广东省揭西县金坑矿区大气降雨与PD14矿坑涌水量的关系

罗来钫

(广东省有色金属地质局 九三一队,广东 汕头 515041)

广东省揭西县金坑矿区大气降雨与PD14矿坑涌水量的关系

罗来钫

(广东省有色金属地质局 九三一队,广东 汕头 515041)

揭西县金坑矿区PD14矿坑涌水补给来源相对较简单,周边地表水系虽发达,但因其所处高程高于周边地表水系历年最高洪水位,且没有断层沟通地表水系,对该点进行长期观测与分析研究,认为该矿坑涌水量的大小主要受大气降雨的渗透补给影响。

揭西金坑;PD14矿坑;大气降雨;月涌水量;月降雨量

1 矿坑基本性状特征及自然地质背景概况

1.1 矿坑基本性状特征

揭西县金坑矿区PD14矿坑(以下简称PD14矿坑)为以往偷采的民窿,开采方式为地下平硐开采,采深约59 m,采宽1.3 m,掌子面高度为2.5 m,平面面积为270 m2,开采走向为北东45°。本文主要分析大气降雨与PD14矿坑涌水量的关系。

1.2 水文气象条件

1.2.1 气象

矿区地处亚热带季风气候区,雨量充沛,境内雨季始于5月下旬,终于8月中旬(丰水期);而自12月起至翌年4月,雨量稀少(枯水期)。揭西县气象局良田乡2009年—2013年逐月大气降雨量见表1。

1.2.2 水文

PD14矿坑周边除西侧有淘金坑河外,无其他水系,两者直距约38 m。淘金坑河据资料历史最高洪水位为78 m,PD14矿坑坑口高程为90.4 m,PD14矿坑坑口标高高于淘金坑河历史最高洪水位12.4 m。

1.3 地质条件[1]

1.3.1 地形地貌条件

PD14矿坑地处粤东北部山区向东南部潮汕平原[2]的过渡地段,该区总体地势东高西低,地形坡度平均约26°;PD14矿坑位于山脊上,顶部高程为250 m,属丘陵地貌。西侧下部为淘金坑河,沿淘金坑河两边地势陡峭,地形切割较深,坡降比较大。地表残坡积层覆盖厚度大,植被发育。

表1 2009—2013年揭西县良田乡逐月大气降雨量

1.3.2 地层岩性

PD14矿坑周边主要出露第四系残坡积土(Q)、片理化绢云母石英斑岩(λπSe),次为煌斑岩脉。

第四系残坡积土以覆盖层分布在山间洼地及小溪中,以冲积—洪积物为主,由巨砾、砾石、砂和粘土组成。

PD14矿坑内主要出露石英斑岩(96%),岩石呈灰白—灰色,斑状结构,块状构造,斑晶为无色透明之石英,粒度一般在1～3 mm。基质为细晶质或隐晶质的石英,含少量长石、绢云母。

1.3.3 地质构造

PD14矿坑周边主要分布有F2、F6两条断层,断层特征如下:

F2位于PD14矿坑西侧,直距约20 m,两端均进入淘金坑河,延长>800 m,走向330°～340°,倾向SW,倾角76°～85°,破碎带宽2～10 m,由挤压破碎的片理化带、角砾岩带组成,可见明显的断层构造角砾和构造透镜体[3],局部地段可见糜棱岩。破碎带中见硅化、绿泥石化及黄铁矿化。经调查该断层未沟通PD14矿坑,与PD14矿坑充水无关系。

F6位于PD14矿坑北东侧末端,地貌上表现为陡崖、沟壁,产出于细粒花岗岩中,延长>200 m,走向345°～355°,倾向SW,倾角72°～80°,破碎带宽2～5 m,由挤压破碎的片理化带、角砾岩带组成,可见明显的断层构造角砾和构造透镜体,局部可见石英脉。破碎带中见硅化、绿泥石化及黄铁矿化。该断层走向与淘金坑河流向基本一致,且距离淘金坑河较远,经调查该断层未沟通地表水,对PD14矿坑充水无影响。

1.3.4 水文地质条件

松散岩类孔隙水[4]主要赋存于第四系(Q)冲洪积层及残坡积层,分布于河流两岸及山间洼地,由冲洪积、残坡积的砂砾、卵石、碎石、砂质粘土等组成,属松散土层孔隙潜水含水层。淘金坑河两岸冲洪积砂砾石层一般富水性中等,透水性好,山坡沟谷间残坡积层富水性弱—极弱。

块状岩类裂隙含水层主要见于石英斑岩(λπSe),呈岩基形式产出,岩性致密坚硬,完整性好。其含水性呈明显的垂直分带特征[5]:近地表的浅部,风化裂隙发育,存在裂隙水,为裂隙弱含水带,厚度<15 m,裂隙率平均0.52%左右,冲洗液消耗量平均0.075 L/s左右,富水性弱;往深部裂隙不发育,透水性差,为隔水岩体。

2 矿坑涌水量统计

2009年1月,PD14矿坑在普查阶段建立了水文长期观测点,自该时逐月观测该点流量、气温、水温、pH值等基础水文数据共5年60次,观测方法采用直角三角堰。观测数据见表2,PD14涌水量月单次平均、月单次最大、月单次最小值及年流量见表3。

表2 矿坑逐月单次涌水量一览表

表3 月单次涌水量及年流量统计分析表

PD14矿坑涌水量5年平均值为0.175 L/s,月平均最大值为2011年的0.247 L/s,月平均最小值为2009年的0.091 L/s;5年中月最大值中的最大值为2011年的1.436 L/s,月最大值中的最小值为2009年的0.186 L/s;月最小值中的最大值为2012年的0.111 L/s,月最小值中的最小值为2009年的0.039 L/s;年流量平均值为5 484 m3/a,范围值为2 854～7 789 m3/a,2011年年涌水量最多,2009年最少。

3 矿坑涌水影响因素分析

3.1 地表水对矿坑涌水影响分析

PD14矿坑周边除西侧有淘金坑河外,无其他水系,且其历史最高洪水位78 m低于整个PD14矿坑,排除地表水直接涌入矿坑。综合矿区地质条件分析,地表水以及断层联通其他含水层影响矿坑涌水量的可能性甚微,矿坑涌水量主要受大气降雨的渗透补给影响。

3.2 地下水对矿坑涌水影响分析

PD14矿坑周边地下水主要为第四系松散岩类孔隙水和块状岩类裂隙含水层,块状岩类裂隙含水层富水性弱,第四系松散岩类孔隙水富水性中等。因地下水含水层富水性弱—中等,且其矿坑上部地下水补给来源为大气降雨,故地下水对PD14矿坑涌水影响较弱。

3.3 大气降雨对矿坑涌水影响分析

大气降雨是地下水的主要补给来源,大气降雨降落在地表,一部分形成地表径流,直接顺坡汇入矿坑,另一部分渗入地下转为地下水,通过山麓斜坡基岩风化裂隙及第四系松散层渗入,间接补给矿坑水。

通过从大气降雨、地表水、地下水等矿坑充水水源及充水通道等方面分析,排除地表水以及断层联通其他含水层影响矿坑涌水量,而PD14矿坑涌水量主要受大气降雨的渗透补给影响。

4 PD14矿坑涌水量与大气降雨的关系

通过收集5年矿坑逐月涌水量和当地逐月大气降雨量资料进行统计分析,初步研究探讨矿坑涌水量与大气降雨的相关关系。

4.1 年统计量相关性分析

根据时间序列[6]的统计数据资料,涌水量的大小随着降雨量的增强会出现波动,且持续一段时间(见图1)。

图1 全年累计降雨量与涌水量对比图Fig.1 Contrast diagram of annual cumulative rainfall and water inflow

观测资料统计显示,年矿坑最大涌水量却不是对应年最大降雨量,而是出现在年降雨量位于中部的2011年,全年涌水量最小值却对应全年降雨量最少。

综合分析表明,矿坑全年涌水量受到全年大气降雨量的制约影响,具体涌水量还与适宜入渗地下的降雨持续时间、降水强度密切相关。如2013年由于多为持续时间短、强度低的降雨,不利于渗入地下转为地下水补给矿坑水,致使全年降雨量较大,矿坑涌水量并没有显示出增加的趋势。

4.2 月统计量相关性分析

月矿坑涌水量与月降雨量对比情况见图2,以下从不同年同月、同年不同月、不同年不同月等几个方面对月降雨量与月矿坑月涌水量变化相关性进行分析探讨,结合插图分别阐述各方面的分析评价依据与结论性认识。

4.2.1 不同年同月

5年期间同月累计降雨量变化幅度为58.4～750.4 mm,平均变化幅度为193.27 mm,1月份变化幅度最小,8月份变化幅度最大;同月PD14矿坑累计涌水量波动范围为81～3 541 m3/mon,平均波动为725.5 m3/mon,2月份波动最小,11月波动最大。在同一个PD14矿坑内,月累计涌水量波动在其平均值以下有9个月,在平均值之上仅仅3个月,最大月累计涌水量波动与平均值相差4.88倍。如考虑最高值与最低值受技术人员观测误差,或观测时间(雨后立即观测、雨中观测、雨前观测)等因素的影响,为了最大限度地减少误差,本次分析不同年同月的月累计涌水量与月累计大气降雨量的关系,将剔除月累计涌水量波动最大值、次最大值、最小值、次最小值,在剔除以上值后,总结出不同年同月PD14矿坑月累计涌水量最大波动介于708～772 m3/mon之间(在丰水期5、7、8月之间),而这三个月月累计降雨量变化幅度都位于平均变化幅度之上,波动次大为4月份,为440 m3/mon,其月降雨量变化幅度也接近平均变化幅度值。

分析结果:PD14矿坑月累计涌水量与月累计降雨量不成正比关系,但随着月累计降雨量变化而月累计涌水量有一定的波动,变化越大而波动越大,变化越小而波动越小,无变化则基本保持一致。在同月累计降雨量变化幅度越大,月累计涌水量波动越大。

4.2.2 同年不同月

从2012年月降雨量与月矿坑涌水量变化曲线分析,在同年1月—6月随着月降雨量的普遍升高,月涌水量也普遍升高,在丰水期6月达到当年涌水量最高值;而随着月降雨量总趋势呈下降时,月涌水量也随着下降,在10—12月达到平缓,与同年1—3月基本持平;从2009年月降雨量与月矿坑涌水量变化曲线分析,因2009年前5个月降雨量普遍偏低且变化不大,其月涌水量基本一致,在6月为当年最低涌水量,但随着6—9四个月降雨量增加,月涌水量也相应增加,后三个月月降雨量又偏低且变化不大,其月涌水量波动亦小。其他三年月涌水量与月降雨量变化曲线也有相应的规律,即在当年枯水期(月降雨量少)月涌水量波动小,随着丰水期到来,月涌水量呈上升,5年中除2011年都在丰水期达到当年月涌水量最高峰值,在平水期或枯水期为最低月涌水量。

图2 月降雨量与月涌水量对比图Fig.2 Contrast diagram of monthly rainfall and monthly water inflow

分析结果:每年月涌水量随着大气降雨丰水期到来,月涌水量升高并达到当年最高峰值,其他月矿坑涌水量基本低于丰水期中的月涌水量。

4.2.3 不同年不同月

从月降雨量与月矿坑涌水量变化曲线分析,2012年、2013年两年月降雨量普遍较高,这两年月涌水量普遍高于2009年—2011年,这两年月涌水量呈倒“V”型,有明显的高点与低点,其他三年因月降雨量普遍较小且变化小,其月涌水量变化曲线升高与下降不明显,没有明显的高点与低点。

分析结果:月降雨量增多,矿坑月涌水量增高;月降雨量减小,矿坑月涌水量较低;月涌水量变化曲线一般呈倒“V”型,有明显最高点与最低点。

4.2.4 涌水量范围值

在所有观测月涌水量位于0～500 m3/mon中有47次,占78.33%;位于500～1 000 m3/mon中有9次,占15%;位于1 000～1 500 m3/mon中有3次,占5%;位于3 500～4 000 m3/mon中有1次,占1.67%。从概率统计分析,矿坑月涌水量位于0～500 m3/mon有78.33%,而其他范围值也有出现,说明矿坑涌水量受多个因素的影响,且观测的5年中从未干涸过,说明矿坑有长期补给水源,而月涌水量有一定波动,说明不是受固定储量水补给,其补给水源有变化,但矿坑未沟通地表水系,从多个因素分析,矿坑月涌水量受大气降雨的影响比较大。

分析结果:矿坑月涌水量一般有一个常量范围值,其超出常量范围值越高则所占比例越小。

5 结语

因特别的矿区环境地质条件决定了PD14矿坑涌水量主要受大气降雨的渗透补给影响。本文利用长期观测获取的丰富资料,对矿坑涌水量与大气降雨的相关性进行了系统分析探讨,结果表明:

(1) 矿坑全年涌水量受到全年大气降雨量的制约影响,具体涌水量还与适宜入渗地下的降雨持续时间、降雨强度密切相关。

(2) 同月降雨量变化幅度越大,月涌水量波动越高。

(3) 每年月涌水量随着大气降雨丰水期到来,月涌水量升高并达到当年最高峰值,其他月矿坑涌水量基本低于丰水期中的月涌水量。

(4) 月涌水量变化曲线一般呈倒“V”型,有明显最高点与最低点。

(5) 月降雨量增多,矿坑月涌水量增高;月降雨量减小,矿坑月涌水量较低。

(6) 矿坑月涌水量一般有一个常量范围值,超出常量范围值以上越高则出现比例越小。

矿坑涌水量观测及其与大气降雨相关性分析是一项重要的矿山水文地质工作,采取适宜的观测技术方法获取丰富翔实的资料,是准确预判矿坑涌水量的基础,实时掌握矿坑涌水量动态特征对于矿山抽排水确保生产开采的正常开展具有重要意义。

[1] 陈少青,卜安,郭丽荣,等.广东省揭西县金坑矿区铜锡铅锌矿普查报告[R].汕头:广东省有色金属地质局九三一队,2015.

[2] 谢树鑫,刘春来,洪尚勤,等.潮汕平原水文地质工程地质综合评价报告[R].广州:广东省地质矿产局,1986.

[3] 徐开礼,朱志澄.构造地质学[M].2版.北京.地质出版社,1989:151.

[4] 蒋辉,郭训武.专门水文地质学[M].北京.地质出版社,2007:86-87.

[5] 黄斌,郑镇丰,吴振兴,等.大埔县枫朗镇流岗亭陶瓷土矿矿山地质环境保护与恢复治理方案[R].汕头:广东省有色金属地质勘查局九三一队,2011.

[6] 赵雯雯.程潮铁矿大气降水—涌水量统计预测分析[D].武汉:武汉科技大学,2011.

(责任编辑：陈姣霞)

Relationship between Atmospheric Rainfall and Water Inflow of PD14 Pit ofJiexi Gold Deposit in Guangdong Province

LUO Laifang

(GuangdongNonferrousMetalGeologicalBureau931Team,Shantou,Guangdong515041)

Water gushing source of supply of PD14 mine about Jiexi gold deposit is relatively simple,surrounding surface water although developed,but due to its elevation above the surrounding surface water over the highest flood level,and there is no fault of surface water system,after long-term on the observation and analysis,the pit inflow of water is affected by rainfall infiltration recharge.

Jiexi gold deposit; PD14 pit; atmospheric rainfall; monthly inflow; monthly rainfall

2015-08-03;改回日期:2015-11-13

罗来钫(1987-),男,助理工程师，水文与水资源工程专业,从事矿区水文、地质灾害的勘察设计工作。E-mail:383401729@qq.com

P641.4+1

A

1671-1211(2016)02-0202-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.02.015

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160303.1056.010.html 数字出版日期:2016-03-03 10:56