河北省金厂峪金矿区水文地质特征及充水因素分析

任 磊，熊恒恒

(华北地质勘查局五一九大队，河北 保定 071051)

0 前 言

研究区位于华北地台北缘，燕山台褶带马兰峪复背斜的东段与山海关隆起西侧衔接处，矿床分布在冀东早前寒武结晶基底上[1-2]，具有60多年的开采历史，研究程度高。但随着开采深度增加和开采规模的持续扩大，原有已探明储量将近采完，危机矿山调查显示矿区按当前生产能力还可服务1.5年，已经严重危机[3]。近几年开始回收边角矿体，矿区水文地质条件较开采初期发生一定程度的改变，诸如在开采坑道所涉及范围的地表泉点都已干涸断流，地下水位下降，上部坑道疏干，下层坑道相应位置出现涌水点，尤其是雨季大气降水沿采矿老硐和塌陷地段直接贯入生产坑道，矿坑涌水量明显增大，这不仅增加了开采成本，而且对矿山深部开采生产安全构成了严重威胁[4]。矿区原有水文地质工作基础比较薄弱，水文地质研究程度已不能满足矿区安全生产所遇到的问题。本文通过对矿区含水层类型、地下水动态特征、矿坑充水因素分析以及涌水量预测，为矿山安全生产提供了参考依据。

1 矿区地质概况

1.1 地层

矿区位于冀东太古界迁西岩群变质岩系中，其主要岩性为斜长角闪岩、斜长角闪片麻岩、硅质斜长角闪岩、石榴子石斜长角闪岩、混合岩化斜长角闪岩、变粒岩、浅粒岩及少量的磁铁石英岩[5]。金矿床产于深变质绿岩带内[6]，含金脉带主要是由石英脉、钠长石脉、次生石英岩等断续分布于绢云母或绿泥石片岩中，矿体间接围岩为斜长角闪岩、斜长角闪片麻岩及经混合岩化作用的混合岩(图1)。

1 第四系；2 长城系；3 花岗岩；4 斜长角闪岩；5 奥长花岗岩；6 英云闪长岩；7 麻粒岩；8 脆性断裂；9 韧性剪切带；10 地质界线

图1 矿区地质

1.2 构造

早期的迁西运动在整个冀东地区形成宽缓的东西向构造，阜平运动构成一系列的南北向构造，而后期的燕山运动则以北东向的脆性断裂为主。多期构造的置换和叠加构成矿区的地质构造较为复杂[4]。矿区断裂以走向北北东20(°)～30(°)、北东50(°)及北西320(°)最为发育，规模较大，在断层的影响下，岩石较破碎，形成了构造裂隙脉状含水带。

1.3 岩浆岩

矿区岩浆岩主要是岩脉型的，其中基性、超基性的有透辉岩、透闪岩、滑石岩、阳起石岩、辉石角闪岩等。中酸性的有闪长玢岩、闪长煌斑岩、花岗斑岩、细晶岩、石英斑岩等。

2 水文地质特征

2.1 区域水文地质概况

矿区地处冀东北丘陵向山地的过渡地带，位于河道分水岭东侧斜坡地段，北西高，南东低，地面标高200～400 m，最高点位于区内西部，海拔标高486.8 m，属山前丘陵地貌区。矿区内切割深度小于100 m，地形坡度一般15(°)～40(°)，属较缓至较陡坡，加之区内坳沟、冲沟及切沟发育，有利于大气降水及地表水的排泄。当地最低侵蚀基准面标高200 m，位于矿区东部偏南，与主要矿体的直线距离约650 m。区内地下水接受大气降水补给之后依地形由高处向低处径流并最终排泄至东侧河谷，区内地下水分水岭与地表水分水岭基本上一致。

2.2 矿区水文地质特征

2.2.1 地下水类型划分

根据矿区的地形地貌及含水层岩性等条件，其地下水类型可分为3类，即第四系孔隙潜水、基岩风化裂隙潜水和基岩构造裂隙脉状水。

1)第四系孔隙潜水

主要分布在河道及两侧冲沟中，含水岩层为冲洪积及残坡积砂卵砾石层。河道冲洪积层厚4～8 m，由砂卵石组成，含孔隙潜水，水位埋深2～4 m，富水性中等；河(谷)两侧的坳沟、冲沟，发育洪、坡积层厚1～4 m，由砂、砾石混碎石组成，含孔隙潜水，水位埋深0.5～2 m，富水性弱。

第四系孔隙含水层中的潜水主要接受大气降水补给，以地下径流及蒸发的形式排泄，水量不大，且距离开采地段较远，对矿坑充水无影响。

2)基岩风化裂隙潜水

赋存于太古界片麻岩浅部风化带中。基岩浅部风化裂隙发育，发育深度一般在10～60 m，局部与构造破碎带叠加可达100 m，富水性弱，对深部坑道充水无明显影响。

3)构造裂隙脉状水

受断裂构造影响，断层两侧岩石破碎，受其影响，两侧发育脉状裂隙组，成为地下水运移的通道和储存空间。矿床开拓前期地表沿构造破碎带曾有泉水出露，流量一般为0.002～0.084 L/s，最大0.17 L/s，出露标高一般在200～300 m。其后由于受矿区矿坑(道)排水影响，地下水水位下降，并形成降落漏斗，现今处于此标高的地下水出露点基本已干涸。据已有资料和现场调查，构造裂隙含水层，富水不均一，同一条断裂带的不同部位，富水性相差较大，钻探施工中曾出现涌水孔、漏水孔，经短期涌水后，水量、水位急剧下降。目前由于矿坑生产用水和排水的影响，原有一些水点均已干涸，仅在深部个别坑道内出现股流水点，这些出水点开始流量大，以后减小很多或干枯，反映出疏干储存量的特征。据坑道排水情况看，雨季坑道排水量增大，雨季过后排水量明显减小，且排水量变化存在明显的滞后性，说明构造裂隙脉状水靠大气降水的单一补给，且补给量有限，易于疏干。

2.2.2 地下水补给、径流、排泄条件

矿区位于两条河道分水岭东侧靠近分水岭处，绝大部分为地下水补给径流区，难以形成独立的小型水文地质单元。矿区附近无大的地表水体，其中一条河呈北东—南西向穿过矿区东南角，沟谷上游(矿体处)仅在丰水期出现地表水流。矿区大部分地区基岩裸露，表面风化裂隙发育，有利于大气降水的入渗，地下水以接受大气降水补给为主。大气降水通过风化裂隙和构造裂隙垂直入渗补给地下水。地下水沿裂隙自本区西部、北部分水岭处向南部、东部低洼处的沟谷径流，径流途经较短，自然流场下，多以泉或泄流的形式排泄。

2.2.3 地下水动态

1)潜水含水层动态

根据收集到的矿区周边以往水位观测数据可知(图2)，潜水含水层地下水位在5月最低，9月最高，但变幅较小，在1 m以内。

2)基岩风化裂隙水、构造裂隙脉状水动态

根据矿坑排水记录数据情况分析(图3)，坑道排水雨季排水量明显增大，主要集中在8月、9月和10月份，雨季过后排水量逐渐减少，且排水量变化存在明显的滞后性，由此可见，大气降水是本区域构造裂隙含水层的主要补给来源。

图2 地下水位埋深动态曲线

图3 2013-2014年日均排水量变化曲线

4 矿床充水因素分析

4.1 坑道水文地质特征

根据矿区以往水文地质资料及现场调查结果显示，由于矿区矿体和围岩的节理、裂隙发育不均匀，且多呈闭合型，岩层透水性和导水性差，矿区含水层属于分布不连续的弱含水层，且由于矿床已开采多年，上部多数已采坑道枯水期基本处于疏干状态，只在个别坑道的断层破碎带中，构造裂隙脉状水以股流、渗流形式涌入坑道，另外，在部分钻孔中也有少量涌水。通过本次调查，矿区坑道涌水量为990.3 m3/d；通过对矿区2013-2014年坑道涌水量数据统计(见表1)表明，矿区坑道最大涌水量出现在每年的8～10月份，即坑道涌水来源主要为大气降水。

表1 2013-2014年矿区坑道涌水量统计

3.2 充水因素分析

根据矿区水文地质特征和实际生产情况，矿床充水因素包括。

1)大气降水是矿区地下水的主要补给来源，因地形较陡，坡降较大，利于地下水排泄而不利于补给、赋存，故大气降水对矿床开采影响有限。

2)地表水体：据矿区前期开采的坑道观测，在坑道通过间歇性河流及部分冲沟时，其底部坑道最近垂距约10 m的地段，雨季坑道顶板仅有潮湿和轻微滴水现象，说明间歇性河流对坑道充水影响很小。

3)矿床充水的直接来源，主要为构造裂隙脉状水，多以股流、渗流的形式进入坑道，出水点一般位于构造破碎带附近。出水点多出现于穿脉，其特点为开始流量大，后期递减或干涸。

4 坑道涌水量预测

矿井涌水量的预测具有十分重要的意义，准确预测矿井涌水量，是制订矿山疏干排水设计的主要依据，有助于合理确定矿井水处理设施的建设规模，同时对矿山安全生产建设提供依据。该金矿是多年开采的老矿区，目前开采包括露采和井下开采两部分，本次涌水量预测主要针对-417 m中段以下至最低矿体赋存标高即-596 m以上段进行。

根据矿山水文地质条件和开采条件，-417中段和-596中段地质、水文地质条件相似，因此采用比拟法预测坑道涌水量。采用现有工程-417 m水平集水坑涌水量类比计算-596 m水平涌水量。计算公式如下。

式中Q——计算中段涌水量，m3/d；

Q0——已知中段涌水量，m3/d；

F——计算中段开采面积，m2；

F0——已知中段开采面积，m2；

S——计算中段水位降深，m；

S0——已知中段水位降深，m。

计算参数的选取见下表2。

表2 涌水量计算参数取值

经计算，-596 m水平的涌水量为480.06 m3/d。

5 结 论

矿区地下水类型主要为第四系孔隙潜水、基岩风化裂隙潜水和基岩构造裂隙脉状水等3类。矿床充水的主要水源是构造破碎带地段所含构造裂隙脉状水，主要受大气降水补给。采用比拟法对-596 m水平的涌水量预测为480.06 m3/d。

[1] 李永胜，孟祥元.金厂峪金矿床控矿构造特征及深部探矿研究[J].黄金，2006，7(27)：7-10.

[2] 宋扬，王树志，胡建中. 冀东太古宙末期基底构造约束下的金成矿作用及演化[J].大地构造与成矿学，2013，37(3)：410-421.

[3] 宋扬.冀东典型金矿床构造岩浆作用及流体成矿过程研究[D].北京：中国地质大学(北京)，2011.

[4] 王春，戚向阳，任成彦，等.山东归来庄金矿矿坑充水条件分析[J].中国锰业，2017，35(3)：44-46.

[5] 赵福平，张明旭，温小亚，等.河北金厂峪金矿床地质特征及成因分析 [J].现代矿业，2011(511)：34-37.

[6] 郭少丰.岩基后金矿的成矿作用[D].北京:中国地质大学(北京)，2010.