湖北省大悟县大坡顶金矿水文地质条件和充水因素分析

杨 潇，马春燕

(湖北省地质局第八地质大队，湖北襄阳 441002)

湖北省大悟县大坡顶金矿是近年来在大磊山穹窿构造中部发现的新矿床，与白云金矿床共同构成大磊山金矿田，是迄今在古老的大别变质地体内部发现的规模最大的金矿床［1］。白云金矿床发现时间较早，开采至今资源濒临枯竭。地处大磊山穹窿中心的大坡顶金矿成矿地质条件更为有利，是大磊山金矿田极具价值的远景区。查明矿床水文地质条件和充水因素，对矿山采取有效防水、治水措施从而实现安全、经济地开采具有重要意义［2］。

1 自然地理概况和地质条件

1．1 自然地理概况

矿区位于大别山中段南坡，属大悟县阳平镇管辖。山脉走向大体可分为北西西向和北北东向，最高海拔为矿区内大坡顶西侧山，标高626．20 m;最低侵蚀基准面为矿区外围西侧涂家冲附近的九条沟，标高65．80 m。最大相对高差为560．4 m，一般为200～300 m，属低山—丘陵地貌特征。地形总体上表现为东高西低、南高北低［3］。属亚热带大陆季风气候区，雨量充沛，四季分明(表1)。

1．2 地质条件

本区位于秦岭褶皱系桐柏—大别中间隆起桐柏山复背斜大磊山穹窿的核部及其东翼，穹窿内部为大别山变质杂岩(Pt1db)，外部为红安群(Pt2H)，两者之间呈角度不整合接触关系［4］。穹窿内地层呈单斜状构造层产出，走向近南北，倾向从北东、东转向南东，倾角一般15°～45°。区内变质变形作用强烈，各种断裂构造发育，主要发育北西西向和北北东向二方向的断裂。金矿主要赋存于北西西向断裂带中(图1)。

表1 大悟县气象资料汇总表Table 1 Summary data of Dawu meteorological data

矿体地表工程控制长度分别为600 m、800 m，工程控制矿体最低标高分别为+89 m、+240 m。

2 水文地质条件

矿区所在区域属大磊山大坡顶—澴水河水文地质单元中大磊山大气降水补给带，澴水河为区域排泄边界，矿区位于澴水河的东侧，天岗—大坡顶—泉水岭一带构成本区南北向分水岭。区内矿体赋存标高在+89～+461 m之间，均位于最低侵蚀基准面65．80 m以上。

2．1 地表水

区内地表水体(系)不发育，地表水体以零星分布的池塘和人工小水库为主。地表水体呈带状、树枝状发育于大坡顶周边。属于季节性河流，流量变化大。大雨后，河水流量常在短时间内猛增数倍(表2)。

图1 大坡顶金矿地质构造简图Fig．1 Geological sketch of Dapoding mine area

表2 大坡顶矿区地表水体观测汇总表Table 2 The surface water observation table of Dapoding ore district

2．2 含水层与隔水层

区内地层根据岩性、出露特征、裂隙发育程度、风化程度、地下水埋藏条件、水力特征可划分为:

(1)第四系冲积、残坡积孔隙水含水层。分布在矿区西侧及冲沟底部，为第四系全新统冲积及残坡积层(Q)，主要由灰黄色、褐黄色含碎石粉质粘土、砂土、砂砾石及耕植土层等组成，厚度＜15 m，钻孔揭露最大深度为3．30 m，受地表水及大气降水补给，赋含孔隙水，弱富水。该含水层底部间断分布有粘土、粉质粘土，为相对隔水层。

(2)基岩风化裂隙含水层。区内大面积分布有下元古界大别山岩群(Pt1db)，岩性为变粒岩、浅粒岩、白云二长片麻岩等。此外还有少量中元古界红安群(Pt2hn)，岩性有白云石英片岩、含磷变粒岩等，以及少量煌斑岩脉(χ)和石英脉(q)等。上述岩石出露地表，受构造、风化作用影响，岩石破碎，风化裂隙发育，钻孔终孔稳定水位多在该层。当大气降水入渗补给后，赋存一定量的地下水，形成基岩风化裂隙含水层。

依据钻孔统计资料，该层岩石浅部风化强烈，深部微弱，风化带揭露厚度一般在17．78～34．50 m之间，风化带最大厚度47．50 m;基岩风化裂隙水主要受大气降水入渗补给，其水质、水位、水量随气候变化十分明显。区内该层见有小泉出露，流量0．06～0．55 L/s，结合ZK3332、ZK721注水试验结果表明该含水层的富水性弱(表3、图2)。从临近的白云金矿区在1979年—1984年所做的8次钻孔提(放)水试验成果看，该含水层单位涌水量为0．002 974 5～0．439 59 L/s·m，求得渗透系数为0．008～0．038 m/d，同样表明该套地层岩石的富水性弱。

表3 主要含水层注水试验成果表Table 3 The table of water injection test of the main aquifer

图2 ZK721注水试验图Fig．2 Figure of water injection test about ZK721

(3)新鲜基岩隔水层。分布于基岩风化裂隙含水层之下，主要由中元古界红安群(Pt2hn)白云石英片岩、含磷变粒岩和下元古界大别山岩群(Pt1db)变粒岩、浅粒岩、白云二长片麻岩等，以及少量煌斑岩脉(χ)和石英脉(q)等岩石组成;其未经风化的新鲜岩石致密完整，透水性极差，构成区内主要隔水层。

2．3 矿区构造破碎带水文地质特征

矿区断裂构造发育，按走向可分为北西西向、北北东向、北东—北东东向三组。

(1)北西西向断裂为主要控矿断裂，该组断裂都为压扭性断层，产状较陡，宽度大多0．20～1．80 m。浅部破碎程度较高，赋存有一定的裂隙水，从钻孔资料看，该段的RQD值为30% ～70%。随着深度的增加，虽然微小裂隙仍很发育，但多为石英脉、泥质充填，RQD值基本上都＞60%，完整性好，富水性不强。已有平硐内干燥、潮湿，未见渗水、流水现象，表明该组裂隙的导水性不强。

(2)北北东向断裂多为张扭性断层，规模不大，除个别断裂延伸较长外，一般均在北西向断裂附近消失，明显受北西向断裂带的制约。浅部岩石较破碎，赋存有一定的裂隙潜水。断裂带内主要有构造角砾岩、煌斑岩，局部具有糜棱岩化。从其产状、所在矿区的部位以及矿体所处位置分析，对矿区开采影响不大。

(3)北东—北东东向断裂为张扭性断层，断裂规模较大，长度 ＞800 m，其宽度大多0．76 ～10．00 m。断裂带内充填煌斑岩脉，结构面比较粗糙，断裂中角砾岩较发育，岩性也较复杂，排列杂乱，棱角发育。该组断裂与北西西向断裂交错相切，交错部位岩石较为破碎，具有较好的导水性。但其出露地势高，宽度小，赋水条件有限，沿线无泉水出露，对矿床充水影响不大。

2．4 地下水动态特征

泉水流量季节波动幅度大，地下水的动态受降雨量影响较为明显(图3)。Q1—Q4四个泉的流量变化与降雨量的增减基本上保持一致。泉水流量在1—3月最低，4月份后逐渐增大，直到8月底(9月初)。依降水量、泉水流量变化趋势可以看出，矿区地下水的丰水期为5—10月，枯水期为12月—次年3月，其余为平水期。

3 矿坑涌水量预测

3．1 矿床充水因素分析

(1)区域地下水主要补给来源于大气降水，补给通道为地表基岩风化带、裂隙等。第四系沉积层、基岩风化带接受降水补给十分有利。浅部地下水径流路径短，循环条件好，地下水位表现为随地势变化的特点，由高处往低处运移，并以泉的形式排泄出地表，无明显的补给、径流、排泄分区。深部地层天然状态下裂隙不发育，垂向补给差，侧向补给由于渗透性差而显得微弱，为弱的充水通道。

(2)矿体均产于硅化破碎带中，出露地表岩石破碎，基岩风化裂隙发育，导水性好，风化裂隙水会通过裂隙进入矿体，造成矿坑充水，由于基岩风化裂隙含水层分布全区，且具有一定含、导水性，基岩风化裂隙水是矿床充水的直接来源。

(3)矿区边界距九条沟、蒋家楼河沟、椅子湾河沟、江西沟等地表水系也较远，地表径流排泄条件好，地表水对矿床充水影响弱。

(4)断裂带和矿体接触带，是地下水存储和运移的有利场所，也是矿床充水的主要途径，矿井涌水以存储量为主。

(5)矿体所处地形位置较高，都高于当地最低侵蚀基准面，地形有利于自然排水。

3．2 矿坑涌水量估算

由于矿体的水平投影长宽比均 ＞10，根据泰斯(Theis)井流条件［5］，建立廊道模型，采用廊道法计算矿坑涌水量(见图4、表4)。

图4 廊道法矿坑涌水量计算示意剖面图Fig．4 The schematic cross-sectional view water inflow

表4 大坡顶矿区矿坑涌水量预测表Table 4 Prediction table of pit water inflow in Dapoding ore district

3．3 矿坑涌水量估算结果评述

上述计算中参数主要根据矿区水文地质试验成果资料，在充分考虑矿区水文地质特征的前提下，采用廊道法计算，预测矿山首采时的矿坑涌水量，为将来矿山设计提供依据。

4 水化学特征评价

根据区内7组水样分析资料，参照国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006)和《工业建筑防腐蚀设计规范》(GB50046)，对水质分析成果中分析项目作以下评价:

物理性质 无色、无味、无嗅、透明，水温5～13℃，为冷水。

化学性质 水化学成分中阳离子以Ca2+、Mg2+为主，阴离子以HCO-3为主，多为HCO3—Ca·Mg型水，矿化度都 ＜0．3 g/L，为淡水;pH 值 6．02 ～7．68，为弱酸—弱碱性水，总硬度0．53～15．49德国度，属于微硬水—硬水。

根据水质分析结果，能满足生产需水要求，作为生活饮用水应进行一定处理。

5 结语

矿区矿体位于当地侵蚀基准面以上，矿坑汇水靠大气降水，大气降水沿裂隙渗入补给地下水。矿层围岩富水性极弱，含水构造破碎带的富水性也弱，补给条件差。地表水对矿床开采无影响，地形条件有利于自然排水，矿区水文地质条件为简单型。未来开采前期涌水量较大，原因为开采初期要消耗净储量，随着净储量的消耗，涌水量逐渐减少，此时以补给量为主，并趋于平缓。

［1］ 杜登文，洪汉烈，徐志强，等．湖北大悟大坡顶金矿床金矿物特征［J］．地质科技情报，2008，27(4):55-60．

［2］ 刘晓亮，褚洪涛．我国复杂大水金属矿床的开采现状与发展趋势［J］．采矿技术，2008，8(2):3-4．

［3］ 钟晓波，镇方军，杨潇，等．湖北省大悟县大坡顶矿区金矿详查报告［R］．襄阳:湖北省鄂西北地质矿产调查所，2013．

［4］ 张业明，熊成云，韦昌山．大磊山变质核杂岩基本特征及成因探讨［J］．华南地质与矿产，1996(3):39-45．

［5］ 地质矿产部水文地质工程地质技术方法研究队．水文地质手册［M］．北京:地质出版社，1978．