新疆鄯善縣帕爾崗鐵礦水文地質(zhì)勘探類型劃分的探討

韋方圓

(新疆地礦局第十一地質(zhì)大隊(duì)，新疆昌吉831100)

礦床水文地質(zhì)勘探類型劃分是礦床水文地質(zhì)工作工程量布置的主要參考依據(jù)。礦床水文地質(zhì)類型及其復(fù)雜程度決定了礦井開采受水害威脅程度，也決定了礦井防治水工作的難易程度，它關(guān)系到礦井開拓方式的選擇和采掘系統(tǒng)的布置，近而影響到礦井的總體規(guī)劃和設(shè)計(jì)。正確的對煤礦進(jìn)行礦井水文地質(zhì)類型劃分，對于分析和評價礦井水害危害程度，排查礦井水害隱患，經(jīng)濟(jì)合理地搞好礦井防治水工作，大幅提升礦井防治水技術(shù)能力，實(shí)現(xiàn)礦井安全、有序、高效生產(chǎn)，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過對帕爾崗鐵礦礦床主要充水含水層的容水空間特征、礦體與主要充水含水層的空間關(guān)系及充水礦床勘探的復(fù)雜程度的分析，對礦床水文地質(zhì)勘探類型進(jìn)行了初步探討。

1 自然地理概況

礦區(qū)屬低山丘陵地貌，最高海拔為1 424 m，最低海拔1 219 m，最大高差205 m，一般高差為5～20 m，相對高差不大，地形較平坦。為典型的大陸型半沙漠氣候，干旱缺水，冬季嚴(yán)寒少降雪，夏季干燥酷熱，春秋多風(fēng)，日夜溫差大。多年平均氣溫11.7℃。多年平均降水量為63.9 mm，總降水時間不超過20天，日最大暴雨降雨量可達(dá)40 mm。主要以非區(qū)域性暴雨形式降落，次數(shù)少，雨量大，時間短，常沿溝谷形成暫時性地表徑流，匯入山間洼地，蒸發(fā)迅速。最大凍土深度可達(dá)0.93 m。

礦區(qū)內(nèi)及附近無地表水體及長年性地表水流，僅在區(qū)域西側(cè)距礦區(qū)11.39 km處及礦區(qū)北側(cè)2.48 km處，分布有鹽沼地，屬第四系孔隙潛水，水質(zhì)極差，屬咸水－鹽水。

2 礦區(qū)水文地質(zhì)條件

2.1 含(隔)水層劃分

礦區(qū)地層劃分為3個含(隔)水層，包括第四系全新統(tǒng)沖－洪積層透水不含水層、中下志留統(tǒng)叉口組層狀巖類裂隙潛水含水層和青白口系北塞納爾塔格組塊狀巖類裂隙含水層。

其中，礦區(qū)范圍內(nèi)主要出露的為中－下志留統(tǒng)叉口組層狀巖類裂隙潛水含水層，分布面積較大，地層巖性主要為含礫變質(zhì)粗砂巖、變質(zhì)粗砂巖、變質(zhì)細(xì)砂巖、變質(zhì)砂巖、變質(zhì)粉砂巖、灰綠色綠泥石板巖、磁鐵硅質(zhì)巖等，為礦區(qū)主要充水含水層和礦床直接充水含水層。該地層一般裂隙不甚發(fā)育，僅在斷裂構(gòu)造影響下，形成次一級的破碎帶及附近裂隙略發(fā)育。含水層主要接受南部中高山區(qū)大氣降水，冰雪消融水、地下水的側(cè)向徑流補(bǔ)給，賦存一定量的地下水，地下水埋深地下水埋深21.80～28.50 m。

根據(jù)抽水試驗(yàn)成果，單孔涌水量分別6.22～266.11 m3/d，滲透系數(shù) K=0.003 90～0.333 m/d，單位時間涌水量 q=0.004 48～0.45 L/s·m，屬弱－中等富水的潛水含水層。

2.2 構(gòu)造對礦床充水的影響

礦區(qū)內(nèi)整體構(gòu)造較發(fā)育，發(fā)育有斷層17條。北西向斷裂貫穿全區(qū)，相互切割，將全區(qū)分割成若干個地段。在構(gòu)造發(fā)育處及交匯部位，形成網(wǎng)脈狀裂隙水，富水性較好。據(jù)在F7斷裂施工的ZK604鉆孔針抽水試驗(yàn)成果，單孔涌水量266.11m3/d，滲透系數(shù) K=0.333 m/d，單位涌水量 q=0.45 L/s·m?？芍獢鄬悠扑閹Ъ爸車貙悠扑?，節(jié)理、裂隙發(fā)育，富水性等級屬中等。

礦區(qū)內(nèi)在斷裂構(gòu)造及褶皺構(gòu)造的控制和影響下，區(qū)內(nèi)在擠、壓、揉作用下，巖層發(fā)育有不同程度的節(jié)理、裂隙，能形成一定地下水的賦存空間，為暖溫帶極干旱氣侯區(qū)有限的地下水提供了溝通渠道，區(qū)內(nèi)雖地下水補(bǔ)給量較為有限，但地形相對低洼，便于地下水的匯集，地層富水性弱－中等，在正常排水條件下，構(gòu)造因素對礦床充水有利。

2.3 地下水與地表水間的水力聯(lián)系

礦區(qū)內(nèi)無常年性地表水體及水流，地表水大多為暴雨形成的洪水和冰雪融水等形成的暫時性地表流水。在順地形坡度向低凹處匯集運(yùn)移時，可通過地表風(fēng)化、構(gòu)造裂隙、巖石孔隙等緩慢滲透補(bǔ)給地下，但由于暫時性地表水通過時，時間短、速度快，對地下水的補(bǔ)給主要表現(xiàn)在瞬間補(bǔ)給，不利于礦區(qū)地下水的補(bǔ)給。因此，區(qū)內(nèi)地下水與地表水間存在一定的水力聯(lián)系，但補(bǔ)給量微弱，兩者之間水力聯(lián)系不密切。

2.4 含水層之間的水力聯(lián)系

礦區(qū)內(nèi)存在中－下志留統(tǒng)叉口組層狀巖類裂隙潛水含水層、青白口系北塞納爾塔格組塊狀巖類裂隙含水層，目前通過鉆孔實(shí)際控制的情況可知，6線部位富水性中等，其它部位富水性較弱。說明勘查區(qū)內(nèi)基巖裂隙含水層，富水性不均勻，變化較大。礦區(qū)內(nèi)總體上含水層較為單一，地下水由南向北依次補(bǔ)給，潛水水位高的補(bǔ)給低的，各含水層之間的水力聯(lián)系較密切。

2.5 地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件

礦區(qū)位于中低山區(qū)，區(qū)內(nèi)無常年地表水流，地下水的補(bǔ)給主要來源于中－下志留系地下水的遠(yuǎn)距離徑流補(bǔ)給和大氣降水，其中暴雨形成的洪水及冰雪融水可通過地表巖石風(fēng)化裂隙、構(gòu)造裂隙、巖石孔隙或其它途徑順地層滲入到地下補(bǔ)給地下水。

區(qū)內(nèi)地勢呈東南高北西低的山間盆地，據(jù)抽水試驗(yàn)孔及靜止水位觀測孔成果，并結(jié)合區(qū)域水文地質(zhì)資料及地形地勢，判定礦區(qū)地下水流向是由東南向北。

礦區(qū)內(nèi)未見地下水的天然及人工露頭，地下水由南東往北西運(yùn)移或順地層向更深處運(yùn)移，少部分以蒸發(fā)形式排泄。未來礦井建成之后，礦井疏干排水將是地下水的主要排泄方式之一。

2.6 礦床充水因素分析

2.6.1 地層含水性

礦區(qū)內(nèi)地層巖性主要為含礫變質(zhì)粗砂巖、變質(zhì)粗砂巖、含礫變質(zhì)細(xì)砂巖、變質(zhì)細(xì)砂巖、含礫變質(zhì)粉砂巖、變質(zhì)粉砂巖、灰綠色綠泥石板巖、磁鐵硅質(zhì)巖等。礦體呈層狀分布于上述巖石中，含礦巖性以含鐵硅質(zhì)巖為主，硅質(zhì)巖與赤鐵－磁鐵混合鐵礦交互呈層分布。礦區(qū)主要接受中－下志留統(tǒng)叉口組地層的直接充水。

通過對直接充水含水層中－下志留統(tǒng)叉口組地層進(jìn)行抽水試驗(yàn)成果，該含水層富水性弱－中等。這表明礦區(qū)地層的滲透性差變化較大，富水性不均勻，具各向異性的特征，總體上礦區(qū)地層巖性不利于礦床充水。

2.6.2 大氣降水及暫時性地表水流

該地區(qū)降水主要以非區(qū)域性暴雨形式降落，次數(shù)少，雨量大，時間短，常沿溝谷形成暫時性地表徑流，日最大暴雨降雨量歷史極值達(dá)40 mm。暫時性地表水流具有形成時間短，流量大之特點(diǎn)，對礦床充水主要表現(xiàn)在沖毀礦山設(shè)施，直接灌入礦井或露天采坑內(nèi)，是露天采礦的直接充水水源，對露天采礦影響大，而對地層滲透補(bǔ)給意義不大。

2.7 礦坑涌水量預(yù)測

2.7.1 預(yù)測原則

(1)礦區(qū)采用露天開采的方式。礦坑涌水來源主要為地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給及大氣降水補(bǔ)給，二者之和即為該礦段露天開采時的礦坑涌水量。

(2)露天開采境界:采深以礦體+1 150 m水平至地面所圈定的范圍，開采深度為150 m，地表開采境界為:向北到7勘探線，向南至10勘探線，面積為120 000 m3。

2.7.2 預(yù)測方法及結(jié)果

露天開采地下水補(bǔ)給礦坑涌水量采用大井法，大氣降水量補(bǔ)給的涌水量采用降雨量法。

大井法計(jì)算，計(jì)算參數(shù)的選用礦區(qū)施工的水文地質(zhì)孔抽水試驗(yàn)成果，公式采用承壓轉(zhuǎn)無壓完整井計(jì)算公式。

計(jì)算結(jié)果為3 749.83 m3/d。

降雨量法計(jì)算，大氣降水量直接降落至露天采區(qū)范圍內(nèi)的多少即露天采坑的直接充水量，采用的涌水量公式Q=F×H×α，利用該地區(qū)日平均降雨量進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果為21 m3/d。

最終礦坑涌水量值為大井法計(jì)算結(jié)果與降雨量法計(jì)算結(jié)果之和，礦區(qū)1 150 m水平礦坑涌水量值為3 770.83 m3/d。

2.8 供水水源

2.8.1 水源地的選擇

礦區(qū)為中低山區(qū)，無常駐人口。區(qū)內(nèi)無常年地表水流，亦無泉點(diǎn)出露，礦區(qū)地下雖含一定的地下水，但水質(zhì)差，仍屬缺水區(qū)?；鶐r含水層多以弱富水含水層為主，水質(zhì)較差，水化學(xué)類型為 Cl·SO4－ Na·Ca、Cl·SO4－ Na 型，溶解性總固體(礦化度)5 228.0～28 716.52 mg/L。由于水量有限，礦化度很高，因此無供水意義。

礦區(qū)可供利用的水源方向只有鄯善縣底坎鄉(xiāng)供水井。位于礦區(qū)西北約110 km的底坎鄉(xiāng)供水井，為當(dāng)?shù)夭傻V企業(yè)人員的供水水源地，該供水井是經(jīng)過鉆探工藝而鑿成的機(jī)井。通過收集的水質(zhì)資料，該井水無嗅、無味、水清無渾濁物，且距礦區(qū)最近，可作為礦山建設(shè)時期的供水水源。

2.8.2 水質(zhì)評價

(1)生活飲用水水質(zhì)評價

底坎鄉(xiāng)供水井的水化學(xué)類型屬CI·SO4－Na型，溶解性總固體510.78 mg/L，總硬度 86.70(CaCO3mg/L)，氯離子含量104.86 mg/L，硫酸根離子含量 137.44 mg/L，pH 值 6.43，依照《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中有關(guān)規(guī)定的要求，感官指標(biāo)、化學(xué)指標(biāo)等規(guī)定項(xiàng)目的測試結(jié)果均符合標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)較好，是礦區(qū)較好的供水水源。

(2)鍋爐用水水質(zhì)評價

通過對底坎鄉(xiāng)供水井水質(zhì)分析的結(jié)果，鍋垢總量201.36 mg/L，硬鍋垢重量 1.08 mg/L，鍋垢系數(shù)0.054，起 泡系數(shù)373.10，腐蝕系數(shù)－0.81，依照鍋爐用水水質(zhì)評價指標(biāo)，底坎鄉(xiāng)供水井為鍋垢少、具有軟沉淀物、起泡、非腐蝕性的水。

3 水文地質(zhì)勘探類型劃分

礦區(qū)內(nèi)出露的地層為中－下志留統(tǒng)叉口組，屬沉積變質(zhì)巖相，地層巖性主要為變質(zhì)粉砂巖、變質(zhì)砂巖、角巖等，礦體分布巖石局部存在一定的裂隙，與侵入巖裂隙具有一定的貫通作用，同時裂隙面上存在地下水活動的痕跡，具備儲水的條件，礦床充水類型為以裂隙含水層充水為主的礦床。

含礦巖性以含鐵硅質(zhì)巖為主，硅質(zhì)巖與赤鐵－磁鐵混合鐵礦交互呈層分布。礦區(qū)主要充水含水層與礦體直接接觸，地下水直接進(jìn)入礦坑，該礦床屬直接充水的礦床。

礦區(qū)位于庫魯克塔格山中低山區(qū)，地形總勢南高北低，最大相對高差205 m，總體地形起伏不大，礦區(qū)內(nèi)整體構(gòu)造較發(fā)育;含水層賦水性弱－中等，+115 0 m水平礦礦坑涌水量正常值為3 770.83 m3/d，水埋深一般在21.80 ～28.50 m，礦體多位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面和地下水位以下，地形不利于自然排水;礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造較發(fā)育，斷層破碎帶及周圍，地層破碎，節(jié)理、裂隙發(fā)育，構(gòu)造因素對礦床充水有利;區(qū)內(nèi)無地表水體，礦床充水來源為中－下志留統(tǒng)叉口組含水層裂隙水及大氣降水，補(bǔ)給條件較差。水文地質(zhì)勘探復(fù)雜程度為第二型水文地質(zhì)條件中等的礦床。

綜上所述，帕爾崗鐵礦水文地質(zhì)勘探類型為以裂隙含水層直接充水、水文地質(zhì)條件中等的礦床。

4 結(jié)語

在本文敘述過程中，通過對礦區(qū)自然地理概況和水文地質(zhì)條件的分析，闡明了礦區(qū)地下的補(bǔ)給、徑流、排泄條件，礦床的充水因素、充水量及地下水的水化學(xué)類型，確定了該礦區(qū)的水文地質(zhì)勘探類型，提出了礦山的供水水源方向，為該礦區(qū)后續(xù)水文地質(zhì)調(diào)查工作的布置提供了主要依據(jù)。

同時，在礦區(qū)內(nèi)次級斷裂構(gòu)造發(fā)育，目前只對西部斷層的賦水性進(jìn)行了了解，代表性不全面，在今后的勘探工作中，應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)對斷裂構(gòu)造賦水性的研究。

［1］國家技術(shù)監(jiān)督局.礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范(GB12719－91)［S］.中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1991.8.

［2］中國地質(zhì)調(diào)查局.水文地質(zhì)手冊(第二版)［S］.北京:地質(zhì)出版社，2012.9.

［3］房佩賢，衛(wèi)中鼎，廖資生.專門水文地質(zhì)學(xué)［M］.北京:地質(zhì)出版社，1996.

［4］白權(quán)金，尹得功，金向兵，單風(fēng)翔等.新疆鄯善縣帕爾崗鐵礦詳查報(bào)告［R］.新疆地礦局第十一地質(zhì)大隊(duì)，2013年4月.

［5］付新發(fā)，張福亮.昆明東川區(qū)新山—馬家溝金礦水文地質(zhì)勘探探討［J］.云南煤炭，2012年第4期.