广东省德庆县矿山工程中水文地质条件研究

李军瑞

（广东省地质局第五地质大队，广东 肇庆 526020）

提 要：矿区块状矿类裂隙水补给范围条件较差，水文地质边界较简单，富水性弱，矿坑充水以大气降水为主，预测矿坑涌水量，分析矿床水文地质条件。

广东德庆县某矿区属于矿产资源丰富区域，其主要位于北东缘粤西隆起区域，呈罗定断裂变质带并与吴川—四会断裂带进行分割，因此本文针对矿床充水的主要含水层进行分析，确定矿床充水的主要含水层及其水文地质参数，预测矿坑涌水量，对矿床水文地质条件作出评价。

1 地形地貌及气象

广东省德庆县矿床主要呈伏山地貌分布，山体高在+250m~450m之间，地势呈北高南低分布，切割较剧烈，整体呈V型分布，处于一近南北走向的山岭，地形上属水文单元的补给区，矿区地形地势具体为贯穿矿区中部的山脊高，往东部、南部和西部降低，山体标高一般为120.0～396.0m。地形切割一般，以发育“V”型沟谷为主，矿区及周围无较大的河流及水库等地表水体分布，区内的地表水体以溪沟为主，溪沟稍发育，呈树枝状分布，流向严格受地形地势控制。

区内地表水体以发育于矿区北西部、北东和南部的溪沟为主，其流向总体分为自北东往西南流与自西南往北东流，为区内的大气降水及地下水的排泄主要通道。实测流经矿区溪沟的流量为0.018～4.126L/s，合计流量约为11.432L/s。区内地表水季节性变化异常明显，其流量和降雨密切相关。

矿区属亚热带季风气候，温暖潮湿，雨量充沛。年平均气温22.1℃，雨季多在4～9月，洪水期5～9月，旱季10月～次年3月，多年平均降雨量1512.8mm，年最大降雨量2210.7mm，年最小降雨量1080.3mm，日最大降雨量171.5mm。

2 矿区地质

2.1 地层

矿区出露第四系（Qedl）残坡积层，遍布全矿区，岩性为矿区矿体碎屑砂质粘土，矿物成分主要为粘土质、石英、含少量矿体碎屑及植物根茎。一般山脊和山坡相对较厚，而谷地与山脚相对较薄。矿区内部主要以元古界及下古生界为主，利用类复理石碎屑岩综合堆砌而成，整个矿区内遍布稀有金属和稀土元素，矿区主要分布在震旦系变质岩中。部分矿区内部呈侵蚀丘陵状地貌，最高山体为200m最低为50m整个矿区呈中间高四周低的地形，最高海拔突破了202m，最低海拔约为-25m，地形切割形态与山坡的坡度相关，局部倾角较高，约为30°，整个侵蚀体呈带状不规则分布，矿区内部含有特色化地质结构地貌。

2.2 岩石

分布矿区全区，为中～晚二叠世二长矿体，呈岩基面状产出。矿性具体主要为中细粒黑云母，呈灰白色～浅肉红色，中细粒矿体结构，块状构造。微（未）风化的矿体即构成本矿区的建筑用矿体。矿区内部广泛受于龙降村—春水断裂影响，结合加里东期矿体结构发育与燕山矿体共同组成混合型地貌，受石涧、岩田的影响，矿区的矿体主要以混合矿体类结构和条痕条带状混合岩结构为主。

2.3 构造

矿区内未见断裂构造，矿区内的地质构造主要表现为局部岩浆岩节理裂隙发育，主要节理裂隙有二组：①组走向北东，倾向北西300～320°，倾角55°，裂隙面较平直，延伸长＞10m，宽0.50～5.0cm，1～2条/m，多见矿脉充填，为矿发育主裂隙；②组走向北西，倾向北东30～40°，倾角40～50°，3～5条/m，一般延伸较短，节理、裂隙紧闭，裂隙面平直。①组切割②组，断距较小，约5～10cm。

2.4 气象

矿区受到地形影响，主要呈燕热带季风气候，整个矿区处在北回归线的南侧，因此该矿区的冬天温度较高，能达到零上28℃，夏季的温度也在28℃至35℃之间变化，全年降雨较多，无霜期，该矿区的年平均气温约为26.5℃，矿区的降雨量较大，夏季的降雨量能达到2550mm，年平均降雨量约为1634.52mm，全年的最高气温为38.1℃，全年最低气温0℃，年平均光照时长约为1763.5h，年均蒸发量也达到了1655.14mm，因此该矿区的综合湿度较大，常年变动在百分之六十至百分之九十之间，3~9月是该矿区的主要降雨季节，其中6~8月为汛期，降雨量相对较高，雨季的日降雨量约为10.5mm，最大日降雨量为244mm，广东省德庆县某建筑用矿体材料矿区的主导风向为东南风，风速较稳定，最大可达到4.5m/s，最小为1.32 m/s，年平均风速约为2.63 m/s，矿区内龙舟水、霜冻等灾害时有发生。

2.5 地表水

该矿区的地表水发育状态较差，无较大的地表水体，全矿区进含几个小型河流，呈东西向排布，整体流经分布形状相似，均由中间向四周扩散，最终汇入矿区外侧江中。受矿区内部山体的影响，来自大气的降水经常会影响地下水的正常排泄，因此在雨季时容易产生山洪灾害，在矿区外围，受地表水体发育的影响，设置了基坑采水区，但外侧的水体水量储存也并不高，常规情况下在10000立方米内，水库储水量受大气影响可达到80000立方米。

2.5 地下水

广东省德庆县某矿区的地下水根据地层的实际状态共包括两种类型，及块状岩类孔隙水和松散岩类孔隙水。松散岩类孔隙水主要受粘土的影响分布在矿区的残坡纪砂岩中，因此其含水量较低，且含水状态不固定，在雨季可能会出现含水饱和现象，旱季可能出现枯竭现象，受地形的影响，低下补给区域的地形越高，含水量越低，对矿山的正常开采有一定的影响。

块状矿体结构孔隙水主要储存在三期矿体上部裂隙带中，受周边溪流的影响可能存在裂隙带风化问题，整个矿体结构发育中，可以用水文钻孔矿心进行观测，整个裂隙面呈粉碎状，且有水蚀痕迹，可以对ZK1、ZK2、ZK3、ZK0806、ZK0808等区域进行观察，计算此时的矿脉裂隙侵蚀RQD，矿区的综合透水率在0.03m/s~9.35 m/s，属于弱透水等级。

3 矿床水文地质条件

3.1 含水层

根据矿区分布的岩石地层特征及地下水的赋存介质，将矿区地下水可划分为松散岩类孔隙水和块状岩类裂隙水二类。

（1）松散岩类孔隙水

赋存于坡残积砂质粘性土和全风化矿体结构孔隙中，由于地势较高，多为上层滞水，没有明显含水层，雨季沟谷两侧低平处局部形成季节性含水层，枯季无水，多属透水而不含水岩层，总体富水性弱。对矿床开采影响较小。

（2）块状岩类裂隙水

分布于全区，赋存于中～晚二叠世中细粒黑云母二长矿体的中风化层或构造裂隙中，含水层主要为中风化矿体风化裂隙和构造裂隙发育带。据野外调查，泉水一般呈散流状沿岩石风化裂隙渗出，泉流量一般0.014～0.080L/s。浅部岩石风化裂隙较发育，含裂隙水，含水层厚度受岩石风化裂隙发育程度和地形控制，含水层底界与中风化矿体底界基本一致，以风化裂隙水为主，局部受构造影响，形成脉状裂隙水。风化裂隙水一般具无压性质，钻孔单位涌水量为0.011～0.0276L/（s•m），渗透系数为0.0768～0.0945m/d（表1），平均0.0857m/d，富水性弱。

表1 渗透系数计算表

3.2 隔水层

分布于浅部的坡残积土层、全～强风化矿体，已呈土状，透水性差，可视为相对隔水层；分布于微风化矿带之下的新鲜、完整矿体结构，裂隙不发育，而且多为充填闭合状，同可视为相对隔水层。

2、SZK6-1第二次降程抽水，因其单位涌水量q=0.0007L/(s·m)，小于0.001L/(s·m)，该层可视为相对隔水层。

3、SZK3-2第一层采用潜水完整井单孔抽水试验计算公式：K=

4、SZK3-2第二层采用承压水完整井单孔抽水试验计算公式：K=

根据表1的计算结果可知，孔号为SZK6-1的含水层厚度在20.0m~106.27m之间，该孔号主要分布在溪流附近，局部物质成分包含黏土、粉质沙土等、能起到隔水层作用，此时的降深为18.10m为全部孔号中的最低数值，其综合涌水量为17.28 m3/d,与其单位涌水量排名呈反向相关，SZK3-2的含水层厚度为106.27m，证明该孔号分布于整个矿区，埋藏较浅，除浅部风化、半风化层含有块状岩类裂隙水外，深部均形成隔水岩体。其降深数值为36.82m处于较高水平，因此其相对涌水量和单位涌水量也偏低，分别为2.333 m3/d、0.0007 L/(s•m)，研究SZK3-2的渗透系数表，其含水层的厚度较一致，均为45.00m，该孔号附近的岩石一般呈浅肉红色，局部呈灰或浅灰色，矿物粒度较均匀，以中粒、斑状花岗结构为主，局部细粒结构，致密块状。

3.3 地下水的补、迳、排条件

（1）矿床处于区域水文地质单元的补给区与径流区，地下水主要接受大气降水垂向直接补给。

（2）分布于区内浅部的孔隙潜水主要接受大气降水直接补给和溪沟水侧向补给，该地下水与溪沟水的水力联系较密切，既受溪沟水补给，同时也向溪沟水排泄。

（3）基岩裂隙潜水主要接受大气降水的垂向补给，局部接受溪沟水的渗入补给，沿风化裂隙下渗与运移，形成地下径流，流向与地形密切相关，总体与溪沟水流向基本一致，该类型的地下水具较明显的径流路途短的特点，往往在地形低洼处以散流或下降泉形式排泄。

（4）对该区域的地表水及地下水进行观测，它的平常流量在8.8~12.5m3/d，2019年8月8日，它的流量为10.92m3/d，当天矿区及周边下大雨，下雨之后第二天,测得其流量为10.86m3/d，8月9日流量为10.23m3/d，8月13日流量为10.86m3/d，8月14日流量变小为9.67m3/d，之后逐渐变小，到8月26日变为7.86m3/d，证明广东省德庆县某矿区的地下水受降雨的影响较大，随着降雨量的增加，低下水流量会逐渐增加，反之，低下水流量会逐渐减小。地下水与地表水之间的水力联系总的趋向是，雨季地表水补给地下水，旱季地下水以泉水形式补给地表水。

3.4 矿坑涌水量预测

（1）矿床水文地质特征及矿坑充水因素

本矿床为建筑用矿体，呈块状大面积分布于全矿区，矿体被坡残积层和全～微风化岩覆盖，控制矿体标高在20m以上。矿体及其围岩上部为基岩风化裂隙潜水含水层，富水性弱，下部新鲜、完整的矿体结构较为致密，富水性总体极微弱，可视为相对隔水层。根据矿区、矿体规模、埋藏条件及矿床水文地质特征，未来矿山宜用露天开采。

由上可知，未来矿坑充水因素主要为大气降水直接充水，次为基岩风化裂隙潜水的侧向充水。

（2）矿坑涌水量预测

矿床拟采用露天开采，本次预测矿坑涌水量范围为全矿区范围。

①边界条件

矿床含水层为基岩风化裂隙含水层，呈层状分布，可视为无限补给边界，开采时地下水从四周以平面流形式对矿坑充水。

②预测深度

根据矿体的控制深度及含水层特征，未来矿床拟设开采最低标高为20m，因此本矿床预测水平为20m标高。

③预测方法及计算公式的选择

根据矿床开采方法和充水特征，大气降水充水量采用面积法计算，地下涌水量采用地下水动力学法（“大井法”）计算。计算公式为：

①矿坑大气降水充水量

正常大气降水充水量(Q1)采用公式（1）计算

最大大气降水充水量(Q2)采用公式（2）计算

②地下水涌水量

裂隙潜水含水层采用公式（3）计算：

（3）参数的确定

①采矿场的面积（F）

以矿区边界所框定的面积为未来露天采场的面积，采用地理信息系统从涌水量计算图上量得结果为1998000m2。

②降雨量（A）

据德庆县气象局1995～2014年多年日平均降雨量（A1）为0.0041m，日最大降雨量（A2）为0.1715m。

③正常降雨时的地表径流系数（φ）

根据矿床水文地质特征，采用《水文地质手册》经验值，φ为0.7。

④渗透系数（K）

裂隙含水层（K）采用SZK3-2和SZK6-1钻孔抽水试验渗透系数平均值作为计算值，结果为0.0857m/d（表1）。

⑤矿坑排水降深值（S）

采用矿区潜水位平均标高（246.93m）降至含水层底界平均标高（225.12m）之差值，结果为21.81m。

⑥影响半径（R）

裂隙潜水含水层采用库萨金经验公式（4）计算：

计算结果为58.89m；

⑦；矿坑引用半径（r0）

根据采坑形态，采用不规则圆形公式（5）计算：

式中F为露天采场最大面积

矿坑引用半径计算结果为797.50m。

⑧引用影响半径（R0）

采用公式（6）计算：

计算结果：裂隙潜水含水层引用影响半径为856.39m。

（4）涌水量计算结果

①矿坑大气降水充水量预测结果

矿坑大气降水正常充水量Q1为5734m3/d，最大日充水量Q2为239860m3/d

矿区拟开采标高396～20m矿体，矿山开采大部分地表降雨汇水可沿地表坡面自流排出矿区外，开采标高120m以下矿体时，为凹陷开采，地表降雨汇水无法自然排出采场，需采用机械排水，经估算，矿区范围日正常矿坑涌水量7445m3/d，日最大降雨矿坑涌水量241571m3/d。开采过程中，应在采场外围根据实际地形设置截水沟拦截坡面水流，避免暴雨期间矿区外围坡面流水涌入采场。

综合矿区水文地质特征，块状岩类裂隙水补给范围条件较差，水文地质边界较简单，富水性弱，矿坑充水以大气降水为主，开采标高120m以上矿床时，矿坑水可自然排泄，但开采标高120m以下矿床时，属局部凹陷开采，矿坑水不能自然排泄，需采用抽水设备进行排水。

综上所述，矿区水文地质勘探类型为第二类（裂隙充水矿床），矿床水文地质条件简单。