甘肃省黑山铜镍矿地下水环境评价及防治措施研究

孙睿

摘要：矿区区域构造位置属塔里木板块东北边缘，处于塔里木板块、中朝板块与哈萨克斯坦板块、西伯利亚板块的交汇部位，是晚元古代至早古生代裂谷作用下的产物，其中含铜、镍的基性一超基性岩沿裂谷作用前期的断层向上迁移。本文对黑山铜镍矿环地质境进行评价并提出了防治措施，对其他矿区研究具有十分重要的参考意义。

1.区域地质特征

1.1地质构造。本区区域构造形迹表现为主构造线呈近东西向，次级构造线呈北东向及北西向展布，显示出南北向挤压的力学机制。

黑山铜镍矿区位于双鹰山断裂带南侧，泽鲁木一大豁落山背斜褶皱内，属黑山一大豁落山一月牙山断裂带，带内褶皱和断裂均发育。该带西起庙庙井，经双鹰山东抵大豁落山，东西断续延伸800km，宽6km～10km，由发育在中、上元古界和下古生界中的数条规模宏大的逆冲断裂和派生断裂以及间夹的褶皱组成。逆冲断裂群既有北倾，亦有南倾者，呈叠瓦式或对冲构造，具分叉交织现象。带内岩浆活动强烈，从超基性到酸性均有。断裂带东西两端与北东向构造的交汇部位，对大规模岩浆侵入活动有控制作用，黑山基性一超基性岩体位于本带两条主干断裂之内。元古代地层作为基底广泛出露，早古生代中上寒武统以盖层出露。历经多期运动，已褶皱的地层受后期构造运动的强烈影响，导致了区内褶皱重复，断裂交织，形成十分复杂的构造格架。

1.2地层特征。区内各时代地层均有分布，以元古界分布最广，下古生界十分重要。前长城系、长城系及志留系均见海相火山岩，奥陶系及石炭一二叠系为裂陷海槽碎屑岩与中、基性熔岩、火山碎屑岩；泥盆系及上二叠统为山间火山一磨拉石沉积建造。

2.水文地质特征

区域地下水的埋藏和分布受地层、构造、地貌的控制，不同地质构造所赋存的地下水类型亦有所差异。火成岩、变质岩以赋存裂隙水为主；碳酸盐岩岩溶裂隙发育，以赋存岩溶裂隙水为主；第四系松散岩类则赋存孔隙潜水；与断层构造有关的则赋存构造带裂隙水。

2.1地下水类型、分布及富水性。根据含水层岩性和地下水赋存特征，本次调查区地下水类型可划分为松散岩类孔隙水、基岩裂隙水、碳酸盐岩裂隙岩溶水三类。

（1）松散岩类孔隙水。地表大部被第四系覆盖，南侧山前第四系厚度大于40m，向北至矿体一带厚度为20m-40m，北侧山前5m-10m，受基底地形态控制第四系厚度变化较大。该类地下水主要接受大气降水入渗补给，径流方向与地形倾伏方向基本一致，顺沟谷排泄或补给下伏基岩裂隙水。据已有SW-1、SW-2钻孔资料，第四系全新统砂砾（碎）石透水而不含水。

（2）基岩裂隙水。含水岩组主要为青白口系辉长岩和寒武系各类板岩，含水岩组裸露于地表，接受大气降水的入渗补给。含水岩组内各个含水层相对呈层状，水力联系较弱，无一定的地下水水位，地下水一般沿地层倾斜方向或地形倾伏方向径流。据SW-1、SW-2孔及本次钻孔资料，富水性差，单井涌水量小于10m3/d。

（3）碳酸盐岩裂隙岩溶水。含水岩组主要为青白口系大理岩，岩石裂隙发育程度随深度增加而逐渐减弱，主要发育一至两组裂隙。裂隙水分布极不均匀，多属潜水类型，富水性主要受地形地貌条件和岩性构造控制。分水岭及陡坡地带，不利于降水及雨洪人渗，不利于储存，易于排泄；山间洼地及平缓沟谷地带，有较好的汇水条件。由于地处分水岭及陡坡附近，补给条件较差，富水性极差，水量贫乏，单井涌水量<10m3/d。水质较差，多属微咸水或半咸水。水化学类型一般属SO-Cl-Na+型。该类地下水补给来源主要是接受上覆第四系孔隙水的渗透补给及大气降水入渗补给，沿层间裂隙顺倾斜方向径流。

2.2补径排条件。调查区表层大部分为第四系砂碎石覆盖，地层透水能力强，蓄水能力弱，形成透水不含水层；微弱的大气降水通过表层第四系补给下伏板岩、含矿超基性岩以及侵入接触破碎带，或降水直接渗入基岩山区的风化裂隙之中对其进行补给，补给区在矿体顶部，以垂向补给为主；调查区地下水与区域地下水很少发生水力联系，受边界条件限制，无区域侧向补给源。基岩裂隙水顺岩层倾向向下或向东缓慢径流。由于大部矿体低于当地侵蚀基准面，故不利于地下水排泄。

2.3地下水动态。调查区内无地下水动态观测资料。据以往水文地质勘探钻孔情况分析，钻探深度达到72.47m～400.52m，揭露地层为第四系砂碎石和寒武系硅质板岩，硅质板岩中侵入了超基性贫矿岩组，以上钻孔中除孔底残留少量钻进冲洗液外，水位未发生变动，也无漏浆现象。反映了区内第四系透水不含水，基岩裂隙含水岩组富水性极弱（小于10m3/d）的事实。

3.地下水环境影响预测评价

3.1尾矿库及选矿厂地下水环境影响评价。综前所述，本次黑山铜镍矿开发利用项目区拟建尾矿库及选矿厂周边及下游20km内不存在集中式饮用水水源地和自然生态保护区，项目从建设、运行至服务期满后各个阶段均不会造成环境敏感问题。

目前，与项目区最近的水源地为矿区东北部约12km的云母头水源地，但受北部山体的阻隔与项目区属于不同的水文地质单元，分别位于地表分水岭的两侧，其地表和地下径流方向截然相反，与本项目区无水力联系。据此，该项目不会对周边及下游集中式饮用水水源地和厂矿企业生产水源等地下水质安全造成影响和威胁。

通过本次对项目建设场地环境影响评价区地下水在事故状态下进行污染预测。尾矿库在突发事故导致防渗层破坏后废水泄露渗入地下造成地下水污染，通过包气带吸附和弥散作用，污染物中铅、铜、镍、砷、六价铬在分别经过12天、1天、6天、8天和1天的时间后，中心点浓度均达到了《地下水质量标准（GB/T14848-93）》中的Ⅲ类水质要求，选矿厂在事故状态下由于废水管道和集水池的破裂导致废水外泄渗入地下造成地下水污染，通过包气带吸附和弥散作用，污染物中的铅、砷、铜、镍和六价铬在分别经过4天、3天、1天、2天和1天的时间后，中心点浓度均达到了《地下水质量标准（GB/T14848-93）》中的Ⅲ类水质要求。此时，浓度中心点分别向下游迁移了2.8m、2.1m、0.7m、1.4m和0.7m。总体污染运移途径短，评价认为项目建设方案合理，在建设、运行至服务期满过程中无论在正常运行状态或是发生突发事故时均不会对周边及下游地下水环境造成影响和污染。

3.2矿山地下水环境影响评价。黑山矿山开采对地下水环境的影响主要表现为开采矿体形成的通道会对原有地层结构和基岩裂隙地下水赋存条件产生改变，影响地下水流场及下游排泄区域内地下水流量，并产生局部降落漏斗，但不会影响地下水水质。预测矿区总涌水量为355.46m3/d，其影响半径为沿矿井掘进方向向四周扩展319.49m，但北、西、南三侧均至隔水边界为止，降落漏斗总面积为13.12km2。总体评价认为项目开采方式科学合理，在矿区整个开采过程至服务期满后对矿区周边及下游地下水环境影响极小。

4.防治措施

4-1矿山开采污染防治措施

（1）改进生产工艺，减少矿山固体废弃物的排（堆）放量。应对采矿产生的少量废石应合理选择堆放场地，堆放场底部必须采取防渗措施，对产生的淋滤液全集中全收集处理等措施。通过集水池和回水池收集后采用筛滤法和过滤法对矿井井下一般的废水进行处理。同时加强对矿山废石场淋滤水集中处理，加强对雨季地表水水质和矿区地下水水位及水质的监测。

（2）加强采矿中对地下水资源的保护措施：预测本矿山矿坑涌水量中等偏大，因此井巷掘进工作在接近含水层特别是导水构造时，必须打超前钻孔探水，在井下有突水危险的地区附近设置水闸门或闸墙；在掘进工作面或其他地点发生明显突水征兆或大量涌水时，应立即停止工作，及时采取相应的保护措施，确保含水层不受破坏并避免产生大量涌水造成安全事故。

4.2尾矿库污染防治措施

（1）加强对雨季地表水水质和下游地下水水位、水质的监测工作。确保尾矿库坝体和库区的防渗工程措施老滚可靠，防止库区内废水下渗或外漏。

（2）库区内加强日常管理，防止淤积及损坏排水系统。排放中分层碾压，须保证尾矿堆存按标准合理堆放，杜绝尾矿库内大量积水。采取措施防治尾矿粉对周边水体土壤的污染。

（3）尾矿库期满时，应对外坡进行分层碾压，自下而上修成阶梯形，每5m～10m设置一平台，并修筑纵横排水沟，以便排出雨水或洪水。具体按照国家尾矿库闭库要求和有关尾矿库环境污染防治规定整治。

4.3选矿厂污染防治措施

（1）加强对雨季地表水水质和下游地下水水位、水质的监测工作。选矿工序必须配备有足够容量的集水池和矿区回水池，确保生产用水全部循环使用不外排。

（2）厂区设置雨污分流，清污分流，厂区作防渗漏处理。废石场、原矿堆场、厂房地面需进行硬化并作防渗漏处理，四周修建截水沟、导流沟，导流沟接口接入厂区废水收集池。按要求建设应急事故池。

（3）对产生粉尘的生产线上应做相应防护处理。精矿压滤后直接在车间内装入包装中，放置于车间内，等待运输。通过上述措施，减少污染辐射面，杜绝污染根源，保护环境。