣薩熱克礦區(qū)降水量、河流量、泉點涌水量和鉆孔水位的全年變化情況Fig.1　annual changes of drilling water levels of precipitation, river flow and spring water inflow in Sareke Mining Area in Wuqia County

5水文防治建議

根據(jù)降水量、河流量、泉涌量、鉆孔抽水試驗和地下水水位變化的分析，認為未來礦山開采遇到的主要水文地質(zhì)問題是河水通過采空區(qū)地面巖石裂隙及塌陷坑形成礦坑突水。為了避免發(fā)生井下水患事故，建議采取以下防范措施：

(1)在明哲勒赫勃勒河(溪)上游適當位置設攔水壩并敷設砼涵管，將河(溪)水直接引入卓尤勒蘇河，防止明哲勒赫勃勒河(溪)水(流量1.538×104m3/d)沿采空區(qū)以上巖石移動變形而產(chǎn)生的導水裂隙及塌陷坑直接進入礦坑形成突水。

(2)東部礦井及西部斜坡道井下排出的礦坑水經(jīng)過沉淀凈化處理后，通過排水溝或管道直接排入卓尤勒蘇河，避免直接排到地面，導致礦坑廢水通過巖石裂隙滲入地下礦坑。應當對卓尤勒蘇河水與礦坑充水之間進行專項水文地質(zhì)勘察，以便為礦坑充水治理工作設計提供準確的水文地質(zhì)參數(shù)，防止井下突水事故的發(fā)生，確保井下施工人員和設備的安全。

(3)礦山配備專職人員做好井下每班排水記錄，設專職水文技術員及時掌握和處理礦山水文地質(zhì)情況。

參考文獻

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中圖分類號S 181

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)06-119-03

收稿日期2016-01-20

作者簡介張方璐(1992- )，女，陜西米脂人，碩士研究生，研究方向：地質(zhì)工程。