江 勇

（銅陵有色金屬集團(tuán)股份有限公司，安徽 銅陵 244000）

冬瓜山銅礦是一座埋藏較深的地下開采礦山，埋藏深度約1千米，水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜。

冬瓜山銅礦床60線以南礦體即將開采結(jié)束，根據(jù)礦山采掘計(jì)劃，已經(jīng)進(jìn)入大規(guī)模開采60線以北礦體階段。通過前期對60-68線水文地質(zhì)條件的研究，證實(shí)冬瓜山礦床北部含水構(gòu)造較為發(fā)育且富水性較強(qiáng)。為了保障68-73線之間礦體的安全開采，查明該區(qū)域內(nèi)的水文地質(zhì)特征及成因，具有十分重要的意義。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

1.1 礦區(qū)地層

礦區(qū)內(nèi)地表出露地層有第四系，三疊系中、下統(tǒng)，局部零星出露三疊系上統(tǒng)；鉆孔揭露的巖層為二疊系、石炭系、泥盆系上統(tǒng)，各地層在礦區(qū)內(nèi)均不同程度地變質(zhì)。

1.2 礦區(qū)構(gòu)造

1.2.1 褶皺

礦區(qū)內(nèi)青山背斜為主體褶皺，總體走向40～50度,長22.5公里，寬8公里。礦區(qū)內(nèi)小褶曲發(fā)育,依據(jù)其褶皺軸向，主要有北東向,近東西向和近南北向。其中以北東向?yàn)橹?，廣泛發(fā)育于南陵湖組或塔山組層位。

1.2.2 斷裂

礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，按其與礦體的成生關(guān)系，分為成礦前斷裂和成礦后斷裂。成礦前斷裂按其走向主要有近南北向、北東向、近東西向，少數(shù)北西向。成礦后斷裂主要以破碎帶形式出現(xiàn)，分為北西向斷裂、近東西向斷裂和北東向斷裂。

2 68-73線水文地質(zhì)特征分析

2.1 坑道水化學(xué)特征

2.1.1 坑道突水概況

冬瓜山銅礦床68-73線主要開拓-790m、-850m中段，坑道掘進(jìn)突水和探水孔突水共發(fā)生30余次。兩個(gè)中段每小時(shí)突水水量多數(shù)為幾十立方米，極個(gè)別突水水量每小時(shí)達(dá)到數(shù)百立方米，總體上68-73線礦段水文地質(zhì)條件較復(fù)雜。

2.1.2 突水水化學(xué)特征

有關(guān)研究表明，通過水化學(xué)特征可以辨別突水水源（汪世花，1998；許福美，2005；張磊和許光泉，2010）。經(jīng)取樣分析，根據(jù)圖1中可以看出，68-73線坑道突水水化學(xué)類型以HCO3·SO4—Ca為主，按舒卡列夫水化學(xué)分類均為8-A類水，屬于比較典型的沉積巖地區(qū)溶濾水（王大純等，1995）。

圖1 68-73線突水點(diǎn)水化學(xué)成份Piper圖

2.2 坑道水化學(xué)成因分析

2.2.1 水化學(xué)演化規(guī)律分析

（1）水巖作用：利用吉布斯設(shè)計(jì)的半對數(shù)坐標(biāo)圖—Gibbs圖，可以分析得出各類水的水化學(xué)成分及形成原因。將研究區(qū)礦坑突水水樣分析數(shù)據(jù)投到Gibbs圖（如圖2），從圖中可以看出，-790m和-850m中段68-73線突水水樣Na+/(Na++Ca2+)均小于0.5，均分布在Gibbs圖的左上方，說明研究區(qū)礦坑水主要受巖石風(fēng)化水解作用的影響。但部分水樣超出了邊界，可能與部分探水孔在取樣前由于閘閥長期封閉，導(dǎo)致水環(huán)境發(fā)生了一定的改變有關(guān)。

圖2 68-73線突水水樣Gibbs圖

（2）離子比率法分析：因不同水文地質(zhì)條件和其他外界條件作用，地下水水化學(xué)在演化后形成的地下水含有不同的常量離子組分。因此，地下水常量離子之間的比值和離子組合的比值常常被用作判斷地下水水化學(xué)成因的依據(jù)。

通過68-73線坑道各類突水水化學(xué)分析表明，突水水質(zhì)以Ca2+、Mg2+、HCO3－、SO42－組分為主，根據(jù)相關(guān)研究表明（袁建飛等，2016），上述組分的來源與含水層中碳酸鈣、白云巖和石膏的溶解和沉淀過程密切相關(guān)。

一般情況下，地下水流經(jīng)含水層的巖性可以通過水中Mg/Ca摩爾比值確定，當(dāng)?shù)叵滤蠱g/Ca摩爾比值在0.01～0.26之間，表明流經(jīng)的含水層巖性為灰?guī)r；當(dāng)?shù)叵滤蠱g/Ca摩爾比值大于0.85，表明流經(jīng)的含水層巖性為白云巖（Long X, et al；2015、袁建飛等，2016）。

從圖3中可以看出，68-73線水樣中有67%以碳酸鈣溶解為主，其余33%的突水水樣顯示白云巖與碳酸鈣共同溶解為主。突水水樣SO4

圖3 68-73線水樣HCO3-vsMg/Ca和SO42-vsMg/Ca關(guān)系圖

2-濃度值與Mg/Ca摩爾比值關(guān)系不明顯，當(dāng)?shù)叵滤蠱g/Ca摩爾比值增大時(shí)，SO42-濃度值基本在一定范圍內(nèi)穩(wěn)定；突水水樣Mg/Ca摩爾比值與HCO3-呈一定的正相關(guān)性，Mg/Ca摩爾比值隨著HCO3-質(zhì)量濃度增加相應(yīng)的增大，且礦物溶解由碳酸鈣溶解轉(zhuǎn)為碳酸鈣和白云石共同溶解。

68-73線水樣成分((Ca2+)－0.33(HCO3-)) 與SO42-關(guān)系如圖4所示，從圖中可以看出，突水水樣大部分零散分布于石膏全等溶解曲線兩側(cè)，說明石膏的溶解對地下水中Ca2+和SO42-組分具有一定貢獻(xiàn)。

圖4 非碳酸鹽巖來源的鈣與硫酸根的關(guān)系圖

綜合以上分析，結(jié)合礦床水文地質(zhì)條件，初步推測-790m及-850m中段突水水源可能以二疊系下統(tǒng)棲霞組（P1q）以及石炭系中、上統(tǒng)黃龍—船山組（C2+3）等含水地層為主。

2.2.2 坑道突水穩(wěn)定同位素分析

由于同位素分餾作用的結(jié)果，使得各種天然水具有各自不同的同位素特征，因而研究水的D和O18對于確定水的來源與成因非常有效（沈照理，1986）。同時(shí)通過測定比較天然水、大氣降水、地下水以及地表水D和O18值的分析，可以研究地下水的補(bǔ)給來源，還可以確定不同含水層間的水力聯(lián)系，以及計(jì)算各來源水的混合比例等，這在目前礦井水防治應(yīng)用中十分有效。

表1 研究區(qū)氫氧同位素含量統(tǒng)計(jì)表

研究區(qū)地下水及地表水氫氧穩(wěn)定同位素含量統(tǒng)計(jì)見表3-1。從表中可以看出，-790m中段礦井水δ18O平均值為-7.08‰，δD平均值為-46.75‰；-850m中段礦井水δ18O平均值為-7.2‰，δD平均值為-47‰；總體上兩中段礦井水δ18O與δD變化不大，紅星河相對于礦井水δ18O與δD均略低。

圖5 δD與δ18O值相關(guān)系圖

圖5顯示了研究區(qū)礦井地下水樣和地表水的δD和δ18O實(shí)測值的關(guān)系，其中大氣降水δD和δ18O的關(guān)系采用鄰近研究區(qū)的安慶市大氣降水線（張蓓蓓等，2017）：

根據(jù)礦井地下水氫氧穩(wěn)定同位素值擬合出研究區(qū)礦井地下水線如下：

其中R2為0.58，擬合效果一般。

地下水線的斜率為2.96小于大氣降水線的斜率，說明礦井地下水氫氧穩(wěn)定同位素組成受到一定程度蒸發(fā)作用的影響。所有水點(diǎn)均分布在大氣降水線附近或右下方，表明大氣降水是研究區(qū)礦坑突水的主要來源，且經(jīng)過不同程度蒸發(fā)作用，總體富氫同位素，溶濾作用強(qiáng)（張文章等，2015）。

3 結(jié)論

（1）68～73線坑道突水水化學(xué)類型以HCO3·SO4—Ca為主，按舒卡列夫水化學(xué)分類均為8-A類水，屬于比較典型的沉積巖地區(qū)溶濾水；研究區(qū)礦坑水主要受巖石風(fēng)化水解影響，坑道突水主要組分主要來源于碳酸鈣溶解與碳酸鈣和白云石共同溶解；初步推測研究區(qū)突水水源可能以二疊系下統(tǒng)棲霞組（P1q）以及石炭系中、上統(tǒng)黃龍—船山組（C2+3）等含水地層為主。

（2）68～73線突水的主要來源大是氣降水，且經(jīng)過不同程度蒸發(fā)作用，總體富氫同位素，溶濾作用強(qiáng)。