葉 強(qiáng)

（安徽銅陵有色金屬集團(tuán)股份有限公司安慶銅礦，安徽 安慶 246131）

安徽銅陵有色金屬集團(tuán)股份有限公司下屬安慶銅礦，位于長(zhǎng)江中下游鐵銅成礦帶中部，是一個(gè)水文地質(zhì)條件復(fù)雜的大型巖溶金屬礦山。本次研究的馬頭山端部礦體平面范圍分布于W5～W17線，深度從－570m至－650m，為整個(gè)安慶銅礦礦區(qū)最西端的深部礦體，屬于新開(kāi)拓區(qū)域，為水文地質(zhì)工作盲區(qū)。在基建工程完成前，未形成足夠的排水能力，基建巷道及硐室在強(qiáng)含水層中進(jìn)行，有可能發(fā)生局部區(qū)域淹井，對(duì)井下安全生產(chǎn)形成威脅。必須快速查明礦坑充水水源，為下一步的防治水措施提供依據(jù)，有針對(duì)性地解決礦坑充水問(wèn)題［1］，減少和避免突水造成的損失，保障礦山安全高效生產(chǎn)［2］。

1 馬頭山端部礦體水文地質(zhì)特征

1.1 端部礦體地質(zhì)特征

本次研究范圍為馬頭山礦段的Ⅰ號(hào)礦體－560 m以下部分，平面范圍分布于W5～W17線，深度從－570m至－650m，礦體呈透鏡體體狀，存在分支復(fù)合及倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象。礦體總體走向體分布東高西低，向西側(cè)伏，F(xiàn)6斷層～W10線礦體近于水平，走向近東西，傾向北北西，傾角20°～50°，W10線以西至W15線礦體走向轉(zhuǎn)為北西—南東，上部?jī)A向北東，下部?jī)A向南西，W15線以西礦體走向又轉(zhuǎn)為近東西。傾向北北西，傾角20°～45°，如圖1所示。礦體頂板圍巖主要是白云石大理巖、大理巖和透輝石矽卡巖；底板為閃長(zhǎng)巖、透輝石矽卡巖、除局部破碎、風(fēng)化、穩(wěn)定性稍差外，一般巖石穩(wěn)固性較好。

圖1 馬頭山端部礦體示意圖

1.2 礦床地下水系統(tǒng)及含水介質(zhì)特征

馬頭山礦床直接充水含水體是接觸構(gòu)造破碎帶，其分布范圍與大理巖舌狀體分布幾乎一致，厚度小于20m。據(jù)地面鉆孔及井下鉆孔揭露，其中見(jiàn)大理巖鉆孔中，都未見(jiàn)溶洞，只見(jiàn)小于2cm的晶洞和裂隙。井下涌水特點(diǎn)如下：水平分布水點(diǎn)多且分散、各孔涌水量接近，只有靠近F6斷層和洪塘溝一帶的出水點(diǎn)涌水量略大、垂向上的涌水點(diǎn)位于礦體直接頂板，主要分布在－380～－460m之間。

巖溶發(fā)育程度隨著深度的增加而減小，－570m中段施工的兩個(gè)水文觀測(cè)孔大理巖巖芯整體較完整，僅局部發(fā)現(xiàn)小裂隙、小溶洞，兩觀測(cè)孔在水平方向上并無(wú)明顯的連通關(guān)系，富水性差。

2 水化學(xué)特征分析

2.1 阿廖金天然水分類法分析

本次研究共取六個(gè)水樣進(jìn)行分析：1＃水樣取自馬鞍山河水；2＃水樣取自CK－2鉆孔水；3＃水樣取自－630m斜坡道（TP16點(diǎn)）水；4＃水樣取自－600m中段沿脈巷道水；5＃水樣－580m斜坡道口；6＃水樣－529m斜坡道叉口底板水。1＃、2＃水樣來(lái)自地面；3?！?＃水樣來(lái)自井下。各取樣點(diǎn)水化學(xué)組分見(jiàn)表1。

表1 各取樣點(diǎn)水化學(xué)組分成果表 mg／L

采用俄國(guó)學(xué)者O.A.Aleken提出的阿廖金天然水分類法將地下水按化學(xué)成分分為不同類型［3］。該方法先按照陰離子含量劃分為三大類，再根據(jù)主要的陽(yáng)離子含量把每一個(gè)大類分成三組，然后再按陰陽(yáng)離子含量從比例關(guān)系分為四個(gè)型。分類結(jié)果如下：馬鞍山河水（1＃）為低礦化度偏酸性S類Ca組Ⅱ型水；CK－2鉆孔水（2＃）為極低礦化度偏中性C類Na組Ⅱ型水；－630m斜坡道（TP16點(diǎn)）水（3＃）為低礦化度偏堿性C類Ca組Ⅱ型水；－600m中段沿脈巷道水（4＃）為低礦化度偏堿性S類Ca組Ⅱ型；－580m斜坡道口水（5＃）為低礦化度偏弱酸性C類Ca組Ⅱ型水；－529m斜坡道叉口底板水（6＃）為低礦化度偏酸性C類Ca組Ⅰ型水。馬鞍山河水（1＃）與600m中段沿脈巷道水（4＃）可視為同一類地下水，－630m斜坡道水（3＃）為與－580m斜坡道口水（5＃）可視為同一類地下水。除2＃樣外，其它5個(gè)水樣NO－2含量都是0。2＃樣CK－2鉆孔水樣存在污染，礦化度極低，推測(cè)是鉆孔已被堵塞，孔內(nèi)水與其他含水層沒(méi)有水力聯(lián)系。

2.2 常規(guī)離子含量及庫(kù)爾洛夫水質(zhì)類型分析

各水樣常規(guī)離子含量及庫(kù)爾洛夫水質(zhì)類型見(jiàn)表2和表3。影響馬頭山端部礦體地下水類型的因素主要有三點(diǎn)：大氣降水、區(qū)域地質(zhì)環(huán)境、地下水補(bǔ)、徑、排條件。本區(qū)水質(zhì)類型主要為HCO3·SO4－Ca·Mg型水和SO4·HCO3－Ca·Mg型水。在深部礦體附近，揭露的出水點(diǎn)多為SO4·HCO3－Ca·Mg型水，這是由于礦區(qū)內(nèi)主要含水層都埋藏較深，地下水徑流通道不暢，水流緩慢，水循環(huán)周期漫長(zhǎng)，且因?yàn)榭拷蚪饘俚V床，處于相對(duì)封閉的還原環(huán)境中，在長(zhǎng)期的溶濾作用下，形成了礦化度較高的硫酸鹽類水，而安慶銅礦開(kāi)采后，長(zhǎng)期疏排礦區(qū)地下水，水力梯度變大，地下水徑流通道也因?yàn)椴删蚬こ套兓?，使得礦區(qū)地下水交替活動(dòng)加快，在不斷接受淺層地下水的補(bǔ)給條件下，還原環(huán)境轉(zhuǎn)化為氧化環(huán)境，地下水水化學(xué)類型逐漸變?yōu)镠CO3·SO4－Ca·Mg型水，同時(shí)地下水的礦化度也不斷降低。

表2 各水樣常規(guī)離子含量表

表3 各水樣庫(kù)爾洛夫水質(zhì)類型表

2.3 Piper三線圖解

由各水樣陰陽(yáng)離子毫克當(dāng)量濃度見(jiàn)表4，各水樣Piper三線圖如圖2所示。

表4 各水樣常規(guī)離子毫克當(dāng)量濃度 meq／L

圖2 各水樣Piper三線圖

由圖2可知：本區(qū)6組水樣實(shí)際上表現(xiàn)出三種大的水化學(xué)類型：－529斜坡道、－580斜坡道和－630斜坡道地下水可分為一類；馬鞍山河水與－600m中段的水可分為一類；ck－2鉆孔水樣單獨(dú)位于菱形圖的的右下方，其水化類型與其他5處均不同。－529m斜坡道到－580m斜坡道再到－630 m斜坡道SO2－4離子不斷增加，說(shuō)明地下水從上游到下游，由于徑流過(guò)程中與巖石接觸時(shí)間增長(zhǎng)，含硫礦物增多，不斷溶解微量含硫礦物。

2.4 水化學(xué)組分聚類分析

運(yùn)用聚類分析的方法，按照本區(qū)六組水樣的常規(guī)組分及微量元素組分，可得出各組水樣之間的關(guān)聯(lián)程度，見(jiàn)表5。

表5 各水樣相似度矩陣

按照各組水樣之間的相關(guān)性進(jìn)行分層聚類分析，聚類分析樹(shù)狀圖如圖3所示。

圖3 聚類分析樹(shù)狀圖

由此可知：

1.馬鞍山河水與井下3＃、4＃、5＃、6＃水樣的相關(guān)度分別達(dá)到0.952、0.964、0.919、0.888，地表水與地下水水力聯(lián)系密切。

2.－529m斜坡道與－580m、－630m斜坡道地下水，水化學(xué)成分基本一致，相關(guān)度高達(dá)0.994。

3.－600m中段水樣與－529m、－580m、－630 m三個(gè)斜坡道的水樣都有所差別，與其它水樣的相關(guān)度均未超過(guò)0.85，但與地表水相關(guān)度高達(dá)0.964。

4.CK－2鉆孔的水樣與各水樣的水化學(xué)特征都不一樣，相關(guān)度均較低，均未超過(guò)0.65，可單獨(dú)劃分為鉆孔有機(jī)物污染水。

3 礦坑充水水源分析

自然狀態(tài)下，地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水，其次為地表水。補(bǔ)給途徑為大氣降水直接入滲補(bǔ)給和地表水滲漏補(bǔ)給［4］。礦床開(kāi)采后，因排泄途徑的改變，存在三個(gè)補(bǔ)給源。

3.1 大氣降水

礦區(qū)西部、北部、東部山區(qū)基巖裸露區(qū)，裂隙多閉合、連通性差，補(bǔ)給量不大。中部盆地區(qū)，上覆含礫亞粘土，滲透性極弱，補(bǔ)給很微弱。礦區(qū)南部東、西馬鞍山三疊系碳酸鹽巖裸露，巖溶裂隙發(fā)育有利于大氣降水入滲補(bǔ)給［5］。

3.2 碳酸鹽巖裂隙水側(cè)向補(bǔ)給

礦區(qū)南部石門湖區(qū)地勢(shì)低凹，且大面積第四系覆蓋區(qū)厚度薄，自然狀態(tài)下為本區(qū)地下水的排泄區(qū)，礦床開(kāi)采后，因礦坑排水成為地下水的主要排泄途徑，改變了地下水的流向，使該區(qū)三疊系碳酸鹽巖裂隙巖溶水在接受大氣降水入滲補(bǔ)給和地表水滲漏補(bǔ)給后側(cè)向補(bǔ)給礦區(qū)三疊系碳酸鹽巖裂隙巖溶水。

礦區(qū)東南部主要含水層埋藏較深，其中，T2y2巖溶裂隙最發(fā)育，在T2y2露頭區(qū)北東，小斷裂發(fā)育，使其勾通了與T1n含水層的水力聯(lián)系，T1n巖溶裂隙發(fā)育，補(bǔ)給面積大，是礦井涌水的主要補(bǔ)給源。礦井開(kāi)采后位于該區(qū)的觀測(cè)孔地下水水位下降明顯，降落漏斗沿東南方向擴(kuò)展較遠(yuǎn)，已至水磨村—陳家破屋一帶。這說(shuō)明東南部地下水的側(cè)向徑流也是礦井涌水的補(bǔ)給來(lái)源。

3.3 地表水補(bǔ)給

月山河河床第四系松散砂礫石層下無(wú)隔水層，局部地段河床深切三疊系碳酸鹽巖。馬鞍山河床下雖有粘土隔水層，但不穩(wěn)定，局部存在天窗。兩條河流的沿河地帶，下伏三疊系碳酸鹽巖巖溶裂隙發(fā)育，特別溶洞發(fā)育，有利于河水滲漏補(bǔ)給［6］。

4 結(jié) 論

結(jié)合前述本區(qū)各水樣的水化學(xué)特征及礦坑充水水源分析的結(jié)果，可以得出如下結(jié)論：

1.本區(qū)地下水與地表水水力聯(lián)系密切。

2.從－529m斜坡道到－580m斜坡道再到－630m斜坡道，水流路徑增加，與巖石接觸時(shí)間增加導(dǎo)致離子增加，存在由淺到深的垂向補(bǔ)給。

3.－600m中段水樣與－529、－580、－630m三個(gè)斜坡道的水樣都有所差別，與其它水樣的相關(guān)度均未超過(guò)0.85，但與地表水相關(guān)度高達(dá)0.964，說(shuō)明目前坑道深部主要的礦坑涌水主要來(lái)自于淺部巖溶區(qū)垂向補(bǔ)給影響。