安徽省宿松县廖河大理岩矿矿区水文地质特征

石 玉

(安庆市汉玉石材有限公司)

1 矿区概况

1.1 矿区自然概况

矿区位于大别山东南麓，地形起伏较大，属低山区，最高峰海拔709.0 m，位于区域西部，最低海拔小于100 m，位于廖河下游河床。矿区所在区域地势北西高南东低，山形呈NW—SE走向，与NW向断裂走向基本一致。区域地形标高一般为100～700 m，相对切割深度为200～300 m，多发育“V”字形冲沟及“U”字形河谷，侵蚀、剥蚀作用较强烈。区内植被不发育，山脊较平缓，山顶一般为浑圆状，山坡坡度为20°～35°。 矿区属季风副热带季风湿润气候，季节特征明显，年平均气温为16.6 ℃，极值气温分别为40.4，-12.5 ℃。近些年年相对湿度76%，年降水量平均为1 524.3 mm，最大为1 660.8 mm(2012年)，最小为1 273.4 mm(2011年)；年内降水多集中在5—8月，降水量占年降水量55.75%。近些年年平均蒸发量为748.1 mm，区内未发生过滑坡和泥石流等不良地质灾害。

区内无较大的河流、湖泊及水库等地表水体，地表水主要有自南东向北西分别分布的廖河及小岗河两条水系。总体受NW向断裂控制，自西北向东南汇入二郎河，矿区水系主要为廖河，呈树枝状展布的廖河上游支流整体呈SN向自北向南穿过廖河矿区，向南东注入钓鱼台水库。该水系各支流河谷宽1～3 m，多为季节性河流，主流河谷宽3～10 m，常年性流水，局部河床较平缓，纵坡降比较小，一般降雨后流量迅速增加，动态变化大。流经南矿段的廖河支流为一季节性河流，在洪水期径流量为0.05 m3/s，流经矿床的廖河为常年性流水，廖河上游平水期流量为0.005 m3/s，廖河中、下游枯水期流量约为0.013 m3/s(2014年2月21日)、平水期流量为0.04 m3/s(2013年4月21日)。

1.2 区域水文地质特征

根据区域地下水含水介质及富水特征，本研究将区域岩层划分为松散岩类孔隙水含水岩组，片岩、片麻岩裂隙含水岩组，混合岩夹片岩裂隙含水岩组，大理岩、磷灰岩夹片岩含水岩组等4个含水岩组(层)[1-3]。

区域褶皱及断裂构造均较发育，断裂构造主要有NE向、NW向和EW向3组，其中NE向及NW向断裂规模较大，NE向断裂常切截NW向断裂，NW向断裂主要分布于矿区中北部。规模较大的二郎河复向斜的次级褶皱构造隘口向斜、小明府—枫香驿倒转背斜与纵贯全区的NW向断裂以及后期密集分布的NE向断裂组成了区内的基本构造格架。隘口向斜呈NW向贯穿于整个矿区中南部；小明府—枫香驿倒转背斜展布于矿区外北西部。区内山形走向和地表水系流向总体与NW向断裂走向基本一致，地下水的形成、埋藏与运动主要受NW 向断裂构造控制，矿区即位于NW向断裂含水构造西南部。

区域地势较陡，地形切割较深，基岩部分裸露，地下水主要接受大气降水的垂直入渗补给，动态变化较大；地下水径流受地形地貌条件控制，水力坡度与所处的地形坡度和坡向基本一致，总体上由山顶向缓坡地带径流。在沟谷源头地形深切割处及与阻水断层交汇部位以泉的形式或以地下水径流就近排泄至溪沟及河谷内。

2 矿区水文地质特征

2.1 地下水类型及其赋存特征

(1)松散岩类孔隙水含水岩组。主要分布于廖河河道相对开阔的平缓地带，厚度为2～4 m，岩性主要为粗砂、砾石、卵石等，结构松散，含孔隙水，地下水位埋深一般为1～2 m，多为潜水，渗透系数为0.55～5.50 m/d，富水性弱—中等，受河流和降水直接补给，季节性变化明显。在山麓等缓坡地带，残坡积层厚度为4～10 m，最厚处达12 m，主要为红黏土，富水性弱。根据水质分析报告，该岩组地下水化学类型为HCO3-Mg·Ca 型，地下水温度一般为12～ 20 ℃。

2.2 地下水补、径、排条件

地下水主要接受大气降水的直接入渗补给，其动态变化特征与大气降水息息相关；次为通水的第四系和风化带间接补给，矿床开采至相应标高后，地表水成为矿区地下水的重要补给源。开采形成降水漏斗后，矿床邻近的大理岩含水岩组随着开采深度的增大也构成了矿床补给的来源。

地下水径流受地形、地貌控制，水力坡度与所处坡度、坡向基本一致。在径流途中，部分遇到NW向断裂或富水性较差的岩层阻水后以泉的形式排泄，另一部分在陡峻地带以泉的形式排泄出，剩余部分直接或透过第四系在沟谷汇集成地表径流流入长溪河及其支流。

总体上矿区地下水的补、径、排方式为：地下水接受大气降水补给后，总径流方向沿可溶岩自北西向南东径流，径流途径短，水力坡度大，于地形切割深处、阻水断裂构造或岩性交界处以泉的形式排泄出地表，地表径流汇集至廖河。

2.3 构造破碎带的水文地质特征

矿区内规模较大的断裂构造主要有NE、NW向2组，共10条。NE向断裂常切截NW向断裂，NE向断裂属平移逆断层，断层破碎带中，节理裂隙密集发育，岩石破碎，水活动痕迹明显。NE向断裂上下两盘并无水力联系，断层起到了阻水作用，为典型的阻水断裂，断裂上盘由于裂隙发育而含水。NW向断裂分布于矿区中北部，该断裂为一典型控水构造，具有良好的阻水性，可有效地将矿床所在的含水层与其他含水层隔开。

2.4 矿床充水因素

矿区主要的含水层为柳坪组下段上部的含磷白云石大理岩及大新屋上段的白云石大理岩，富水性较强。区内矿床是以溶蚀裂隙为主的岩溶充水矿床，未来矿山进行露天开采时，对矿坑充水具有直接影响的主要为裂隙岩溶水及大气降水。

矿区地表水体主要为廖河，流经矿区的河床宽达2～5 m，流量变化大，未来开采应预留一定距离的截水墙，局部有河水沟通段应采取灌浆或修建导流堤等措施进行堵漏，或让河流改道，严禁地表水体涌入矿坑。矿区分为南北2个矿段，北矿段最低开采标高为160 m，最低侵蚀基准面标高为120 m；南矿段最低侵蚀基准面标高为140 m。根据钻井揭露的地下水水位标高可知，地下水位标高均高于开采标高，开采过程中地下水将不断涌入矿坑，矿坑开挖随着深度的增加，地下水位降深增大，矿坑涌水量逐渐增大。此外，大气降水可直接进入矿坑，大气降水所形成的坡面片流也可流入矿坑，也为矿床充水因素之一。采场的地下水以地下水静储量、地下水径流量和雨期矿坑内汇集的大气降水为主。参考《固体矿产地质勘查规范总则》(GB/T 13908—2002)[4]，矿床开采技术条件中水文地质条件为中等类型。

2.5 矿区地下水的动态变化特征

对矿区ZK184钻孔水位和1#溶洞下游河沟的流量分别进行了动态长期观测，可知矿区地下水变化动态基本与大气降水变化一致。矿区地下水位在雨后逐渐上升，丰水期水位远高于枯水期水位，年内水位波动高达60 m(标高277.52～337.92 m)。河沟流量在降雨后即出现明显增大，如2013年5月27日暴雨后观测的流量变达到 1.638 L/s(图1)，在枯水期则出现断流，流量为0～1.638 L/s。

图1 地表水及地下水动态变化关系曲线(2013年)

3 矿坑涌水量预测

3.1 矿坑涌水量分析

矿区矿体大多裸露地表，规模大，分布稳定，适宜采用露天开采方式，开采时须剥离残坡积层及风化层。矿区北矿段首采段采场汇水面积为F=493 000 m2，终采段采场汇水面积为F=736 500 m2，采场为不规则多边形。矿区大理岩矿赋存层位为大新屋上段，地表水为矿区地下水的重要补给源，采场开采初期，矿坑涌水量以消耗大气降水为主。北矿段南侧有廖河穿过，在开采过程中可将河流视为补给边界；将北东侧、西侧大理岩含水岩组与片岩隔水岩组、混合岩隔水岩组交界处作为隔水边界(图2)。

图2 北矿段边界条件

3.2 预测结果

根据矿区水文地质边界条件，露天采场的涌水量由大气降水沿地 面流入采场和由地下水流入采场的水量组成，地下 水涌水量的计算方法按大井法确定[5-10]。地下水涌 水量Q1 为消耗地下水静储量和径流量之和，即

(1)

式中，K为渗透系数，取2.36 m/d；μ为给水度，取0.02；r0为采场引用半径，m；R为影响半径，m；R0为引用影响半径，R0=R+r0，m；H为含水层厚度，m；α与水力动态有关的系数，取1。

采矿场汇水范围内的大气降水量Q2的计算公式为

Q2=FAφ，

(2)

式中，A为近4 a雨季的日平均降水量0.006 66 m/d；φ为地表径流系数，取0.8；t为疏干时间， d。

结合式(1)、式(2)以及表1，计算出的矿坑涌水量如表2所示。由表2可知：首采段水平标高时，矿坑最大涌水量为103 978 m3/d；终采段水平标高时，矿坑最大涌水量为107 948 m3/d。

表1 大井法北矿段矿坑涌水量计算参数

表2 矿坑涌水量预测结果m3/d

4 结 语

详细分析了安徽省宿松县廖河大理岩矿区水文地质特征，并采用大井法对矿区北矿段首采段和终采段的矿坑涌水量进行了预测。研究表明：矿区北矿段终采段东部(上古井冲以东)地表水直接流经矿床，开采时可能发生地表水回灌，开采前须进行补充勘查，应查明地表水历年最高洪水位、最大流量以及地表水与地下水的水力联系。