广东省江门市新会区吉坑尾建筑用花岗岩矿区专项水文地质研究_田辉.pdf

2021年第1期西部探矿工程 * 收稿日期 2020-04-30修回日期 2020-05-07 作者简介 田辉 （1973-） ， 男 （汉族） ， 甘肃会宁人， 工程师， 现从事煤田地质、 水文地质工作。 广东省江门市新会区吉坑尾建筑用花岗岩 矿区专项水文地质研究 田辉* （广东煤炭地质二○二勘探队， 广东 广州 510800） 摘要 全面研究了江门市新会区吉坑尾建筑用花岗岩矿区的水文地质条件； 矿床水文地质特征及 矿坑充水因素、 来源和方式。并重点解决以下二个问题 通过水动态变化分析来评价矿区开采对临 近的石井坑水库和吉坑水库的影响； 通过矿坑涌水量预测为矿山将来开采应采取的防排水措施提供 数据支撑。最后将该矿区的水文地质条件划分为简单类型。 关健词 水文地质条件； 隔水层； 含水层； 涌水量； 地表水； 地下水 中图分类号 P58 文献标识码 A 文章编号 1004-5716202101-0166-04 根据2019年底以来广东省建筑石料资源保障工作 相关文件精神， 新立建筑石料矿山必须储量大、 产能 高。受各种因素限制， 在矿区面积无法加大的情况下， 为了满足资源量的要求， 各新立矿山就尽可能降低最 低采高。为确保矿山安全环保的开发利用资源， 开展 较深入的水文地质研究工作就势在必行。本文意图通 过对江门市新会区吉坑尾建筑用花岗岩矿区水工环地 质专项研究， 来为广东省新立建筑石料矿山提供研究 范本， 并请各位同行批评指正。 1矿区水文地质条件 吉坑尾建筑用花岗岩矿区位于江门幅1 ∶ 20万区域 水文地质单元东北部的小水文地质单元中。调查区自 然排泄面标高取矿区西部鱼塘水位最低标高10.0m。 矿区拟设最低采高-50m。 1.1地形地貌 本区地貌属构造侵蚀丘陵， 山体标高一般为50～ 200m， 总体地形中部高， 四周低。最高点位于矿区南东 部的学堂山顶， 海拔标高202.3m， 最低采坑1-25.0m， 最大高差227.3m， 地形切割一般， 山坡一般坡度在 15～25，局部见大于30。当地最低侵蚀基准面大体 位于矿区西部农田一带， 海拔标高约4.0m。 1.2气象 矿区地处北回归线以南， 属南亚热带季风气候， 冬 无严寒， 夏无酷暑， 全年温和湿润， 无霜期达354d； 年平 均气温21.6C； 极端最高温37.5℃ ， 极端最低温0℃； 年 平均日照时数为1797.8h， 年平均雨量1774.1mm， 多集 中于 7～8 月， 年最大降雨量 2500mm， 年均蒸发量 1638.8mm， 湿度60～90； 降雨集中分布在3～9月， 6～8 月 为 雨 季 汛 期 ， 历 年 雨 季 日 平 均 降 雨 量 为 10.6mm， 最大日降雨量为232.0mm。常年主导风向是 北风和东南风， 月平均风速最大的1月份为4.5m/s， 最 小的12月份为1.3m/s， 全年平均风速2.5m/s。区内自 然灾害有低温阴雨、 寒露风、 龙舟水、 龙卷风及霜冻。 1.3地表水 拟采区地表水体不发育， 无较大地表水体， 仅散布 有几条季节性溪流； 呈树枝状分布， 总体流向为自矿区 中山脊流向四周流动， 流经周边鱼塘、 小河后， 最终汇 集于潭江。由于区内山体较陡， 有利于大气降水汇集 及地下水的排泄， 雨季时易形成山洪。矿区外围的地 表水体发育， 分布有大量的鱼塘还有二个水库 （矿区东 侧的石井坑水库和吉坑水库） 和采坑积水 （采坑1） ， 但 各个地表水体的水量不大， 一般不大于10000m3， 最大 单体石井坑水库储水量约100000m3， 吉坑水库储水量 约80000m3， 主要靠大气降雨补给。 1.4地下水 根据矿区出露地层岩石的含水特征， 区内地下水 类型主要为块状岩类裂隙水， 次为松散岩类孔隙水。 1.4.1松散岩类孔隙水 166 2021年第1期西部探矿工程 主要分布在矿区残坡积砂质粘性土中， 没有固定 的含水层， 雨季局部饱水， 枯季基本无水。目前矿区已 经部分已经剥离， 仅在未剥离区有分布， 由于处于地下 水补给区， 地形相对较高， 一般不含水， 水量贫乏， 对矿 山开采影响轻微。 1.4.2块状岩类裂隙水 赋存于燕山旋回第三期[γ523]花岗岩体上部的风化 裂隙带之中， 分布于矿区的沟谷低洼地带及鱼塘溪流 周边， 该层水为潜水， 岩性为裂隙较发育的强中风化花 岗岩。通过水文钻孔岩芯观测， 岩芯呈碎块状或柱状 产出， 裂隙面有水蚀痕迹， 风化花岗岩岩芯RQD均值 19.3。裂隙面偶见地下水活动的痕迹， 铁质侵染。 钻机钻进过程中未见漏水现象， 根据矿区五个钻 孔 （ZK1、 ZK2、 ZK3、 ZK0806、 ZK0808） 注水实验结果， 本场地范围内透水率在 0.02～9.31m/s， ZK3 的 30～ 35m渗透性等级为弱透水； 其余测试深度范围内， 渗透 性等级为微极微透水。 1.5区内隔水相对隔水层 1.5.1第四系残坡积层 主要分布于鱼塘、 溪流及沟谷低洼地带的第四系 残坡积层， 局部物质成分主要为粘土、 粉质粘土、 砂质 粘性土等， 结构松散， 粘结性较好， 透水性差， 含水性 差。通常起到隔水层的作用。 1.5.2黑云母二长花岗岩[γ523] 分布于整个矿区， 埋藏较浅， 除浅部风化、 半风化 层含有块状岩类裂隙水外， 深部均形成隔水岩体。岩 石一般呈浅肉红色， 局部呈灰或浅灰色， 矿物粒度较均 匀， 以中粒、 斑状花岗结构为主， 局部细粒结构， 致密块 状。岩石新鲜， 完好， 坚硬， 含水裂隙发育程度弱， 导水 性差， 富水性弱。从岩性和本次详查综合分析的情况 来看， 微未风化岩体可划为隔水层。 1.6地下水的补给、 径流和排泄 根据矿区泉水点调查， 泉水点沿山沟出露， 出露标 高较低， 区内地下水有径流路途短的特点， 往往在地形 低洼处以下降泉形式排泄； 裂隙含水层的水位起伏较 大。在侵蚀基准面之下， 径流相对缓慢。矿区周边鱼 塘为地下水及地表水的主要排泄通道。 1.7地表水、 地下水动态 在拟采区南部采坑 （采坑编号采坑1） 泉水 （泉水编 号QS7） 出口处安装水表观测它的涌水量， 每天观测一 次， 它的平常流量在8.5～12.0m3/d， 2018年6月8日， 它 的流量为8.92m3/d， 当天矿区及周边下大雨，之后3d天 气变晴， 下雨之后第二天即 6 月 9 日测得其流量为 9.86m3/d， 6月9日流量为10.03m3/d， 6月13日流量为 10.86m3/d， 6月14日流量变小为9.97m3/d， 之后逐渐变 小， 到6月26日变为8.86m3/d。由此可以看出， 采坑周 边附近的地下水受降雨影响较大， 比降雨迟后1d， 降雨 对地下水的影响可以持续3d或者更长以上。 以上资料证明地下水动态变化主要受大气降水影 响， 地表水 （含石井坑水库和吉坑水库） 对地下水动态 影响不大。 1.8地表水与地下水的水力联系 地下水与地表水之间的水力联系总的趋向是， 雨 季地表水补给地下水， 旱季地下水以泉水形式补给地 表水。矿区地下水多数主要是靠大气降水的渗入补 给。大气降水之后， 一部分水通过地表径流从高地往 低洼处流， 而另一部分水则通过入渗的形式补给裂隙 含水层。地表固定水点如鱼塘、 溪流、 水库对地下水的 补给少。 1.8.1山塘、 鱼塘、 溪沟水与地下水的联系 山塘、 鱼塘、 溪沟水主要通过第四系地层的渗透补 给地下水， 但由于第四系地层主要由粘土、 淤泥、 粉质 粘土组成矿区范围内未见有砂层， 透水性较差， 富水 性弱。因此认为， 山塘、 鱼塘、 溪沟水与地下水的联系 较弱。 1.8.2石井坑水库和吉坑水库水与拟采区地下水的水 力联系 现有勘查成果资料表明， 石井坑水库和吉坑水库 水与地下水的水力联系弱， 主要依据有三个 一是根据 ZK01、 ZK02、 ZK03、 ZK0806、 ZK0808号钻孔的注水实 验结果分析； 二是主要水化学成分不同； 三是石井坑水 库河床基岩的水文地质特征。下面分述之 （1） ZK01号水文钻孔距石井坑水库约220m， 注水 试验的含水层位于水库水位下方， 但补给极差， 因涌水 量非常小， 无法进行抽水试验， 只能用注水试验来测定 岩层渗透系数， 试验结果表明 本场地范围内透水率在 0.02～9.31m/s， ZK3的30～35m渗透性等级为弱透水； 其余测试深度范围内， 渗透性等级为微极微透水。 另外， ZK0808号水文钻孔距吉坑水库约310m， 观测结 果与ZK01号水文钻孔情况相似， 由于石井坑水库和吉 坑水库周边岩层渗透性极差， 所以地下水与石井坑水 库和吉坑水库的地表水的水力联系也极差。 （2） 石井坑水库水位一般为 21.0～25.6m 标高， 吉坑水库水位一般为 21.0～31.6m 标高， 采坑 1 水 167 2021年第1期西部探矿工程 位-25～-20m标高。本次石井坑水库水样 （S2） 、 吉坑 水库水样 （S3） 和采坑1水样 （S1） 水质对比结果， 二者 的水化学类型不同， 石井坑水库和吉坑水库水质属 HCO3-CaNa型水， pH值6.81～6.91， 弱酸性； 采坑1 水质属HCO3SO4Ca型水， pH值7.92， 弱碱性。证明 石井坑水库和吉坑水库与地下水的水力联系差， 没有 对采坑1通过地下水大量补给。 （3） 石井坑水库和吉坑水库河床地层的水文地质 特征。据收集的石井坑水库和吉坑水库地质资料， 水 库及周边岩性为从上而下为粘土、 风化、 半风化黑云 母二长花岗岩、 新鲜黑云母二长花岗岩。本次在水库 边施工 ZK01 号和 ZK0808 号水文孔， ZK01 号孔口标 高64.00m。0～3.5m为残坡积层； 3.5～33.0m为风化 黑云母二长花岗岩， 其余为新鲜黑云母二长花岗岩。 ZK01号孔涌水量极小， 进行注水试验结果表明， 其透 水率为q0.03～0.1Lu， 属极微透水； ZK0808号孔口标 高113.23m。0～3.8m为残坡积层； 3.8～10.7m为风化 黑云母二长花岗岩， 其余为新鲜黑云母二长花岗岩。 ZK0808号孔涌水量极小， 进行注水试验结果表明， 其 透水率为q0.02～0.08Lu， 属极微透水； 矿区及其附近 区域内， 水库水与黑云母二长花岗岩相接。下伏基岩 仍为黑云母二长花岗岩， 分布较连续、 稳定， 裂隙不发 育， 富水性差， 属隔水层。 上述分析表明， 石井坑水库和吉坑水库水与地下 水的水力联系弱。 2矿床水文地质特征及矿坑充水因素、 来源和方式 2.1矿床水文地质特征 区内矿体属建筑用花岗岩矿矿体， 矿体赋存于整 个拟设矿区范围内的花岗岩岩体中， 受矿区范围限制， 矿体整体呈南北向展布， 南北长约1350m， 东西宽约 800m， 拟设最低采高-50m； 从工程揭露情况看， 矿体平 均厚度约102m， 覆盖层平均厚度18.15m。矿体围岩也 是黑云母二长花岗岩。 2.2充水因素的分析 2.2.1石井坑水库和吉坑水库 本次工作查明， 水库周边的岩性， 表层为粘土， 往 深部为风化、 半风化黑云母二长花岗岩、 新鲜黑云母二 长花岗岩。本次工作在水库边上施工二个水文孔 ZK01 和 ZK0808。钻孔揭露该地段残坡积层厚度 3.50～3.00m； 风化黑云母二长花岗岩厚度9.9～29.5m； 深部为新鲜黑云母二长花岗岩， 透水性差。石井坑水 库和吉坑水库对矿床冲水影响微弱。 2.2.2第四系冲洪积含水层 矿区范围内第四系冲洪积含水层属松散岩类空隙 含水层， 该层导水性能差， 含水性弱， 水量有限， 不是矿 床充水的主要因素。 2.2.3块状岩类裂隙含水层 区内矿体全部赋存与黑云母二长花岗岩体中， 经 过本次工作对 ZK1、 ZK2、 ZK3、 ZK0806、 ZK0808 钻孔 的注水试验， 该含水层的涌水量小， 富水性微弱至及微 弱。对矿床的充水作用很小。 2.2.4大气降雨 拟采矿区适合露天开采， 最低拟采标高为-50m。 从拟采区周边地形判断， 10m标高以上属正地形开 采， 大气降水仍能自然排出。10m标高以下属负地形 开采， 形成局部负地形， 大气降水会向内部汇集， 形成 矿坑积水。因此大气降水对矿床的充水作用影响最 大。 综合上述， 矿床充水的主要来源为大气降水， 属于 大气降水直接冲水矿床。未发现石井坑水库和吉坑水 库水给矿床冲水的证据。第四系孔隙含水层、 块状岩 类裂隙含水层及其它地表水对矿床充水影响小。 2.3矿坑涌水量预测 据上述资料分析， 地表水、 松散岩类空隙含水 层、 块状岩类裂隙含水层对矿床冲水影响小， 本次矿 坑涌水量预测可以忽略不计。矿坑集水量预测可采 用新会区气象站十年的降雨量资料进行预测。矿 山10m标高以上为山坡露天开采， 矿坑涌水可自流 排泄。10～-50m转入露天凹陷式开采。10～-50m 矿坑涌水不受地下水影响， 预测矿坑涌水量以10m标 高为界， 分上下两部分估算 （这里省略计算过程） 。 计算结果 10m标高以上大气降水矿区正常矿坑集水量为 9201m3/d， 大气降水最大矿坑集水量为201376m3/d， 开 采方式为山坡露天开采， 矿坑涌水可自流排泄。 10～-50m转入露天凹陷式开采。10m标高以 下大气降水矿区正常矿坑集水量为8032m3/d， 大气降 水最大矿坑集水量为175392m3/d， 矿坑涌水量不受地 下水影响， 采坑10m 标高以下合计最大集水量为 178640m3/d， 山坡露天开采， 矿坑涌水不可自流排泄。 3矿床水文地质条件类型划分 区内矿体为建筑用花岗岩， 岩石完整裂隙不发育， 富水性微弱， 透水性极微弱。 （下转第175页） 168 2021年第1期西部探矿工程 成因探讨[J].地学前沿， 2013， 20 （4） 104-114. 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