石人沟铁矿水文地质条件分析

苏明伟 潘 伟 姜建山

(河北省地矿局第二地质大队 唐山 063000)

1 区域水文地质条件

矿区地貌特征北高南低，即自北向南由中低山区过渡到低山丘陵区至山间盆地，海拔高度自988 m逐渐降至60 m。区内沟谷发育，北部山区现代地貌作用以流水侵蚀为主，地形切割强烈，沟谷纵横，盆地边缘发育一连串冲、洪积堆。区内分布的变质岩类、岩浆岩类和碎屑岩类地层普遍含有各种类型的裂隙水，均属弱含水层，补给来源为大气降水。松散的第四系地层含有孔隙潜水，基于所处位置不同，岩性厚度不一，富水性相差较大，单位涌水量最大可达63.1 L/s·m，渗透系数最大162 m/d。

2 矿区水文地质条件

2.1 含水层分布特征

根据矿区地层岩性，地下水赋存条件及水动力特征，划分为三个含水组。

(1)第四系冲、洪积层孔隙含水组

分布在矿区东西两侧河谷地带，含水层岩性为卵砾石、中粗砂，分选性差，含水层厚度5～12 m，水位埋深0.59～10.62 m，水位变幅1～7 m。靠近山麓地带渗透系数53.32 m/d，单位涌水量3.83 L/s·m。地下水化学类型为HCO3-Ca·Mg，矿化度小于500 mg/L。

(2)太古宇片麻岩风化裂隙潜水含水组

矿区片麻岩风化裂隙发育，根据钻孔资料，裂隙随深度增加而减少，但在水平、垂直方向上裂隙发育具有不均一性，风化带深度30～100 m。受当地居民自用井影响，第四系与基岩风化带水位已联通，为统一水位。含水层渗透系数为0.042～0.227 m/d，单位涌水量0.006～0.04 L/s.m。地下水化学类型较复杂，水质类型分别为HCO3·SO4-Ca·Mg、HCO3·SO4-Ca、SO4·HCO3-Ca·Mg、SO4-Ca·Mg型，矿化度小于500 mg/L。

(3)太古宇片麻岩构造裂隙承压水含水组

矿区含水层主要由断层破碎带、构造裂隙密集带组成，受构造控制，不受深度影响。地下水属似层状、脉状承压裂隙水。含水层渗透系数0.033～0.604 m/d，单位涌水量0.006～0.519 L/s.m。地下水化学类型为SO4·HCO3-Ca和SO4·HCO3-Ca·Mg型，矿化度325.5～504.1 mg/L。

2.2 各含水层之间水力联系

矿区地表岩性主要为粉土、粉质粘土；施工钻孔中未见连续、稳定隔水层，仅在个别钻孔有厚约1.3 m粉土、粉质粘土。当地民井多为第四系孔隙水与基岩风化裂隙水的混合井(当地民井多打到基岩强风化带)，目前矿区第四系孔隙水与基岩风化裂隙水为统一水位，但受基岩弱风化带相隔(K=0.042～0.227 m/d，为弱透水岩层)，第四系孔隙水与基岩构造裂隙水联系微弱。

2.3 地下水补径排条件

矿区第四系松散岩层孔隙水补给来源为大气降水和基岩裂隙水侧向渗流补给，基岩风化裂隙水和构造裂隙水主要补给来源为大气降水。地下水径流方向随着地形的变化由山前向山间河谷平原流动，山间河谷平原地下水则基本自北向南流动。受矿山疏干影响，采区已形成人工降落漏斗，其影响半径以内的含水层地下水向采区流动。地下水排泄以人工开采为主，少量为侧向径流及陆面蒸发。据统计，矿山自2010年10月至2012年9月平均日排水量7361 m3/d 。

2.4 矿区主要供水含水层水位动态

通过水文地质勘察工作对矿区主要供水含水层分枯、丰、平水期进行了水位统测，从统测结果来看，矿区主要含水层受大气降水影响较明显。矿区第四系孔隙水水位埋深总体趋势为从北向南逐渐变深，个别地区由于受到地形影响，埋深会出现较大或较小情况。其水位埋深随季节性变化较大，枯水期水位埋深1.52～21.65 m，丰水期水位埋深0～9.15 m，根据钻孔水位显示，受到矿区排水影响，临近矿区水位埋深逐渐变深，其水位埋深亦随季节性变化较大，根据动态长期观测孔资料，水位年变幅可达22 m。

本区地下水主要接受大气降水补给，排泄方式除人工开采外，少量为侧向渗流及陆面蒸发，其年季变化过程按不同含水层分述如下，第四系、基岩含水层水位曲线见图1、图2。

(1)第四系孔隙水及基岩风化裂隙水

地下水位相对稳定期：自2月至4月，地下水补给与排泄量相当，地下水位较为稳定。

地下水位下降期：自5月至6月中旬，由于降水量小于排泄量及开采量和蒸发量，造成地下水消耗量大于补给量，使地下水位下降。

地下水位回升期：每年6月中旬至8月中旬，降水量增加，且农业灌溉用水量较少，地下水得到充分补给，补给量大于排泄量，使水位回升，尤其是7月份，水位回升明显，8月中旬达到最高值。

地下水位二次下降期：每年8月中旬至12月份，由于降水量减少，地下水天然排泄量增加，水位亦有缓慢下降趋势。

图1 S23点2012年第四系地下水长期观测曲线

(2)基岩构造裂隙水

地下水位相对稳定期：2月，地下水补给与排泄量相当，地下水位较为稳定。

地下水位下降期：自2月至5月中旬，由于降水量小于排泄量及开采量，造成地下水消耗量大于补给量，使地下水位下降。

地下水位回升期：每年5月中旬至7月，降水量增加，地下水得到充分补给，补给量大于排泄量，使水位回升，尤其是7月份，水位回升明显，7月底达到最高值。

地下水位二次下降期：每年8月至12月份，由于降水量减少，地下水天然排泄量增加，水位亦有缓慢下降趋势。

图2 S35点2012年基岩地下水长期观测曲线

2.5 矿区水质分析

水质监测分枯水期、丰水期、平水期三期监测，每期连续两天取样。水样分析项目为：酸碱度、高锰酸盐指数、溶解性总固体、硫酸盐、氨氮、硝酸盐(以氮计)、亚硝酸盐(以氮计)、铜、铁、锌、锰、六价铬、铅、镍、砷、汞、镉、总大肠菌群、细菌总数、氟化物、总硬度，共21项。

(1))第四系孔隙水

枯水期水质超标项目硝酸盐(14.3%)、亚硝酸盐(14.3%)、总大肠菌数(64.3%)和菌落总数(14.3%)等4项；丰水期水质超标项目为总硬度(14.3%)、铁(14.3%)、硝酸盐(42.9%)、亚硝酸盐(14.3%)、硫酸盐(21.4%)和总大肠菌数(64.3%)等6项；平水期水质超标项目为铁(14.3%)、硝酸盐(7.1%)、亚硝酸盐(14.3%)、总大肠菌数(14.3%)等4项。由三期水质分析成果可以看出，矿区第四系孔隙水超标项目主要为总大肠菌群数(所占比例为52.4%)，说明污染已很普遍，而其余超标项目则多分散在1～2监测点，还没有扩散到全区；用三期水样分析成果进行对比，总体来说丰水期水质最差，7个监测点共有6项超标项目，14件水样中有13件水样存在超标项，造成矿区丰水期水质比枯水期、平水期差的原因，据分析可能是由于近年来当地农业生产所用农药化肥及生物肥料逐渐增多，而当地多为大口水井(最大直径近30 m)，井口多无防护，雨季时造成地表残留的农药化肥等污染物进入井中或渗入地下，造成了污染。

(2)基岩构造裂隙水

枯水期水质超标项目为铁(8.3%)、硝酸盐(16.7%)、总大肠菌数(33.3%)、菌落总数(16.7%)等4项；丰水期水质超标项目pH(14.3%)、总硬度(14.3%)、硝酸盐(28.6%)、硫酸盐(14.3%)、铁(28.6%)、氨氮(14.3%)、亚硝酸盐(28.6%)、总大肠菌数(14.3%)和菌落总数(14.3%)等9项；平水期水质超标项目pH(7.1%)、总硬度(14.3%)、硝酸盐(28.6%)、硫酸盐(14.3%)、氨氮(14.3%)、亚硝酸盐(14.3%)、总大肠菌数(28.6%)和菌落总数(21.4%)等8项。由三期水质分析成果可以看出，矿区基岩构造裂隙水超标项目主要为硝酸盐、总大肠菌群和菌落总数这三项监测项目(所占比例分别为25%、25%、17.5%)，而其余超标项目则多分散在1～2监测点(所占比例最高为亚硝酸盐的15%)。用三期水样分析成果进行对比，丰水期、平水期水质较差，7个监测点分别有9、8项超标项目，14件水样中分别有8、11件水样存在超标项。造成矿区丰水期、平水期水质较差的原因，据分析可能是由于近年来当地农业生产所用农药化肥及生物肥料逐渐增多，而雨季雨水较丰沛且降雨较集中(尤其是2012年7月21日至8月5日期间，7月22日遵化地区日降雨量达到了261.8 mm)造成地表残留的农药化肥等污染物渗入地下，造成了污染。

2.6 矿坑涌水量预测

由于矿床远离第四系地层，且受基岩弱风化带相阻，第四系孔隙水对矿床充水影响较小，矿床充水因素主要为风化裂隙水和构造裂隙水，大气降水为矿床充水的因素。风化裂隙水和构造裂隙水可视为无限边界含水层。矿体边界条件清楚，北部由F10断裂将其与花椒园矿段分开，南部由F5断裂将矿体切断，形成南北长，东西窄的矩形矿床。采用了水文地质比拟法及数值法对矿坑涌水量进行了预测，预测结果见下表。

矿坑涌水量估算表 单位：m3/d

3 结论

项目对矿山开采对周围地下水环境的影响进行了预测，认为矿山采用充填法的开采方式，边采矿边回填，各中段矿体采完之后，采空区也会被填充完毕，而且由于深度较大，同顶部第四系基本没有联系，若矿区附近村庄以第四系地下水为主要用水水源，那么由于矿区第四系含水层比较薄，地下水储存量小，由于矿床顶部为含水微弱的片麻岩，具有一定的阻水作用，因此矿区开采对采区影响范围内的第四系含水层孔隙水影响很小；若矿区附近村庄以基岩裂隙水为主要用水水源，矿区开采则可能会对其产生一定的影响。在矿区内设立了地下水动态观测点，建议矿山利用这些观测点，建立地下水监测网，设立专业人员，对地下水进行监测。

[1]河北钢铁集团矿业有限公司石人沟铁矿深部扩界环评水文地质补充勘察报告,2013年.

[2]李常.矿区水文地质勘探[J].科技与企业,2014(8):149.

[3]王盛,许亚军.矿区水文地质勘探关键问题的探讨[J].矿业工程,2009(3).

[4]王大纯,张人权,史毅虹等.水文地质学基础[M].北京:地质出版社,2005.