甘肃小柳沟钨钼矿水文地质评价及意义

唐 艳

（甘肃省有色金属地质勘查局张掖矿产勘查院，甘肃 张掖 734012）

甘肃小柳沟钨钼矿位于北祁连造山带西段洋-陆俯冲的活动大陆边缘（李文渊等，2005），为目前甘肃省主要生产矿山，随着开采标高下降，矿区地下水越来越复杂，矿区水文地质条件反馈不准确将会产灾害问题，本次对小柳沟钨矿床水文地质特征进行分析，一方面指导小柳沟钨矿深部开采，另一方面对周围贵山钨矿、祁宝钨矿床等开采提供技术指标，同时分析当前矿区水工环工作中存在的不足，对进一步地质找矿和开发利用具一定的指导意义。

1 矿区地质特征

矿区出露地层主要为中元古代长城系朱龙关群，岩性主要为千枚岩、角闪片岩、矽卡岩、灰岩及玄武岩。钨铜矿体主要产于朱龙关群上、下岩组的过渡部位。矿田内为一“D”型穹隆构造（汤静如等，2006；周宏，2004）。穹隆两侧地层不对称，小柳沟钨矿位于穹隆的东翼，矿区近南北向走向断裂控制了部分钨矿体的空间就位及形态展布，近东西向走向断裂控制了石英脉型钼矿体的空间就位及形态分布。矿区可见花岗岩脉、辉长岩脉，含钼石英脉，空间展布形态完全受控于断裂及地层岩性中的节理，经以往深部钻探验证，深部为含钼花岗斑岩体。

2 水文地质

2.1 矿区水文地质概况

与小柳沟钨矿最为密切的沟系为北部的小柳沟河水和南部的芨芨沟（图1），芨芨沟向南汇入东西向的朱龙关河，最终附近的水系汇入南北向的北大河。矿区地形总体趋势是北东部高，南西部低，中部形成山梁、山脊，为地表分水岭，山体坡角平均30°～37°，相对高差一般在350m或更大，矿体分布在分水岭。地下水呈近北向南迳流，构成了相对独立的水文地质单元。矿区最低海拔为3097m，最高海拔为3454m，区内植被不发育，基岩多呈裸露状态，以剥蚀中高山～高山地貌为主要特征。区内气候为大陆性高寒半干旱气候，年平均降水量258mm，蒸发量2371.5mm；最高气温20.2℃，最低气温-29.9℃。7月～8月为雨季，10月中下旬至翌年4月上旬为冰冻期，冻土深度为1.40m。

2.2 主要含水岩组

根据岩层含水性，埋藏条件，裂隙发育程度及其连通情况，不同岩石建造类型划分如下含水岩组（带）。

2.2.1 第四系冲洪积、残坡积松散岩类含水岩组

第四系残坡积弱含水层主要分布在芨芨沟及其两侧坡麓，透水性一般，在沟谷底部局部地段含上层滞水，对矿床开采无影响；第四系冲洪积孔隙潜水含水层主要分布在小柳沟河，朱龙关河漫滩及两岸阶地，透水性良好，富含孔隙潜水，层厚150m左右，单井涌水量1987.20m3/d，单位涌水量2.54L/m·s，渗透系数5.45m/d，水位埋深84.19m。水化学类型HCO3--SO42--Ca2+-Mg2+型淡水。该含水层中的地下水，将是矿床开采间接的充水水源之一，也是矿床开采时生产及生活用水水源之一。

2.2.2 变质岩、火成岩基岩裂隙潜水（局部微承压）含水岩组

矿区角闪云母片岩、千枚状细砂岩，含炭千枚岩、绢云母千枚岩等构成了含水层的基本骨架。角闪云母片岩、千枚岩类、千枚状细砂岩等本身不含或含水甚微，在地下水位以上为弱透水层，地下水位以下为弱含水层，该层是矿床开采直接充水水源之一，但不会对矿床开采造成较大威胁。钨矿体的产出受断裂构造控制，决定了矿体及其含矿岩石含裂隙含水层，富水性中等，是矿床主要充水水源之一。

2.2.3 断裂构造破碎带的富水特征

矿区断裂构造可划分三组，分别为北西向、近东西向、北东向。北西向断裂及北东向断裂破碎带富水、导水，是矿床充水主要因素之一。

2.3 隔水岩组

矿区东南部分布的基性辉长岩及玄武岩，呈岩墙状产出，裂隙不发育，微含裂隙潜水，构成矿床相对隔水层，可视为矿床隔水边界。

2.4 地下水的补给、迳流及排泄特征

矿区东部7Km左右的北大河年平均流量12.83m3/s，最大洪水流量13.5m3/s，平水期一般10.26m3/s～12.50m3/s，但其离矿体较远，且位于径流下游，几乎无补给作用。小柳沟河其流量0.928m3/s～1.34m3/s，小柳沟河在10月到下年4月为冰冻期，改期内对矿区地下水无补给联系，据小柳沟河地表水流量观测统计得知（刘堆富等，2005），小柳沟河上游到下游损失水量259.2m3/d，渗水量较小，补给水量较小。综上认为矿区含水层中的地下水补给源主要是大气降水和雪融水。矿床疏干范围内含水层中的地下水总体由北东（地势高处）向南西（地势低处）方向迳流。矿区地下水以下降泉、潜流、或人工取水方式排泄。

2.5 矿床充水因素及矿坑涌水量预测

2.5.1 矿区充水因素分析

根据矿区水文地质条件，矿床充水因素主要是：第四系孔隙潜水、基岩裂隙潜水及断裂破碎带裂隙潜水、构造破碎带等导水通道进入巷道，形成矿坑涌水；小柳沟河从矿区北部流过，其上游侧向渗入补给基岩裂隙水，亦是矿床充水因素之一。

2.5.2 矿坑涌水量预测

小柳沟河及第四系孔隙潜水在矿区中北部及北西部构成了矿床的供水边界，向南西端流出矿区。矿区东南部的辉长岩及玄武岩构成了矿床的隔水边界。基岩裂隙潜水是矿床开采的直接充水水源，由近北东向南西方向迳流。2005年首采报告推荐矿床水文地质条件下的矿坑涌水量为：535.27立方米/日和949.40立方米／日可作为矿山未来采矿设计在3120m和3080m中段正常涌水量；1461.38立方米/日和1875.51立方米/日为相应中段最大涌水量（（刘堆富等，2005）。目前随着开采标高下降，通过对已施工各坑道进行坑内出水点调查及矿区相关水文地质资料收集以及排水试验三角堰测量法测得矿井总涌水量378.46m3/d与排水试验三角堰测量法测得PD3031中段最大涌水量312.74m3/d基本接近（孙仓平等，2017），对此矿区矿坑涌水量的对比结果得出：矿山开采后涌水量有较大的变化，主要原因是上部坑道基岩裂隙水已逐渐疏干，以及气候的逐渐变暖，大气降水和冰川雪融水的减少造成地下水补给的减少。原首采勘探报告的涌水量数据已不再适用。

本次矿山矿坑涌水量利用水文地质比拟法中的富水系数比拟法进行预测，利用已有的PD3031中段矿坑涌水量类比推算出PD2920中段的矿坑涌水量。

A.计算方法及步骤：

富水系数是指一定时期内从矿井排出的总水量Q0（m3）矿井采掘长度L0之比，以KL表示：

根据矿井涌水量与采掘长度成正比的规律，将生产矿井的KL值乘以要预测矿井的设计采掘长度L，即得预测矿井的涌水量Q：

B.矿坑涌水量预测：

PD2980中段矿坑涌水量根据PD3031中段的富水系数来进行计算，Q0取PD3031中段最大涌水量Q01=312.74m3/d和平均涌水量Q02=156.37m3/d，采掘长度L0=2040.91m。

最大涌水量富水系数

平均涌水量富水系数

用PD3031中段的富水系数计算可得PD2980中段的涌水量：

当PD2980中段设计采掘长度为1000m时。

当PD2980中段设计采掘长度为2000m时。

PD2920中段矿坑涌水量根据PD2980中段的富水系数来进行计算，Q0取PD2980中段最大涌水量Q01=180.96m3/d和平均涌水量Q02=90.48m3/d，采掘长度L0=711.34m。

最大涌水量富水系数

平均涌水量富水系数

用PD2980中段的富水系数计算可得PD2920中段的涌水量：

当PD2920中段设计采掘长度为1000m时。

当PD2920中段设计采掘长度为2000m时。

C.矿区矿坑涌水量预测评价：

小柳沟钨矿矿坑涌水量预测采用了富水系数比拟法，其中PD3031、PD2980和PD2920中段的地质和水文地质条件相似、开采方法相同，符合富水系数比拟法的计算要求，所得出的数据可以较接近实际的反映出该矿床水文地质条件下的矿坑涌水量。

综上，故推306.00m3/d和154.00m3/d作为矿山未来采矿设计在PD2980中段的最大涌水量和平均涌水量，510.00m3/d和254.00m3/d作为矿山未来采矿设计在PD2920中段的最大涌水量和平均涌水量。

2.6 矿区地下水影响预测评价

矿床主要充水含水层及构造破碎带含水层富水性弱，矿床充水方式为顶、底板直接充水，充水量小，补给边界远离首采地段坑道系统，矿坑涌水量较小，为以裂隙潜水含水层，顶、底板充水为主的矿床，水文地质条件简单。

目前矿区最低开采标高为2920m，矿床最低侵蚀基准面标高为2900m，矿区现阶段开采条件有利于自然排水。根据历史观测资料显示，小柳沟河对矿区地下水影响较小，随着大气降水的增加、季节性变化河水水位上升、流量增大，受北东向导水构造影响局部会出现河水侧渗现象，矿区水文地质条件随着开采深度的下降逐渐变得较为复杂。在未来的生产及矿山建设中，矿山最低开采标高将向下延伸，达到矿床最低侵蚀基准面以下，矿区水文地质条件将变的较为复杂，矿山生产单位在未来生产过程中对矿床水文地质调查程度应相应提高。

尤其在最低侵蚀基准面标高以下中段，应进行详细的水文地质勘察工作。

3 结语

小柳沟钨矿床控制储量标高在当地侵蚀基准面2900m以上，地形有利于自然排水，矿床主要充水含水层及构造破碎带含水层富水性弱，水文地质条件简单，目前认为矿山未来采矿设计在PD2980中段的最大涌水量和平均涌水量为306.00m3/d和154.00m3/d，PD2920中段的最大涌水量和平均涌水量为510.00m3/d和254.00m3/d，在未来的生产及矿山建设中，矿山最低开采标高将在最低侵蚀基准面以下，矿区水文地质条件将变的较为复杂，地下水防治要求提高，需要考虑地下水的疏、堵、突然涌水事件的预防。