江 勇

（铜陵有色金属集团股份有限公司，安徽 铜陵 244000）

冬瓜山铜矿是一座埋藏较深的地下开采矿山，埋藏深度约1千米，水文地质条件较为复杂。

冬瓜山铜矿床60线以南矿体即将开采结束，根据矿山采掘计划，已经进入大规模开采60线以北矿体阶段。通过前期对60-68线水文地质条件的研究，证实冬瓜山矿床北部含水构造较为发育且富水性较强。为了保障68-73线之间矿体的安全开采，查明该区域内的水文地质特征及成因，具有十分重要的意义。

1 矿区地质概况

1.1 矿区地层

矿区内地表出露地层有第四系，三叠系中、下统，局部零星出露三叠系上统；钻孔揭露的岩层为二叠系、石炭系、泥盆系上统，各地层在矿区内均不同程度地变质。

1.2 矿区构造

1.2.1 褶皱

矿区内青山背斜为主体褶皱，总体走向40～50度,长22.5公里，宽8公里。矿区内小褶曲发育,依据其褶皱轴向，主要有北东向,近东西向和近南北向。其中以北东向为主，广泛发育于南陵湖组或塔山组层位。

1.2.2 断裂

矿区内断裂构造较发育，按其与矿体的成生关系，分为成矿前断裂和成矿后断裂。成矿前断裂按其走向主要有近南北向、北东向、近东西向，少数北西向。成矿后断裂主要以破碎带形式出现，分为北西向断裂、近东西向断裂和北东向断裂。

2 68-73线水文地质特征分析

2.1 坑道水化学特征

2.1.1 坑道突水概况

冬瓜山铜矿床68-73线主要开拓-790m、-850m中段，坑道掘进突水和探水孔突水共发生30余次。两个中段每小时突水水量多数为几十立方米，极个别突水水量每小时达到数百立方米，总体上68-73线矿段水文地质条件较复杂。

2.1.2 突水水化学特征

有关研究表明，通过水化学特征可以辨别突水水源（汪世花，1998；许福美，2005；张磊和许光泉，2010）。经取样分析，根据图1中可以看出，68-73线坑道突水水化学类型以HCO3·SO4—Ca为主，按舒卡列夫水化学分类均为8-A类水，属于比较典型的沉积岩地区溶滤水（王大纯等，1995）。

图1 68-73线突水点水化学成份Piper图

2.2 坑道水化学成因分析

2.2.1 水化学演化规律分析

（1）水岩作用：利用吉布斯设计的半对数坐标图—Gibbs图，可以分析得出各类水的水化学成分及形成原因。将研究区矿坑突水水样分析数据投到Gibbs图（如图2），从图中可以看出，-790m和-850m中段68-73线突水水样Na+/(Na++Ca2+)均小于0.5，均分布在Gibbs图的左上方，说明研究区矿坑水主要受岩石风化水解作用的影响。但部分水样超出了边界，可能与部分探水孔在取样前由于闸阀长期封闭，导致水环境发生了一定的改变有关。

图2 68-73线突水水样Gibbs图

（2）离子比率法分析：因不同水文地质条件和其他外界条件作用，地下水水化学在演化后形成的地下水含有不同的常量离子组分。因此，地下水常量离子之间的比值和离子组合的比值常常被用作判断地下水水化学成因的依据。

通过68-73线坑道各类突水水化学分析表明，突水水质以Ca2+、Mg2+、HCO3－、SO42－组分为主，根据相关研究表明（袁建飞等，2016），上述组分的来源与含水层中碳酸钙、白云岩和石膏的溶解和沉淀过程密切相关。

一般情况下，地下水流经含水层的岩性可以通过水中Mg/Ca摩尔比值确定，当地下水中Mg/Ca摩尔比值在0.01～0.26之间，表明流经的含水层岩性为灰岩；当地下水中Mg/Ca摩尔比值大于0.85，表明流经的含水层岩性为白云岩（Long X, et al；2015、袁建飞等，2016）。

从图3中可以看出，68-73线水样中有67%以碳酸钙溶解为主，其余33%的突水水样显示白云岩与碳酸钙共同溶解为主。突水水样SO4

图3 68-73线水样HCO3-vsMg/Ca和SO42-vsMg/Ca关系图

2-浓度值与Mg/Ca摩尔比值关系不明显，当地下水中Mg/Ca摩尔比值增大时，SO42-浓度值基本在一定范围内稳定；突水水样Mg/Ca摩尔比值与HCO3-呈一定的正相关性，Mg/Ca摩尔比值随着HCO3-质量浓度增加相应的增大，且矿物溶解由碳酸钙溶解转为碳酸钙和白云石共同溶解。

68-73线水样成分((Ca2+)－0.33(HCO3-)) 与SO42-关系如图4所示，从图中可以看出，突水水样大部分零散分布于石膏全等溶解曲线两侧，说明石膏的溶解对地下水中Ca2+和SO42-组分具有一定贡献。

图4 非碳酸盐岩来源的钙与硫酸根的关系图

综合以上分析，结合矿床水文地质条件，初步推测-790m及-850m中段突水水源可能以二叠系下统栖霞组（P1q）以及石炭系中、上统黄龙—船山组（C2+3）等含水地层为主。

2.2.2 坑道突水稳定同位素分析

由于同位素分馏作用的结果，使得各种天然水具有各自不同的同位素特征，因而研究水的D和O18对于确定水的来源与成因非常有效（沈照理，1986）。同时通过测定比较天然水、大气降水、地下水以及地表水D和O18值的分析，可以研究地下水的补给来源，还可以确定不同含水层间的水力联系，以及计算各来源水的混合比例等，这在目前矿井水防治应用中十分有效。

表1 研究区氢氧同位素含量统计表

研究区地下水及地表水氢氧稳定同位素含量统计见表3-1。从表中可以看出，-790m中段矿井水δ18O平均值为-7.08‰，δD平均值为-46.75‰；-850m中段矿井水δ18O平均值为-7.2‰，δD平均值为-47‰；总体上两中段矿井水δ18O与δD变化不大，红星河相对于矿井水δ18O与δD均略低。

图5 δD与δ18O值相关系图

图5显示了研究区矿井地下水样和地表水的δD和δ18O实测值的关系，其中大气降水δD和δ18O的关系采用邻近研究区的安庆市大气降水线（张蓓蓓等，2017）：

根据矿井地下水氢氧稳定同位素值拟合出研究区矿井地下水线如下：

其中R2为0.58，拟合效果一般。

地下水线的斜率为2.96小于大气降水线的斜率，说明矿井地下水氢氧稳定同位素组成受到一定程度蒸发作用的影响。所有水点均分布在大气降水线附近或右下方，表明大气降水是研究区矿坑突水的主要来源，且经过不同程度蒸发作用，总体富氢同位素，溶滤作用强（张文章等，2015）。

3 结论

（1）68～73线坑道突水水化学类型以HCO3·SO4—Ca为主，按舒卡列夫水化学分类均为8-A类水，属于比较典型的沉积岩地区溶滤水；研究区矿坑水主要受岩石风化水解影响，坑道突水主要组分主要来源于碳酸钙溶解与碳酸钙和白云石共同溶解；初步推测研究区突水水源可能以二叠系下统栖霞组（P1q）以及石炭系中、上统黄龙—船山组（C2+3）等含水地层为主。

（2）68～73线突水的主要来源大是气降水，且经过不同程度蒸发作用，总体富氢同位素，溶滤作用强。