陳新攀,周友清,彭 偉

(紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司 礦產(chǎn)地質(zhì)勘查院, 福建 廈門市 361009)

1 區(qū)域水文地質(zhì)條件

1.1 地形地貌、氣候及地表水系

南非加拉陶鉑族礦區(qū)位于南非林波波省西北部的山麓丘陵地帶,由構(gòu)造侵蝕中低山及丘陵盆地組成,地表植被較發(fā)育。地勢總體西高東低,西部、西北部山體陡峭,中東部低洼地帶為沖蝕堆積形成的Maandagshoek峽谷盆地,Moopetsi河流自西南向北東橫穿盆地。礦區(qū)西部山區(qū)最高點海拔高程1813.0 m,最低點海拔高程約968.0 m(位于礦區(qū)東北部Moopetsi河流支流河床,為區(qū)域最低侵蝕基準(zhǔn)面標(biāo)高),相對高差約845.0 m。

礦區(qū)所在區(qū)域為典型的南非高原炎熱干旱氣候區(qū),夏季炎熱、冬季涼爽,夏季最高氣溫在28℃～38℃之間,極端最高氣溫45℃,冬季最低氣溫很少低于4℃,極端最低氣溫－3℃,年平均氣溫22℃。年降雨量在450～700 mm之間,降雨主要集中在10月到次年2月,約占全年降雨量的73%,6～9月降雨最少,24 h最大雨量110 mm,降水通常以暴雨的形式出現(xiàn)在夏季,并常伴有雷電大風(fēng)。年蒸發(fā)量超過1650 mm,月蒸發(fā)量從不小于80 mm,月平均降雨量明顯低于月平均蒸發(fā)量,這意味著該區(qū)域降雨不足,因此,礦區(qū)所屬區(qū)域被列為農(nóng)業(yè)干旱缺水地區(qū)。

區(qū)域地表水系在山前地帶(礦區(qū)及附近地區(qū))呈樹枝展布,但地表溪溝都是季節(jié)性的(本次調(diào)查期間礦區(qū)內(nèi)溪溝基本是干枯的)。據(jù)地質(zhì)師Dr.Tawanda介紹大氣降水通常在地表形成短暫徑流,雨后很快枯竭,常年性有水流的地表溪溝分布于礦區(qū)外圍東北部、東南部的第四系地區(qū),主要有位于礦區(qū)東北部的Moopetsi河和位于礦區(qū)東南部的Olifants河源頭支流。

1.2 區(qū)域含水巖組

羅卜嶺礦段根據(jù)區(qū)域出露的地層、巖石組合,結(jié)合巖石含水介質(zhì)的孔隙性質(zhì)及地下水的水力性質(zhì),將區(qū)域巖石劃分為2個含水巖組,即松散巖類孔隙含水巖組和巖漿巖類裂隙含水巖組。

(1)松散巖類孔隙水含水巖組。該含水巖組位于礦區(qū)的中東部地區(qū),主要分布于溪溝兩側(cè)、峽谷沖洪積盆地的平緩地帶,出露面積約12.69 km2,占測區(qū)面積的39.1%。巖性為第四系沖、洪積之砂卵礫石層和砂質(zhì)粘性土層。地下水力學(xué)性質(zhì)多屬無壓水,水位埋深小于2 m,富水性弱,局部可達(dá)中等。地下水直接受大氣降水補(bǔ)給,滲流快,并季節(jié)性與地表水相互補(bǔ)給,與下伏基巖裂隙水水力聯(lián)系弱。

(2)巖漿巖類裂隙含水巖組。分布于礦區(qū)西部出露地表區(qū)域,出露面積約19.77 km2,占測區(qū)面積的60.9%,為本區(qū)主要含水巖組。巖性由布什維德火成雜巖體組成,巖石裂隙發(fā)育,以北東、北西向為主。富水性弱。

2 礦區(qū)水文地質(zhì)條件

2.1 地下水補(bǔ)給、徑流和排泄條件

礦區(qū)內(nèi)地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件,主要受地形控制及風(fēng)化、構(gòu)造等因素影響。礦區(qū)的補(bǔ)給區(qū)主要在邊部的西部山區(qū),補(bǔ)給區(qū)破碎帶的發(fā)育給地下水的運移提供了良好的通道,使深部的地下水得到了有效的補(bǔ)給。礦區(qū)排泄方向主要朝向北北東和北東向,局部向東南邊界排泄。風(fēng)化帶裂隙潛水直接受大氣降水入滲補(bǔ)給。礦區(qū)大部分為補(bǔ)給區(qū),徑流受風(fēng)化～構(gòu)造裂隙控制,以垂直徑流、上部快而下部慢為特征。因此,礦區(qū)內(nèi)徑流區(qū)與補(bǔ)給區(qū)基本一致。風(fēng)化帶裂隙潛水的主要排泄途徑：主要是通過斷裂帶向深部徑流補(bǔ)給基巖裂隙承壓水;極少部分在礦區(qū)外圍低洼處以下降泉的形式排出地表。

分布于礦區(qū)東部沖積峽谷盆地及溪溝兩岸的沖洪積層,為孔隙潛水,補(bǔ)給、徑流、排泄區(qū)基本一致,主要接受大氣降水補(bǔ)給,山前地帶部分接受風(fēng)化裂隙潛水補(bǔ)給。在枯、平水期,地下水位一般高于河水位。反之,汛水期,沿溪溝地帶地下水部分接受河水補(bǔ)給。地下水徑流以水平運動為主,水力坡度近似地形坡度,一般以潛流形式向下游溪溝排泄。

2.2 地下水動態(tài)特征

區(qū)內(nèi)地下水動態(tài)類型屬于蒸發(fā)型,大氣降水、蒸發(fā)及氣溫是影響地下水動態(tài)的主要因素。礦區(qū)地下水位隨蒸發(fā)量的加大及氣溫升高而明顯下降,并隨著干旱季節(jié)延長而緩慢下降,地下水位變幅比較平緩,年變幅不大,多小于6 m。

2.3 斷裂構(gòu)造水文地質(zhì)特征

根據(jù)恩科維公司提供的資料及礦區(qū)核查資料,礦區(qū)構(gòu)造較簡單,主要見密集節(jié)理帶,規(guī)模較大的劃為斷層。按產(chǎn)狀,分為NNE－NE、NW－NWW二組,局部充填輝綠巖等超基性巖脈。導(dǎo)水性差,以不導(dǎo)水和局部導(dǎo)水為主,斷層破碎帶富水性弱,局部可達(dá)中等。

2.3.1 NNE－NE斷裂

(1)FD1斷層。出露于礦區(qū)中部,區(qū)內(nèi)長約5 km,二端延出區(qū)外,由鉆孔GRT001等控制,破碎帶寬大于5 m,多為構(gòu)造角礫巖或碎裂巖,具張性特征,據(jù)照片中次級構(gòu)造顯示,該斷裂為正斷層;被輝綠巖脈充填,巖脈寬5～20 m,巖脈二側(cè)界面平整,顯示其沿剪切裂面(張扭性裂面)侵入,表明該斷裂早期為張性,后期張扭性特征。從航磁圖上看,該斷裂(巖脈)平面上略呈舒緩波狀,走向5°～30°,傾向南東,傾角50°～70°,該斷層為正斷層,造成礦體缺失,根據(jù)恩科維公司提供三維模型資料,斷層北側(cè)斷距約為50 m,南部斷距約為90 m。上盤強(qiáng)風(fēng)化輝綠巖碎裂巖及下盤構(gòu)造破碎帶受風(fēng)化后,次生裂隙較發(fā)育,裂隙面曲折且粗糙,為泥質(zhì)、鐵質(zhì)半充填,斷層導(dǎo)水性弱～極弱,局部可達(dá)中等。向深處,裂隙發(fā)育及風(fēng)化程度減弱,導(dǎo)水性差。FD1為礦區(qū)主要的導(dǎo)水?dāng)嗔选?/p>

(2)F11～F14斷裂。長約1～3 km,走向5°～35°,傾向北西,傾角50°～70°,以密集節(jié)理帶出現(xiàn)。多為解譯成果,斷裂構(gòu)造水文地質(zhì)特征不詳。

2.3.2 NW－NWW 斷裂

主要有F1～F10,共10條,長約1～3 km,走向280°～305°,傾向南西,傾角50°～70°,以密集節(jié)理帶出現(xiàn),斷距極小,對礦體影響極小。巖心上,巖石多完整,局部見寬數(shù)十厘米至幾米的節(jié)理密集帶,部分為碎裂巖。多為解譯成果,斷裂構(gòu)造水文地質(zhì)特征不詳。

2.4 礦坑涌水量估算

2.4.1 水文地質(zhì)模型

礦區(qū)內(nèi)地勢總體較平坦。礦體埋深200～900 m,賦存標(biāo)高750～－110 m,主礦體 MR、UG2均埋藏于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面之下,礦區(qū)內(nèi)無地表水體,風(fēng)化帶裂隙潛水、基巖裂隙承壓水是礦床的主要充水因素。礦區(qū)內(nèi)不存在供水邊界和隔水邊界。故可以近似應(yīng)用裘布依的穩(wěn)定流基本方程,預(yù)測礦坑涌水量。

2.4.2 礦坑涌水量估算方法

(1)解析法。采用公式(1)進(jìn)行計算：

式中,Q為礦坑涌水量,m3/d;K為含水層滲透系數(shù),m/d;采用礦區(qū)內(nèi)6個水文孔壓水試驗K值,加權(quán)含水層厚度計算求得K＝0.000712 m/d;H為水位降深,m;礦區(qū)42個鉆孔終孔穩(wěn)定水位平均值與含水層底板標(biāo)高差值,H＝328.0 m;M為含水層厚度,m;依據(jù)礦體埋深350.0 m之下礦床為原生礦,將350 m之上與靜止水位之間巖體概化為含水層,M＝328.0 m;r0為礦坑引用“大井”半徑,m;本礦床主礦體－110 m標(biāo)高水平投影面積F＝14658925.88 m2,由公式r0＝ F/3.14計算得r0＝2160.66 m。R0為礦坑引用影響半徑,m;根據(jù)預(yù)測中段的水位降深值,采用公式R＝10s K計算影響半徑,與相應(yīng)的礦坑引用半徑相加即為開采中段的引用影響半徑,得R0＝2248.73 m。

將上述計算參數(shù)代入式(1)得礦坑涌水量Q＝6030.55 m3/d。

(2)數(shù)值模擬法。英國Knight Piésold Consulting公司采用Visual Modflow(VMOD)Version 4.3軟件進(jìn)行了地下水?dāng)?shù)值模擬及礦坑涌水量估算,涌水量預(yù)測結(jié)果見表1。

表1 礦坑涌水量計算

(3)計算結(jié)果及質(zhì)量評述。運用解析法公式計算水文地質(zhì)條件粗略概化礦山的涌水量,適用性較差,將產(chǎn)生較大誤差。故解析法計算結(jié)果僅供參改。地下水?dāng)?shù)值模擬法是根據(jù)礦區(qū)水文地質(zhì)試驗獲得的水文地質(zhì)參數(shù),采用Visual Modflow(VMOD)Version 4.3軟件進(jìn)行的礦坑涌水量估算,其參數(shù)來源可靠,計算公式不受邊界條件、井巷類型限制,避免了某些復(fù)雜水文參數(shù)的選取,其結(jié)果可靠,故建議以地下水?dāng)?shù)值模擬法計算數(shù)據(jù)結(jié)果作為今后礦山開采設(shè)計依據(jù)。

3 結(jié) 論

礦區(qū)地貌類型為侵蝕構(gòu)造中低山及沖洪積峽谷盆地地貌,海拔高度一般為980～1800 m,最低侵蝕基準(zhǔn)面標(biāo)高為960.0 m。礦區(qū)范圍內(nèi)無地表水體,礦體埋深200～900 m,均位于最低侵蝕基準(zhǔn)面之下,地形不利于自然排水,大氣降水是地下水的主要補(bǔ)給來源。礦坑直接充水水源是基巖構(gòu)造裂隙水,主要的雜巖體含水層富水性弱,局部可達(dá)中等。礦區(qū)主要斷裂構(gòu)造富水性及導(dǎo)水性弱。采用地下水?dāng)?shù)值模擬法預(yù)測礦坑正常涌水量5270 m3/d。礦床水文地質(zhì)邊界條件簡單,礦床水文地質(zhì)條件屬以基巖構(gòu)造裂隙充水為主的簡單類型。