磐石石咀銅礦坑道涌水分析

王 巖 田廣明

1.吉林省地礦勘察設計研究院，吉林長春，130021 2.遼寧工程勘察設計院，遼寧錦州，121000

磐石石咀銅礦位于吉林省中南部哈達嶺東南側的丘陵地帶，原為日偽時期的舊礦山，解放后閉坑。目前對礦山330m中段至995m中段（即：標高為+30m～-630m）重新勘查開發利用。包括：1號主礦體介于7線北至11線并適當向北延伸，該區段上下無采空區；1～7號礦體在原有采空區上盤距采空100m左右。礦體賦存于石咀子組【1】大理巖、硅質條帶大理巖中，巖石溶隙、溶洞較發育，地質條件復雜。查明礦床充因素，預測坑道涌水量，對礦山開發建設有重要意義。

1 礦區地質概況

礦區構造單元屬于吉林復向斜之雙陽-磐石褶皺束中部的磐石-明城背斜的東翼。區內經歷了多期多階段構造運動，巖漿活動頻繁，斷裂活動強烈。地層主要由第四系（Q4）、二疊系壽山組（P1s）和石炭系上統石咀子組（C3s2）組成。第四系覆蓋礦區大部，巖性為砂卵石層和粘性土。二疊系壽山組巖性為砂板巖夾凝灰質砂巖及灰巖透鏡體，地層走向北西，傾向北東，傾角在75～80°。石咀子組厚約1100m，巖性以碳酸巖為主，泥質巖石次之，地層呈單斜結構，向北東東傾斜，傾角在75°以上。上段為厚層碳質板巖夾灰白色大理巖，分布于礦區東部；中段為灰色硅質大理巖，薄層大理巖夾絹云母片巖段，分布于礦區中部，為主要含礦段；下段為灰白色條帶狀大理巖及灰色板巖夾長石砂巖段，分布于礦區西部。

礦區內的巖漿巖有印支早期—華力西晚期花崗閃長巖（γβ52-1）及酸-中基性的巖墻巖脈。前者呈巖基狀分布于礦區的兩側，與區域的大片黑云母花崗巖為一體。巖墻巖脈多分布在互層帶內礦體附近，并呈平行產出，構成帶狀巖墻群，遠離互層帶及礦體者，則呈單體出現。

區內近南北向和近東西向斷裂發育。近南北向斷裂傾向西，傾角80°左右，斷裂面較平直，規模較大，幅寬約10～50m，向下延深在1500m以下，為區內主要的控礦構造。近東西向斷裂分布在六間房和西溝地區，走向近東西，穿過了南北向控礦構造帶，傾角較陡，斷層表現為張扭性。

2 礦區水文地質特征

2.1 水文地質背景

礦區屬于寒溫帶大陸性季風氣候，地貌屬于丘陵地帶，地勢自西向東傾斜，區內最高標高415m。東側為富太河沖積平原，地形相對平緩，最低海拔高度342.5m。礦區地表水系較發育，其中圈嶺河、西溝河過南北向控礦構造帶，當地最低侵蝕基準面標高340m。

圈嶺河：位于礦區北，距明井260m處由西向東橫向穿過，匯入富太河，最大流速0.40m/s，最大流量 0.446m3/s，平均流量 0.054m3/s，兩側有較大面積的沼澤地。西溝河：位于本區南側，溝谷開闊，地形較平坦，季節性小河，距老大井700m處由北西向南東流過，匯入富太河，最大流速0.50 m/s，流量0.051 m3/s。

2.2 水文地質條件

2.2.1 含水層 根據礦區的地層巖性、地下水動力特征及地下水的賦存條件將含水層分為四種類型，詳見圖1。

圖1 石咀銅礦礦區水文地質圖Fig.1 Hydrogeological map of Shizui copper mine

（1）第四系松散孔隙潛水 分布于河谷地帶砂卵石層中，與河水聯系密切，大氣降水及鄰區地下水側向入滲補給，逕流條件良好，以補給河水方式排泄。含水層厚度20～30m，出露泉最大涌水量 10L/s，含水層單位涌水量 0.15～0.25L/s·m。該含水層富水性【2】中等，與深層裂隙巖溶水有著密切的水力聯系，水化學類型為重碳酸鈣鎂型水。

（2）基巖風化裂隙水 賦存于巖漿巖及沉變巖類風化帶的裂隙中，分布礦區大部分地段。含水層厚度受控于風化層厚度變化，一般8～30m，下部風化較弱的巖體具有隔水作用。接受大氣降水及上覆第四系松散孔隙潛水補給，地下徑流方式排泄，受季節影響水量變化大，出露泉涌水量0.071～0.349L/s。含水層富水性、透水性、導水性較差，為弱富水性含水層，水化學類型為重碳酸鈣鈉型水。

（3）基巖構造裂隙水 賦存于成礦后的斷裂及巖層構造裂隙中，富水程底受地形地貌、構造裂隙發育程度及大氣降水控制，接受上覆含水層的補給。礦區主要斷裂有：近東西走向六間房兩條斷裂（F1-1、F1-2），傾向南；西溝兩條斷裂（F2-1、F2-2），走向近東西，傾向北。這四條斷裂不直接穿過礦體，但穿過了南北向控礦構造帶，且成礦后活動時間較長，構通了地表水、淺部地下水與深部基巖地下水之間水力聯系，并形成了深部地下水補給通道，同時也使部分地段礦體頂底板破碎。

另外坑道及礦體局部地段被北東向、北西向和近東西向的次一級斷層錯斷。斷層規模小，但局部成群分布，裂隙發育深度最大數十米，破碎帶富水性中等，涌水量約1L/s。

總體來看礦區內東西向的六間房斷層和西溝斷層為較大的含水體，地下水靜儲量較大，導水性良好。其他斷裂、構造裂隙規模小，富水量有限，導水性一般。

（4）碳酸鹽巖裂隙巖溶水 石咀子組大理巖、硅質條帶大理巖為礦體的圍巖，分布于第四系含水層之下，巖石溶隙、溶洞較發育。加上構造（斷裂、構造裂隙）發育成為地下水活動的良好通道，為碳酸鹽巖溶洞水提供了充沛的補給來源，因而構成礦區的裂隙溶洞含水層。該含水層厚度約650m，其中590m以上導水性、富水性強，地下水以水平和垂向運動為主。巖石溶隙、溶洞及成礦后的構造裂隙直接連通了第四系松散層中的孔隙潛水，含水層涌水量約8.3L/s。

590m以下地下水富水性中等，地下水以垂向滲流運動為主，采礦的坍塌的坑道、豎井以及鉆孔為地下水垂向運動的人為通道。650m以下基巖裂隙不發育，坑道多干燥，地下水多以滴水形式出現，個別掌子面有沿炮眼間斷的指形小股水流出現，且時間持續很短，地下水以垂向運動為主，屬弱含水層。

地下水水化學類型上部為重碳酸鈣鎂水，710m中段及以下為重碳酸鎂鈣水。

2.2.2 隔水層 礦體頂底板直接圍巖以矽卡巖、大理巖、中酸性脈巖為主，巖溶、斷層破碎帶及構造裂隙發育地段為富水地段，其他地段相對隔水。礦帶西側為海西期花崗巖，風化帶以下巖體完整巨厚；東側以板巖為主，傾向西傾角 80°左右，巖體完整性較好，透水性、富水性差，成為礦床東西兩側的隔水層。

3 地下水補給徑流與排泄

自然狀態下礦區內含水層主要接受大氣降水補給，圈嶺河、西溝河和富太河支流從礦區流過。礦區地勢相對較平坦，覆蓋層較厚，徑流條件良好，大量的降水滲入地下，通過地下徑流補給河水或通過礦區向下游徑流。

礦區裂隙水、巖溶水含水層分布連續，隱伏于第四系松散砂卵石層之下。原礦床開采坑道排水，松散孔隙潛水的水位形成了以新大井為中心向南2000m至王家溝，向北1500m至六間房的南北長約3500m，東西寬約450m的不對稱的潛水降落漏斗。漏斗范圍和形狀，與直接隱伏于其下的大理巖和斷層破碎帶走向基本一至。說明潛水與基巖構造裂隙水、巖溶水之間有直接的水力聯系【3】，人工降水改變了地下水徑流與排泄方式。

4 礦坑充水因素

在大理巖層的周圍分布著巖漿巖和沉變巖，巖體巨厚，僅有微弱的風化裂隙水，尚不足以形成涌水量較大的水源?？拥纼扔克畞碓从诘谒南瞪奥咽瘜訚撍?，巖層中的斷裂和溶洞是地下水循環的通路，同時其本身也儲藏著大量的地下水。

坑道內匯水條件：根據原礦山生產期坑內水文地質調查，深層水的活動主要是在巖層的構造破碎帶中，破碎帶在平面上的分布、走向與巖層走向基本一致。屬層間裂隙，為地層褶皺時形成的多羽狀開型。由于地下水的活動，不斷溶蝕和沖刷，使裂隙漸之擴大成溶洞，成為地下水良好的通路，采掘過程中發現較大的溶洞，詳見表1。

表1 大理巖溶洞調查表Table 1 Questionnaire of marble cavern

區內巖層傾向較陡，構造發育，風化裂隙與構造裂隙密切分布，大理巖巖溶發育并與裂隙相通，裂隙基本無填充，給地下水的垂向和水平方向運動構成了良好的運移條件。地表水、潛水與深部地下水通過斷層、裂隙和溶洞聯系，使下部含水層水量豐富?？拥朗┕ぐl現590m中段開拓后，上部各中段的出水點先后干涸，590m中段巷道涌水量顯著增加。而下部中段開拓后，650m以下各中段涌水量顯著減少。590m中段向上至潛水面為地下水經常循環帶【4】，650m 中段以下為遲緩循環帶，590m中段至650m中段為上述二者過渡帶?？拥乐饕渌蛩貫閿鄬?、構造裂隙和溶洞溝通了地表水、淺部地下水與深部地下水之間的水力聯系，屬于水量豐富的巖溶直接充水礦床。

5 礦坑涌水量

5.1 坑道涌水特點

（1）涌水量隨季節而變化 根據以往生產期間資料，本坑坑內涌水鑒于潛水所補給，而潛水與大氣降水關系密切，不同季節坑道涌水量見表2。

表2 1953～1958年度涌水量統計表 （單位m3/min）Table 2 Statistical table of water yield from 1953 to 1958 (m3/min)

從表2可見坑道涌水量變化滯后大氣降水量變化約兩個月，本區年降水量以7、8月份為最多，而坑內涌水量有顯著增加則是9、10月份。大氣降水約通過兩個月左右的時間滲流到300～400m深的坑道中，這種涌水變化在390m以上顯著，當涌水點在530m、590m中段時表現不太明顯。

（2）不同地段涌水量不均 巖層中的斷裂、裂隙和溶洞是地下水循環的通道，同時其本身也儲藏著大量的地下水。當含水帶被坑道或鉆孔揭露時，涌水量一般較大，特別是溶洞被揭露時更為嚴重。如在150m中段南沿坑道打至裂隙溶洞的下部時，地下水以 1.6m3/s的水量沖破坑道頂板而出，在十幾個小時內淹沒了整個坑道。其它破碎地段涌水量也較大，通常在 8.3L/s，但是也有的地段涌水量相差懸殊，充水程度完全取決于巖層的斷裂、裂隙和溶洞的發育程度。雖然含水層富水程度分布在總的方面是有規律的，但是對于局部地段來說卻表現了不均勻性，造成涌水程度上的差別。

（3）不同深度涌水量不同 坑內各中段涌水量和涌水點隨采掘深度增加而減少。地下水的活動在400m以上最為活躍，水量充足，徑流條件好。在此范圍內坑道涌水點多、涌水量大；590m到650m中段的涌水量變化不大且比較穩定， 650m中段以下富水性微弱，未有較大涌水點（表3）。

表3 330～770m各中段涌水量統計表 （單位m3/min）Table 3 Statistical table of water yield for the level at 330～770m (m3/min)

5.2 坑道涌水量預測

根據上述坑道充水因素、坑道位置和以往觀測統計資料，分段對坑道涌水量進行預測估算：330m 中段坑道涌水量為 0.65～1.44Wm3/d；390m 中段坑道涌水量為 0.94～1.64Wm3/d；590m 中段坑道涌水量為 0.60～2.16Wm3/d；650m中段坑道涌水量為0.39～0.58Wm3/d；650m中段以下坑道涌水量小于 0.69Wm3/d。累積疊加650m中段以上各坑道涌水總量最大為：5.82Wm3/d，最小2.58W m3/d。

6 結論及認識

（1）磐石銅礦礦床位于當地侵蝕基準面以下，屬于地下井巷開采，礦坑充水來源為大理巖裂隙溶洞水，屬于以溶洞為主的巖溶直接充水礦床。

（2）坑道主要充水因素為斷層、構造裂隙和溶洞溝通了地表水、淺部地下水與深部地下水之間的水力聯系。

（3）坑道590m中段向上至潛水面為地下水經常循環帶，水量豐富；650m中段以下為地下水遲緩循環帶，水量微弱；590m中段至650m中段為上述二者過渡帶，富水性水中等。

（4）磐石銅礦水文地質條件復雜，地下水循環途徑隨深度變化由多樣性逐漸向單一垂向過渡，坑道涌水量隨采礦深度增加呈非線型遞減趨勢。

1 吉林省地質礦產局.吉林省區域地質志［M］.北京：地質出版社，1988.

2 GB 12719-91，礦區水文地質工程地質勘探規范［S］.

3 王宏珍. 逍遙村水源地巖溶水系統與孔隙水系統關系淺析［J］.河南國土資源1998，（02）.

4 夏雨波，謝海蘭，王冰，等.地下水循環演化模式及研究方法［J］.地質調查與研究2012，（04）.