青海某铁矿水文地质条件分析与涌水量预测

王士东，赵振，陈惠娟，赵东阳，秦光雄

(青海省环境地质勘查局，青海 西宁810007)

矿井涌(突)水是一个复杂的地质问题，严重影响国家的财产和矿工的生命安全，同时，矿井涌水量是确定矿床水文地质条件复杂程度重要指标之一［1］。该矿区地处祁漫塔格山东端的尕林格北坡带，地势总体南高北低，西高东低。海拔4 400～5 040 m，相对高差大于500 m，属构造侵蚀中高山地貌。地层岩性主要为下元古界片岩、片麻岩夹大理岩及华力西期花岗闪长岩等［2］。在水文条件上，该区水文条件受气象、地质、地形地貌等因素的影响，发育有几条大小规模相近的季节性山间沟谷，均发源于祁漫塔格山北麓，汇水面积120 km2左右，沟谷内由于水量较小，在出山口时已大量渗失转化为地下水。地表冻土草沼，冻土疙瘩地貌发育，正是由于矿区多年冻土的存在，使得其水文地质、环境工程地质条件复杂，这种复杂也影响了矿区水文地质特征。

1 矿区水文地质条件

1.1 地下水类型及富水性

矿区特殊的自然环境条件，仅存在多年冻土区地下水。按含水层岩性，结构、水力特征划分为:松散岩类冻结层地下水、基岩冻结层地下水。

1.1.1 松散岩类冻结层地下水

由于矿区第四纪堆积物厚度小于20 m，而冻结厚度多介于50～100 m。所以松散岩类冻结层地下水只有冻结层上水，并主要分布于相对低洼沟谷地带。含水层由冲洪积砂砾碎石层构成。含水层厚度受季节变化融化层的制约，每年11月至翌年5月含水层完全冻结，并与多年冻土层构成统一体。该段时间的松散岩类冻结层上水失去意义。每年6到10月地表解冻，冻土层中的冰逐渐融化，含水层便在季节性活动层中形成。据现场探槽及钻孔资料显示:矿区松散岩类冻结层上水含水层厚度小于2 m，水位埋深0～1.0 m，盛夏时在沟谷岸坡带成片状流出并成为湿地，单泉流量小于1.0 L/s。由于含水层薄，出露位置高，该类型地下水只能得到大气降水及冰雪融水补给，富水性差，无供水意义。由于矿区第四纪堆积物厚度小于20 m，故不存在松散岩类冻结层下水。

1.1.2 基岩冻结层地下水

根据勘探资料显示:地表以下0～3 m为全风化碎石层，含冰量19.8% ～38.8%，多呈小冰脉或透镜体状。3～25 m为强风化岩，岩体结构较完整，线裂隙率10～27条/m。裂面有钙膜，裂面为泥钙质充填，宽度1～3 mm间，有冰脉充填，岩芯多呈10～20 cm的短柱状。25～150 m为中等风化～微风化状态，裂隙率1～5条/m，其中90 m以上裂隙多呈闭合状态，裂隙中含冰脉，厚度一般小于1 mm，含冰脉，未见冰层。以下未见冰脉，干燥状态。150 m以下为新鲜基岩，岩芯长度大于1.5 m，裂隙不发育，无冰脉和地下水。探井中地面以下10～90 m间温度低寒、气温在-10℃以下。未见滴水现象，仅局部挂有冰溜面。因此，矿区基岩冻结层地下水仅见有冻结层上水。其含水层由下元古界片岩、片麻岩夹大理岩及花岗闪长岩组成。由于矿区海拔高于4 400 m，寒冻风化作用强烈，风化裂隙发育，岩石破碎，常形成流石坡，有利于大气降水的渗入补给，经过短时间、短长度的径流，在低洼的新月沟～扇子沟沟脑及谷坡两侧以下降泉的形式排泄于沟谷中，与松散岩类冻结层上水一起成为测区夏季地表水。其单泉流量介于0.1～1.8 L/S间，水量受气温影响，季节性变化大，水质好，矿化度小于 0.5 g/L。多为 HCO3-Ca或HCO3

-Ca·Mg型水。

1.2 地下水补给、径流、排泄条件

矿区属于柴达木盆地水系，地表水自南向北流出矿区约2.1 km出山口后即渗失殆尽转化为地下水，成为野马泉滩地地下水补给源区。矿区最高海拔5 040 m，零星分布有现代冰川。最低侵蚀基准面标高4 400 m，高差640余m。降水与地势高差关系推测，矿区年降水量界于100～150 mm之间，降水为地下水的补给提供了良好的条件［3］。但矿区为冰缘冻土地貌区，山顶尖棱，相对高差大，岩屑坡，石海等冰缘地貌发育，有利于大气降水和冰雪融水的入渗补给，但这仅限于冻结层上水。冻结层上水接受大气降水补给后，循环于季节性活动层中，并严格受季节性气候变化的制约。冬季含水层全部冻结，与下部冻土层构成一体，构成矿区统一的冻结隔水层。因而，冻结层上水失去意义。四月份随气温的升高，季节性活动层开始融化同时接受补给，并进行短暂的循环，在沟谷的源头或山坡较陡的地貌突变部位以泉的形式排泄于沟谷中。基岩冻结层上水也有在山体的坡脚带直接以潜流的形式直接补给松散岩类冻结层上水。由于矿区存在较厚的冻结隔水层，且矿区及其周边一定范围内无河湖融区或构成活动融区，无冻结层下水补给通道。因此，降水、冰雪融水以及冻结层上水对冻结层下水无补给意义，这也是矿区冻结层下水埋深大于504 m的原因之一。排泄方式有三种:通过沼泽垂直蒸发排泄、以泉水的形式排泄于矿区沟谷、以潜流的形式补给野马泉滩地地下水。但由于矿区第四系松散岩类厚度小于20 m，无松散岩类冻结层下水。而基岩冻结层下水埋深大于504.0 m，因而深部冻结层下水应以潜流形式远距离排泄于野外滩地带。

1.3 地下水动态特征

冻结层上水接受大气降水和冰雪融水的入渗补给，由于其含水层厚度及补给、排泄条件严格受气候季节变化而变化。因此其动态随季节的变化而变化。矿区未揭露冻结层下水，这是由于90 m以下基岩裂隙不发育，同时由于矿区切割深度达640 m，且受到永久冻结层的影响，冻结层下水因地形切割及补给原因，504 m深度范围内即海拔4 118 m以上未揭露。

1.4 地下水水化学特征

地下水的水化学特征严格受补给、径流、排泄条件的控制。而矿区地处祁漫塔格山腹地，地势高，属地下水的补给源区，年降水量可达100～150 mm间，夏季冻结层上水入渗补给条件好，径流距离短，水循环交替作用强烈，水质良好，水化学类型为HCO3-Ca·Mg型水，矿化度小于 0.5 g/L。而冻结层下ZK1304钻孔504 m深度范围内即海拔4 118 m以上未揭露，因此，地下水埋深大于504 m。

2 矿床充水因素分析

矿区含矿地层为下元古界片岩、片麻岩夹大理石岩。矿体埋深150～400 m，埋藏在海拔标高4 200～4 450 m之间。海拔4 118以上未揭露冻结层下水。而矿区海拔4 350 m以上段多处于永久性冻结区(季节性冻融区厚度小于3 m，故忽略不计)。因此，矿体多位于冻结层内或部分位于基岩冻结层下不含水层内。

2.1 冻结层上水段充水因素分析

冻结层以上段采矿过程中将遇到松散岩或基岩冻结层上水和冻结层的影响。冻结层上水由于含水层厚度小于3.0 m，受地形及气候条件的影响，动态变化大。但由于其分布于地表浅部，采矿过程中易于排导疏干。因此，其对矿床充水基本无影响。而冻结层内采矿时，因冻结层为隔水层位，钻孔揭露岩层中含冰量小于38.8%，未见层状、块体状冰层，采矿过程中会因人类工程活动热效应的影响，在一定范围内有引发矿坑滴水现象，不会引发较大的涌水事件。

2.2 冻结层下水段充水因素分析

该矿区矿体走向北西西，矿体倾向北东，倾角30°～50°，矿体与区域构造线一致。影响矿区开采的构造为群力复式褶皱新月沟～五号梁向斜，向斜带内未发现大模范断裂构造破碎带，而且矿区自地表以下发育有34.3～93.5 m的冻结层，为隔水层。因此，地表水及融区水直接引发矿床充水的可能性小，危险性小。

3 矿坑涌水量预测

3.1 矿区水文地质边界条件

矿区受群力复式褶皱新月沟～五号梁向斜两翼地层构制，其轴部为下元古界深灰色二云母片岩构成，两翼为绢云母片岩构成，并构成两翼相对隔水层。南部岩层倾向北西、北东，倾角20°～50°，北部岩层倾向南东和南西，倾角5°～30°。因此，矿区为一北西西向展布的宽约为1 000 m的长条状独立的水文地质单元，属冻结层含水系统。

3.2 矿坑涌水量预测

在自然状态下，矿体一般深埋于地下，矿体及其围岩中经常充满一定量的地下水，这种现象称为矿床充水。当人们开采矿产品时，这些水则不断流入采矿坑道，即矿坑涌水。由于矿区为一北西西向展布的宽约为1 000 m的长条状独立的水文地质单元，属冻结层含水系统。由于其冻结环境条件的影响，冻结层上水分布厚度小于3 m，且受季节变化的影响，因此浅部矿坑涌水可不予考虑。埋深34.3～93.5 m段为冻结区，含少许冰脉为隔水层位，仅会在矿业活动中因人为热效应引发矿坑渗水，滴水，不会引发大面积矿坑涌水。而冻结层以下至海拔4 118 m段未见地下水，其最低开采境界标高4 200 m以上至冻结区段未揭露地下水。因此，不会引发矿坑涌水问题。但不能忽视局部断裂破碎带引发热融渗水。

4 结语

(1)矿区属于多年冻结区水文地质单元环境，仅存在多年冻结区地下水，可分为松散岩类冻结层上水，基岩冻结层上水和基岩冻结层下水;

(2)多年冻结层上水每年11月至翌年5月含水层完全冻结，松散岩类冻结层上水地表解冻后含水层厚度小于2 m，单泉流量小于1.0 L/s;基岩冻结层上水单泉流量0.1～1.8 L/s，水质好，矿化度小于 0.5 g/L，属 HCO3-Ca或HCO3

-Ca·Mg型水;

(3)基岩冻结层下水埋深于504 m以下，以ZK1304孔口标高为计算点，其水位埋深于海拔4 118 m以下，最低开采境界面4 200 m以上段未见地下水，其隔水顶板为基岩冻结层。冻结层厚度:海拔4 350～4 500 m段小于50 m，海拔4 500～4 750 m段界于50～100 m间。海拔4 750 m以上段冻结层厚大于100 m;

(4)矿区最低侵蚀基准面标高3 900 m，钻孔及竖井在海拔4 118 m以上段未发现冻结层下水;开采最低境界标高4 200 m以上段矿坑涌水可能性小，但不能忽视因采矿热效应引发矿坑滴、渗水现象。

［1］曹兴旺，王恒，杨明明.广西某铅锌矿水文地质条件分析与涌水量预测［J］.地下水.2012，34(4).

［2］青海省柴达木综合地质矿产勘查院，蔡进福，梁杨明，马伟等.青海省格尔木市某铁矿普查报告［R］.2010(内部出版).

［3］青海省水文地质工程地质环境地质调查院，王永贵，李文鹏，李建等.柴达木盆地地下水资源及其环境问题调查评价报告［R］.2007(内部出版).