余 敏，趙 建，李冬冬

(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局321地質(zhì)隊，安徽 銅陵 244000)

0 引 言

金牛洞古采礦遺址地處皖南山區(qū)與沿江平原過渡地帶，地貌上屬山間凹地，緊鄰遺址區(qū)西側(cè)發(fā)育有一條相思河，終年不涸。因位置特殊使得暴雨造成的季節(jié)性洪水和相思河水位變化對其造成了較大威脅。遺址自1987年因現(xiàn)代采礦而部分暴露后，存在內(nèi)澇、滲透、坡面沖刷水患問題及因內(nèi)澇、滲透而引發(fā)或加劇的其他地質(zhì)病害。

本文以金牛洞古采礦遺址為研究對象，通過查明遺址區(qū)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，分析、研究產(chǎn)生問題的形成原因，并針對原因和條件提出綜合保護對策，為遺址的長期保護和展示營造良好的環(huán)境條件。

1 遺址價值與保存現(xiàn)狀

金牛洞古采礦遺址位于安徽省銅陵市南東約34 km處，地理坐標(biāo)118°1′16″E，30°52′2.7″N。該遺址是春秋時期至西漢的銅礦遺址，是目前長江流域具有代表性且保持較好的。金牛洞及周邊遺址構(gòu)成的大工山-鳳凰山遺址群是規(guī)模較大的古代綜合銅工業(yè)區(qū)，是古銅都——銅陵悠久的礦冶歷史的有力見證，它對研究中國礦冶史和青銅文化起源、發(fā)展有著十分重要的價值。1996年，由國務(wù)院公布為第四批全國重點文物保護單位，2018年定為“安徽省愛國主義教育基地”。

遺址地處鳳凰山盆地，四面低山環(huán)繞，盆地中間寬約5 m的相思河由南向北流經(jīng)遺址西側(cè)，古采礦遺址分布在盆地南部的現(xiàn)代采礦坑坡壁上。遺址坑平面上呈橢圓形，南北長110 m，東西寬30～65 m，標(biāo)高44～84.3 m，深約23 m，占地面積約5 500 m2(圖1)。

圖1 金牛洞現(xiàn)代采礦場古礦井分布圖

遺址自1987年發(fā)現(xiàn)以來，共發(fā)現(xiàn)5處古采礦口，分布于現(xiàn)代采坑西側(cè)邊坡巖壁上，一直未進行系統(tǒng)修繕和保護工作，加上受雨水沖刷、浸泡軟化、滲透、剝蝕等因素影響，現(xiàn)狀保存狀況差。

2 遺址區(qū)水文地質(zhì)條件

2.1 地形地貌與區(qū)域地質(zhì)

金牛洞遺址區(qū)位于鳳凰山新屋里小向斜盆地內(nèi)，四面環(huán)山，整體地形南西高北東低，地形最高點海拔標(biāo)高389.8 m，最低點海拔標(biāo)高44 m，相對高差達345 m。遺址區(qū)及周邊發(fā)育地層以三疊系灰?guī)r為主，受燕山晚期巖體侵入擠壓，使得地層扭曲變陡，產(chǎn)狀變化大，傾角在70°～80°。

2.2 氣象與水文

據(jù)有關(guān)水文資料表明，鳳凰山地區(qū)年平均降雨量為1 475 mm。相思河緊貼西側(cè)從南向北流經(jīng)本區(qū)，為主要地表徑流通道。該河長4.5 km，匯水面積9.5 km2，河床寬3～5 m，終年不涸，最大流量514 639 m3/d，最小流量81 m3/d。相思河未改造前，歷史最高洪水位標(biāo)高曾達到72 m(1937年7月)，經(jīng)疏通改造后，豐水期河水位可達67 m左右。

相思河流域的洪水系降雨形成，4～8月份為汛期，其中6～7月份最集中，一般為全年的60%左右。由于遺址區(qū)地勢低，一旦山洪暴發(fā)，遺址區(qū)便成為首當(dāng)其沖受災(zāi)區(qū)，威脅其安全。

2.3 水文地質(zhì)條件

根據(jù)鉆孔、壓(注)水試驗和實地調(diào)查資料，了解到場地內(nèi)地層及其透水性如下：

第①層填土：成分以粉質(zhì)黏土為主，結(jié)構(gòu)松散，厚度1.50～2.70 m，東部山崗地帶缺失。該層滲透系數(shù)為6.3×10-3cm/s，透水性強。

第②層粉質(zhì)黏土：可塑狀，局部含粉土、粉砂或少量碎石。一般厚度3～4 m，東部山崗地帶缺失。滲透系數(shù)為8.1×10～5 cm/s，滲透性差，為相對隔水層。

第③層碎石土：稍密，礫石含量40%～70%不等，粒徑一般為2～30 mm，最大60 mm，以內(nèi)矽卡巖為主，次棱角-棱角狀，砂和粉質(zhì)黏土充填。厚度1.10～2.20 m。該層滲透系數(shù)為7.8×10-4cm/s，透水性較強。

第④層花崗閃長巖：按風(fēng)化程度，自上而下分為全風(fēng)化、強風(fēng)化、中風(fēng)化。其中全風(fēng)化層高嶺土化、綠泥石化蝕變強烈，巖芯呈砂土狀，滲透系數(shù)為1.02×10-5cm/s，透水性較差，巖芯遇水快速崩解。層厚為2.8～8.7 m，層底標(biāo)高為49.7～75 m，西側(cè)鄰近沖溝風(fēng)化厚度較大，東側(cè)山崗風(fēng)化厚度較薄。

第⑤層輝綠巖：分布于遺址區(qū)西部，呈狹長脈狀穿插?；揖G色，塊狀構(gòu)造，主要由基性斜長石、普通輝石及少量的黑云母、磁鐵礦組成，基性長石呈長柱狀。該層易風(fēng)化，遇水易崩解，巖性較軟，屬軟巖。

第⑥層鐵帽：為遺址坑壁邊坡主要組成巖體，以石榴子石矽卡巖為主，褐鐵礦化、黃鐵礦化強烈。其中，與花崗閃長巖穿插或接觸帶附近鐵帽的矽化及黃鐵礦化強烈，地表黃鐵礦風(fēng)化殆盡形成空洞，閃長巖中的鐵帽呈團塊狀。

另外，在閃長巖與輝綠巖脈接觸帶附近強透水，滲透系數(shù)>0.34 cm/s。

遺址區(qū)巖體體結(jié)構(gòu)及水理性質(zhì)如圖2所示。

圖2 工程地質(zhì)剖面圖

3 水患病害及成因分析

3.1 水患病害類型

據(jù)實地調(diào)查、分析，遺址區(qū)水害主要表現(xiàn)為以下方面：

(1)地表雨水對遺址表面及其載體長期沖刷，水土流失嚴重，局部形成明顯凹陷或空洞。

(2)遺址位于采礦巖壁之上，地形低洼，排水設(shè)施不完善，降雨在采坑內(nèi)集聚易形成內(nèi)澇，淹沒遺址，如圖3所示。

圖3 采坑內(nèi)澇淹沒遺址

(3)相思河水倒灌。遺址區(qū)西側(cè)地面標(biāo)高64.8～66 m，從歷次水患情況看，每逢豐水期相思河水位上漲，最高水位可達67 m，河水會向遺址區(qū)倒灌，淹沒遺址,如圖4所示。

圖4 相思河水倒灌遺址區(qū)

(4)地下滲透。上部土層透水性強，遺址區(qū)與相思河有水力聯(lián)系，河水位上漲，相思河水經(jīng)土體向遺址區(qū)滲流。

(5)水害不僅會對遺址本體造成直接破壞，同時也是誘發(fā)或加劇其他病害發(fā)生的重要因素之一。如相思河水位變化影響產(chǎn)生滲透而導(dǎo)致遺址邊坡崩塌、失穩(wěn)等病害。

3.2 病害成因分析

通過對遺址區(qū)歷次水患情況、區(qū)域環(huán)境及水文地質(zhì)條件分析可知，其水害水源來自大氣降水與地表水及地下水。

(1)大氣降水是遺址采坑充水重要原因之一，據(jù)地形量測，采坑接收大氣降水補給面積約7 500 m2，降雨后經(jīng)地表徑流匯聚于采坑內(nèi)，如不及時外排易形成內(nèi)澇。

(2)遺址區(qū)周邊采用圍墻圍護，同時修建有截、排水溝，正常情況下，周邊地表雨水匯入采坑的水量較少。強降雨期間，因遺址區(qū)上游匯水面積大，降水經(jīng)地表徑流匯于相思河內(nèi)，造成河水位上漲，當(dāng)上漲至65 m標(biāo)高或以上時，現(xiàn)有截排水系統(tǒng)不但不能起到疏排水作用，反而易導(dǎo)致經(jīng)排水溝或涵管倒灌遺址區(qū)，在發(fā)生山洪時更無能為力。

(3)地下水對遺址區(qū)補給有相思河水滲透、基巖裂隙水和降水垂向滲透。

相思河水滲透：上部土層滲透系數(shù)較強，尤其是填土層和碎石土層，當(dāng)相思河水位上漲時，河水則通過土層向遺址區(qū)滲流補給。遺址與近距離水力聯(lián)系密切,如圖5所示。

圖5 相思河與遺址區(qū)位置關(guān)系

受周邊礦山抽排水影響，遺址區(qū)目前地下水位埋深21.7 m，與采坑底面基本持平。坑壁圍巖富水性差，滲透性弱，地下水主要存于接觸帶內(nèi)。目前，二者水力聯(lián)系弱，當(dāng)周邊礦山停止排水時，地下水位抬升可能存在反向補給。

降水垂向滲透：主要指降水下滲后經(jīng)滲流在采坑內(nèi)以泉的形式補給，現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在采坑邊坡坡腳處可見多處出水點，出水量與降雨情況相關(guān)。

4 防治方案

4.1 防治原則

(1)不改變遺址區(qū)現(xiàn)狀，嚴格遵守“修舊如舊”文物保護原則，所采取的工程措施既要具備有效保護功能，又要最大限度地減少對文物遺址考古和歷史信息的干擾破壞，維護遺址現(xiàn)狀，對工程措施進行隱蔽或做舊處理。

(2)本著最小干預(yù)，盡量避免擾動本體和減少對載體損壞的原則。

(3)根據(jù)病害原因采取相應(yīng)綜合治理措施，達到對癥下藥、治本除根。

4.2 防治方案

金牛洞古采礦遺址水害的關(guān)鍵問題是防滲防澇，針對其水文地質(zhì)條件、充水來源及具體條件，在結(jié)合現(xiàn)有截排水措施基礎(chǔ)上，提出“阻”“導(dǎo)”“排”相結(jié)合的綜合防治對策。

防滲防澇對策：一是沿遺址四周建防洪墻，意在阻擋山洪和河水倒灌遺址區(qū)，頂標(biāo)高68 m，超出歷年洪水位線1 m，布設(shè)于現(xiàn)狀圍墻部位，墻底需進入②層相對隔水層不小于0.5 m；二是沿相思河一側(cè)做地下防滲帷幕，重點是截斷河水經(jīng)填土和碎石土層向遺址區(qū)強滲透，防滲帷幕采用鉆孔咬合樁，幕墻厚0.3 m；三是完善地表截、排水系統(tǒng)，最大限度減少地表徑流對遺址沖刷破壞；四是在地表建立人工抽水泵站，對遺址坑宕積水及時外排，確保遺址安全,如圖6所示。

圖6 防滲防澇治理剖面

5 結(jié) 論

(1)金牛洞古采礦遺址區(qū)位于鳳凰山新屋里向斜盆地內(nèi)，四面環(huán)山，因特殊地理位置，使得上游山洪水對遺址區(qū)產(chǎn)生威脅，近距離的相思河與遺址區(qū)水力聯(lián)系密切，對遺址存在滲透變形破壞，水害還會加劇遺址區(qū)其他病害。因此，要治理遺址病害，就必須先治水。

(2)遺址區(qū)水害水源主要來自大氣降水、地表水和地下水滲流。區(qū)內(nèi)現(xiàn)有的排水系統(tǒng)是不全面的，無法達到防滲防澇目的。

(3)在遺址區(qū)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件及病害成因分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有防治措施，提出適應(yīng)于遺址保護及進一步發(fā)掘、利用“阻”“導(dǎo)”“排”相結(jié)合的防滲防澇綜合對策。保護對策已被業(yè)主采納，正在進一步實施中。