湖北省安陆市仁和店矿区铜矿矿区水文地质特征分析

湖北省安陆市仁和店矿区铜矿矿区水文地质特征分析

邹建林

湖北省核工业地质调查院  湖北 孝感  432000

摘要：在系统收集矿区的地质，水文地质资料并结合已有成果的基础上，对湖北省安陆市仁和店矿区铜矿矿区的水文地质特征进行分析，主要分析矿区含水层隔水层特征、断裂构造导富水性、地下水含水层的补给，径流，排泄条件，并进行矿坑涌水量估算。

关键词：铜矿、水文地质特征、含水层

一、区域水文地质

1、气象、水文

研究区属亚热带季风气候，日照充足，四季分明。区内年平均气温16.0℃，极端最高温度40.7℃（1970年7月份），极端最低气温－15.3℃（1970年1月）。多年平均降雨量1066.4mm，年最大降雨量1722.8mm（1954年），年最小降雨量652.9mm（1978年），年际变化达1069.9mm，常出现旱涝。汛期雨量（4—10月），多年平均为815.97mm，占多年平均降雨量的76.5%。

地表溪流主要为李家冲河，发源于矿区北部，由北向南流经矿区最终流出矿区汇入矿区南部杜垱水库。该河流属山间小溪，在6月份安陆地区出现最大暴雨2天后测得流量Ⅰ断面流量0.277 m3/s，Ⅱ断面流量0.283 m3/s。

2、含（隔）水岩层

矿体空间位置上的顶板为薄层硅质岩隔水层，底板为泥灰岩、含炭灰岩裂隙岩溶含水层，顶板向上为以含裂隙水为主的含碳硅质岩。

该区主要含水区位于矿区东北部灯影组上段含碳块状硅质岩裂隙水，灯影组下段白云岩、含燧石条带灰岩裂隙岩溶水，矿区东南部和西南部的双尖山组裂隙岩溶水；中部沿李家冲河流向分布的第四系坡积、洪积亚粘土、亚砂土、砂砾及碎石孔隙水，另外在矿区东南角分布着白垩系砂砾岩裂隙含水层。矿区中部为主要隔水区，隔水岩层岩性主要为寒武系下统上段炭质、硅质板岩，下段薄层硅质岩；另外在矿区东南部分布的奥陶系高家湾组黄绿色绢云母千枚岩也为隔水层。

3、区域水文地质

矿区位于随县幅西南部，属于碳酸岩类分布的中低山区，地势陡峻，沟谷深切，裂隙岩溶较发育，地下水埋藏较深，受大气降水补给，垂直、水平循环强烈，向沟底或中低山边缘排泄，水质为低矿化度的重碳酸盐水。

4、地下水的补给、径流与排泄

区域地下水总的补给来源为大气降水。该区含水层裸露面积大、裂隙较发育、岩石破碎、植物亦较为繁茂，这些为大气降水的渗入、地下水的形成和运移提供了有利条件。

区域地势总体由北向南逐渐降低，山坡坡向与岩层倾向相同，并且从钻孔水位标高看，地下水的总体运移方向是随地形起伏向南流动。区域地下水运移至矿区，含水层侵蚀（基准面以上）遭河流侵蚀切割，地下水通过岩层空隙向河沟排泄，最终由李家冲河以地表水形式流出矿区，而基准面以下地下水可能会运移至矿区内褶皱的核部存储。

二、矿区水文地质

矿区含水层分为五层，分别为第四系孔隙弱含水层、白垩系－第三系砂岩砾岩裂隙弱含水层、寒武系泥灰岩裂隙溶蚀弱含水层、震旦系白云岩裂隙溶蚀含水层以及震旦系灰岩裂隙溶蚀含水层。对矿体影响较大的含水层为震旦系上统灯影组下段白云岩裂隙溶蚀含水层，该含水层分布矿区东北部，厚度＞70m ，岩性为白云岩，裂隙较发育，有溶蚀粗糙面及溶孔，根据钻孔抽水试验显示含水层富水性较好，渗透性较差，是矿体的间接底板。

矿区隔水层主要有奥陶系高家湾组黄绿色绢云母千枚岩偶夹灰岩透镜体隔水层、寒武系中-下统立秋湾组灰绿色粘土质钙质板岩隔水层、寒武系下统庄子沟组上段硅质炭质板岩含磷结核隔水层、寒武系下统庄子沟组下段薄层状含碳硅质岩隔水层、震旦系上统灯影组上段块状硅质岩裂隙弱含水层。其中寒武系下统庄子沟组上段硅质、炭质板岩含磷结核隔水层为矿体的直接顶板，主要分布矿区中部，厚度＞24m，岩性为炭质板岩、硅质板岩，岩石坚硬致密，裂隙不发育，透水性差。

三、断裂构造的导富水性

矿区断裂有两组，一组为北东—南西走向，一组为北西—南东走向。

北西—南东向断裂构造：一般规模不大，长几十米，走向320°-340°，主要表现为层间滑动及破碎，属逆冲断层性质。对9号矿体地下开采造成影响的F1断裂，走向310°-320°，长约50米，破碎倾角约80°，主要表现为层间破碎，破碎带宽度1～5m，主要为碎裂岩，局部见断层泥。破碎岩石经水溶蚀后有良好的导水性，该断层连通了主矿体和其顶板含水层，形成了导水通道，建议开采过程中对该段做排水、疏水处理。

北东—南西向断裂构造：走向一般为30°-60°，倾向西北，走向延长为100-200米。多属平移性质，常使地层岩脉及矿体发生错动，错距一般为几米至几十米。对9号矿体有影响的F9断裂，走向35°-40°，长约100米，破碎倾角接近直立，开启程度差，与灰岩接触部分为方解石脉充填，导水性差。

四、地下水动态及补径排条件

1、地下水动态变化

矿区地下水的分布主要受地形和河流基准面的控制，地下水力曲面也随地形同步变化。据钻孔稳定水位结果，地下水最低标高+159.92m，最高+208.60m，地下水埋深3.4～39.5m，水位势差48.68m。

根据详查中对钻孔长达半年水位观测，水位埋深最深为3.75米，水位166.33m，最浅为1.76米，水位168.32m，水位埋深变幅1.99米，含水层地下水动态在水位上表现为丰水季地下水水位较高，枯水季地下水水位较低，且受大气降水影响明显。

图1 钻孔地下水水位动态变化曲线图

3、地下水径、补、排

根据矿区地形、地貌及地下水位特征，矿区总体位于地下水的补给区或补给区向径流区过渡地段。

矿区内地下水总的补给来源为大气降水。该区含水层裸露面积大、裂隙较发育、岩石破碎、植物亦较为繁茂，这些为大气降水的渗入、地下水的形成和运移提供了有利条件。

矿区地势总体由北而南逐渐降低，山坡坡向与岩层倾向相同，含水层（基准面以上）遭河流侵蚀切割，地下水向地表的沟谷溪流排泄，最终由李家冲河以地表水形式流出区外。从地下水力曲面形态来看，地下水总体运移趋势是向沟谷地区流动，对地表水进行补给。

五、矿坑充水主要影响因素

根据矿床含水层特征，本矿区应属于裂隙岩溶含水层充水为主的矿床。根据矿体与主要含水层的空间关系，本矿床属于底板间接充水的矿床，即震旦系灯影组下段白云岩裂隙岩溶含水层通过裂隙和断层向矿坑充水。矿区影响矿坑充水主要因素大气降水、地表水、围岩含水、断层构造以及老窿对矿坑充水的影响。

六、矿坑涌水量估算

本次涌水量估算的范围是为9号矿体坑道系统的涌水量进行估算，9号矿体资源储量赋存标高在+203～+130m，矿体在平面上投影呈狭长条带状，长173m，平均宽度5.6m，长宽比大于10，因此采用“廊道法”对矿坑涌水量进行估算。

1、计算参数来源

根据矿区的水文地质条件，9号矿体含矿段为庄子沟组下段薄层状硅质岩和部分灯影组上段块状硅质岩中，通过抽水试验取得了渗透系数和影响半径水文地质参数。

    2、计算公式的确定

本区为地下开采，由于矿体较小，根据矿体分布，最低中段开采标高为130米，计算公式采用潜水非完整型廊道和潜水非完整井涌水量计算公式：

，，

式中 Q- 矿坑总涌水量（ m3/d)；Q1- 廊道涌水量（ m3/d)；Q2- 大井涌水量（ m3/d)；K- 渗透系数（m/d)；B－狭长廊道进水边界长度(m)；h1－廊道底板到静止水位的高度（ m)；R－影响半径（m)；qr－引用流量；h0－廊道中水面至静止水位高度（ m)；T－廊道底板到含水层下限标高的厚度（ m)；RC－水流阻力系数。

    3、计算参数的确定

①狭长廊道进水边界长度（B)。在涌水量估算平面图上量取为173m.

②渗透系数（K)。根据抽水试验取得的渗透系数为0.01m/d。

③廊道底板到静止水位的高度（h1)。取矿区地下水平均水位标高减去矿体最低开采中段标高，168.07-130=38.07m。

④廊道中水面至静止水位高度（h0)。数值与h1相等，168.07-130=38.07m。

⑤影响半径（R)。采用库萨金公式R=2S，求得影响半径R=67.8m。

⑥引用流量（qr)。取决于廊道宽度和廊道以下含水层厚度T，查表后的为0.3。

⑦廊道底板到含水层下限标高的厚度（T)。廊道底板标高130m，含水层下限标高为钻孔控制含水层底界平均高程为88.3m，T=130-88.3=41.7m。

⑧水流阻力系数（RC)。根据潜水非完整井大井的水流阻力系数公式，其中r为大井半径，取廊道平均宽度的一半，r=2.8m，R为影响半径R=67.8m，ξ为非完整井系数，查表得ξ=0.6。

计算结果Q1=76（m3/d）,Q2=42m3/d），Q=76+41.5=118m3/d）

图2    矿坑涌水量估算剖面图

七、结束语

区内主要矿体绝大部分位于当地侵蚀基准面以上，第四系不大发育，主矿体赋存层位为隔水层。主要矿体9号矿体直接顶板为隔水层且完整，其主要的充水含水层为间接底板的裂隙溶蚀含水层，其富水性较好且通过断层与矿层连接，且该含水层含有老窿水且水量较丰富，但只要进行疏干便不会对矿山生产产生显著影响。

参考文献：

1、余清仔.1997.德兴铜矿露天矿区水文地质特征及疏排水对策.[J]采矿技术.

2、邹建林，赵鹏.2020.湖北省安陆市仁和店铜矿床基本特征浅谈.[J]矿产资源.

3、张影，管斌，王迪，朱成林.2021.宝山铜矿矿山水文地质特征分析.[J]地下水.