洪瑞

摘要：資源開采的快慢和規(guī)模受到地質(zhì)環(huán)境條件和容量的制約。地質(zhì)環(huán)境既為礦床資源開采提供了活動(dòng)的空間，同時(shí)也嚴(yán)格的制約著其開采規(guī)模。文章以宣城市宣州區(qū)馬尾山硫鐵礦為例對(duì)新建礦山地下水環(huán)境地質(zhì)調(diào)查及其對(duì)環(huán)境影響進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：地下水；馬尾山；環(huán)境影響

馬尾山硫鐵礦位于宣城市宣州區(qū)北東21°方向直距24km，行政隸屬安徽省宣城市宣州區(qū)朱橋鄉(xiāng)管轄，為一新建礦山。礦體頂板主要為灰?guī)r，底板為花崗閃長斑巖，砂巖、灰?guī)r。采礦方法為分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法和淺孔留礦嗣后充填采礦法。預(yù)測(cè)礦坑涌水量井下-300m水平正常涌水量17260m3/d，最大涌水量20432m3/d；除井下、作業(yè)用部分水外，余下的水經(jīng)二次沉降處理后外排。為滿足礦山規(guī)劃環(huán)境評(píng)價(jià)中的地下水環(huán)境評(píng)價(jià)資料要求，需要對(duì)礦區(qū)及周邊一定范圍內(nèi)，進(jìn)行針對(duì)性的水文地質(zhì)勘察工作，安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)局322地質(zhì)隊(duì)承擔(dān)本次水文地質(zhì)勘察任務(wù)。

1.地質(zhì)特征

馬尾山硫鐵礦構(gòu)造單元為揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)（Ⅲ）、下?lián)P子臺(tái)坳（Ⅲ2）、沿江拱斷褶帶（Ⅲ23）、石臺(tái)穹褶斷帶（Ⅲ22-3），敬亭山—貍頭橋、昆山復(fù)向斜、馬山埠背斜南東翼。馬山埠背斜，背斜長約9km，寬1.5km左右，走向北東。馬尾山礦位于背斜的南翼，屬于馬山埠背斜一部分。北東向縱斷裂組與北西向橫斷裂組構(gòu)成網(wǎng)格狀構(gòu)造格局，長度600m～2000m，多屬壓性與平移斷層，張性少見。背斜核部出露地層相對(duì)較老，翼部地層相對(duì)年輕，為孤峰組、龍?zhí)督M，并有不同程度的接觸變質(zhì)。地表主要為第四系地層。

2.區(qū)域水文地質(zhì)特征

2.1地下類型及含水巖組

馬尾山礦區(qū)處于新河莊背斜構(gòu)造南東翼。分布在區(qū)地下水類型按介質(zhì)劃分主要有孔隙水、裂隙水、裂隙—巖溶含水三類。依據(jù)地下水類型并結(jié)合富水程度共劃分出本區(qū)4個(gè)含水巖組。①中等—強(qiáng)富水性碳酸鹽巖強(qiáng)的裂隙—巖溶含水巖組，②弱中等富水性陸源碎屑巖裂隙含水巖組，③弱富水性巖漿巖類裂隙含水巖組；④弱富水性第四系上更新統(tǒng)坡—洪積相孔隙含水巖組。

2.2水地質(zhì)單元邊界條件

泥巖、頁巖及粉砂巖，是具有弱富水特性巖石，由此類巖性構(gòu)成水文質(zhì)單元邊界，可視為天然的隔水邊界。位于評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)的A區(qū)，是中等—強(qiáng)富水性的碳酸鹽巖強(qiáng)的裂隙—巖溶含水巖組分布區(qū)，在其周邊分布的正是弱透水或不透水的泥巖、頁巖、粉砂巖，并由此構(gòu)成了相對(duì)封閉狀態(tài)的水文地質(zhì)單元，面積1.2km2，馬尾硫鐵礦就位于該“單元”中部偏南位置，礦區(qū)面積約0.4km2。單元內(nèi)含水層受隔水層邊界限制，與單元之外的含水層之間的水力聯(lián)系幾乎被阻斷，大氣降水是單元地下水主要補(bǔ)給源，地下水動(dòng)儲(chǔ)量補(bǔ)有限。

3.評(píng)價(jià)區(qū)地下水環(huán)境現(xiàn)狀

3.1水質(zhì)

為查明評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)地下水環(huán)境現(xiàn)狀，共設(shè)置了11個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。重點(diǎn)監(jiān)測(cè)不同類型的地下水、干流地表水、尾礦庫等水質(zhì)。水質(zhì)監(jiān)測(cè)周期為枯、豐二期。監(jiān)測(cè)頻率，2次/年。各含水巖組、地表水、尾礦庫，水質(zhì)類型及檢出有害成分分述如下。

（1）第四系全新統(tǒng)孔隙含水巖組：根據(jù)民井JK01、JKO2（豐水期）水質(zhì)監(jiān)測(cè)成果，水質(zhì)類型為HCO3-Ca·Na·Mg、SO4·HCO3·Cl·NO3- Ca·Na·Mg型。pH=6.68～7.3，總硬度144.74mg/L～176.13mg/L，屬弱酸—堿性軟—硬類水?？菟谒|(zhì)類型為OH·SO4·HCO3·Cl--Ca·Na、HCO3-Na·Mg，pH=7.26～12.08，總硬度185.05mg/L～322.45mg/L，屬堿性中—硬類水。豐、枯期水質(zhì)類型、總硬度變化不大。JK02井水pH=12.08，并檢出OH成分，據(jù)調(diào)查是為了給井水消毒，投放生石灰所致的。第四系全新統(tǒng)孔隙水水質(zhì)類型比較穩(wěn)定，但Zn、As、Pb、Mn等有害成分含量有隨季節(jié)變化的特征，有害成分含量多少受季節(jié)影響明顯。

（2）第四系中更新統(tǒng)孔隙含水巖組：根據(jù)JK03-JKO7民井（豐、枯水期）水質(zhì)監(jiān)測(cè)成果，水質(zhì)類型主要為SO4·HCO3-Ca·Na、SO4·HCO3·Ca·Mg、HCO3·SO4-Ca·Mg、HCO3-Ca·NH4·Mg型。pH=6.2～8.33，豐水期總硬度115.81mg/L～478.93mg/L，屬弱酸—堿性軟—高硬類水?？菟趐H=7.68～7.83，總硬度190.37mg/L～723.64mg/L，屬堿性中—超硬類水。第四系中更新統(tǒng)孔隙水水質(zhì)類型比較穩(wěn)定，但Zn、As、Pb、Mn、Cd等有害成分含量有隨季節(jié)變化的特征，地下水中的有害成分含量多少受季節(jié)影響明顯。

（3）碳酸鹽巖裂隙巖溶含水巖組：依據(jù)ZJG01（主井）水質(zhì)監(jiān)測(cè)成果，水質(zhì)類型為SO4·CO3-Ca·Na、SO4·HCO3-Ca·Mg·Na型。根據(jù)以往抽水孔及本次枯水期主井水質(zhì)分析資料顯示，正常值在pH=7.55～8.1之間，偏堿性。但主井豐水期的pH=11.01，明顯高于枯水期（pH=7.69）或正常值。主井豐水期pH出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，分析其原因可能與采樣時(shí)的環(huán)境有關(guān)聯(lián)，豐水期采樣時(shí)，主井尚處于掘進(jìn)過程中，當(dāng)時(shí)因排水設(shè)備尚不完善，井內(nèi)積水的水質(zhì)環(huán)境可能受到了施工材料或其他人為不良環(huán)境的影響所至。總硬度117.55mg/L～246.86mg/L，屬偏堿性軟—中硬類水。碳酸鹽巖裂隙巖溶含水質(zhì)類型比較穩(wěn)定，但Zn、As、Pb、Mn、Cd等有害成分含量有隨季節(jié)變化的特征，地下水中的有害成分含量多少受季節(jié)影響明顯。

（4）北山河地表水：依據(jù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)成果，北山河地表水水質(zhì)類為HCO3·SO4·Cl-Ca、HCO3·SO4·Cl-Ca·Mg·Na型。pH=7.33～7.69，總硬度108.04mg/L～179.55mg/L，屬弱堿性軟—硬類水。Zn、As、Pb、Mn、Cd等有害成分在枯水的期含量，明顯高于豐水期。北山河地表水中的有害成分含量多少受季節(jié)影響明顯。

（5）包氣帶裂隙水：依據(jù)ZKOO1孔揭露的包氣帶裂隙水水質(zhì)監(jiān)測(cè)成果，枯、豐期水質(zhì)類型為SO4-Ca·Mg·Na型。pH=6.21～8.0，總硬度79.49mg/L～97.92mg/L，屬弱酸—堿性軟類水。Zn、As、Pb、Mn、Cd等有害成分豐水期含量較高。

3.2包氣帶水文地質(zhì)特征

評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)包氣帶厚度10m～30m，上部0～10m為黏土層，下部為強(qiáng)風(fēng)化—全風(fēng)化層，層厚10m～20m，巖性為黏土夾碎石，碎石成分與下部原巖相同。經(jīng)滲水試驗(yàn)測(cè)得，包氣帶黏土層及強(qiáng)風(fēng)化層的參透系數(shù)K=0.0021m/d～0.13m/d，屬不透水層—弱透水層，下部強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r，注水試驗(yàn)測(cè)得滲透系數(shù)K=0.62m/d，下部透水性明顯強(qiáng)于上部。包氣帶因厚度較薄，地勢(shì)較高的崗坡地帶，一般無水位，但在地勢(shì)低凹的溝谷沖溝地帶，則存在上層滯水，其水位受大氣候影響明顯，旱季水位持續(xù)下降。包氣帶水除受地形影響外，與下部地層腔北調(diào)透水性關(guān)系密切，如果下部是強(qiáng)透水層，包氣帶存不住水，即無水位。在評(píng)價(jià)區(qū)區(qū)范圍內(nèi)，包氣帶普遍存在，但水位與富水性差異較大，且與地形地貌關(guān)系密切。

4.地下水補(bǔ)給、排泄條件

4.1補(bǔ)給、排泄條件

在20km2評(píng)價(jià)區(qū)范圍內(nèi)，陸源碎屑巖類裂隙含水巖組和裂隙巖溶水含水巖組，主要區(qū)集中分布在北部山區(qū)。前者占北部山區(qū)廣大區(qū)域，而裂隙巖溶含水巖組，地下水主要靠大氣降水補(bǔ)給，蒸發(fā)是北部山區(qū)地下水主要排泄方式?？紫端饕植急鄙胶友匕镀皆瓍^(qū)域內(nèi)，地下水主要靠地表水補(bǔ)給，大氣降水次之。地下徑流為主要排泄方式。

根據(jù)評(píng)價(jià)區(qū)地下水總體徑流方向自北向南。地下水補(bǔ)給關(guān)系是：大氣降水→裂隙水、裂隙巖溶水→孔隙水→地表水。徑流、蒸發(fā)是區(qū)內(nèi)地下水主要排泄方式。

礦區(qū)區(qū)內(nèi)地下水的補(bǔ)、排、徑條件，與A區(qū)水文地質(zhì)單元相同，不作重述。據(jù)以往地表水、地下水及雨水的環(huán)境同位素（δ18O、δD）測(cè)試資料，礦區(qū)地下水同位素的測(cè)試數(shù)值明顯大于地表水及雨水。通過對(duì)各類水環(huán)境同位素的測(cè)試結(jié)果對(duì)比分析，礦區(qū)地下水不僅存在循環(huán)交替能力較弱，活躍度低，且與大氣降水及地表水之間水力聯(lián)系也很弱現(xiàn)象。借助礦區(qū)同位素資料分析認(rèn)為，本次圈定的區(qū)域水文地質(zhì)單元是相對(duì)獨(dú)立的，確定單元為隔水邊界條件也是成立的。

4.2含水巖組間的水力聯(lián)系及地下水動(dòng)態(tài)變化分析

孔隙含水巖組，在階地與平原區(qū)，與裂隙含水巖呈上下接觸關(guān)系，水力聯(lián)系密切，孔水垂向補(bǔ)給裂隙水，北部山區(qū)無孔隙水存在，不存在水力聯(lián)系關(guān)系。平原區(qū)水系發(fā)育，地表水、隙水，為直接接觸關(guān)系，其水力聯(lián)系密切，表水是孔隙主要補(bǔ)給源。孔隙水也接受來自北部山區(qū)深部裂隙水的側(cè)向補(bǔ)給。

依據(jù)礦區(qū)內(nèi)的各含水巖組平面分布位置與空間組合關(guān)系分析認(rèn)為，含水巖組之間存在水聯(lián)系，但各含水巖組的富水程度、含水質(zhì)不同，其水力的聯(lián)系的密切程度存在差異性。多孔抽水試驗(yàn)對(duì)觀測(cè)孔水位的影響具有方向性，分析其原因主要是地下水運(yùn)移通道受裂隙或構(gòu)造控制所至。

5.擬建礦山對(duì)地下水環(huán)境影響范圍的評(píng)價(jià)

擬建項(xiàng)目主要包括，采礦設(shè)施，選礦設(shè)施，輔助設(shè)施等，位于礦區(qū)北部用地面積約65.807hm2（987.1畝）。建在該范圍內(nèi)所有的建筑工程，不僅對(duì)本地地水環(huán)境產(chǎn)生影響，對(duì)其周邊一定范圍內(nèi)地下水的環(huán)境均能產(chǎn)生影響。

根據(jù)隔水層為邊界圈定水文地質(zhì)單元范圍，擬建項(xiàng)目位于A區(qū)水文地單元的東部偏南部。由于建設(shè)項(xiàng)目處于四周為隔邊界獨(dú)立水文地質(zhì)單無區(qū)內(nèi)，對(duì)地下水影響產(chǎn)生影響范圍僅局限于單元內(nèi)，對(duì)單元之外的地下水環(huán)境不會(huì)產(chǎn)生影響。依據(jù)建設(shè)項(xiàng)目所地形、地質(zhì)、水文地條件，將20km2評(píng)價(jià)區(qū)劃分成五個(gè)區(qū)，即易污染防治區(qū)、下游泳易被污染防治區(qū)、不易污染防治區(qū)、已污染區(qū)、塌陷區(qū)、不受影響區(qū)，用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ表示于。

5.1易污染防治區(qū)（Ⅰ）

Ⅰ區(qū)面積約65.807hm2（987.1畝），擬建項(xiàng)目主要包括，采礦設(shè)施，選礦設(shè)施，輔助設(shè)。污染物源主要為礦粉、礦漿液、廢渣、工業(yè)廢水、生活污水及垃圾等。Ⅰ區(qū)地形為丘崗地地形，地勢(shì)南、東高北西低，大氣降水由高向低匯集到下游（Ⅱ）區(qū)，對(duì)下游地表水體、包氣帶地下水環(huán)境將產(chǎn)生影響。

該區(qū)包氣帶厚度10m～30m，上部黏土層厚10m～13m，無地下水位。滲水試驗(yàn)取得滲透系數(shù)K=0.62m/d，為中等透水性；下部強(qiáng)風(fēng)層，厚10m～20m，主要巖性為灰?guī)r、大理巖，泥巖、砂巖等，夾少量褐色黏土，無水位，鉆孔揭穿包氣帶后，孔內(nèi)不返水，全泵量漏失。

5.2下游易被污染防治區(qū)（Ⅱ）

下游易被污染防治區(qū)，積約0.25km2。地形北、南、東三面環(huán)山，西面低，屬?zèng)_溝地形。處于Ⅰ區(qū)下游，地表水及地下水環(huán)境易受上游區(qū)工業(yè)影響，為此將下游區(qū)，劃為易被污染治區(qū)。在（Ⅱ區(qū)）沖溝下游居住有6～8戶居民，飲用自來水。區(qū)內(nèi)為林區(qū)，無農(nóng)田。水系不發(fā)育，有幾口小型水塘零星分布。該區(qū)匯水面較大，北部山區(qū)，南部礦區(qū)的大氣降水，均匯入Ⅱ區(qū)，并排入下游北山河。ZK001孔抽水資料，該區(qū)包氣帶厚度30.5m，上部黏土厚約10m，下部強(qiáng)風(fēng)層厚10m～20m，2013年11月2日測(cè)得水位埋深4.57m，水位處于下降狀態(tài)。包氣帶水主要靠大氣降水補(bǔ)，地下水位受大氣降水量影響明顯。水質(zhì)為SO4·HCO3-Na·Ca·Mg型水。

5.3已污染防治區(qū)（Ⅲ）

在評(píng)價(jià)區(qū)的東部，現(xiàn)已廢棄，面積約0.009km2。因尾礦砂中含有害成分較多，庫內(nèi)存水對(duì)地表及包氣帶地下水環(huán)境仍有影響，為此將尾礦庫分布范圍，劃為已污染防治區(qū)（Ⅲ）。據(jù)2012年5月（豐水期）水質(zhì)分析報(bào)告，固形物1.568.70g/L，pH值7.22，總硬度1124.23mg/L，硫酸根含量1050.94mg/L，鈣含量2318.30mg/L，鎂含量79.99mg/L。地下水化學(xué)類型屬弱堿性低礦化度的SO4·Ca-Mg型。

5.4塌陷防治區(qū)（Ⅳ）

塌陷區(qū)主要是采礦引起的地表塌陷范圍，面積約0.16km2。塌陷區(qū)也是采礦區(qū)，采礦疏干排水，深部地下水環(huán)境將受其直接影響，影響范圍最終將延至水文地質(zhì)單元邊界，即整個(gè)水文地質(zhì)單元（A）區(qū)范圍內(nèi)。受隔水邊界限制，單元外地下水環(huán)境不會(huì)受其影響。

5.5不易污染區(qū)（Ⅴ）

前述四個(gè)區(qū)外的山區(qū)、平原區(qū)域，劃為Ⅴ區(qū)，面積約17km2。馬尾硫鐵礦區(qū)，是處在一個(gè)相對(duì)封閉的水文地質(zhì)區(qū)內(nèi)，礦山開采，僅對(duì)水文地質(zhì)單元區(qū)的地下水及地表水環(huán)境產(chǎn)生影響，單元以外地下水環(huán)境不構(gòu)成影響。

6.結(jié)論

根據(jù)本次及以往鉆孔揭露，水文地質(zhì)單元包氣帶厚度10m～30m，上部0～10為不透水黏土層，滲透系數(shù)K= 0.0021m/d～0.0041m/d，下部為厚10m～20m的含黏土碎石層，滲透系數(shù)K=0.62m/d。水位與地形有關(guān)，地勢(shì)低凹如溝谷或沖溝地形，則有暫時(shí)水位，分布山坡、崗地包氣帶則未見地下水位。包氣帶的水位與大降水關(guān)系密切。

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