河南老里湾银矿区水文地质条件及涌水量预测

施 强，张蓬生，孙朝阳，田国强，李腾腾

( 1.河南省地质矿产勘查开发局第一地质矿产调查院，河南 洛阳 471023；2.河南小秦岭国家级自然保护区管理中心，河南，灵宝 472500 )

0 引言

河南老里湾银矿区距洛宁县北15 km，地理坐标为东经XXX°36′09″—XXX°36′54″、北纬YY°29′00″—YY°30′00″，面积2.12 km2。老里湾银矿床位于豫西崤山断隆区，赋存于老里湾花岗斑岩体内，累计提交银矿石量为1118.28万吨，银金属量为1961.211 t，银平均品位为175.38×10-6，是河南省探获的首个大型独立斑岩型银矿床。矿体赋存高程-140 m～460 m，厚度为0.60～140.10 m，平均厚度为10.49 m。总体走向330°，倾向NW，倾角60°～65°，顶底板围岩主要为斑状二长花岗岩，局部为花岗斑岩、安山岩。

老里湾银矿是2015年河南省在崤山地区新发现的大型银矿，张国跃等学者[1-9]多从成矿地质特征、地球化学特征、成矿模式、找矿意义等地质角度对该矿床进行研究，但对矿床开采技术条件方面研究较少。本次通过水文地质调查、地下水动态长期观测、水文地质试验等方法，从水文地质角度，对老里湾银矿区水文地质条件进行研究，丰富了研究成果；采用水动力学法预测了矿坑涌水量，为指导矿山开采设计提供了科学依据，对本地区开展同类型矿床水文地质研究工作，具有重要的参考意义。

1 自然地理概况

该区属暖温带大陆性季风气候，一年四季分明。根据洛宁县气象局资料：气候变化极值-19.4℃～39.6℃，多年平均气温13.8℃。多年均降雨量551.9 mm，最大降雨量798.1 mm，降水主要集中于6—8月，占全年总降水量的51%。年平均蒸发量1057.5 mm。区内沟谷发育，呈现岭谷相间的地貌景观。水系呈NNW—SSE向分布，属黄河水系洛河支流，较大的支流有渡洋河、永昌河，由北西向南东呈鱼翅状依次注入洛河。

区内主要河流为渡洋河，由北至南注入洛河。根据勘探期间在渡洋河及支流一个水文年的长观资料(表1)：渡洋河流量范围为0.910～2.099 m3/s(HL1-1、HL1-2)，支流流量范围为0.022～1.688 m3/s(HL1-001、HL1-002、HL1-003)，水位变幅在0.1～0.3 m之间。南东部处渡洋河河水面最低高程398.55 m，为区内最低侵蚀基准面。目前控制的矿体最高高程490 m，最低高程-140 m。矿体矿石量在400 m以上部分约占30%，大部分为混合矿；400 m以下部分约占70%，主要为原生矿[10]。

该区位于渡洋河两岸黄土丘陵区，山川大致呈NW向展布，地形总体北西高南东低，最高海拔高程585.14 m，最低海拔高程398.55 m，相对最大高差约186.59 m。区内地貌类型分为侵蚀构造中山、低山丘陵及堆积倾斜平原等(图1)。

图1 区域地形地貌特征简图

2 区域地质条件及水文地质特征

区域位于黄土丘陵地区，形成南北高、中间低、西高东低的“箕”形地势。最高为鹿山，高程700.2 m，最低点老里湾高程为398.55 m，相对最大高差约302 m。

根据区域水文地质分区简图(图2)：中部以兴华至韩城一线的洛宁盆地为排泄边界，北西以郭家坡片麻岩、店子安山岩为隔水边界，南东以花山到上宫花岗岩、片麻岩山脊分水岭为隔水边界，可划分为河流松散岩类孔隙水区(Ⅰ)、黄土台源松散岩类孔隙水区(Ⅱ-1、Ⅱ-2、Ⅱ-3)、黄土丘陵松散岩类孔隙水区(Ⅲ)、花岗岩、片麻岩类裂隙水区(Ⅳ-1、Ⅳ-2)和安山岩类裂隙水区(Ⅴ-1、Ⅴ-2)等5个水文地质分区。老里湾银矿处于Ⅱ-1区和Ⅲ区水文地质单元的径流区。

图2 区域水文地质分区简图

区域地下水主要为孔隙水，次为裂隙水。孔隙水主要赋存于第四系全新统冲洪积含水岩层，单井涌水量范围为500～1000 m3/d，水位埋深0.47～27.3 m，地下水类型为HCO3-Ca型；第四系中更新统底部和新近系洛阳组中细砂含水岩层次之，泉水涌水量多小于0.018～0.1 L/s，地下水类型为HCO3-Ca型，矿化度0.25～0.5 g/L。裂隙水赋存于长城系熊耳群许山组、燕山期花岗斑岩等基岩裂隙中，民井涌水量20～480 m3/d，泉水涌水量0.01～0.17 L/s，地下水类型为HCO3-Ca·Mg型。

3 矿区水文地质

3.1 地层

区内出露地层主要为熊耳群许山组陆相火山岩系，岩性以安山岩为主，夹杏仁斑状安山岩、流纹岩，地层走向南西，倾向SE，倾角29°～34°，局部变缓为15°±。产状134°～145°∠15°～34°；第四系冲洪积黄土状粉质黏土、粉土分布广泛，厚8.3～12.6 m。

3.2 构造

断裂比较发育，表现出多期次活动、力学性质具多次转变的特点。按展布方向可分四组：NE向(50°～65°)、NW向(300°～335°)、近SN向(340°～0°)、近EW向(80°～90°)，其中以NE向、NW向最为发育，近EW向断层最少。各方向的断层相互穿切，形成了区内格网状构造格局。NW向的F1断裂是区内重要控矿、储矿和导水构造。

3.3 岩浆岩

主要为老里湾岩体，地表出露面积约0.5 km2，平面上呈不规则椭圆状，长轴方向近NW向，长1000余米，东西宽580余米。垂向上呈向北东倾斜的歪斜桶状。岩体主要岩性为花岗斑岩、斑状二长花岗岩和条带状花岗岩、细粒花岗岩，具有脉动侵入特征，采用全岩Rb-Sr法测年，为(149±11) Ma，属燕山期岩浆活动的产物[1]。

3.4 含水岩组及其富水性

3.4.1 松散岩类含水层

全新统砂、卵石含水层：分布于渡洋河及支流的阶地、河漫滩浅部(图3)，分布高程范围为395～415 m。厚1～5 m，最大厚度为10 m，民井涌水量0.112～0.303 L/s。如SJ1民井，单井涌水量为0.303 L/s，降深0.78 m，单位涌水量为0.388 L/(s·m)(表2)，渗透系数为26.79 m/d，中等富水性。地下水类型为HCO3·SO4-Ca型，矿化度0.47～0.76 g/L。

图3 矿区水文地质图

表2 民井、泉水、钻孔及老硐水文地质特征

第四系中更新统中细砂含水层：广布于渡洋河两侧河流阶地及山脊两侧。厚3.2～5.6 m。该含水层具一定的承压性，上部有一部分为上部滞水，没有统一的地下水位。单井涌水量约为1.3 m3/h，泉水涌水量0.018～0.070 L/s，弱富水性。地下水类型为HCO3-Ca型，矿化度0.53 g/L。

3.4.2 基岩裂隙水含水层

花岗岩类裂隙含水层：分布高程520.40～407.96 m，含水层主要赋存在花岗岩的各类裂隙内，地表风化层厚度一般为1.10～19.77 m；中深部的裂隙发育程度受地形条件和距构造带远近等因素制约，岩石坚硬，裂构造不发育，涌水量0.00025 L/s(SHK309注水孔)，呈弱富水性；靠近构造带处，裂隙较发育，透水性较强，据LD1老硐观测：NW331°～345°和近EW71°～81°两组裂隙发育，涌水量0.054 L/s，弱富水性。地下水类型为HCO3-Cl·Na和HCO3-Ca·Na型，矿化度稍高，为0.63～0.83 g/L。

安山岩类层状基岩裂隙含水层：含水层赋存在各类安山岩的风化裂隙内，分布高程527.0～400.87 m，浅部风化带厚度为0.7～1.6 m，下部裂隙不发育，未发现有钻孔涌(漏)水现象。泉水涌水量0.027 L/s，弱富水性。地下水化学类型主要为HCO3-Ca型。

3.5 隔水层

1)松散层隔水层：主要分布于山脊两侧，岩性为中更新统黄色厚层状粉质黏土，夹多层钙质结核薄层组成，最大厚度为80 m。

2)基岩隔水层：岩性为熊耳群许山组火山岩类岩石、燕山期花岗斑岩等，裂隙多闭合或被岩脉、各类矿脉充填，在极少量张开裂隙中含脉状水，水位埋深1.83～158.06 m。

3.6 断层破碎带水文地质特征

区内断裂构造发育，性质多为张性断层，构造破碎带以NW向(如F1)、NE向(如F3)、SN向(如F2、F5)为主，最大厚度达150 m(F1)，最小厚度仅2 cm(F21)。含水岩层由蚀变花岗岩、构造角砾岩、碎裂岩等组成，胶结物为岩屑及岩粉，胶结疏松。含水层富水性不均一，在构造带追踪转折部位、断裂交汇部位，受构造应力作用影响，围岩及矿体引张裂隙发育，形成贮水带(体)，富水性中等。根据SHK309抽水试验，涌水量8.278 L/s，降深46.66 m，单位涌水量0.177 L/(s·m)，渗透系数0.0548 m/d，中等富水性。

3.7 地下水补给径流与排泄

地下水补给、径流和排泄条件受区域地质、地貌和人为等因素的控制[11-12]。区内地下水主要接受大气降水的补给，其次是断裂破碎带的导水，通过基岩裂隙和断层直接补给。浅表地下水由阶地后缘向河谷径流，然后流出地表，排泄给河水；人畜用水和农田灌溉井抽水是地下水的第二个排泄途径。中深部的地下水主要通过导水破碎带流动，在地表以下降泉的形式排泄。

3.8 矿床充水因素

1)大气降水为矿床的主要充水水源。大气降水一方面直接通过坑道口进入坑道，在雨季应注意防范洪水。另一方面通过各个含水层，以构造导水和渗透的方式进入矿床。

2)地表水为矿床的次要充水水源。区内控矿的F1断层在地表与渡洋河走向总体一致，且有部分相重叠，虽有蚀变花岗岩的隔水，地表水与矿床地下水的水力关系不密切，但不排除有部分地表水可通过基岩裂隙和断层裂隙深入矿床。

3)地下水。浅表地下水主要赋存于花岗岩、安山岩裂隙水含水层中，富水性弱，是矿床的主要充水因素。其充水通道为渗透和构造裂隙导水，对矿床充水的影响较小。中深部地下水主要赋存与构造破碎带和构造裂隙中，水文地质边界较复杂，中等富水性，通过SHK309钻孔抽水，最大涌水量达8.278 L/s，矿坑涌水与断层发育关系密切，是矿床充水的主要因素。开采时应注意因水压的急剧降低导致的涌水现象，初期可能涌水较多，后期随着压力的降低，涌水量很快减少，对矿床开采影响不大[13]。

4)老窿水。区内有少量古采坑道，多位于浅部，由于区内岩石主要为隔水岩层，老窿内有一定的积水，在开采时也要注意，对矿床充水影响很小。

总之，矿区地形北西高南东低，沟谷发育，有利于地下水的排泄；主要矿体位于侵蚀基准面以下，渡洋河流经矿区，流量2.099 m3/s，由于矿体及围岩主要为花岗岩，隔水性较好，地表水与地下水的水力联系较弱，流量不大，为矿床的次要充水因素。本区含水层的富水性不均一，第四系松散岩类孔隙水单位涌水量0.388 L/(s·m)，中等富水性，含矿地区大部分无第四系覆盖，与矿体之间基本无水力联系；基岩裂隙水泉水涌水量0.027 L/s，弱富水性；断层破碎带单位涌水量0.178 L/(s·m)，中等富水性，为矿体直接顶板充水含水层，属水文地质条件中等的裂隙充水矿床。

4 涌水量预测

花岗斑岩、安山岩为隔水层，渡洋河从矿体西、南边界通过，故将北区、东区概化为隔水边界。矿坑形态为不规则的矩形，可概化为圆形大井，故涌水量采用直线边界附近“大井公式”计算。本次抽水孔深150 m，结构为完整井，故预测涌水量在高程300 m以上范围。按水动力学法中的“大井法”预测未来矿坑涌水量。

渗透系数选择公式(1)：

(1)

式中：K为渗透系数，m/d，；Q0为抽水孔涌水量，m3/d，(29.8 m3/h=715.2 m3/d)；R为影响半径，m，断层F1至最东边花岗岩与安山岩和第四系分界为圆形的半径，本次取220 m；r0为大井半径，m，以首采边界ZK17至ZK15为圆形的半径，取75 m；M为含水层厚度，m；S0为降深，m。

矿坑涌水量预测选择公式(2)[14-16]：

(2)

依据通过钻孔水文地质编录、抽水试验得到地下水相关参数(表3)，对井筒涌水量进行计算。

表3 计算矿井(坑)涌水量参数

按上述参数，预测矿坑涌水量为1018.55 m3/d。

根据老里湾银矿360中段2017—2018年一个水文年的坑道排水资料(360 m中段高程)，日抽水时间为8～13 h，可将坑道存水疏干，开拓坑道日排水量在763.63～913.39 m3之间，平均日排水量为831.31 m3(表4)，雨季日最大排水量为973.57 m3(2017年9月22日)，与预测矿坑最大涌水量误差率为20.3%，允许误差达到B级，预测的矿坑最大涌水量基本符合实际情况。

表4 老里湾银矿360中段坑道排水量统计

根据相邻矿区排水经验，最大矿坑涌水量取预测矿坑涌水量的1.2倍[10]，因此本矿区最大矿坑涌水量为1222.26 m3/d。

5 结论与建议

5.1 结论

本文基于已有水文地质调查成果、勘探资料，对老里湾银矿区斑岩型金属矿床的水文地质条件进行了系统总结，详查查明了矿区开采技术条件，研究成果如下：

1)研究区根据不同地貌单元、含水层岩性划分了两类含水层、5个水文地质分区，老里湾银矿位于Ⅱ-1区、Ⅲ区水文地质单元的径流区。

2)大气降水是矿床主要的充水水源，在构造断裂转折、交汇部位富水性较强，是矿床充水的最主要因素，属水文地质条件中等的裂隙充水矿床 。

3)通过水动力学法(大井法)，结合相邻矿区排水经验，预测了矿坑涌水量，矿坑最大涌水量为1222.26 m3/d。

5.2 建议

1)F1控矿断层在地表与渡洋河相交，不排除部分地表水通过各类裂隙渗入矿床的可能。因此在矿山开采过程中，建议加强开采技术条件研究，防止地表水与爆破裂隙及构造裂隙的联通，从而导致矿坑突水事件的发生。

2)矿山生产过程中，加强水文地质、工程地质工作，严防开采过程中水文地质、工程地质问题的发生。

3)注意坑道地下水长期观测，掌握地下水动态规律，为地下水资源评价和防治提供依据。