冀东铁矿田的开发对区域地下水环境的影响

2014 年 7 月 第 36 卷 第 4 期
地下水 Ground water
Jul． ， 2014 Vol. 36 NO. 4
冀东铁矿田的开发对区域地下水环境的影响
张莉丽
1， 2
， 宋
1 1 1 1 峰 ， 刘新社 ， 折书群 ， 刘大金
（ 1 ． 华北有色工程勘察院有限公司， 河北 石家庄 050021 ； 2 ． 中国矿业大学 （ 北京） 地球物理与测绘工程学院， 北 京 100083 ） ［摘 要］ 冀 东 铁 矿 田赋存 在 太古 界单 塔 子 群 白庙 子 组 中 ， 资源 量( 332 + 333 ) 为 25 亿 t， 平均 品 位 ＞ 30% ， 是我国
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区域地下水环境现状
研究区地下含水系统 自 上 而 下 可 分 为 三 个 含 水 层： 第 四
系松散岩孔隙水 含 水 层， 基 岩 风 化 裂 隙 水 含 水 层， 基岩构造 裂隙水含水层 。 各含 水 层 （ 组 ） 之 间 相 互 联 系 从 而 构 成 统 一 ， 含水体， 整个地下含水 系 统 形 似“蘑 菇 状 ” 第四系含水层和 ， 基岩风化裂隙含水层 分 布 在 全 区， 形 似“蘑 菇 头 ” 基岩构造 裂隙含水层呈带状分布于各个矿 床 构 造 破 碎 带 附 近， 形似数 。 个“蘑菇颈 ” 在天然状态下， 第四 系 孔 隙 水 接 受 大 气 降 水 、 河 流 渗 漏、 农田灌溉回渗等 补 给 后， 由 北 向 南 径 流 运 动； 基 岩 裂 隙 水 在 北部山区基岩裸 露 区 接 受 大 气 降 水 补 给 后， 自 北 向 南 径 流，
重 要的 铁 矿 基 地 。 矿 区 位 于 滦 河 冲洪 积 扇 中 上 部 ， 矿 体 上 覆 第四 系 砂砾 卵 石 含水层 富 水 性强 ， 水 量 丰富 ， 属于大水 矿 床， ， 。 矿 床 疏 干 排 水 困 难 疏 干 排 水 将破 坏 地下水 环境 本文在分析 矿 区 水文地 质 条件的 基 础 上， 提 出 了 具有 密切 水力 联 系 的 多 层含水层 系统 的水文地 质 概 念模型 ， 并建立 了 刻画 多 层含水层 系统 的 数值 仿 真 模拟模型 ， 基于 预 留 隔 水 顶板井 下 充 填 法采 矿 ， 预 测 矿 山 开采地下水 流 场 演 变， 评价 了 矿 山 开采对 区域 地下水 环境 的 影响 ， 提 出 了 环境 保护措 施 ， 对今后矿 山 开 发过 程中 的地下水 环境 影响 评价 方 法 、 地下水资源开发利用 及 环 保 管 理 决 策 具有 重 要 意义 。 ［关键词］ 冀 东 铁 矿 田 ; 滦 河 冲洪 积 扇 ; 地下水 系统 ; 地下水 环境 ［中图分类号］ P641 ． 1 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1004 － 1184 （ 2014 ） 04 － 0092 － 03
Ｒesearch on the Influence of Jidong Iron Exploitation on Ｒegional Groundwater Environemnt
2 ZHANG Ln － she1 ， SHE Shu － qun 1 ， LIU Da － jin 1
（ 1 ． North China Engineering Investigation Institute Co． ， LTD ，Shijiazhuang 050024 ，Hebei ； 2 ． College of Geoscience and Surveying Engineering ，China University of Mining and Technology ，Beijing 100083 ，Beijing ） Abstract ： Jidong Iron Ore lies in the Baimiaozi Series of Dantazi Group ，Archaeozoic erathem． With a resource of 2 ， 501 ． 16 million tons and an average grade of over 30 % ，it is an important iron base of China． The mining area is located at the middle － upper part of alluvial － proluvial fan of the Luanhe Ｒiver． The ore body is covered with Quaternary gravels and pebbles ，of which the aquifer has a large water capacity and is rich in water ； therefore it is a water ore deposit and there is great difficulty in sewer drainage of the ore deposit． Besides ，sewer drainage may damage underground water environment and incur some environmental problems including land subsidence． This article ，based on the analysis of hydrogeologic condition of the mining area ，puts forward a hydrogeological concept model of the multilayer aquifer system ，in which the hydraulic affiliation is quite strong ，establishes a numerical simulation model describing multilayer aquifer system to predict the evolvement of groundwater flow field due to the mining ，evaluates the influence of mining on the regional groundwater environment ，and proposes some environmental protection measures． All of the above is of great significance in the method of assessing the influence on the groundwater environment ，exploitation of the groundwater resources and environmental protection management during the mine exploitation． Key words ： Jidong Iron Ore ； Alluvial － proluvial Fan of the Luanhe Ｒiver ； Groundwater System ； Groundwater Environment 河北省冀东地区铁矿资源丰 富， 是我国重要的铁矿资源 基地之一 。 特别是司家营一带， 矿 床 规 模 大， 分 布 集 中， 主要 有司家营 铁 矿 、 马 城 铁 矿、 大 贾 庄 铁 矿 等， 铁矿石总资源量 （ 332 + 333 ） 为 25 亿 t ， 平均品位 ＞ 30 % 。 矿体赋存在太古界 单塔子群白庙子组地层中， 矿体上 覆 滦 河 冲 洪 积 扇 第 四 系 砂 砾卵石含水层， 其特点是厚度大 、 分布广 、 富水性及透水性极 强， 滦河 、 新滦河河水与地下水联 系 密 切， 属 于 大 水 矿 床。上 世纪七十年代勘 探 后， 因 矿 床 露 天 开 采 疏 干 排 水 困 难， 且疏 干排水将产生大 面 积 水 位 下 降， 破 坏 地 下 水 环 境， 一直未能 开采而成为大 水 呆 滞 矿 。 本 文 通 过 分 析 司 家 营 一 带 铁 矿 开 发对区域水环境 的 影 响， 提 出 了 保 护 环 境 措 施， 以利于区域 资源 、 环境的可持续发展 。 ［收稿日期］ 2014 － 04 － 01 ［基金项目］ 中央高校基本科研业务费专项资金资助（ 2013 QD04 ） ［作者简介］ 张莉丽 （ 1978 － ） ， 女， 内蒙古呼伦贝尔人， 博士后， 主攻方向： 水文地质工程地质和矿井治水方面的研究 。
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透水 限边界； 构造裂隙含水 （ 层） 带 的 两 翼 基 岩 裂 隙 不 发 育， 性弱， 为隔水边界； 上 边 界 为 大 气 降 水 入 渗 补 给 的 自 由 面 边 界； 下边界划到 － 450 m ， 由于下部基岩完整， 透水性弱， 作为 隔水边界处理 。 （ 3 ） 含水层概 化： 地 下 水 含 水 系 统 概 化 为 非 均 质 各 向 异 性含水系统， 自上 而 下 共 划 分 8 层， 分别为第四系上部强含 水层 、 第四系相对隔水层 、 第四系下部中 等 含 水 层 、 基岩强风 化裂隙弱含水层 、 基 岩 弱 风 化 裂 隙 含 水 层、 基岩风化层底板 ～ 250 m 、－ 250 ～ － 350 m 、－ 350 ～ － 450 m 。 矿山巷道和采 场排水， 深部地下 水 的 压 力 大 幅 度 降 低， 第四系地下水将由 上向下逐层越流补给基岩风化裂 隙 含 水 层， 再由风化裂隙含 最终 水层进入下部断裂及其影响带形 成 的 基 岩 裂 隙 含 水 带， 汇入矿坑， 地下水 流 场 呈 现 三 维 空 间 流 场， 将地下水流系统 概化为三维非稳定流 。 2． 2． 2 数 学 模型 对上述的 水 文 地 质 模 型 进 行 概 化， 创建相应的数学模 。 型
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地下水
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由于基岩风 化 裂 隙 含 水 层 渗 透 性 较 差， 地下水侧向径流受 阻， 基岩风化裂隙 水 托 顶 越 流 补 给 第 四 系 下 部 中 等 含 水 层， 基岩地下水位略 高 于 第 四 系 地 下 水 位， 为 承 压 水， 在长期的 基岩裂隙水 、 第四系地 下 水 水 头 趋 于 一 致， 垂向交替运动后， 水位埋深一般 3 ． 5 ～ 7 ． 5 m 。 矿山采用预 留 基 岩 隔 水 顶 板 井 下 充 填 法 采 矿 。 在 开 采 条件下， 矿山深部疏干排水， 深部基岩构 造 裂 隙 水 压 力 释 放， 在水头梯度的作用下， 第四系水通 过 风 化 带 垂 向 越 流 补 给 基 垂 向 上 存 在 水 头 梯 度， 地下水疏干流场呈现 岩构造裂隙水， 出三维空间流场， 第 四 系 水 为 矿 床 充 水 水 源， 基岩构造裂隙 带为矿床充水通道 。 矿山开发使区域基岩 裂 隙 水 水 位 下 降， 在司家营矿区形 成基岩裂隙水 降 落 漏 斗， 漏 斗 中 心 基 岩 地 下 水 位 下 降 40 m 左右， 但第四系地 下 水 流 场 形 状 基 本 未 变， 第四系地下水位 。 基本未变 区内地下水水化学类型简单， 一般为重碳酸钙型或重碳酸 钙镁型， 矿化度低， 一般 ＜ 0． 7 g / L， 通过地下水水质控制点各 种污染物监测结果 可 知， 各种指标均满足地下水环境质量标 说明已经开发的部分矿山对地下水环境质量影响不大 。 准， 自上世纪 20 年代以 来，国 外 对 矿 体 开 采 以 及 开 采 技 术 ［1 － 4］ ， 并且取得了丰硕的科研成果 进行了大量深 入 的 研 究， 我国对矿体开采 的 水 下 安 全 开 采 则 较 晚， 始 于 上 世 纪 60 年 ［5 － 9］ 。 代， 但是迄 今 为 止， 我国水体下采矿技术已基本成熟 该矿山采用预留基岩隔水顶板井 下 充 填 法 采 矿