东刘家金矿矿区地下水动态与均衡分析

李霄燕，华 斌，王 威

（1.山东高新工程设计有限公司，山东济南，250100；2.山东省第一地质矿产勘查院，山东济南 250014）

东刘家金矿矿区地下水动态与均衡分析

李霄燕1，华 斌2，王 威2

（1.山东高新工程设计有限公司，山东济南，250100；2.山东省第一地质矿产勘查院，山东济南 250014）

东刘家金矿矿区位于海阳市郭城镇，主要发育3组NE向断裂裂隙，含水岩组主要为第四系冲洪积、坡积孔隙含水岩组，碎屑岩类孔隙裂隙含水岩组，碳酸盐岩类岩溶裂隙含水岩组及基岩风化带裂隙含水岩组。文中在查清水文地质条件的情况下，详细分析了矿区含水层的富水性，地下水补给、径流、排泄及动态特征，矿区地下水开发利用现状。在此基础上，进行了地下水均衡计算，地下水补给来源主要为大气降水入渗和农灌入渗补给,补给方式为地表直接下渗补给、断裂带导水补给以及上覆松散层下渗补给，主要排泄方式为人工开采、矿坑涌水和蒸发，总体上矿区处于地下水均衡状态。研究成果为矿区在今后的开采过程中控制地下水，合理防治与排水，维持区域地下水自然动态等提供了科学的依据。。

水文地质条件；地下水补给、径流、排泄；动态特征；地下水均衡

1 矿区特征

东刘家矿区位于胶莱盆地东北缘，地形为低山丘陵，属风化剥蚀地貌，切割强，海拔最高272m，最低140m，地形坡度3°～10°。

矿区内出露地层有：第四系、中生代莱阳群、古元古代荆山群等，区内侵入岩主要由新元古代玲珑超单元九曲单元弱片麻状中细粒黑云二长花岗岩、荣成超单元邱家单元片麻状细粒二长花岗岩（图1）。矿区内断裂裂隙发育，加之破碎蚀变带较宽，又存在次级断裂裂隙互有切割，故导水性较好。尤其在断裂裂隙交汇处，富水性较强，有突水的可能性。矿区内最低侵蚀基准面为矿区西南侧400m距离的东刘家水库，最低蓄水标高140m。

2 含水岩组

矿区内地下水含水岩组主要为第四系冲洪积、坡积孔隙含水岩组，碎屑岩类孔隙裂隙含水岩组，碳酸盐岩类岩溶裂隙含水岩组及基岩风化带裂隙含水岩组（图2）。

（1）第四系冲洪积、坡积孔隙含水岩组（Ⅰ）

图1 矿区区域地质图

图2 矿区区域水文地质图

坡洪积物孔隙含水岩组（Ⅰ1）主要分布于丘陵地区沟谷坡麓或山前地带。含水层岩性主要为粘质砂土夹碎石，厚0.5～4m，局部堆积较厚地段可达10～16.5m，水位埋深1～3m，单井涌水量一般小于500m3/d，弱富水性，水化学类型为HCO3-Ca・Mg型，矿化度小于0.4g/L。

冲洪积物孔隙含水岩组（Ⅰ2）主要分布在窦家疃—东刘家—沙旺及北申家—土堆等地河流两侧，含水层岩性为细、中、粗砂或砂砾石层，水位埋深0.4～3m，含水层厚度1～3m。通过民井简易抽水试验，河流上游地段单井涌水量小于500m3/d，降深在0.25～1.0m。通过民井XT13简易抽水试验，涌水量10m3/h时降深0.25m，经换算为91mm孔径时，单位涌水量为0.096L/s・m，弱富水性；而在河流下游，通过对矿区西南部河南村供水井XT16简易抽水，涌水量约25m3/h时降深0.25m，经换算单位涌水量为0.102L/ s・m，中等富水性。水化学类型为HCO3-Ca・Mg型，矿化度0.14～0.40g/L。

（2）碎屑岩类孔隙裂隙含水岩组（Ⅱ）

矿区范围内主要有：莱阳群曲格庄组、龙旺庄组及止凤庄组等含水岩组，含水层岩性为砂岩、砾岩、砂砾岩。

曲格庄组、龙旺庄组及止凤庄组主要分布于郭城断裂西盘，断裂东侧矿区东南角也有分布。裂隙发育深度在70m以上，其水力性质为潜水或承压水。水位埋深1～3.5m，涌水量多小于100m3/d，弱富水性，水化学类型为HCO3-Ca型，矿化度小于0.3g/L。

（3）碳酸盐岩类岩溶裂隙水（Ⅲ）

矿区内该类含水岩组主要为荆山群野头组、禄格庄组大理岩段，含水层主要赋存于大理岩岩溶裂隙中，地面以下溶孔、溶洞极不发育，只有细小的溶蚀裂隙，宽1～2mm，仅发育在60～70m深度以上，局部被方解石、石英脉充填。本次矿区水文工作搜集了临区郭城镇西北方向下吼村199号钻孔抽水资料，该孔孔深203.09m，含水层岩性为荆山群野头组大理岩段大理岩，地下水类型为微承压水，降深44.31m时涌水量52.70m3/d，单位涌水量为0.0138L/s・m，弱富水性。通过对土堆矿区矿坑水质分析，水化学类型为HCO3・SO4-Ca・Mg型，矿化度0.327g/L。

（4）基岩风化带裂隙含水岩组（Ⅳ）

层状岩类风化、构造裂隙含水亚组（Ⅳ1）主要为荆山群野头组变粒岩、禄格庄组安吉山片岩、陡崖组变粒岩，含水层赋存于风化裂隙带中，浅部风化带厚40～50m，局部方解石脉或石英脉充填，深部构造裂隙发育，大部分裂隙充填方解石脉或石英脉，单井涌水量小于100m3/d，富水性较弱，水化学类型为HCO3-Ca・Mg型，矿化度100～250mg/L。

块状岩类风化构造裂隙亚组（Ⅳ2）主要为新元古代玲珑超单元九曲单元弱片麻状中细粒黑云二长花岗岩及荣成超单元邱家单元片麻状细粒二长花岗岩，岩石致密坚硬，裂隙发育差，风化带厚度小于20m，部分裂隙石英脉充填，深部构造裂隙发育，大部裂隙为方解石脉或石英脉充填，单井涌水量小于100m3/d，富水性较弱。通过对矿坑排水水质分析，水化学类型为SO4・HCO3-Ca・Mg型，矿化度600～1200mg/L。

第四系孔隙潜水含水层、基岩风化带裂隙潜水含水层各层渗透系数参照邻区注水试验成果，碳酸盐岩类岩溶裂隙水和基岩风化带裂隙水含水岩组渗透系数参照评价区内沙旺矿段和后夼矿段施工的水文地质孔勘查成果。

评价区内第四系渗透系数取0.39m/d,基岩风化带含水层渗透系数为0.16～0.24m/d。碳酸盐岩类岩溶裂隙水和基岩风化带裂隙水含水岩组可作为相对完整的统一含水层，东刘家矿段的渗透系数为0.027m/d。

采矿区隔水层主要有岩浆岩类岩石组成，为二长花岗岩、闪长玢岩、煌斑岩、花岗斑岩、花岗闪长岩、闪长岩等。由于上部风化带以下岩石致密坚硬，节理裂隙不发育，为隔水层。斜长角闪岩、变粒岩类，为弱风化带隔水体，节理裂隙不发育，隔水性能随埋深的增加而增加。

3 地下水的补径排及动态特征

（1）第四系松散岩类孔隙水

区内松散岩类孔隙水的主要补给来源是大气降水，其次是地表水体的入渗补给，此外还接受基岩地下水的越流顶托补给。

在天然状态下，地下水流向与地形坡向基本一致，总体自东南向北西方向径流；其排泄方式以人工开采为主，或补给下伏含水层。水位动态变化与全年降水量分配状况基本一致，降水补给滞后期短，地下水位受大气降水影响，最高水位出现在7、8月份丰水期，浅层地下水位埋深值约3.0～3.1m；最低水位出现在1月份枯水期，浅层地下水位埋深值约3.4～3.5m，年变幅多在1m以内，见图3中的4#东刘家民用井动态曲线。

图3 监测井地下水位埋深动态曲线

（2）碎屑岩类孔隙裂隙水

区内碎屑岩类孔隙裂隙水补给来源主要为大气降水，由于基岩大部分裸露地表，且产状平缓，直接接受大气降水补给，地下水水位动态年内变化特征表现为陡升与缓降两个阶段，最高水位出现在8、9月份，地下水位年变化幅度在1～2m之间。在天然状态下，碎屑岩类孔隙裂隙水沿地形坡向径流，总体方向由南向北径流。在径流过程中，地下水一部分以泉的形式排泄于沟谷河流中，一部分顶托补给第四系孔隙水，其余部分则沿坡向运移排泄出区外。

（3）碳酸盐岩类裂隙岩溶水

区内碳酸盐岩类裂隙岩溶水补给源主要来自大气降水及上覆第四系松散岩类孔隙水入渗补给，该含水层上部岩溶较发育，受丘陵地形影响，水流排泄迅速，循环不深，地下水位受大气降水影响，最高水位出现在8、9月份丰水期；最低水位出现在1、2月份枯水期。排泄方式以矿坑排水为主，亦以径流的方式由南向北排泄，在径流过程中部分可形成泉水排泄于沟谷河流。

（4）基岩风化、构造裂隙水

区内基岩风化补给来源主要为大气降水直接入渗补给，上覆第四系松散岩类孔隙水的入渗补给，以及地表水体的侧渗补给。地下水流向与地形坡向一致，降雨后迅速泄流，最高水位出现在8、9月份。排泄方式以人工开采为主，亦以径流的方式沿坡向排泄，在径流过程中部分可形成泉水排泄于沟谷河流中。深部构造裂隙水的补给来源主要为基岩风华裂隙水和上覆第四系松散岩类孔隙水的入渗补给，水位动态类似孔隙裂隙水，但年内月间的水位变化幅度相对要小，见图3中的6#东刘家矿采区取水井地下水位埋深动态曲线，基本为单个形态的“倒U”形，最大水位埋深为枯水期1月份的33m，最小水位埋深为丰水期的7月份的30m，年内最大变幅为3m。

4 地下水开发利用现状

评价区地下水资源属于中等—较贫级，无大型集中供水意义。根据本次调查统计，史家村、后夼村、沙旺村、东刘家村、南申家村、北申家村、窦家疃村、龙口村等村庄约有8口民井分布，部分民井自建自来水工程供给村庄生活用水,调查统计结果为：沙旺村民井开采量为8m☒/d，后夼村民井开采量为13m☒/d，南申家村民井开采量为8m☒/d，北申家村民井开采量7m☒/d，史家村民井开采量9m☒/d，评价区内地下水人工水井开采量总计为45m☒/d，约为1.64万m3/a。

5 地下水均衡分析

均衡计算采取的水文地质参数，主要依据勘查区地质详查报告、项目可研报告以及气象、水利部门提供的相关资料，结合勘查区地形地貌、包气带岩性及地下水位埋深等水文地质条件类比综合取值。计算均衡区为项目评价区。均衡期为一年。各均衡要素的分析如下：

（1）地下水补给量

区内地下水的天然补给量包括降雨入渗补给量和灌溉入渗补给量。

降雨入渗补给量：计算面积为区内分水岭面积为16.8km2，大气降水渗入系数取值0.10，降水量取多年平均值为787.8mm。

农灌入渗是地下水补给的一项重要来源，因郭城镇属严重缺水区域，该区域农灌季节依靠东刘家水库对农作物进行灌溉，农灌面积按1.0km2计，根据《山东省灌溉用水定额》，农作物和果园的灌溉用水定额约40m3/(亩・月)，灌溉月份为4～9月，共6个月，则农灌用水量为36.04万m3/a。

地下水的总补给量为168.39万m3/a（表1）。

（2）地下水排泄量

区内地下水的排泄量为潜水蒸发排泄量、地下水人工开采量、矿坑排水量和河流排泄量。

蒸发排泄量：结合地层分布、岩性特征、水位埋深等地质、水文地质条件，类比周边地区已有研究成果，综合考虑确定潜水极限蒸发深度为4m。地下水蒸发量按（1）式计算：

式中：F为地下水位埋深小于4m的分布区面积，取为2.45km2；ε为地下水蒸发强度（m）；t为计算时段（a）。

地下水蒸发强度按（2）式计算：

式中：ε为地下水蒸发强度（m）；ε0为水面蒸发量（m），取多年平均蒸发量1.54m（引自海阳市矿产资源总体规划2001-2010年）；h为地下水平均水位埋深（m）；H为地下水极限蒸发深度（m）；n为与土壤质地有关的经验常数，取值2。计算得ε为0.385m。

经计算，地下水蒸发排泄量为94.33万m3/a。

人工开采量：根据调查统计，评价区内地下水人工水井开采量为1.64万m3/a。

矿坑涌水排水量：评价区内现状矿坑包括东刘家矿段矿坑、沙旺矿段矿坑和土堆矿段矿坑，根据矿山提供的排水量实测值，土堆矿段矿坑涌水量为400m3/d，沙旺矿段矿坑涌水量300m3/d，东刘家矿区排水量1250m3/d。评价区矿坑涌水量总计为1950 m3/d，约71.18万m3/a。

河流排泄量：采矿区周边的主要河流水体为南侧自东向西的古现河和东刘家水库，古现河为季节性河流，接受地下水补给量较小，故本次计算不考虑。东刘家含矿段距东流家水库较近，最近距离约300m，水库与含矿段之间为荆山群野头组大理岩，赋存碳酸盐岩类岩溶裂隙水，近地表岩溶裂隙较发育，现状地下水位监测结果显示矿区地下水位高于水库水位，故矿区地下水侧向补给东刘家水库。地下水侧向径流排泄量按（3）式计算：

式中：K为渗透系数（m/d），取0.027m/d；I为水力坡度，依据水位监测确定；B为计算断面宽度，约800m；M为含水层厚度，依据水库库容计算断面含水层厚度约7.5m。

经计算，东刘家矿区侧向补给水库排泄量为0.40万m3/a。

地下水的总排泄量为167.55万m3/a（表1）。

（3）地下水储存量的变化量

从表1中可见，补给量略小于排泄量，总体上处于地下水均衡状态。可参照此均衡状态进行矿区开采时的地下水防治与排水设计，科学地确定地下水允许开采量，保持区域地下水自然动态平衡。

表1 评价区地下水均衡计算（单位：万m3/a）

6 结论

东刘家金矿区侵入岩主要由新元古代玲珑超单元九曲单元弱片麻状中细粒黑云二长花岗岩和荣成超单元邱家单元片麻状细粒二长花岗岩组成, 矿区内断裂裂隙发育,断裂裂隙交汇处，富水性较强，有突水的可能性。矿区内地下水含水岩组主要为第四系冲洪积、坡积孔隙含水岩组，碎屑岩类孔隙裂隙含水岩组，碳酸盐岩类岩溶裂隙含水岩组及基岩风化带裂隙含水岩组。区内松散岩类孔隙水的主要补给来源是大气降水和地表水体的入渗补给,其他含水岩组的地下水补给来源主要为大气降水入渗和农灌入渗补给,补给方式为地表直接下渗补给、断裂带导水补给以及上覆松散层下渗补给，主要排泄方式为人工开采、矿坑涌水和蒸发。矿区地下水均衡评价范围为分水岭内面积为16.8km2，总补给量168.39万m3/a，总排泄量167.55万m3/a，总体上矿区处于地下水均衡状态。

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Analysis of Groundwater Dynamic Balance in the East Liujia Gold Mine

Li Xiaoyan1, Hua Bin2, Wang Wei2
(1. High-tech Engineering Design Co. LTD, Jinan 250100; 2. No.1 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources, Jinan 250014)

The East Liujia Gold Mine locates in Guocheng Town of Haiyang City, where three groups of fault fi ssures are developed. Within the mining area, the types of aquifers have contained Quaternary alluvial and diluvial slope deposits of pore groundwater, clastic rock pore and fissure groundwater, carbonate karst fractured containing groundwater and the weathering of bedrock fi ssure zone groundwater. In this paper, hydrogeological condition has been discussed, including the groundwater yield property, aquifer, the aquifuge, the recharge, run-off, discharge of groundwater, the dynamic characteristics, the exploitation and utilization of groundwater and so on. Furthermore, assessment of groundwater quantity balance has been done, according to the groundwater environment protection for mining area. The main recharge of groundwater includes meteoric water in infi ltration, agricultural irrigation infi ltration. The way of recharge has been not only the direct recharge from surface to underground, but also along the fracture belt and the overlying unconsolidated layers seepage. The main discharge of groundwater has always been artificial mining, the mine water inflow and evaporation. The calculation shows that the whole mining area has been in the state of quantity balance. The work may provide some scientific guidance for the exploitation and drainage of groundwater in the future, maintaining the regional groundwater system of the East Liujia Gold Mine.

Hydrogeology condition; The recharge of groundwater; Run-off , Discharge of groundwater; Dynamic characteristics; Groundwater quantity balance

P641.4

A

1007-1903（2015）04-0053-05

10.3969/j.issn.1007-1903.2015.04.010

李霄燕（1975- ），女，工程师，从事暖通工程，给排水，供水水文地质工作。

王威（1981- ），男，高级工程师，从事水文地质、工程地质及环境地质工作。