余 敏，赵 建，李冬冬

(安徽省地质矿产勘查局321地质队，安徽 铜陵 244000)

0 引 言

金牛洞古采矿遗址地处皖南山区与沿江平原过渡地带，地貌上属山间凹地，紧邻遗址区西侧发育有一条相思河，终年不涸。因位置特殊使得暴雨造成的季节性洪水和相思河水位变化对其造成了较大威胁。遗址自1987年因现代采矿而部分暴露后，存在内涝、渗透、坡面冲刷水患问题及因内涝、渗透而引发或加剧的其他地质病害。

本文以金牛洞古采矿遗址为研究对象，通过查明遗址区工程地质、水文地质条件，分析、研究产生问题的形成原因，并针对原因和条件提出综合保护对策，为遗址的长期保护和展示营造良好的环境条件。

1 遗址价值与保存现状

金牛洞古采矿遗址位于安徽省铜陵市南东约34 km处，地理坐标118°1′16″E，30°52′2.7″N。该遗址是春秋时期至西汉的铜矿遗址，是目前长江流域具有代表性且保持较好的。金牛洞及周边遗址构成的大工山-凤凰山遗址群是规模较大的古代综合铜工业区，是古铜都——铜陵悠久的矿冶历史的有力见证，它对研究中国矿冶史和青铜文化起源、发展有着十分重要的价值。1996年，由国务院公布为第四批全国重点文物保护单位，2018年定为“安徽省爱国主义教育基地”。

遗址地处凤凰山盆地，四面低山环绕，盆地中间宽约5 m的相思河由南向北流经遗址西侧，古采矿遗址分布在盆地南部的现代采矿坑坡壁上。遗址坑平面上呈椭圆形，南北长110 m，东西宽30～65 m，标高44～84.3 m，深约23 m，占地面积约5 500 m2(图1)。

图1 金牛洞现代采矿场古矿井分布图

遗址自1987年发现以来，共发现5处古采矿口，分布于现代采坑西侧边坡岩壁上，一直未进行系统修缮和保护工作，加上受雨水冲刷、浸泡软化、渗透、剥蚀等因素影响，现状保存状况差。

2 遗址区水文地质条件

2.1 地形地貌与区域地质

金牛洞遗址区位于凤凰山新屋里小向斜盆地内，四面环山，整体地形南西高北东低，地形最高点海拔标高389.8 m，最低点海拔标高44 m，相对高差达345 m。遗址区及周边发育地层以三叠系灰岩为主，受燕山晚期岩体侵入挤压，使得地层扭曲变陡，产状变化大，倾角在70°～80°。

2.2 气象与水文

据有关水文资料表明，凤凰山地区年平均降雨量为1 475 mm。相思河紧贴西侧从南向北流经本区，为主要地表径流通道。该河长4.5 km，汇水面积9.5 km2，河床宽3～5 m，终年不涸，最大流量514 639 m3/d，最小流量81 m3/d。相思河未改造前，历史最高洪水位标高曾达到72 m(1937年7月)，经疏通改造后，丰水期河水位可达67 m左右。

相思河流域的洪水系降雨形成，4～8月份为汛期，其中6～7月份最集中，一般为全年的60%左右。由于遗址区地势低，一旦山洪暴发，遗址区便成为首当其冲受灾区，威胁其安全。

2.3 水文地质条件

根据钻孔、压(注)水试验和实地调查资料，了解到场地内地层及其透水性如下：

第①层填土：成分以粉质黏土为主，结构松散，厚度1.50～2.70 m，东部山岗地带缺失。该层渗透系数为6.3×10-3cm/s，透水性强。

第②层粉质黏土：可塑状，局部含粉土、粉砂或少量碎石。一般厚度3～4 m，东部山岗地带缺失。渗透系数为8.1×10～5 cm/s，渗透性差，为相对隔水层。

第③层碎石土：稍密，砾石含量40%～70%不等，粒径一般为2～30 mm，最大60 mm，以内矽卡岩为主，次棱角-棱角状，砂和粉质黏土充填。厚度1.10～2.20 m。该层渗透系数为7.8×10-4cm/s，透水性较强。

第④层花岗闪长岩：按风化程度，自上而下分为全风化、强风化、中风化。其中全风化层高岭土化、绿泥石化蚀变强烈，岩芯呈砂土状，渗透系数为1.02×10-5cm/s，透水性较差，岩芯遇水快速崩解。层厚为2.8～8.7 m，层底标高为49.7～75 m，西侧邻近冲沟风化厚度较大，东侧山岗风化厚度较薄。

第⑤层辉绿岩：分布于遗址区西部，呈狭长脉状穿插。灰绿色，块状构造，主要由基性斜长石、普通辉石及少量的黑云母、磁铁矿组成，基性长石呈长柱状。该层易风化，遇水易崩解，岩性较软，属软岩。

第⑥层铁帽：为遗址坑壁边坡主要组成岩体，以石榴子石矽卡岩为主，褐铁矿化、黄铁矿化强烈。其中，与花岗闪长岩穿插或接触带附近铁帽的矽化及黄铁矿化强烈，地表黄铁矿风化殆尽形成空洞，闪长岩中的铁帽呈团块状。

另外，在闪长岩与辉绿岩脉接触带附近强透水，渗透系数>0.34 cm/s。

遗址区岩体体结构及水理性质如图2所示。

图2 工程地质剖面图

3 水患病害及成因分析

3.1 水患病害类型

据实地调查、分析，遗址区水害主要表现为以下方面：

(1)地表雨水对遗址表面及其载体长期冲刷，水土流失严重，局部形成明显凹陷或空洞。

(2)遗址位于采矿岩壁之上，地形低洼，排水设施不完善，降雨在采坑内集聚易形成内涝，淹没遗址，如图3所示。

图3 采坑内涝淹没遗址

(3)相思河水倒灌。遗址区西侧地面标高64.8～66 m，从历次水患情况看，每逢丰水期相思河水位上涨，最高水位可达67 m，河水会向遗址区倒灌，淹没遗址,如图4所示。

图4 相思河水倒灌遗址区

(4)地下渗透。上部土层透水性强，遗址区与相思河有水力联系，河水位上涨，相思河水经土体向遗址区渗流。

(5)水害不仅会对遗址本体造成直接破坏，同时也是诱发或加剧其他病害发生的重要因素之一。如相思河水位变化影响产生渗透而导致遗址边坡崩塌、失稳等病害。

3.2 病害成因分析

通过对遗址区历次水患情况、区域环境及水文地质条件分析可知，其水害水源来自大气降水与地表水及地下水。

(1)大气降水是遗址采坑充水重要原因之一，据地形量测，采坑接收大气降水补给面积约7 500 m2，降雨后经地表径流汇聚于采坑内，如不及时外排易形成内涝。

(2)遗址区周边采用围墙围护，同时修建有截、排水沟，正常情况下，周边地表雨水汇入采坑的水量较少。强降雨期间，因遗址区上游汇水面积大，降水经地表径流汇于相思河内，造成河水位上涨，当上涨至65 m标高或以上时，现有截排水系统不但不能起到疏排水作用，反而易导致经排水沟或涵管倒灌遗址区，在发生山洪时更无能为力。

(3)地下水对遗址区补给有相思河水渗透、基岩裂隙水和降水垂向渗透。

相思河水渗透：上部土层渗透系数较强，尤其是填土层和碎石土层，当相思河水位上涨时，河水则通过土层向遗址区渗流补给。遗址与近距离水力联系密切,如图5所示。

图5 相思河与遗址区位置关系

受周边矿山抽排水影响，遗址区目前地下水位埋深21.7 m，与采坑底面基本持平。坑壁围岩富水性差，渗透性弱，地下水主要存于接触带内。目前，二者水力联系弱，当周边矿山停止排水时，地下水位抬升可能存在反向补给。

降水垂向渗透：主要指降水下渗后经渗流在采坑内以泉的形式补给，现场调查发现，在采坑边坡坡脚处可见多处出水点，出水量与降雨情况相关。

4 防治方案

4.1 防治原则

(1)不改变遗址区现状，严格遵守“修旧如旧”文物保护原则，所采取的工程措施既要具备有效保护功能，又要最大限度地减少对文物遗址考古和历史信息的干扰破坏，维护遗址现状，对工程措施进行隐蔽或做旧处理。

(2)本着最小干预，尽量避免扰动本体和减少对载体损坏的原则。

(3)根据病害原因采取相应综合治理措施，达到对症下药、治本除根。

4.2 防治方案

金牛洞古采矿遗址水害的关键问题是防渗防涝，针对其水文地质条件、充水来源及具体条件，在结合现有截排水措施基础上，提出“阻”“导”“排”相结合的综合防治对策。

防渗防涝对策：一是沿遗址四周建防洪墙，意在阻挡山洪和河水倒灌遗址区，顶标高68 m，超出历年洪水位线1 m，布设于现状围墙部位，墙底需进入②层相对隔水层不小于0.5 m；二是沿相思河一侧做地下防渗帷幕，重点是截断河水经填土和碎石土层向遗址区强渗透，防渗帷幕采用钻孔咬合桩，幕墙厚0.3 m；三是完善地表截、排水系统，最大限度减少地表径流对遗址冲刷破坏；四是在地表建立人工抽水泵站，对遗址坑宕积水及时外排，确保遗址安全,如图6所示。

图6 防渗防涝治理剖面

5 结 论

(1)金牛洞古采矿遗址区位于凤凰山新屋里向斜盆地内，四面环山，因特殊地理位置，使得上游山洪水对遗址区产生威胁，近距离的相思河与遗址区水力联系密切，对遗址存在渗透变形破坏，水害还会加剧遗址区其他病害。因此，要治理遗址病害，就必须先治水。

(2)遗址区水害水源主要来自大气降水、地表水和地下水渗流。区内现有的排水系统是不全面的，无法达到防渗防涝目的。

(3)在遗址区工程地质、水文地质条件及病害成因分析的基础上，结合现有防治措施，提出适应于遗址保护及进一步发掘、利用“阻”“导”“排”相结合的防渗防涝综合对策。保护对策已被业主采纳，正在进一步实施中。