甘肃省肃北边沟矿区水文地质特征浅析

高 山

（甘肃省地质矿产勘查开发局第四地质矿产勘查院，甘肃 酒泉 735000）

1 区域水文地质概况

1.1 区域水文地质特征

在区域内，水文地质单元属石油河的上游补给区，区域地下水形成了一个自南向北的径流系统。地下水的埋藏、形成、分布和补给、径流、排泄条件及其水化学特征受地层、构造、地貌条件、气象、水文因素的严格控制。矿区地下水排泄方式主要有泉、地下径流及蒸发[1]。地下水动态稳定，地下水位受大气降水、冰雪融水补给量的影响，一般夏季较高，春秋两季较低，冬季大多冻结。

1.2 地下水赋存分布特征

1.2.1 第四系松散层孔隙潜水

主要赋存于山前洪冲积带状平原、山间盆地及沟谷内，岩性为第四系洪冲积砂碎石、含碎石块石，结构松散，厚度变化大，含水层富水性中等，导水性好，单井涌水量100m3/d～1000m3/d，矿化度＜1g/L，为淡水，是主要的供水水源。对矿区内的矿层不构成主要充水条件。

1.2.2 碎屑岩类裂隙水

碎屑岩类裂隙孔隙水主要赋存于石炭系羊虎沟组、臭牛沟组砂岩、碳质页岩、灰岩、砾岩及矿层等岩石裂隙中，以潜水形式存在[2]。岩石含水层的富水性、导水性取决于岩石裂隙发育程度，浅部节理裂隙较发育，裂隙多为半张开状，泥质或方解石充填，含水性及导水性一般，水量贫乏，单泉涌水量0.1L/s～1L/s，地下水分布极为不均。水质较差，矿化度＞1g/L，属微咸水。随深度的增加，裂隙发育程度减弱，含水性及导水性进一步减弱。

1.2.3 其他基岩裂隙水

主要赋存于长城纪桦树沟组、北大河岩群灰岩、板岩、千枚岩、片岩、片麻岩及火成岩、侵入岩裂隙中，呈潜水状态存在，岩石浅部节理及构造裂隙发育，裂隙多为半张开状，泥质充填，含水性及导水性较差，水量贫乏，单泉涌水量0.1L/s～1L/s。水质较差，矿化度＞1g/L，属微咸水-咸水。随深度的增加，裂隙发育程度减弱，含水性及导水性进一步减弱。

2 矿区水文地质

2.1 矿区地下水赋存情况

充分考虑该区地下水埋藏条件以及水力性质，第四系松散岩类空隙潜水以及基岩裂隙水是矿区的主要地下水赋存类型。

在残坡积覆盖层底部和基岩顶部风化裂隙中存在裂隙状地下冰，呈包裹状、透镜状或裂隙状分布。相态为固态，一般1～3 层，单层厚度3cm～5cm，为大气降水顺裂隙向下渗入冻结而成，常年冻结。经硐探工程揭露后，在6 月～9 月部分融化，沿井巷向下运移，造成井巷底部积水。

2.2 地下水补径排条件

大气降水与地下径流是补给矿区地下水的主要来源，受这些补给水之后的地下水，随着沟谷向地下径流，主要向地表河流汇入，还有的随着现代河谷，通过孔隙潜水方式进行径流，向下游径流的地表水，一些出现下渗向河谷潜水进行补给，多年冻土成岛状或者带状分布于沟谷部位，表层潜水以及基岩裂隙水（下伏）没有紧密的水力联系。矿区地下水排泄方式主要有泉、地下径流及蒸发。

2.3 矿坑涌水量预测

对于露天开采矿体，由于地下水埋藏一般较深，矿体位于当地侵蚀基准面之上。因此，一般认为地下水对矿床露天开采不造成影响。但要注意预防邻近暂时性水流（如泉水）、大气降水以及表层冻结冰融化成水涌入矿坑，对露天矿床开采造成一定的影响。

对于井巷开采矿体，矿体顶底板为粉砂质板岩、泥质板岩及千枚状板岩，板理发育，裂隙发育程度随深度减弱，富水性弱—较弱。矿床以裂隙水充水为主，大气降水及暂时性水流（如泉水）为主要补给来源，充水通道主要为裂隙，包括风化裂隙和构造裂隙。

下以8 号和3 号矿体为例，来预测矿坑最大涌水量。

（1）渗透系数K 的确定根据SHK0801 钻孔抽水试验资料和水位恢复资料，采用潜水完整井非稳定流公式来计算和确定。绘制抽水试验资料lgΔh2-lgt、Δh2-lgt 曲线，水位恢复Δh2-lgt 曲线，应用降速配线法和降速图解法求取渗透系数K。计算结果见表1。

表1 水文地质参数计算成果表

（2）预测八号矿体矿坑存在的最大涌水量。

对边界条件进行概化：F6 逆断层是南侧的界限，边界具有隔水性特征；地表自然分水岭是北侧的边界，该边界具有隔水性；东西方向上为均质等厚同性无限延伸，假设在边界中心部位为开拓井巷，并将其作为完整井巷，地下水流流向井巷当做平面流，潜水是主要的地下水类型，对井巷最大涌水量进行预测，达到3906.00m 的标高，应用的计算公式如下：

式中，矿坑涌水量预测通过Q 表示m3/d；潜水含水层渗透系数用K 表示，将2.053×10-3m/d 作为取值；自底板算起潜水含水层水头高度利用H 表示，将152.79m 作为平均值；开拓井巷内到潜水含水层底板存在的动水位距离利用h0进行表示，地下水位在这里下降为3906.00m 计算标高，所以将0m 作为取值；井巷开拓半径利用rw进行表示，并将1.75m 作为取值；井巷开拓到边界之间的距离运用b1、b2来进行表示，将175m 作为取值；通过计算发现，8 号矿体矿坑最大涌水量预测水平处于18.551m3/d。

（3）预测3 号矿体矿坑最大涌水量。

对边界进行概化：灰岩进线作为东侧的边界，边界为隔水性，其他南西北几个方向，设置为等厚，同性无限延伸。

在钻孔NZK0201 部位上将开拓井巷进行假设，井巷开拓作为完整井巷，地下水流向井巷的将其作为平面流，潜水是其主要的地下水类型。对井上最大涌水量进行预测，主要处于3940m 计算标高，通过下列公式进行计算：

式中，式中，矿坑涌水量预测通过Q 表示m3/d；潜水含水层渗透系数用K 表示，将2.053×10-3m/d 作为取值；自底板算起潜水含水层水头高度利用H 表示，将85.40m 作为平均值；开拓井巷内到潜水含水层底板存在的动水位距离利用h0进行表示，地下水位在这里下降为3940.00m 计算标高，所以将0m 作为取值；井巷开拓半径利用rw进行表示，并将1.75m 作为取值；井巷开拓到边界之间的距离运用b1、b2来进行表示，将150m 作为取值；通过计算发现，3 号矿体矿坑最大涌水量预测水平处于7.749m3/d。

2.4 构造破碎带富水性的研究

本区构造发育复杂，以褶皱和断层为主，各岩组经后期多次构造运动，断裂发育，一般近东西向断裂多为压扭性，虽然规模较大，次一级的小断层较发育，但断层破碎带由碎块、碎屑物质及泥质组成，断层带一般不富水。北西向弧形断裂，因其延伸长、规模大，旁侧次一级张性断裂发育，可能赋存较丰富的地下水。

对矿体产生破坏作用的断层F5、F11，F5 为平推断层，断层比较破裂，具有含水性，并分布在沟谷区域，研究认为是主要的径流通道和含水带，在穿透施工中应注意排水。

2.5 矿区工业以及生活用水水源

第四系松散岩类孔隙潜水是该区的主要地表水类型，水质好（综合评价分值F=2.17—2.19），水量丰富，适用于矿山选矿和生活用水。建议优先利用地表水，但要重视矿坑水的综合利用。

综上所述，矿区主要矿体大部分位于当地侵蚀基准面以上，地形有利于自然排水。直接充水是矿床的主要充水方式，为裂隙充水矿床，基岩裂隙水与大气降水是主要的充水水源。初步确定矿区水文地质条件为简单。