施 強(qiáng)，張蓬生，孫朝陽，田國強(qiáng)，李騰騰

( 1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 洛陽 471023；2.河南小秦嶺國家級自然保護(hù)區(qū)管理中心，河南，靈寶 472500 )

0 引言

河南老里灣銀礦區(qū)距洛寧縣北15 km，地理坐標(biāo)為東經(jīng)XXX°36′09″—XXX°36′54″、北緯YY°29′00″—YY°30′00″，面積2.12 km2。老里灣銀礦床位于豫西崤山斷隆區(qū)，賦存于老里灣花崗斑巖體內(nèi)，累計(jì)提交銀礦石量為1118.28萬噸，銀金屬量為1961.211 t，銀平均品位為175.38×10-6，是河南省探獲的首個(gè)大型獨(dú)立斑巖型銀礦床。礦體賦存高程-140 m～460 m，厚度為0.60～140.10 m，平均厚度為10.49 m。總體走向330°，傾向NW，傾角60°～65°，頂?shù)装鍑鷰r主要為斑狀二長花崗巖，局部為花崗斑巖、安山巖。

老里灣銀礦是2015年河南省在崤山地區(qū)新發(fā)現(xiàn)的大型銀礦，張國躍等學(xué)者[1-9]多從成礦地質(zhì)特征、地球化學(xué)特征、成礦模式、找礦意義等地質(zhì)角度對該礦床進(jìn)行研究，但對礦床開采技術(shù)條件方面研究較少。本次通過水文地質(zhì)調(diào)查、地下水動(dòng)態(tài)長期觀測、水文地質(zhì)試驗(yàn)等方法，從水文地質(zhì)角度，對老里灣銀礦區(qū)水文地質(zhì)條件進(jìn)行研究，豐富了研究成果；采用水動(dòng)力學(xué)法預(yù)測了礦坑涌水量，為指導(dǎo)礦山開采設(shè)計(jì)提供了科學(xué)依據(jù)，對本地區(qū)開展同類型礦床水文地質(zhì)研究工作，具有重要的參考意義。

1 自然地理概況

該區(qū)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，一年四季分明。根據(jù)洛寧縣氣象局資料：氣候變化極值-19.4℃～39.6℃，多年平均氣溫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，占全年總降水量的51%。年平均蒸發(fā)量1057.5 mm。區(qū)內(nèi)溝谷發(fā)育，呈現(xiàn)嶺谷相間的地貌景觀。水系呈NNW—SSE向分布，屬黃河水系洛河支流，較大的支流有渡洋河、永昌河，由北西向南東呈魚翅狀依次注入洛河。

區(qū)內(nèi)主要河流為渡洋河，由北至南注入洛河。根據(jù)勘探期間在渡洋河及支流一個(gè)水文年的長觀資料(表1)：渡洋河流量范圍為0.910～2.099 m3/s(HL1-1、HL1-2)，支流流量范圍為0.022～1.688 m3/s(HL1-001、HL1-002、HL1-003)，水位變幅在0.1～0.3 m之間。南東部處渡洋河河水面最低高程398.55 m，為區(qū)內(nèi)最低侵蝕基準(zhǔn)面。目前控制的礦體最高高程490 m，最低高程-140 m。礦體礦石量在400 m以上部分約占30%，大部分為混合礦；400 m以下部分約占70%，主要為原生礦[10]。

該區(qū)位于渡洋河兩岸黃土丘陵區(qū)，山川大致呈NW向展布，地形總體北西高南東低，最高海拔高程585.14 m，最低海拔高程398.55 m，相對最大高差約186.59 m。區(qū)內(nèi)地貌類型分為侵蝕構(gòu)造中山、低山丘陵及堆積傾斜平原等(圖1)。

圖1 區(qū)域地形地貌特征簡圖

2 區(qū)域地質(zhì)條件及水文地質(zhì)特征

區(qū)域位于黃土丘陵地區(qū)，形成南北高、中間低、西高東低的“箕”形地勢。最高為鹿山，高程700.2 m，最低點(diǎn)老里灣高程為398.55 m，相對最大高差約302 m。

根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)分區(qū)簡圖(圖2)：中部以興華至韓城一線的洛寧盆地為排泄邊界，北西以郭家坡片麻巖、店子安山巖為隔水邊界，南東以花山到上宮花崗巖、片麻巖山脊分水嶺為隔水邊界，可劃分為河流松散巖類孔隙水區(qū)(Ⅰ)、黃土臺(tái)源松散巖類孔隙水區(qū)(Ⅱ-1、Ⅱ-2、Ⅱ-3)、黃土丘陵松散巖類孔隙水區(qū)(Ⅲ)、花崗巖、片麻巖類裂隙水區(qū)(Ⅳ-1、Ⅳ-2)和安山巖類裂隙水區(qū)(Ⅴ-1、Ⅴ-2)等5個(gè)水文地質(zhì)分區(qū)。老里灣銀礦處于Ⅱ-1區(qū)和Ⅲ區(qū)水文地質(zhì)單元的徑流區(qū)。

圖2 區(qū)域水文地質(zhì)分區(qū)簡圖

區(qū)域地下水主要為孔隙水，次為裂隙水?？紫端饕x存于第四系全新統(tǒng)沖洪積含水巖層，單井涌水量范圍為500～1000 m3/d，水位埋深0.47～27.3 m，地下水類型為HCO3-Ca型；第四系中更新統(tǒng)底部和新近系洛陽組中細(xì)砂含水巖層次之，泉水涌水量多小于0.018～0.1 L/s，地下水類型為HCO3-Ca型，礦化度0.25～0.5 g/L。裂隙水賦存于長城系熊耳群許山組、燕山期花崗斑巖等基巖裂隙中，民井涌水量20～480 m3/d，泉水涌水量0.01～0.17 L/s，地下水類型為HCO3-Ca·Mg型。

3 礦區(qū)水文地質(zhì)

3.1 地層

區(qū)內(nèi)出露地層主要為熊耳群許山組陸相火山巖系，巖性以安山巖為主，夾杏仁斑狀安山巖、流紋巖，地層走向南西，傾向SE，傾角29°～34°，局部變緩為15°±。產(chǎn)狀134°～145°∠15°～34°；第四系沖洪積黃土狀粉質(zhì)黏土、粉土分布廣泛，厚8.3～12.6 m。

3.2 構(gòu)造

斷裂比較發(fā)育，表現(xiàn)出多期次活動(dòng)、力學(xué)性質(zhì)具多次轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)。按展布方向可分四組：NE向(50°～65°)、NW向(300°～335°)、近SN向(340°～0°)、近EW向(80°～90°)，其中以NE向、NW向最為發(fā)育，近EW向斷層最少。各方向的斷層相互穿切，形成了區(qū)內(nèi)格網(wǎng)狀構(gòu)造格局。NW向的F1斷裂是區(qū)內(nèi)重要控礦、儲(chǔ)礦和導(dǎo)水構(gòu)造。

3.3 巖漿巖

主要為老里灣巖體，地表出露面積約0.5 km2，平面上呈不規(guī)則橢圓狀，長軸方向近NW向，長1000余米，東西寬580余米。垂向上呈向北東傾斜的歪斜桶狀。巖體主要巖性為花崗斑巖、斑狀二長花崗巖和條帶狀花崗巖、細(xì)?；◢弾r，具有脈動(dòng)侵入特征，采用全巖Rb-Sr法測年，為(149±11) Ma，屬燕山期巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物[1]。

3.4 含水巖組及其富水性

3.4.1 松散巖類含水層

全新統(tǒng)砂、卵石含水層：分布于渡洋河及支流的階地、河漫灘淺部(圖3)，分布高程范圍為395～415 m。厚1～5 m，最大厚度為10 m，民井涌水量0.112～0.303 L/s。如SJ1民井，單井涌水量為0.303 L/s，降深0.78 m，單位涌水量為0.388 L/(s·m)(表2)，滲透系數(shù)為26.79 m/d，中等富水性。地下水類型為HCO3·SO4-Ca型，礦化度0.47～0.76 g/L。

圖3 礦區(qū)水文地質(zhì)圖

表2 民井、泉水、鉆孔及老硐水文地質(zhì)特征

第四系中更新統(tǒng)中細(xì)砂含水層：廣布于渡洋河兩側(cè)河流階地及山脊兩側(cè)。厚3.2～5.6 m。該含水層具一定的承壓性，上部有一部分為上部滯水，沒有統(tǒng)一的地下水位。單井涌水量約為1.3 m3/h，泉水涌水量0.018～0.070 L/s，弱富水性。地下水類型為HCO3-Ca型，礦化度0.53 g/L。

3.4.2 基巖裂隙水含水層

花崗巖類裂隙含水層：分布高程520.40～407.96 m，含水層主要賦存在花崗巖的各類裂隙內(nèi)，地表風(fēng)化層厚度一般為1.10～19.77 m；中深部的裂隙發(fā)育程度受地形條件和距構(gòu)造帶遠(yuǎn)近等因素制約，巖石堅(jiān)硬，裂構(gòu)造不發(fā)育，涌水量0.00025 L/s(SHK309注水孔)，呈弱富水性；靠近構(gòu)造帶處，裂隙較發(fā)育，透水性較強(qiáng)，據(jù)LD1老硐觀測：NW331°～345°和近EW71°～81°兩組裂隙發(fā)育，涌水量0.054 L/s，弱富水性。地下水類型為HCO3-Cl·Na和HCO3-Ca·Na型，礦化度稍高，為0.63～0.83 g/L。

安山巖類層狀基巖裂隙含水層：含水層賦存在各類安山巖的風(fēng)化裂隙內(nèi)，分布高程527.0～400.87 m，淺部風(fēng)化帶厚度為0.7～1.6 m，下部裂隙不發(fā)育，未發(fā)現(xiàn)有鉆孔涌(漏)水現(xiàn)象。泉水涌水量0.027 L/s，弱富水性。地下水化學(xué)類型主要為HCO3-Ca型。

3.5 隔水層

1)松散層隔水層：主要分布于山脊兩側(cè)，巖性為中更新統(tǒng)黃色厚層狀粉質(zhì)黏土，夾多層鈣質(zhì)結(jié)核薄層組成，最大厚度為80 m。

2)基巖隔水層：巖性為熊耳群許山組火山巖類巖石、燕山期花崗斑巖等，裂隙多閉合或被巖脈、各類礦脈充填，在極少量張開裂隙中含脈狀水，水位埋深1.83～158.06 m。

3.6 斷層破碎帶水文地質(zhì)特征

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，性質(zhì)多為張性斷層，構(gòu)造破碎帶以NW向(如F1)、NE向(如F3)、SN向(如F2、F5)為主，最大厚度達(dá)150 m(F1)，最小厚度僅2 cm(F21)。含水巖層由蝕變花崗巖、構(gòu)造角礫巖、碎裂巖等組成，膠結(jié)物為巖屑及巖粉，膠結(jié)疏松。含水層富水性不均一，在構(gòu)造帶追蹤轉(zhuǎn)折部位、斷裂交匯部位，受構(gòu)造應(yīng)力作用影響，圍巖及礦體引張裂隙發(fā)育，形成貯水帶(體)，富水性中等。根據(jù)SHK309抽水試驗(yàn)，涌水量8.278 L/s，降深46.66 m，單位涌水量0.177 L/(s·m)，滲透系數(shù)0.0548 m/d，中等富水性。

3.7 地下水補(bǔ)給徑流與排泄

地下水補(bǔ)給、徑流和排泄條件受區(qū)域地質(zhì)、地貌和人為等因素的控制[11-12]。區(qū)內(nèi)地下水主要接受大氣降水的補(bǔ)給，其次是斷裂破碎帶的導(dǎo)水，通過基巖裂隙和斷層直接補(bǔ)給。淺表地下水由階地后緣向河谷徑流，然后流出地表，排泄給河水；人畜用水和農(nóng)田灌溉井抽水是地下水的第二個(gè)排泄途徑。中深部的地下水主要通過導(dǎo)水破碎帶流動(dòng)，在地表以下降泉的形式排泄。

3.8 礦床充水因素

1)大氣降水為礦床的主要充水水源。大氣降水一方面直接通過坑道口進(jìn)入坑道，在雨季應(yīng)注意防范洪水。另一方面通過各個(gè)含水層，以構(gòu)造導(dǎo)水和滲透的方式進(jìn)入礦床。

2)地表水為礦床的次要充水水源。區(qū)內(nèi)控礦的F1斷層在地表與渡洋河走向總體一致，且有部分相重疊，雖有蝕變花崗巖的隔水，地表水與礦床地下水的水力關(guān)系不密切，但不排除有部分地表水可通過基巖裂隙和斷層裂隙深入礦床。

3)地下水。淺表地下水主要賦存于花崗巖、安山巖裂隙水含水層中，富水性弱，是礦床的主要充水因素。其充水通道為滲透和構(gòu)造裂隙導(dǎo)水，對礦床充水的影響較小。中深部地下水主要賦存與構(gòu)造破碎帶和構(gòu)造裂隙中，水文地質(zhì)邊界較復(fù)雜，中等富水性，通過SHK309鉆孔抽水，最大涌水量達(dá)8.278 L/s，礦坑涌水與斷層發(fā)育關(guān)系密切，是礦床充水的主要因素。開采時(shí)應(yīng)注意因水壓的急劇降低導(dǎo)致的涌水現(xiàn)象，初期可能涌水較多，后期隨著壓力的降低，涌水量很快減少，對礦床開采影響不大[13]。

4)老窿水。區(qū)內(nèi)有少量古采坑道，多位于淺部，由于區(qū)內(nèi)巖石主要為隔水巖層，老窿內(nèi)有一定的積水，在開采時(shí)也要注意，對礦床充水影響很小。

總之，礦區(qū)地形北西高南東低，溝谷發(fā)育，有利于地下水的排泄；主要礦體位于侵蝕基準(zhǔn)面以下，渡洋河流經(jīng)礦區(qū)，流量2.099 m3/s，由于礦體及圍巖主要為花崗巖，隔水性較好，地表水與地下水的水力聯(lián)系較弱，流量不大，為礦床的次要充水因素。本區(qū)含水層的富水性不均一，第四系松散巖類孔隙水單位涌水量0.388 L/(s·m)，中等富水性，含礦地區(qū)大部分無第四系覆蓋，與礦體之間基本無水力聯(lián)系；基巖裂隙水泉水涌水量0.027 L/s，弱富水性；斷層破碎帶單位涌水量0.178 L/(s·m)，中等富水性，為礦體直接頂板充水含水層，屬水文地質(zhì)條件中等的裂隙充水礦床。

4 涌水量預(yù)測

花崗斑巖、安山巖為隔水層，渡洋河從礦體西、南邊界通過，故將北區(qū)、東區(qū)概化為隔水邊界。礦坑形態(tài)為不規(guī)則的矩形，可概化為圓形大井，故涌水量采用直線邊界附近“大井公式”計(jì)算。本次抽水孔深150 m，結(jié)構(gòu)為完整井，故預(yù)測涌水量在高程300 m以上范圍。按水動(dòng)力學(xué)法中的“大井法”預(yù)測未來礦坑涌水量。

滲透系數(shù)選擇公式(1)：

(1)

式中：K為滲透系數(shù)，m/d，；Q0為抽水孔涌水量，m3/d，(29.8 m3/h=715.2 m3/d)；R為影響半徑，m，斷層F1至最東邊花崗巖與安山巖和第四系分界為圓形的半徑，本次取220 m；r0為大井半徑，m，以首采邊界ZK17至ZK15為圓形的半徑，取75 m；M為含水層厚度，m；S0為降深，m。

礦坑涌水量預(yù)測選擇公式(2)[14-16]：

(2)

依據(jù)通過鉆孔水文地質(zhì)編錄、抽水試驗(yàn)得到地下水相關(guān)參數(shù)(表3)，對井筒涌水量進(jìn)行計(jì)算。

表3 計(jì)算礦井(坑)涌水量參數(shù)

按上述參數(shù)，預(yù)測礦坑涌水量為1018.55 m3/d。

根據(jù)老里灣銀礦360中段2017—2018年一個(gè)水文年的坑道排水資料(360 m中段高程)，日抽水時(shí)間為8～13 h，可將坑道存水疏干，開拓坑道日排水量在763.63～913.39 m3之間，平均日排水量為831.31 m3(表4)，雨季日最大排水量為973.57 m3(2017年9月22日)，與預(yù)測礦坑最大涌水量誤差率為20.3%，允許誤差達(dá)到B級，預(yù)測的礦坑最大涌水量基本符合實(shí)際情況。

表4 老里灣銀礦360中段坑道排水量統(tǒng)計(jì)

根據(jù)相鄰礦區(qū)排水經(jīng)驗(yàn)，最大礦坑涌水量取預(yù)測礦坑涌水量的1.2倍[10]，因此本礦區(qū)最大礦坑涌水量為1222.26 m3/d。

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

本文基于已有水文地質(zhì)調(diào)查成果、勘探資料，對老里灣銀礦區(qū)斑巖型金屬礦床的水文地質(zhì)條件進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)，詳查查明了礦區(qū)開采技術(shù)條件，研究成果如下：

1)研究區(qū)根據(jù)不同地貌單元、含水層巖性劃分了兩類含水層、5個(gè)水文地質(zhì)分區(qū)，老里灣銀礦位于Ⅱ-1區(qū)、Ⅲ區(qū)水文地質(zhì)單元的徑流區(qū)。

2)大氣降水是礦床主要的充水水源，在構(gòu)造斷裂轉(zhuǎn)折、交匯部位富水性較強(qiáng)，是礦床充水的最主要因素，屬水文地質(zhì)條件中等的裂隙充水礦床 。

3)通過水動(dòng)力學(xué)法(大井法)，結(jié)合相鄰礦區(qū)排水經(jīng)驗(yàn)，預(yù)測了礦坑涌水量，礦坑最大涌水量為1222.26 m3/d。

5.2 建議

1)F1控礦斷層在地表與渡洋河相交，不排除部分地表水通過各類裂隙滲入礦床的可能。因此在礦山開采過程中，建議加強(qiáng)開采技術(shù)條件研究，防止地表水與爆破裂隙及構(gòu)造裂隙的聯(lián)通，從而導(dǎo)致礦坑突水事件的發(fā)生。

2)礦山生產(chǎn)過程中，加強(qiáng)水文地質(zhì)、工程地質(zhì)工作，嚴(yán)防開采過程中水文地質(zhì)、工程地質(zhì)問題的發(fā)生。

3)注意坑道地下水長期觀測，掌握地下水動(dòng)態(tài)規(guī)律，為地下水資源評價(jià)和防治提供依據(jù)。