湖南省醴陵市肖家山金矿区水文地质特征分析
龙馨洁+孙运鹏+张冰清
摘 要 本文在肖家山金矿区详查地质工作取得的水文数据和认识的基础上，对矿区水文地质特征进行了全面分析总结，认为矿区属于以大气降水经风化裂隙含水层、老窿沟通渗入为主的简单偏中等的裂隙老窿充水矿床；采用大井法预测未来矿山开采初期矿坑涌水量为550.9 m3/d。
关键词 水文地质；涌水量；肖家山金矿区；醴陵市
中图分类号：P641.72 文献标识码：A
Abstract： Based on the hydrological data and knowledge obtained from Geological work in Xiaojiashan goldfield， this paper summarizes the hydrogeological characteristics of the mining area， and points out that the mining area belongs to simple-medium fissure and the old working water filling deposits， which were mainly permeated through the weathering fissure aquifer and the old workings communication of atmospheric precipitation. The use of virtual large diameter well method predict that the mine discharge was 550.9m3/d at the initial stage of mining in the future.
Keywords： hydrogeology； discharge； Xiaojiashan goldfield； Liling city
肖家山金矿位于湖南省醴陵市官庄乡，是近年来勘查新发现的一中型规模金矿床。矿床属以热液充填为主的石英脉型金矿，金矿脉赋存于冷家溪群一套区域浅变质复理石沉积建造岩中，已查明规模较大的矿体6个，分布在矿区南部肖家山一带。本文对矿床水文地质特征进行了全面分析总结并预测了矿坑涌水量，可为矿床进一步的勘查工作和未来矿山开采提供一定的参考和指导。
1 自然地理概况
矿区属构造剥蚀中低山地貌，山脉和沟谷呈南北向展布，总体地势北高南低，中北部区域地势最高，最高峰海拔764.8 m，往南北两端地势逐渐降低，一般在620～310 m间，最低处位于矿区南部边界的泗冲河，海拔210 m，为矿区最低侵蚀基准面。区内山坡陡峻，坡角多在35°～55°，沟谷深切，一般呈“V”字型，有利于大气降水的排泄。
本区属亚热带季风湿润气候，雨水充沛、严寒期短。年平均降水量1429.3 mm，日最大降水量134.3 mm；年平均气温17.5℃，最高气温40.4℃。
区内无大的地表水体，主要分布有南北流向的小阳坑和肖家山两条小溪，均起源于矿区分水岭南坡谷，溪宽1～5 m，向南汇入泗冲河小溪。据动态观测资料，小阳坑小溪旱雨季水量5.62～59.24 L/s，最大218.26 L/s；肖家山小溪旱雨季水量8.33～184.12 L/s，最大504.90 L/s。泗冲河小溪在矿区南部由东向西绕曲径流，横穿矿区，宽5～30 m，接受矿区地下水和流经区两侧沟谷地表水。据动态观测资料，泗冲河小溪旱雨季流经矿区水量31.06～825.12 L/s，最大流入水量1285.85 L/s，旱雨季流出矿区水量64.53～1727.62 L/s，最大流出水量2362.1 L/s。
2 矿区水文地质特征
2.1 地层含水性
矿区含水层主要为中元古界冷家溪群上部板岩风化裂隙层和第四系残破积层。
中元古界冷家溪群板岩风化裂隙含水层（Pt2）：本层是矿区主要含水层，区内大面积分布，伏于第四系地层下，部分地段出露，为灰色、深灰色中厚层状板岩、粉砂质板岩、变质石英杂砂岩，裂隙较发育，在石英脉或石英条带中常见地下水溶蚀呈针孔状细小孔隙。本层之上有第四系覆盖时，风化程度一般较高、较深（图1），直接出露时风化程度较弱。总体上看，越往深部，风化越弱，裂隙发育越弱。据钻孔资料，其厚度在山脊为50.5～183.2 m，在谷地为1.4～13.5 m，平均厚度约91 m。钻孔在本层钻进过程中，常见漏水，漏水量在0.05～0.88 L/s。本层在旱季泉水流量0.0224～0.1837 L/s，据本层内的平硐老窿动态观测其流量为0～1.50 L/s，均表明其含水性中等偏弱。
第四系含水层（Q4）：本层主要分布于沟谷以及地形低洼地区，厚度0.7～10 m，平均厚3 m左右，属坡积物、洪冲积物，岩性主要为粘土、亚粘土以及少量板岩砾石夹粗砂，多为次棱角状，透水性强。本层主要为孔隙含水，含水性中等，低洼处含水较丰富，但储水量有限。本层直接接受降水和溪沟水补给，并通过本层补给下伏的板岩风化裂隙含水层。
2.2 隔水层
中元古界冷家溪群深灰色新鲜板岩为区内隔水层，其分布与上述板岩风化裂隙含水层近一致，厚度大于2000 m，倾角45°～60°，发育细小的闭合型裂隙，或是细小充填型裂隙，主要为石英致密充填。本层岩石较完整（图2），未见明显的地下水活动痕迹，天然状态下为一良好隔水层。
2.3 老窿水特征
上世纪九十年代在矿区内有较大规模的民采活动，遗留下大大小小数十个老窿，目前均已废弃，大部分有积水，特别是斜硐。有调查数据的21个老窿（表1）大多位于板岩风化裂隙含水层中，主要开采浅表金资源，窿深20～200 m，估算積水量20～150 m3。调查发现窿内主要为粉砂质板岩及变质石英杂砂岩，裂隙发育。区内单个老窿积水量不大，但因是老窿群，且位于查明金资源之上，易对矿坑造成压力充水。未来矿山开采若揭穿老窿，或炮采过程中震松上部岩石形成新的裂隙，容易发生老窿充水、突水事故，是未来矿山开采防治水患的首要任务。
2.4 断层水文地质特征
区内断层主要形成于成矿期后，其中F1、F3断层穿过主矿体分布区，截断矿体，规模较大。
F1断层：走向NW，倾向NE，倾角40°～
70°，宽1.5～10 m，属压扭性断层。断层角砾岩和泥质成分胶结。钻孔掘进至本断层时常有漏水现象，表明其含水不富足并具有一定导水性。该断层上下影响带的碎裂岩含弱构造裂隙水。
F3断层：走向近EW，倾向NNW，倾角35°～45°，宽0.5～8 m。地表可见多处泉水出水点，出水量0.1～1.53 L/s，为一含水导水断层，含水量中等偏弱。
区内其它断层规模较小，均未见明显出水点，含水性较弱。
2.5 地下水的补给、径流、排泄条件
补给来源：区内地下水的补给主要来源于大气降水，第四系含水层同时可少量接受区内小溪的补给。因第四系地层较为松散，透水性强，大气降水可直接渗入。大气降水可直接补给出露的板岩风化裂隙含水层，也可通过第四系地层间接补给，同时可间接补给断层、老窿。因本区雨量充沛，年平均降水量1429.3 mm，补给较为充足。
径流条件：中北部的洪家冲—茶亭—冬毛坡岭为矿区一级分水岭，呈近东西向横跨矿区，致使矿区地下水以该分水岭为界，分水岭以南地下水径流方向为北向南，分水岭以北径流方向为南向北。
排泄条件：区内山坡陡峻，沟谷深切，一般呈“V”字型，有利于大气降水的排泄。大部分大气降水以地表径流的形式沿山坡缓缓汇入沟谷，注入下方小溪流出矿区；小部分大气降水穿过透水性强的第四系地层以及出露的板岩风化裂隙层，渗入地下，遇到底部新鲜板岩隔水层，开始侧向水平运动，在一定的条件下呈遍状或股状流出，汇入溪沟。
3 矿坑涌水量预测
3.1 矿床充水因素分析
矿床赋存于冷家溪群一套区域浅变质复理石沉积建造岩中，同一矿体往往既位于风化裂隙含水层又延深至板岩隔水层中以至更深部。详查工作控制的矿体最低标高为-70 m，圈定的矿体主要在老窿群之下。区内地下水潜水面水位在198.1～425.5 m。最低侵蚀基准面为215 m，位于矿区南部边界的泗冲河，距矿体有200 m以上距离，充水可能性极低。未来矿山开采将直接连通含水层，使层内含水进入矿坑，是矿坑最主要的充水因素，水量大小与丰、枯水期大气降水量有关。遇断层时，将连通断层水进入矿坑。同时，炮采过程中可能震松上部岩石形成新的裂隙或加大原有裂隙规模，致使老窿积水充入矿坑。区内小溪水量不大，开采至其下部时加以注意，可有效防范小溪水充入矿坑。
3.2 矿坑涌水量预测
（1）计算方法选择
矿床暂未进入开发利用阶段。但依据矿体埋藏条件、生成空间及地形地貌特征，未来矿山开采将采用坑采方式。本次采用较为通用的大井法计算未来矿山开采初期矿坑涌水量。考虑到紧邻肖家山矿区有一生产矿山恒石金矿，其资源特征和水文条件与肖家山类似，故另采用比拟法计算矿坑涌水量，便于计算结果的比较。
（2）计算公式与参数选择
大井法计算公式为：
，式中：
Q—矿山开采初期矿坑涌水量（m3/d）；
K—含水层渗透系数：根据详查工作对ZK3906和ZK5501两孔做的注水试验，其渗透系数分别为0.0027 m/d、0.0038 m/d，求得含水层渗透系数K平均为0.0033 m/d；
H—含水层平均厚度：风化裂隙含水层均厚91 m、第四系含水层均厚3 m，合计94 m；
S—水位降低深度：依据详查各钻孔稳定水位资料求得矿区静止水位平均标高为299.46 m，选取初期开采中段标高220 m，求得水位降低深度S为79.46 m；
F—矿区首采区水文评价区面积：0.79 km2；
r—大井半径（m）：（F/π）1/2；
R—开采影响半径（m）：r+R0，其中R0=2S（H*K）1/2。
比拟法计算公式为：，，式中：
M—恒石金矿开采排水模数：调查收集数据为631.6 m3/d·km2；
Qa—恒石金矿坑道开采排水量：调查收集数据为20 m3/h；
Fa—恒石金矿矿区开采面积（km2）：0.76 km2。
（3）结果对比
采用大井法计算预测开采初期矿坑涌水量为550.9 m3/d。
采用比拟法计算预测开采初期矿坑涌水量为499 m3/d。
可以看出，两者计算结果较为接近。因此取大井法预测的涌水量550.9 m3/d能代表矿床未来开采矿坑涌水量，可作为矿山开采设计的参考依据。
4 结论
（1）矿区含水层为冷家溪群上部板岩风化裂隙层和第四系残破积层，含水性中等偏弱；区内老窿多含水，炮采可能诱使其与矿坑连通；区内主要断层含水但水量不大，并具有一定的导水性。
（2）矿床充水主要来源于含水层和老窿，属于以大气降水经风化裂隙含水层、老窿沟通渗入为主的简单偏中等的裂隙老窿充水矿床。预测未来矿山开采初期矿坑涌水量为550.9 m3/d。因区内老窿较多，开采过程中需防范老窿突水。
参考文献/Reference
[1]宋维国，查道函，李剑，等. 湖南省醴陵市肖家山矿区金矿详查报告[R]. 2017.
[2]付晚平，王茜康，舒彩翔，等. 湖南省醴陵市雁林寺矿区恒石金矿资源储量核实报告[R]. 2016.
[3]趙雪琼，程先锋，李广涛，等. 滇西某铅锌矿矿床矿坑涌水量预测与分析[J]. 地下水， 2011， 33（6）：15-18.
[4]朱昶，郭文龙，马龙，等. 山东省苍山县小阎庄铁矿矿区东部水文地质特征研究[J]. 山东国土资源， 2014， 30（3）：69-73.
摘 要 本文在肖家山金矿区详查地质工作取得的水文数据和认识的基础上，对矿区水文地质特征进行了全面分析总结，认为矿区属于以大气降水经风化裂隙含水层、老窿沟通渗入为主的简单偏中等的裂隙老窿充水矿床；采用大井法预测未来矿山开采初期矿坑涌水量为550.9 m3/d。
关键词 水文地质；涌水量；肖家山金矿区；醴陵市
中图分类号：P641.72 文献标识码：A
Abstract： Based on the hydrological data and knowledge obtained from Geological work in Xiaojiashan goldfield， this paper summarizes the hydrogeological characteristics of the mining area， and points out that the mining area belongs to simple-medium fissure and the old working water filling deposits， which were mainly permeated through the weathering fissure aquifer and the old workings communication of atmospheric precipitation. The use of virtual large diameter well method predict that the mine discharge was 550.9m3/d at the initial stage of mining in the future.
Keywords： hydrogeology； discharge； Xiaojiashan goldfield； Liling city
肖家山金矿位于湖南省醴陵市官庄乡，是近年来勘查新发现的一中型规模金矿床。矿床属以热液充填为主的石英脉型金矿，金矿脉赋存于冷家溪群一套区域浅变质复理石沉积建造岩中，已查明规模较大的矿体6个，分布在矿区南部肖家山一带。本文对矿床水文地质特征进行了全面分析总结并预测了矿坑涌水量，可为矿床进一步的勘查工作和未来矿山开采提供一定的参考和指导。
1 自然地理概况
矿区属构造剥蚀中低山地貌，山脉和沟谷呈南北向展布，总体地势北高南低，中北部区域地势最高，最高峰海拔764.8 m，往南北两端地势逐渐降低，一般在620～310 m间，最低处位于矿区南部边界的泗冲河，海拔210 m，为矿区最低侵蚀基准面。区内山坡陡峻，坡角多在35°～55°，沟谷深切，一般呈“V”字型，有利于大气降水的排泄。
本区属亚热带季风湿润气候，雨水充沛、严寒期短。年平均降水量1429.3 mm，日最大降水量134.3 mm；年平均气温17.5℃，最高气温40.4℃。
区内无大的地表水体，主要分布有南北流向的小阳坑和肖家山两条小溪，均起源于矿区分水岭南坡谷，溪宽1～5 m，向南汇入泗冲河小溪。据动态观测资料，小阳坑小溪旱雨季水量5.62～59.24 L/s，最大218.26 L/s；肖家山小溪旱雨季水量8.33～184.12 L/s，最大504.90 L/s。泗冲河小溪在矿区南部由东向西绕曲径流，横穿矿区，宽5～30 m，接受矿区地下水和流经区两侧沟谷地表水。据动态观测资料，泗冲河小溪旱雨季流经矿区水量31.06～825.12 L/s，最大流入水量1285.85 L/s，旱雨季流出矿区水量64.53～1727.62 L/s，最大流出水量2362.1 L/s。
2 矿区水文地质特征
2.1 地层含水性
矿区含水层主要为中元古界冷家溪群上部板岩风化裂隙层和第四系残破积层。
中元古界冷家溪群板岩风化裂隙含水层（Pt2）：本层是矿区主要含水层，区内大面积分布，伏于第四系地层下，部分地段出露，为灰色、深灰色中厚层状板岩、粉砂质板岩、变质石英杂砂岩，裂隙较发育，在石英脉或石英条带中常见地下水溶蚀呈针孔状细小孔隙。本层之上有第四系覆盖时，风化程度一般较高、较深（图1），直接出露时风化程度较弱。总体上看，越往深部，风化越弱，裂隙发育越弱。据钻孔资料，其厚度在山脊为50.5～183.2 m，在谷地为1.4～13.5 m，平均厚度约91 m。钻孔在本层钻进过程中，常见漏水，漏水量在0.05～0.88 L/s。本层在旱季泉水流量0.0224～0.1837 L/s，据本层内的平硐老窿动态观测其流量为0～1.50 L/s，均表明其含水性中等偏弱。
第四系含水层（Q4）：本层主要分布于沟谷以及地形低洼地区，厚度0.7～10 m，平均厚3 m左右，属坡积物、洪冲积物，岩性主要为粘土、亚粘土以及少量板岩砾石夹粗砂，多为次棱角状，透水性强。本层主要为孔隙含水，含水性中等，低洼处含水较丰富，但储水量有限。本层直接接受降水和溪沟水补给，并通过本层补给下伏的板岩风化裂隙含水层。
2.2 隔水层
中元古界冷家溪群深灰色新鲜板岩为区内隔水层，其分布与上述板岩风化裂隙含水层近一致，厚度大于2000 m，倾角45°～60°，发育细小的闭合型裂隙，或是细小充填型裂隙，主要为石英致密充填。本层岩石较完整（图2），未见明显的地下水活动痕迹，天然状态下为一良好隔水层。
2.3 老窿水特征
上世纪九十年代在矿区内有较大规模的民采活动，遗留下大大小小数十个老窿，目前均已废弃，大部分有积水，特别是斜硐。有调查数据的21个老窿（表1）大多位于板岩风化裂隙含水层中，主要开采浅表金资源，窿深20～200 m，估算積水量20～150 m3。调查发现窿内主要为粉砂质板岩及变质石英杂砂岩，裂隙发育。区内单个老窿积水量不大，但因是老窿群，且位于查明金资源之上，易对矿坑造成压力充水。未来矿山开采若揭穿老窿，或炮采过程中震松上部岩石形成新的裂隙，容易发生老窿充水、突水事故，是未来矿山开采防治水患的首要任务。
2.4 断层水文地质特征
区内断层主要形成于成矿期后，其中F1、F3断层穿过主矿体分布区，截断矿体，规模较大。
F1断层：走向NW，倾向NE，倾角40°～
70°，宽1.5～10 m，属压扭性断层。断层角砾岩和泥质成分胶结。钻孔掘进至本断层时常有漏水现象，表明其含水不富足并具有一定导水性。该断层上下影响带的碎裂岩含弱构造裂隙水。
F3断层：走向近EW，倾向NNW，倾角35°～45°，宽0.5～8 m。地表可见多处泉水出水点，出水量0.1～1.53 L/s，为一含水导水断层，含水量中等偏弱。
区内其它断层规模较小，均未见明显出水点，含水性较弱。
2.5 地下水的补给、径流、排泄条件
补给来源：区内地下水的补给主要来源于大气降水，第四系含水层同时可少量接受区内小溪的补给。因第四系地层较为松散，透水性强，大气降水可直接渗入。大气降水可直接补给出露的板岩风化裂隙含水层，也可通过第四系地层间接补给，同时可间接补给断层、老窿。因本区雨量充沛，年平均降水量1429.3 mm，补给较为充足。
径流条件：中北部的洪家冲—茶亭—冬毛坡岭为矿区一级分水岭，呈近东西向横跨矿区，致使矿区地下水以该分水岭为界，分水岭以南地下水径流方向为北向南，分水岭以北径流方向为南向北。
排泄条件：区内山坡陡峻，沟谷深切，一般呈“V”字型，有利于大气降水的排泄。大部分大气降水以地表径流的形式沿山坡缓缓汇入沟谷，注入下方小溪流出矿区；小部分大气降水穿过透水性强的第四系地层以及出露的板岩风化裂隙层，渗入地下，遇到底部新鲜板岩隔水层，开始侧向水平运动，在一定的条件下呈遍状或股状流出，汇入溪沟。
3 矿坑涌水量预测
3.1 矿床充水因素分析
矿床赋存于冷家溪群一套区域浅变质复理石沉积建造岩中，同一矿体往往既位于风化裂隙含水层又延深至板岩隔水层中以至更深部。详查工作控制的矿体最低标高为-70 m，圈定的矿体主要在老窿群之下。区内地下水潜水面水位在198.1～425.5 m。最低侵蚀基准面为215 m，位于矿区南部边界的泗冲河，距矿体有200 m以上距离，充水可能性极低。未来矿山开采将直接连通含水层，使层内含水进入矿坑，是矿坑最主要的充水因素，水量大小与丰、枯水期大气降水量有关。遇断层时，将连通断层水进入矿坑。同时，炮采过程中可能震松上部岩石形成新的裂隙或加大原有裂隙规模，致使老窿积水充入矿坑。区内小溪水量不大，开采至其下部时加以注意，可有效防范小溪水充入矿坑。
3.2 矿坑涌水量预测
（1）计算方法选择
矿床暂未进入开发利用阶段。但依据矿体埋藏条件、生成空间及地形地貌特征，未来矿山开采将采用坑采方式。本次采用较为通用的大井法计算未来矿山开采初期矿坑涌水量。考虑到紧邻肖家山矿区有一生产矿山恒石金矿，其资源特征和水文条件与肖家山类似，故另采用比拟法计算矿坑涌水量，便于计算结果的比较。
（2）计算公式与参数选择
大井法计算公式为：
，式中：
Q—矿山开采初期矿坑涌水量（m3/d）；
K—含水层渗透系数：根据详查工作对ZK3906和ZK5501两孔做的注水试验，其渗透系数分别为0.0027 m/d、0.0038 m/d，求得含水层渗透系数K平均为0.0033 m/d；
H—含水层平均厚度：风化裂隙含水层均厚91 m、第四系含水层均厚3 m，合计94 m；
S—水位降低深度：依据详查各钻孔稳定水位资料求得矿区静止水位平均标高为299.46 m，选取初期开采中段标高220 m，求得水位降低深度S为79.46 m；
F—矿区首采区水文评价区面积：0.79 km2；
r—大井半径（m）：（F/π）1/2；
R—开采影响半径（m）：r+R0，其中R0=2S（H*K）1/2。
比拟法计算公式为：，，式中：
M—恒石金矿开采排水模数：调查收集数据为631.6 m3/d·km2；
Qa—恒石金矿坑道开采排水量：调查收集数据为20 m3/h；
Fa—恒石金矿矿区开采面积（km2）：0.76 km2。
（3）结果对比
采用大井法计算预测开采初期矿坑涌水量为550.9 m3/d。
采用比拟法计算预测开采初期矿坑涌水量为499 m3/d。
可以看出，两者计算结果较为接近。因此取大井法预测的涌水量550.9 m3/d能代表矿床未来开采矿坑涌水量，可作为矿山开采设计的参考依据。
4 结论
（1）矿区含水层为冷家溪群上部板岩风化裂隙层和第四系残破积层，含水性中等偏弱；区内老窿多含水，炮采可能诱使其与矿坑连通；区内主要断层含水但水量不大，并具有一定的导水性。
（2）矿床充水主要来源于含水层和老窿，属于以大气降水经风化裂隙含水层、老窿沟通渗入为主的简单偏中等的裂隙老窿充水矿床。预测未来矿山开采初期矿坑涌水量为550.9 m3/d。因区内老窿较多，开采过程中需防范老窿突水。
参考文献/Reference
[1]宋维国，查道函，李剑，等. 湖南省醴陵市肖家山矿区金矿详查报告[R]. 2017.
[2]付晚平，王茜康，舒彩翔，等. 湖南省醴陵市雁林寺矿区恒石金矿资源储量核实报告[R]. 2016.
[3]趙雪琼，程先锋，李广涛，等. 滇西某铅锌矿矿床矿坑涌水量预测与分析[J]. 地下水， 2011， 33（6）：15-18.
[4]朱昶，郭文龙，马龙，等. 山东省苍山县小阎庄铁矿矿区东部水文地质特征研究[J]. 山东国土资源， 2014， 30（3）：69-73.
