，

(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局321地質(zhì)隊(duì)，安徽 銅陵 244033)

獅子山礦區(qū)位于銅陵市東郊約7 km，是長江中下游成礦帶最大的銅礦田，也是我國重要的銅資源生產(chǎn)基地之一[1]。獅子山礦區(qū)長期大規(guī)模礦產(chǎn)開發(fā)活動為地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出了巨大貢獻(xiàn)，但礦業(yè)開發(fā)誘發(fā)的礦山地質(zhì)環(huán)境問題，也成為制約經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的重要因素，嚴(yán)重影響了人民生命財(cái)產(chǎn)安全和正常生活秩序[2]。特別是巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害問題[3-4]。例如位于礦區(qū)東北部的西湖鎮(zhèn)朝山村自2011年12月10日起開始發(fā)生巖溶塌陷，至2011年12月31日，共產(chǎn)生塌陷40處之多，影響面積約24×104m2，危及村民466戶，1 229人，屬重大巖溶不良地質(zhì)災(zāi)害。分析認(rèn)為，該塌陷區(qū)位于新華山銅礦的排水漏斗范圍內(nèi)，新華山銅礦大強(qiáng)度排水是本次塌陷重要誘因[4]。相關(guān)研究也表明礦山抽排地下水是本地區(qū)巖溶塌陷的重要誘因之一[3、5-9]。通過巖溶地下水監(jiān)測，可及時(shí)掌握其變化規(guī)律,做到正確地預(yù)測預(yù)報(bào)巖溶塌陷的發(fā)生發(fā)展趨勢[3、6]。

地下水監(jiān)測是一個(gè)系統(tǒng)工程，包括地下水位監(jiān)測、水質(zhì)監(jiān)測、水溫監(jiān)測及水量監(jiān)測等內(nèi)容[10]。我國地下水監(jiān)測工作始于20世紀(jì)50年代[11]，目前有關(guān)地下水位監(jiān)測網(wǎng)建設(shè)方面的研究，主要集中在我國北方城市，監(jiān)測目的多是為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城市供水等水資源管理提供依據(jù)[12-14]。而針對大型礦區(qū)開展的地下水動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)的研究相對較少。因此，本研究在詳細(xì)分析礦區(qū)地質(zhì)背景的基礎(chǔ)上，再結(jié)合區(qū)內(nèi)主要礦山分布位置、巖溶塌陷區(qū)分布位置以及現(xiàn)有水文井孔分布情況，初步提出了獅子山礦區(qū)地下水位動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)建設(shè)方案，可為礦區(qū)巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警及水資源管理部門提供參考。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

1.1 地質(zhì)構(gòu)造

獅子山礦區(qū)處于順安—大通復(fù)向斜次一級褶皺青山背斜的北東段，區(qū)內(nèi)除部分地段為第四系沖積和坡積物覆蓋外，出露的地層主要為三疊系中、下統(tǒng)，深部經(jīng)工程揭露可見上泥盆統(tǒng)—上二疊統(tǒng)。賦礦地層自下而上依次產(chǎn)出志留系茅山組到三疊系龍頭山組，巖性主要為灰?guī)r、硅質(zhì)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖、砂巖、砂頁巖及硅質(zhì)頁巖等，其中金礦床主要富集在上部三疊系地層中。構(gòu)造主要發(fā)育北東向的青山背斜，以及近南北向、近東西向、北東向和北西向的斷裂；巖漿巖多呈巖墻—巖枝狀產(chǎn)出，主要為燕山期輝石閃長巖、石英閃長巖、花崗閃長巖等中酸性侵入巖以及晚期煌斑巖、花崗斑巖等脈巖等。獅子山礦區(qū)銅、金等礦產(chǎn)資源豐富，以銅為主的礦床有冬瓜山礦床、大團(tuán)山礦床、老鴉嶺礦床、花樹坡礦床和東、西獅子山等，以金為主的礦床主要有朝山金礦床、胡村金礦床、包村金礦床和長龍山金礦床等，以及還有雞冠山鐵礦床、曹山硫鐵礦床等礦山。

1.2 水文地質(zhì)條件

獅子山礦區(qū)位于長江南岸丘陵平原區(qū)，水文地質(zhì)條件嚴(yán)格受區(qū)域地貌、地質(zhì)構(gòu)造和巖性的控制，主要含水層為三疊系龍頭山組、分水嶺組和南陵湖組，單井出水量可達(dá)1 000 m3/d，巖溶發(fā)育，形態(tài)以小溶洞和溶蝕裂隙為主，巖溶發(fā)育下限-200 m，強(qiáng)巖溶帶位于+10 m標(biāo)高以上，破碎帶、裂隙發(fā)育帶和接觸帶附近巖溶增強(qiáng)[15]。從宏觀上看，淺部為厚約300～400 m的含水相對豐富的巖溶裂隙含水層，中部為厚約200～260 m的含水微弱的砂頁巖裂隙含水層，深部為含水弱且很不均勻的灰?guī)r裂隙含水層，該層以構(gòu)造裂隙導(dǎo)水為主。

本區(qū)地下水的埋藏主要受地形控制，第四系孔隙水埋藏較淺，一般小于5 m。巖溶水和基巖裂隙水水位隨地形變化較大，地下水位埋深一般在5～15 m。礦區(qū)附近地下水受礦山排水影響，地下水位埋深較大，可達(dá)100 m以下。大氣降水是區(qū)內(nèi)地下水的主要補(bǔ)給來源，由碳酸鹽巖石組成的丘陵為補(bǔ)給區(qū)，地表及淺部發(fā)育的巖溶(溶蝕)裂隙為降水入滲的通道。地下水大部分就地排泄在坡腳形成季節(jié)泉，部分進(jìn)入第四系覆蓋區(qū)向外排泄，礦山疏干排水是區(qū)內(nèi)地下水的主要排泄方式。

2 地下水開發(fā)利用現(xiàn)狀及環(huán)境地質(zhì)問題

2.1 地下水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

上個(gè)世紀(jì)80年代以來，地方經(jīng)濟(jì)快速增長，需水量急增，工礦、鄉(xiāng)鎮(zhèn)紛紛打井取水，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，礦區(qū)基周邊建有基巖供水井21口(見表1)，開采量約200～2 000 m3/d，主要開采南陵湖組、東馬鞍山組巖溶裂隙水。在開采地下水過程中，曾有零星的小規(guī)模巖溶塌陷產(chǎn)生，如大沖、西湖鎮(zhèn)水泥廠等巖溶塌陷。2004年前后獅子山老城區(qū)自來水改造，企業(yè)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)等水井皆停采。部分水井受礦山排水影響，井水位降深較大也停止開采。截止目前，這些供水井均已停采。

表1 礦區(qū)及周邊供水井歷史上開采情況一覽表

2.2 礦山抽排地下水現(xiàn)狀

獅子山礦區(qū)礦產(chǎn)資源豐富，采礦歷史悠久，開采礦山眾多。區(qū)內(nèi)最多時(shí)共有開采礦山32座，目前仍在生產(chǎn)約10余座，其余多為停產(chǎn)、閉坑或未開采狀態(tài)，礦區(qū)范圍內(nèi)曾有非法開采井口也已被取締。目前區(qū)內(nèi)主要排水礦山有6座(見表2)，礦坑總排水量豐水期(汛期)可達(dá)2～3×104m3/d，一般1～2×104m3/d。除冬瓜山銅礦開采深部礦體外，其余礦山開采礦體較淺。礦體主要受層間裂隙、接觸帶、斷裂構(gòu)造控制，賦存于黃龍船山組、棲霞組、大隆組及小涼亭組、塔山組、南陵湖組、龍頭山組與石英閃長巖接觸帶。其中龍頭山組、南陵湖組與巖體接觸帶附近巖溶發(fā)育，充水量大，水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜。

表2 獅子山礦區(qū)主要生產(chǎn)礦山水文地質(zhì)及排水情況一覽表

2.3 開采(抽排)地下水引發(fā)的環(huán)境地質(zhì)問題

2.3.1 巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害

區(qū)內(nèi)巖溶塌陷因采礦疏排地下水和機(jī)井抽水引發(fā)，礦山疏干排水引發(fā)塌陷數(shù)量多，影響范圍大，機(jī)井開采地下水引發(fā)零星塌陷。全區(qū)現(xiàn)有6處發(fā)生塌陷(見圖2、表3)，共形成塌坑88余個(gè)，影響面積59.493×104m2。巖溶塌陷主要發(fā)生在新華山銅礦的北部銅陵縣天門鎮(zhèn)新民村、包村金礦的東部周沖，銅井沖亦有少量塌陷產(chǎn)生。其中朝山村—新民村塌坑數(shù)量多，影響面積大，目前尚存隱患[4]。

另外，巖溶塌陷的發(fā)生還會造成巖溶地下水污染。如礦區(qū)外圍北部鳳凰山銅礦選礦廢水通過小郎沖塌坑流入地下，致使小郎沖水2井銅、鉛、鋅超標(biāo)；葉家湖水源地存在高鐵孔隙水通過塌陷區(qū)污染巖溶水問題[3]。

表3 獅子山礦區(qū)巖溶塌陷統(tǒng)計(jì)表

2.3.2 地下水資源衰減

獅子山礦區(qū)礦山眾多，礦山長期排水已破壞區(qū)內(nèi)地下水天然動態(tài)。礦區(qū)開采初期，地下水呈天然狀態(tài)，礦區(qū)地下水位標(biāo)高一般在±0 m以上，經(jīng)過多年采礦及強(qiáng)排水，礦區(qū)地下水位普遍下降，礦區(qū)中心地下水地下水位埋深較大，可達(dá)100 m以下。根據(jù)王龍平等人的研究[2]，獅子山礦區(qū)灰?guī)r巖溶水水位下降幅度較大，三疊系南陵湖組灰?guī)r巖溶水水位平均下降約140 m，二疊系棲霞組灰?guī)r巖溶水水位平均下降約105 m，表現(xiàn)為開采型動態(tài)特征。

地下水均衡破壞嚴(yán)重，改變了區(qū)內(nèi)地下水流向和地下水均衡，使主要含水層地下水位下降，水力坡度變陡，形成疏干漏斗區(qū)。

3 礦區(qū)內(nèi)地下水位動態(tài)監(jiān)測現(xiàn)狀

獅子山礦區(qū)內(nèi)礦山較多，規(guī)模大小不一，其中國有礦山僅一座(冬瓜山銅礦)，其余全為集體和私營礦山。各礦山在前期勘查、開拓過程中也做過一些水文地質(zhì)調(diào)查工作，對地下水位動態(tài)進(jìn)行過短期監(jiān)測。另外，在礦區(qū)內(nèi)巖溶塌陷勘查過程中也做了一些短期地下水位動態(tài)監(jiān)測工作。

目前，區(qū)內(nèi)僅321地質(zhì)隊(duì)對獅子山老城區(qū)區(qū)域開展了多年來間斷性監(jiān)測(J1、ZK750、SHK21、ZK540、農(nóng)科所供水井等監(jiān)測點(diǎn))，多年來監(jiān)測結(jié)果見圖1。從圖中可以看出，由于礦山長期排水，獅子山老城區(qū)一帶多年來地下水水位呈持續(xù)下降趨勢，說明補(bǔ)給與排泄處于負(fù)均衡狀態(tài)，形成了地下水降落漏斗，這也說明礦山抽排水對老城區(qū)一帶地下水資源影響較嚴(yán)重。

圖1 獅子山老城區(qū)多年來地下水位等值線圖 (a. 1983年，b. 1993年c. 2013年)

4 礦區(qū)地下水位動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)建設(shè)設(shè)想

4.1 礦區(qū)地下水位動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)建設(shè)目的

通過在獅子山礦區(qū)建設(shè)一個(gè)長期地下水位動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)，查明礦區(qū)地下水水位的時(shí)空分布特征，分析地下水水位變化趨勢及采礦工程對地下水的影響，探索地下水位變化與礦區(qū)巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)系，分析巖溶塌陷發(fā)展趨勢，為礦山安全生產(chǎn)、礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理及巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害問題的研究和防治提供基礎(chǔ)資料，為水資源管理部門決策服務(wù)。

4.2 礦區(qū)地下水位動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)布置原則

監(jiān)測網(wǎng)布置原則主要有：(1)地下水動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)應(yīng)盡可能控制礦區(qū)礦山排水漏斗；(2)監(jiān)測淺層地下水與深層地下水的水力聯(lián)系；(3)針對礦區(qū)范圍內(nèi)主要導(dǎo)水破碎帶進(jìn)行監(jiān)測；(4)利用原有觀測孔(水文孔)，以利于資料的對比和重復(fù)利用，并節(jié)省費(fèi)用。

4.3 礦區(qū)地下水位動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)建設(shè)初步方案

(1)監(jiān)測層位：礦區(qū)主要含水層為淺部的三疊系龍頭山組、分水嶺組、南陵湖組的碳酸鹽巖類巖溶裂隙含水巖組，巖溶發(fā)育，形態(tài)以小溶洞和溶蝕裂隙為主，富水性在破碎帶、裂隙發(fā)育帶和接觸帶附近巖溶增強(qiáng)，富水程度中等—強(qiáng)，為礦山主要充水含水層，是地下水動態(tài)監(jiān)測的主要重點(diǎn)層位。

(2)監(jiān)測孔布置：根據(jù)礦區(qū)水文地質(zhì)條件、原有觀測孔的保存狀態(tài)以及觀測孔的布置原則，地下水監(jiān)測孔布置見圖2，建議布設(shè)監(jiān)測孔33座，分布在各灰?guī)r分布區(qū)、破碎帶處以及重要礦山分布區(qū)，基本控制礦區(qū)地下水流場的主要區(qū)域。

(3)監(jiān)測方法及頻次：建議采用自動監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)施全天候監(jiān)測。

(4)數(shù)據(jù)處理：水位數(shù)據(jù)采集后傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)中進(jìn)行處理分析，可實(shí)時(shí)了解礦區(qū)水位變化情況。相關(guān)分析數(shù)據(jù)可接入地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)，可供管理部門參考。

4.4 動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)建設(shè)初步方案可行性分析

開展礦區(qū)地下水位動態(tài)監(jiān)測，在監(jiān)測孔方面，可利用礦區(qū)原有供水井、監(jiān)測孔來進(jìn)行，部分需要開展清淤、洗井和井口維護(hù)工作，就可以直接利用；在監(jiān)測技術(shù)方面，目前國內(nèi)地下水自動監(jiān)測技術(shù)已相當(dāng)成熟，監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集、存儲、發(fā)送、接收、存入數(shù)據(jù)庫以及數(shù)據(jù)分析均可實(shí)現(xiàn)自動化；在監(jiān)測費(fèi)用方面，申請地下水管理部門財(cái)政經(jīng)常性支出項(xiàng)目或納入礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測費(fèi)用；在成果應(yīng)用方面，監(jiān)測成果可供地下水管理部門及巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害研究和防治部門參考。因此，開展獅子山礦區(qū)地下水位動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)建設(shè)是可行的。

圖2 獅子山礦區(qū)地下水監(jiān)測網(wǎng)初步方案建議布置圖

5 結(jié)語

(1)獅子山礦區(qū)碳酸鹽巖類巖溶裂隙含水層分布面積廣，巖溶發(fā)育程度高。區(qū)內(nèi)礦山多，抽排地下水頻繁，歷史上礦區(qū)東部及北部溝谷地帶發(fā)生多起巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害，嚴(yán)重威脅人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。

(2)礦區(qū)未進(jìn)行過長期統(tǒng)一的地下水位動態(tài)監(jiān)測，僅個(gè)別礦山或塌陷區(qū)依托項(xiàng)目開展了短期或非連續(xù)監(jiān)測，相關(guān)研究和監(jiān)測表明了礦山抽排地下水破壞了周邊地下水環(huán)境，改變了區(qū)域地下水流場，成為區(qū)內(nèi)巖溶塌陷主要誘因之一。

(3)針對礦區(qū)內(nèi)主要礦山分布位置、巖溶塌陷區(qū)分布位置以及現(xiàn)有水文井孔分布情況，初步提出了獅子山礦區(qū)地下水位動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)建設(shè)設(shè)想，可為礦區(qū)巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警及水資源管理部門提供參考。

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