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(新疆地礦局第九地質大隊，新疆 烏魯木齊 830009)

哈密土屋銅礦床Ⅱ號礦體水文地質特征及涌水量預測

李劍，郭姝婧，王斌

(新疆地礦局第九地質大隊，新疆 烏魯木齊 830009)

在對研究區(qū)區(qū)域地質條件分析的基礎上,對研究區(qū)的水文地質特征進行了分析，并對礦坑的涌水量進行了預測。研究結果表明：研究區(qū)地下水類型較為簡單，主要為構造斷裂破碎帶脈狀水，其補給來源主要是大氣降水，由于斷裂帶裂隙多呈閉合狀，連通性差，因而地下水的徑流-排泄條件不好；礦區(qū)(床)充水來源主要是大氣降水和礦體中的斷裂帶脈狀水；通過“大井法”計算得到在564m標高處露天礦場涌水量為312.03 m3/d，而在400 m標高處礦坑涌水量為862.87 m3/d。

地下水；水文地質條件；充水條件；涌水量；銅礦

新疆哈密市土屋銅礦床Ⅱ號礦體位于哈密市西南210°方向，直線距離80 km處，行政區(qū)劃隸屬哈密市管轄。區(qū)內除東部的庫姆塔格沙垅地勢稍高形成交通阻隔外，其它地區(qū)均有國道和鐵路可通行，交通較為方便。本文在野外實地調查和研究區(qū)地質條件分析的基礎上，并參考相關研究成果[1-5]，對該礦區(qū)地下水的類型、含水層特征、補徑排條件以及充水條件進行了分析，并采用地下水動力學法-穩(wěn)定流解析法中的“大井法”計算了露天采礦場涌水量及400 m標高坑道系統(tǒng)涌水量，進而為該礦區(qū)的安全開采和供水水源地的選擇提供了理論基礎和科學依據。

1 研究區(qū)地質條件分析

1.1 地形地貌

土屋銅礦區(qū)位于哈密盆地的西南緣。山麓低矮，多為海拔高度800 m以下的地形起伏不大的剝蝕殘山、丘陵，山上無永久積雪。最高海拔高度779.20 m，最低海拔高度550 m。相對高差較小，大多小于100 m。為低山丘陵區(qū)。地貌形態(tài)以坡度緩、比高小的孤立殘山和壟崗狀山脊最為發(fā)育，次為樹枝狀、長條狀沖溝及洼地。礦體外圍整體地貌為遼闊的戈壁景觀。礦區(qū)地勢是南高北低，礦床北部西高東低。礦床內地勢為南高北低，最高海拔高度690 m，最低615 m，相對高差較小，西高東低。礦床南部東高西低。

1.2 地層巖性

礦區(qū)出露地層為上-下石炭統(tǒng)企鵝山群第一組和第二組，上石炭統(tǒng)干墩巖組，中侏羅統(tǒng)西山窯組及第四系全新統(tǒng)的坡積物和洪沖積物。以康古爾塔格深大斷裂為界，上-下石炭統(tǒng)企鵝山群與上石炭統(tǒng)干墩巖組巖石類型截然不同。前者屬島弧型早期火山活動產物，為一套中基性-中酸性火山巖夾碎屑巖建造；后者為火山活動平息之后的正常沉積物，屬一套半深海-淺海相復理石雜砂巖建造，巖石受區(qū)域韌性剪切變形變質作用改造強烈。二者之間為斷層接觸。其中與銅礦(化)體相關的地層為上-下石炭統(tǒng)企鵝山群第二組。

1.3 地質構造

礦區(qū)構造以斷裂和區(qū)域性韌性剪切作用為主，而褶皺構造不發(fā)育。

1.3.1 褶皺構造

該褶皺為企鵝山群組成的一大型復式褶皺的東部的北翼，總體走向SW-NE，傾向SE，傾角65°～75°的單斜構造。

1.3.2 斷裂構造

區(qū)內斷裂以近東西向(北東東向)為主，次為北西向。其中康古爾塔格深大斷裂(F1)為準噶爾板塊與北天山洋盆的分界斷裂。其它按形成先后、分布空間及斷裂性質等可分為火山斷裂組、一般斷裂組、剪切斷裂組、右行平移斷裂組。區(qū)內斷裂對礦體未發(fā)現明顯的破壞作用。

1.3.3 韌性剪切帶

礦床位于韌性剪切帶的影響帶中，區(qū)內碎屑巖、火山巖及次火山巖(超淺成巖體)均不同程度地發(fā)育較密集的片理，礦體呈大的透鏡體狀產于近東西向由構造面(片理)組成的韌-脆性剪切帶中。根據地表槽探及鉆孔中資料顯示，片理明顯切割了地層和含礦巖體，韌-脆性變形晚于地層褶皺和巖體侵位。表明成礦作用與韌性剪切帶的構造演化有關。

2 研究區(qū)水文地質條件分析

2.1 含水層類型及特征

礦區(qū)(床)地下水類型主要為構造斷裂破碎帶脈狀水。賦存于礦區(qū)(床)石炭系企鵝山群巖層近東西向發(fā)育的構造斷裂(F16)破碎帶中。平面上，由8勘探線至0、7線是逐漸增寬，向東至16線及向西至15、31、39線逐漸變窄，趨向尖滅的長條紡綞形。由于斷裂破碎帶上部裂隙發(fā)育，接受大氣降水的滲入補給，從而形成了構造斷裂破碎帶脈狀水。

地下水水位埋深29.54～57.12 m，水位標高598.86～625.21 m。根據鉆孔抽水試驗資料得知：ZK3901孔單位涌水量0.000 192 L/s·m，滲透系數0.000 104 m/d。因此，該含水層屬于富水性極弱的含水層，水量極貧乏。

2.2 地下水補給、徑流和排泄條件

由于礦區(qū)及其附近無地表水體，礦區(qū)地下水的補給來源主要是大氣降水。但由于氣候極為干旱，降水量極少，因而礦區(qū)地下水的補給來源十分貧乏。

礦區(qū)整體基本上是一個向南傾斜的單斜構造，發(fā)育有近東西向延伸的斷裂破碎帶(F16)。此帶的東、南、北三面基本上是致密塊狀、性質堅硬、完整性較好的巖石-玄武巖、安山巖、閃長玢巖等，為相對隔水層。向西逐漸尖滅。向下，即地表下約400 m標高(平均)以下的巖(礦)層，由于受壓變得密實，裂隙呈閉合狀，不含水，不透水，為相對隔水層。斷裂中，有的由于碳酸鹽化、硅化等蝕變作用強烈，破碎的巖石變?yōu)橹旅軌K狀、堅硬完整的巖石，如石英巖等，成為相對隔水層。礦區(qū)內大氣降水滲入，匯入破碎帶，構成了一個“掌心地”式的蓄水構造。通過等水位線可以看出南北兩側玄武巖、安山巖區(qū)的ZK1506、ZK705、ZK406、ZK003水位明顯高于礦區(qū)內含礦體的水位。由于斷裂帶裂隙發(fā)育具不均一性，張開裂隙較少，多呈閉合狀，連通性差，因而地下水的水循環(huán)交替極差，基本上處于停滯狀態(tài)，地下水的徑流-排泄條件不好。

地下水流向基本上沿構造線方向，由東向西、由南向北流。一部分經15、23勘探線向北滲入礦區(qū)北側的大草灘斷裂，補給其中的地下水。另一部分就在原地以滲入-蒸發(fā)的形式進行排泄。

2.3 礦床充水條件

礦區(qū)(床)充水來源，一是大氣降水，二是礦體中的斷裂帶脈狀水。大氣降水主要集中在夏季，多為陣雨。偶爾有暴雨降落，給礦床開采帶來一定影響。一般說來，礦區(qū)內降水極少，降水強度極弱，形不成大的地表徑流，因而對礦床開采無影響。

礦體的圍巖及離開斷裂破碎帶的巖層，是致密塊塊、堅硬完整，不含水也不透水的相對隔水層。只有礦體中的斷裂帶脈狀水，從地表下50 m左右至150～200 m深處形成的裂隙潛水帶，是露天采礦場充水的主要來源。在采掘初期，水量會稍大，但由于水的補給來源極貧乏，以后的水量將越來越小，在開采中很容易排除和疏干。因此對露天開采影響不大。

3 礦坑涌水量預測

3.1 預測原則

(1)根據2002年12月長沙有色金屬冶金設計研究院的《新疆哈密市土屋銅礦一期工程開發(fā)建設項目建議書》中的規(guī)定，土屋銅礦床Ⅱ號礦體氧化礦，按564 m標高以上為露天開采底界，進行露天采礦場的礦坑涌水量預測。原生礦開采范圍為100～600 m標高，400 m標高以下巖層為相對隔水層。因此，400 m標高作為原生礦體礦坑涌水量預測計算的底界。

(2)露天采礦場的范圍：根據礦區(qū)所處工程地質條件，擬定露天采礦場邊坡角(東、西、南、北邊坡角各55°)，以確定的露采底界在勘探線剖面上劃分出礦體露天采場的境界線，然后投影于1∶2000的平面圖上，圈制成礦坑涌水量預測圖，然后用KP-90N數字求積儀量取采坑最大面積。

(3)裂隙含水巖組可視為一獨立的、無限延伸的無壓含水體系。

(4)由于礦區(qū)為內陸干旱性氣候，經過一年礦區(qū)簡易氣象觀測資料的證實，年降水量極少，僅24.2 mm，在露天采礦場內形不成地表徑流涌水量，因此沒有參予計算。

3.2 計算方法

根據礦區(qū)水文地質條件及礦坑涌水量預測計算原則，Ⅱ號礦體氧化礦露天采礦場涌水量及原生礦礦坑涌水量只有礦體及其圍巖中裂隙水(潛水)流入的水量和大氣降雨的直接滲入量。在計算標高400 m以下的巖層可視為相對隔水層，故礦井類型分別可視潛水不完整和完整井，地下水運動可視為層流、穩(wěn)定流運動。因此，采用地下水動力學法-穩(wěn)定流解析法中的“大井法”來計算露天采礦場涌水量及400 m標高坑道系統(tǒng)涌水量。計算參數及計算結果見表1所示。

表1 露天采礦場及礦坑的涌水量預測計算結果表

3.3 預測結果及其分析

(1)564 m標高氧化礦露天礦場涌水量為312.03 m3/d，因此，屬于富水性極弱的礦區(qū)。由于礦區(qū)為內陸干旱性氣候，經過一年礦區(qū)簡易氣象觀測資料的證實，年降水量極少，僅24.2 mm，在露天礦場內形不成地表徑流。由于年蒸發(fā)量達到了5 401.20 mm，因此，根據水均衡原理，在礦區(qū)露天開采后，隨著掘進的不斷深入，蒸發(fā)量成了一個不可忽視的排泄量。經計算：露天采礦場涌水量=降水量+大井法涌水量-蒸發(fā)量=11.5 m3/d-585.7 m3/d=-262.17 m3/d，采礦場涌水量為負值，開采時，很可能因蒸發(fā)而殆盡。因此，露天礦場涌水量只有礦體本身及其圍巖中的裂隙地下水(即F16斷裂帶脈狀水)流入量。利用鉆孔簡易抽水試驗資料所得的有關參數，計算所得的露天礦場涌水量數據是可靠的，盡管偏大一點，還是可以作為礦山開采設計的依據。

(2)400 m標高原生礦礦坑涌水量為862.87 m3/d。礦區(qū)(床)100～600 m標高開采范圍內的礦體為坑采。根據整個礦區(qū)施工鉆孔的編錄資料分析認為，400 m標高以下的巖(礦)層，盡管巖層受F16斷裂構造作用顯得破碎，但巖(礦)層結構比較密實，裂隙絕大多數處于閉合狀態(tài)，可視為相對隔水層。因此，將400 m標高(平均)以上的巖層，作為裂隙含水層，進行了原生礦開采時礦坑涌水量的計算。其計算數據偏大一點，其原因主要是裂隙水的極不均一造成的，因此在100～600 m標高以內的礦床仍屬于富水性極弱的礦區(qū)，數據可以作為礦山開采設計依據。

研究區(qū)地下水類型較為簡單，主要為構造斷裂破碎帶脈狀水，其補給來源主要是大氣降水，由于斷裂帶裂隙多呈閉合狀，連通性差，因而地下水的徑流-排泄條件不好；礦區(qū)(床)充水來源主要是大氣降水和礦體中的斷裂帶脈狀水；通過“大井法”計算得到在564m標高處露天礦場涌水量為312.03 m3/d，而在400 m標高處礦坑涌水量為862.87 m3/d。

4 結語

在分析新疆哈密市土屋銅礦床Ⅱ號礦體地質條件基礎上，對該礦區(qū)的水文地質特征和涌水量進行了分析和預測。研究區(qū)地下水類型較為簡單，主要為構造斷裂破碎帶脈狀水，其補給來源主要是大氣降水，由于斷裂帶裂隙發(fā)育均不均一性，張開裂隙較少，多呈閉合狀，連通性差，因而地下水的水循環(huán)交替極差，基本上處于停滯狀態(tài)，因此，地下水的徑流-排泄條件不好。礦區(qū)(床)充水來源主要為大氣降水和礦體中的斷裂帶脈狀水。最后，采用地下水動力學法-穩(wěn)定流解析法中的“大井法”計算了露天采礦場涌水量及400 m標高坑道系統(tǒng)涌水量，分別為312.03 m3/d和862.87 m3/d，均屬于富水性極弱的礦區(qū)。通過對研究區(qū)水文地質特征和涌水量的研究，可以為該礦區(qū)的安全開采和供水水源地的選擇提供了理論基礎和科學依據。

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P641.4+1

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1004-1184(2017)06-0046-02

2017-08-14

李劍(1984-)，男，山東平度人，工程師，主要從事水文地質、工程地質和環(huán)境地質方面工作。