新疆萨热克矿区水文环境分析及防治对策

张方璐， 陈和焰

(1.昆明理工大学国土资源工程学院地球科学系,云南昆明 650000；2.新疆华维地矿工程技术有限公司,新疆乌鲁木齐 830001)



新疆萨热克矿区水文环境分析及防治对策

张方璐1， 陈和焰2

(1.昆明理工大学国土资源工程学院地球科学系,云南昆明 650000；2.新疆华维地矿工程技术有限公司,新疆乌鲁木齐 830001)

摘要通过统计多年降雨量，观察卓尤勒苏河水流量，研究各时期盆地内地层富水性，综合分析矿区地表水、地下水动态及其与降水量关系等，提出了矿山开采的水文防治建议。

关键词萨热克盆地；水文环境； 卓尤勒苏河

Analysis and Countermeasures for Hydrological Environment of Sareke Mining Area

ZHANG Fang-lu1, CHEN He-yan2

(1.Department of Earth Sciences, College of Land Resource Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming, Yunnan 650000; 2.Xinjiang Huawei Geological Mining Engineering Technology, Urumqi, Xinjiang 830001)

AbstractAccording to the statistics of multi-year average precipitation, water flow rate of Zhuoyoulesu River was observed; water yield property in stratum was researched in basin.Based on the comprehensive analysis of precipitation, surface water in mining area and dynamic monitoring of underground water, suggestions were put forward for the hydrological environment of Sareke Mining Area in Wuqia County.

Key wordsSareke basin; Hydrological environment; Zhuoyoulesu River

矿区水文环境对矿山开采具有重要影响，开采人员在开采前需对地质条件进行全面了解，做到“预防为主”，实现安全生产[1-2]。萨热克矿区的河流为卓尤勒苏河支流明哲勒赫勃勒河，地下水径流运动方向除了从地形高处向低处渗流运动外，还受裂隙及构造控制，含水层裂隙发育的部位地下水含水性及渗透性较好，含水层裂隙不发育的地段含水性及渗透性较差。在岩石裂隙发育地带，地下水迳流通畅，裂隙走向为地下水运动的主要方向，也是地下水的补给来源方向。新疆萨热克地区是一个山间断陷盆地，区内有大型铜矿床，在萨热克盆地开展水文环境的调查分析对萨热克铜矿的开采意义重大。为此，笔者对萨热克铜矿区域的水文环境(包括降雨、河流量、泉涌量和钻孔水位变化)进行了分析，旨在为矿区的安全生产提供参考。

1矿区地形地貌与气候

矿区位于西南天山西段, 矿区北部较高，东南地势较低，属侵蚀低中山地貌，海拔最高3 116 m，最低2 813 m,按地貌形态分类属低中山区。局部山坡陡峭， 河谷切深100～200 m,属风蚀地貌(风蚀谷)干旱地区荒漠类型(石质荒漠)。矿区中部为卓尤勒苏河支流明哲勒赫勃勒河(溪)，长年流水，水量充沛，河谷侵蚀切割强烈，沟底偶有泉水溢出。卓尤勒苏河在矿区以南，卓尤勒苏河上游洪水位标高为2 820 m，平水位标高2 800 m视为最低侵蚀基准面。

矿区位于中温带大陆气候区，气候干燥，降水量少，蒸发量大，冬季寒冷漫长，夏季温凉短促，风沙大而多，四季不分明，昼夜温差大，平均无霜期135 d，属典型的中温带大陆性气候。年平均气温11 ℃以下，1、2月最冷，月平均气温-8～-9 ℃，最低-20～-25 ℃，高温期在6～8月。无霜期160～180 d，积雪厚度最大可达到1 m左右，冻土深度为170 cm；年降水量最大258.3 mm，多集中于6～8月，月最大降水量72.6 mm[3]，年蒸发量为2 400 mm左右；多西北风，最大风力可达10级。

2矿区水文地质概况

2.1矿区河流流经矿区的河流为卓尤勒苏河支流明哲勒赫勃勒河(溪)，该河流以冰雪融水和泉水补给为主，水流量为1.538×104m3/d。据统计，5月份卓尤勒苏河河水矿区以东上游的流量为170.986×104m3/d，在矿区以南下游为177.811×104m3/d，年径流量约1.370×108m3/a。

2.2区域含水层区内分布含水层主要有新生界第四系孔隙含(透)水层(Qh-p)，中生界白垩系碎屑岩裂隙含水层(K1-2)，侏罗系碎屑岩裂隙含水层(J2)，古生界志留系浅变质岩裂隙含水层(S1-2)，元古界长城系变质岩裂隙含水层(Pt2)。

2.2.1新生界第四系孔隙含(透)水层(Qh-p)。该含水层分为冲洪积孔隙含水层和坡洪积孔隙透水层。冲洪积孔隙含水层分布于卓尤勒苏河和明哲勒赫勃勒河高漫滩与河床中，岩性由灰褐色松散砂、卵石、砾石组成，卵砾石粒径为2～20 cm，磨圆度较好，厚度一般为1～10 m，其地下水主要接受河水补给，水位埋深较浅，一般埋深<1 m，最深3～5 m。根据地质报告资料，钻孔第四系含水层抽水试验，其单位涌水量(为1.97～7.75 L/(s·m)，渗透系数为49～97 m/d，其孔隙含水层为强富水含水层[3]。坡洪积孔隙透水层分布于河(沟)谷两侧山坡地段，岩性由灰黄色、紫红色亚砂土及砂砾石组成，厚度一般为3～45 m，局部厚度大的层位底部含有地下水。

2.2.2中生界白垩系碎屑岩裂隙含水层(K1-2)。该含水层分为上统英吉沙群和下统克孜勒苏群。据钻孔揭露资料，矿区内出露地层总厚度超过910 m，岩石裂隙较发育，含裂隙水，为矿区主要含水层。由钻孔抽水试验可知，涌水量为0.069～0.363 L/s，单位涌水量为0.007～0.031 L/(s·m),渗透系数为0.002～0.019 m/d，为弱富水性的碎屑岩裂隙含水层。

2.2.3中生界侏罗系碎屑岩裂隙含水层(J2)。该含水层分为中侏罗系塔尔尕组和杨叶组，岩石裂隙普遍发育。据外围钻孔地质资料，区域内出露地层总厚度超过820 m。据乌恰县沙里拜煤矿矿井排水资料，矿坑涌水量为50～54 m3/d，为弱富水性的碎屑岩裂隙含水层。该含水层与白垩系碎屑岩裂隙含水层发生直接水力联系。

2.2.4古生界志留系浅变质岩裂隙含水层(S1-2)。该含水层分布于矿区西北部和南部，据外围钻孔地质资料，区域内出露地层厚度大于78 m，岩石裂隙比较发育，含裂隙水，富水性弱。区内未见泉水出露，仅在矿区南部的沟谷底局部有细小泉水溢出，其泉水流量<0.1 L/s。在矿区南部该含水层与白垩系碎屑岩裂隙含水岩组直接接触，并发生水力联系。

2.2.5元古界长城系变质岩裂隙含水层(Pt2)。该含水层主要分布于矿区北部，据外围地质资料，区域内出露地层厚度大于186 m，岩石裂隙比较发育，含裂隙水，区内未见泉水出露。

2.3地质构造矿区构造较简单，总体构造线方向为北东—西南走向，矿区中部为以白垩系上统为核部的萨热克向斜，南北两侧发育有区域性逆冲推覆断裂(FA、FB)，向斜位于FA、FB逆冲推覆断裂之间；该向斜北、南两翼陡倾(50°～65°)，核部缓

倾[4]。向斜位于南北逆冲推覆断裂之间，轴向约北东50°，轴面产状近直立(342°∠87°)，核部地层主要为白垩系上统英吉沙群紫红色砂岩、粉砂岩，冀部地层为白垩系下统克孜勒苏群灰色、灰绿色砾岩、砂岩和侏罗系中统的塔尔尕组、杨叶组紫红色砂岩、粉砂岩、砾岩。萨热克向斜形成较完整的水文地质向斜盆地单元，有利于地下水的聚集与储存。

在矿区西侧及东侧新生代地层还发育有横切中生代地层的断层F1～F5，长130～740 m[4-6]，基本特征是垂直于主体构造线，产状较陡，多有平移性质，其力学性质属剪切性质。据工作区钻孔资料，400 m深度内断裂破碎带主要在70～80、120～150、180～220、305～325 m等位置，破碎带长度一般1～5 m不等，最大长度超过12 m，断裂破碎带是地下水的主要径流补给通道，应该引起重视。

3钻孔抽水试验

钻孔抽水试验在白垩系地层进行，原因是白垩系地层是萨热克铜矿开采区的顶板部分，在进行掘进的过程中，由于岩层自重的影响及其容易沿已有的断层裂隙发生涌水的情况，因此在矿区周边对萨热克白垩系地层进行钻孔抽水试验显得十分必要。抽水试验在钻孔ZK502、ZK602、ZK413、ZK011进行[3]，抽水试验结果见表1。

表1　萨热克铜矿白垩系地层钻孔抽水试验结果

通过抽水试验得到，克孜勒苏组接近地表的渗透系数为0.001 5～0.018 5 m/d，越往下部渗透系数变大。原因可能是克孜勒苏组顶部砂岩中长石类矿物易被风化成高岭土，高岭土吸水后易膨胀，裂隙间隙小，细砂岩裂隙又多被高岭土类黏土充填，致使活动空间狭窄，岩石渗透性微弱，克孜勒苏组下覆砂岩、含矿钙质砾岩、砂砾岩、岩屑砂岩[7]等，物理性质较刚脆，受向斜构造运动发育的裂隙间隙较宽，含矿钙质砾岩中钙质被地下水溶蚀形成孔隙，且少有充填物，其中地下水储水及活动空间较白垩系上统岩石宽阔。

4矿区地下水补给、径流、排泄

矿区河流侵蚀基准面(水位)以上矿床中的白垩系碎屑岩裂隙水接受大气降水、冰雪消融水渗入，以垂直方向补给为主，河流侵蚀基准面(水位)以下白垩系碎屑岩裂隙水接受河(溪)水补给。矿区两条河水主要通过北→西→南→东及北→东→南→西两组裂隙渗透补给矿床地下水，向斜核部及断裂破碎带为地下水储存及流动的主要场所。此外，矿床北部的侏罗系碎屑岩裂隙含水层及南部的志留系浅变质岩裂隙含水层均与白垩系碎屑岩裂隙含水层发生直接水力联系。

由于矿区属侵蚀低中山地貌，河流侵蚀切割剧烈，地形高差大，地下水埋藏较深，因此地下水渗流运动在山间低洼沟谷和河床谷地中溢出成泉排泄地表，或在山间断裂带运动受阻形成地下水溢出点排泄地表。矿区地下水总体是从北侧山区向南部卓尤勒苏河河谷地带径流并汇入卓尤勒苏河，由东向西排泄出矿区外，排泄途径通畅。参考乌恰县萨热克铜矿区水文资料，并对矿区内河水流量、泉涌量、钻孔水位进行了连续动态观测[3]，由表2可知，卓尤勒苏河丰水期在5、6、7月。

结合乌恰县气象站观测资料中河水流量、泉水流量动态变化与大气降水量变化情况，得到降水量与河流量、泉点涌水量关系。从图1可以看出，矿区钻孔地下水水位呈先增大后减小的趋势，地下水水文变化最大的月份为7、8、9月，这可能是由于相对较高的地表温度导致地表水蒸发，地下水补给致使地下水位突然下降；河流量和泉涌量均与降雨量呈正相关关系，说明萨热克地区降雨对地下水的补给迅速，地层的透水性较好。

表2　新疆乌恰县萨热克矿区地表水、地下水、降水量统计

图1　新疆乌恰县萨热克矿区降水量、河流量、泉点涌水量和钻孔水位的全年变化情况Fig.1　annual changes of drilling water levels of precipitation, river flow and spring water inflow in Sareke Mining Area in Wuqia County

5水文防治建议

根据降水量、河流量、泉涌量、钻孔抽水试验和地下水水位变化的分析，认为未来矿山开采遇到的主要水文地质问题是河水通过采空区地面岩石裂隙及塌陷坑形成矿坑突水。为了避免发生井下水患事故，建议采取以下防范措施：

(1)在明哲勒赫勃勒河(溪)上游适当位置设拦水坝并敷设砼涵管，将河(溪)水直接引入卓尤勒苏河，防止明哲勒赫勃勒河(溪)水(流量1.538×104m3/d)沿采空区以上岩石移动变形而产生的导水裂隙及塌陷坑直接进入矿坑形成突水。

(2)东部矿井及西部斜坡道井下排出的矿坑水经过沉淀净化处理后，通过排水沟或管道直接排入卓尤勒苏河，避免直接排到地面，导致矿坑废水通过岩石裂隙渗入地下矿坑。应当对卓尤勒苏河水与矿坑充水之间进行专项水文地质勘察，以便为矿坑充水治理工作设计提供准确的水文地质参数，防止井下突水事故的发生，确保井下施工人员和设备的安全。

(3)矿山配备专职人员做好井下每班排水记录，设专职水文技术员及时掌握和处理矿山水文地质情况。

参考文献

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[2] 曹德云.论矿山水文地质类型及地下水对釆矿影响的防范措施[J].煤炭技术,2013,32(9):157-159.

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[7] 胡庆雯，刘宏林.新疆乌恰县萨热克砂岩铜矿床地质特征与找矿前景[J].矿产与地质,2008 ,22(2):131-144.

中图分类号S 181

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)06-119-03

收稿日期2016-01-20

作者简介张方璐(1992- )，女，陕西米脂人，硕士研究生，研究方向：地质工程。