《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范》水文地質(zhì)單元及侵蝕基準面劃分的探討

《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范》水文地質(zhì)單元及侵蝕基準面劃分的探討

摘要：結合紫金山金銅礦和剛果（金）卡莫阿銅礦水文地質(zhì)單元特征，對《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范》中有關水文地質(zhì)單元和侵蝕基準面的劃分進行了探討：闡述了區(qū)域水文地質(zhì)單元和礦區(qū)所在次級水文地質(zhì)單元的概念，對區(qū)域侵蝕基準面、當?shù)厍治g基準面和礦坑水自然排泄標高等進行了解讀：區(qū)域侵蝕基準面是控制整個礦區(qū)的較大水文地質(zhì)單元內(nèi)河流下蝕的極限界面，當?shù)厍治g基準面重點在礦體所在的水文地質(zhì)單元（或次級）河流下蝕的極限界面，礦坑水自然排泄標高側重于對某一具體的礦體或礦坑排水的定義。

礦區(qū)所處水文地質(zhì)單元的位置與礦區(qū)的水文地質(zhì)條件密切相關，在一定程度上控制著礦區(qū)地下水的補給、徑流、排泄條件及區(qū)域地下水對礦區(qū)的補排條件。而侵蝕基準面與礦區(qū)主要礦體的關系，決定著礦區(qū)的地形條件是否可自然排水，是各類充水礦床勘探復雜程度劃分的重要依據(jù)

1水文地質(zhì)單元

1.1基本定義

水文地質(zhì)單元是指具有統(tǒng)一邊界和補給、徑流、排泄條件的地下水系統(tǒng)

1.2水文地質(zhì)單元的劃分

在地質(zhì)勘查工作中，一個礦區(qū)的周圍，往往分布著數(shù)個小型完整的水文地質(zhì)單元，這些水文地質(zhì)體以及地表水流（體）與礦區(qū)的地下水的關系，一般不太明顯，水文地質(zhì)單元的確定，通常是把礦區(qū)臨近的地下水體和地表水流（體）都納入才能叫做一個完整的水文單元

水文地質(zhì)單元劃分的核心是確定水文地質(zhì)單元邊界。通常來說，水文地質(zhì)單元的邊界以自然邊界作為界限，而這些邊界條件所圍限構成的水文地質(zhì)單元（地下水系統(tǒng)）應具有統(tǒng)一的地下水補、徑、排，統(tǒng)一的滲流場和水化學場，并且邊界內(nèi)、外通常沒有或很少（僅局部可能存在）物質(zhì)和能量的交換。

水文地質(zhì)單元劃分通常受地形地貌、地質(zhì)構造、巖性、地層組合及地表水系等諸多因素影響，并且這些影響因素通常存在一定的內(nèi)在聯(lián)系。一般來說，水文地質(zhì)單元的邊界可分為以下4項：

(1）地形邊界：地表或地下水分水嶺等；

(2）地質(zhì)邊界：地層巖性邊界及地質(zhì)構造邊界等；

(3）水文邊界：與地下水有水力聯(lián)系的河流、湖泊及泉的溢出帶等；

(4）人工邊界：人工地下阻水壩、抽水井及排水巷道等

2侵蝕基準面

2.1基本定義

侵蝕基準面指的是控制河流下蝕作用的極限界面

2.2礦水規(guī)范中的侵蝕基準面

侵蝕基準面與礦床開采密切相關，充水礦床水文地質(zhì)勘探復雜程度的劃分依據(jù)第一項就是主要礦體與當?shù)厍治g基準面的關系。主要礦體與當?shù)厍治g基準面的關系，在一定程度上決定著地形條件是否可自然排水，這對礦床開采排水系統(tǒng)的設計通常起著決定性的作用。在水文地質(zhì)報告編制要求章節(jié)中則明確提出要查明礦區(qū)在水文地質(zhì)單元的位置，最低侵蝕基準面標高和礦坑水自然排泄面標高

綜上所述，礦水規(guī)范中有關侵蝕基準面的描述涉及3個名詞，當?shù)厍治g基準面、最低侵蝕基準面和礦坑水自然排泄面標高。由于各地對礦水等規(guī)范的解讀有所差異，在地勘報告中又常見區(qū)域侵蝕基準面、礦區(qū)（段）侵蝕基準面及礦床侵蝕基準面等概念。筆者以礦水規(guī)范為主，結合常見的3個概念（區(qū)域、礦區(qū)（段）和礦床侵蝕基準面）對侵蝕基準面進行一定的解讀。

(1）礦坑水自然排泄面、當?shù)厍治g基準面和最低侵蝕基準面。礦坑水自然排泄面標高，通常指礦床露天開采或井巷系統(tǒng)中，礦坑系統(tǒng)可以自然排泄地表（下）水的海拔值。一般來說，礦坑水自然排泄面標高與礦坑排水密切相關，側重于對某一具體的礦體或礦坑排水的定義。這與當?shù)厍治g基準面的定義明顯不同，當?shù)厍治g基準面應側重于與礦體分布密切相關的水文單元范圍內(nèi)地表水流下蝕的極限界面，理論上必須低于或者等于礦坑自然排泄面標高。

最低侵蝕基準面通常被認為等同于當?shù)厍治g基準面，但筆者認為，既然強調(diào)了最低二字，為了便于區(qū)分，可以將最低侵蝕基準面定義為區(qū)域侵蝕基準面，即礦體所在區(qū)域，包含臨近地表和地下水流（體）均納入的較大水文地質(zhì)單元內(nèi)河流的下蝕極限界面（區(qū)域上侵蝕與堆積達到相對平衡的界面）。

按照以上定義，三者的標高應存在如下的關系：礦坑水自然排泄面≥當?shù)厍治g基準面≥最低（區(qū)域）侵蝕基準面。

(2）當?shù)厍治g基準面與區(qū)域侵蝕基準面。嚴格來說，當?shù)厍治g基準面與區(qū)域侵蝕基準面都是一個動態(tài)的過程，通常指在現(xiàn)有的地質(zhì)、地貌單元結構中，在某一特定的時間段內(nèi)，控制當?shù)睾哟膊辉傧挛g的那個面。以河流為例，河流侵蝕基準面受巖性、構造、地形地貌因素等影響，通常呈連續(xù)階梯狀，這就造成侵蝕基準面的劃分存在著較大的爭議，而相關的規(guī)范也尚未做出較明確的定義。因此，侵蝕基準面的定義通常需要結合實際，仔細推敲。

在地質(zhì)勘查水文地質(zhì)工程中，當?shù)厍治g基準面通常參考區(qū)域水文地質(zhì)資料，采用礦區(qū)所在水文地質(zhì)單元內(nèi)常年性河流的河床標高作為當?shù)厍治g基準面，并且多選取常年性河流流經(jīng)礦權界線的附近位置或者礦區(qū)內(nèi)支流匯入干流處。

區(qū)域侵蝕基準面則多采用控制礦區(qū)的較大水文地質(zhì)單元內(nèi)常年性河流河床的最低標高確定，該位置通常多為區(qū)域常年性河流（主、支溝）的交匯處或河流匯入大的地表水體（湖泊、水庫等）處；在巖溶地區(qū)，當?shù)厍治g基準面通常采用當?shù)氐乇韼r溶水系水文地質(zhì)單元內(nèi)，巖溶發(fā)育的下界標準作為區(qū)域侵蝕基準面。

當?shù)厍治g基準面與區(qū)域侵蝕基準面的區(qū)別在于，當?shù)赝ǔＶ傅V區(qū)所在范圍水文地質(zhì)單元，而區(qū)域通常被定義為控制礦區(qū)的較大的水文地質(zhì)單元。前者與地形自然排水條件密切相關，更傾向于礦體在所在次級水文地質(zhì)單元的概念；后者更多表達整個區(qū)域水文地質(zhì)的特征。

(3）礦區(qū)（段）、礦床侵蝕基準面。在地質(zhì)勘查報告中，常見礦區(qū)（段）侵蝕基準面、礦床侵蝕基準面等詞語代替當?shù)厍治g基準面特征的現(xiàn)象。并且，由于地質(zhì)勘查工作中，礦區(qū)（段）、礦床的范圍通常受礦權界限限制，大小不一，這就造成了礦區(qū)（礦段、礦床）侵蝕基準面的劃分比較模糊：

(1）當?shù)V區(qū)（礦段）、礦床）范圍極大，涵蓋一個較大的水文地質(zhì)單元，或礦區(qū)（段）、礦床位于水文地質(zhì)單元的中、下部時，此時的礦區(qū)（段）侵蝕基準面位置通常與區(qū)域侵蝕基準面重疊，具區(qū)域侵蝕基準面的特征；

(2）當?shù)V區(qū)（礦段、礦床）面積較小，且位于水文地質(zhì)單元中、上部時，礦區(qū)（礦段、礦床）侵蝕基準面通常在礦區(qū)（段）礦界附近選取，此時可表現(xiàn)為礦坑水自然排泄面標高的特征，此種情況多見于大型露天開采型礦山。

2.3小結

結合礦水中有關侵蝕基準面的敘述，筆者認為，當?shù)厍治g基準面與地形自然排水條件密切相關，應理解為控制礦體所在的次一級水文地質(zhì)單元河流下蝕的極限界面；而最低侵蝕基準面（區(qū)域侵蝕基準面）則應理解為控制整個礦區(qū)的較大水文地質(zhì)單元內(nèi)河流下蝕的極限界面；礦坑水自然排泄面標高與礦床排水密切相關，側重于對某一具體的礦體或礦坑排水的定義。以上3者，標高上應存在如下的關系：礦坑水自然排泄面≥當?shù)兀ǖV區(qū)、段和礦坑）侵蝕基準面≥最低（區(qū)域）侵蝕基準面。明確定義、區(qū)分這3者，對于地質(zhì)勘查水文地質(zhì)單元的理解和劃分更具指導意義。

3實例說明

一般來說，水文地質(zhì)單元的下限往往是侵蝕基準面發(fā)育的位置。本次結合紫金山金銅礦區(qū)、塞爾維亞Timok銅金礦及山西省義興寨金礦等實例，討論研究地質(zhì)勘查水文地質(zhì)工作中有關水文地質(zhì)單元與侵蝕基準面的一些關系。

3.1紫金山金銅礦

紫金山金銅礦位于福建省龍巖市上杭縣，區(qū)內(nèi)地勢陡峻，突兀于汀江、舊縣河（汀江Ⅰ級支流）交匯處的北部，由侵蝕構造中低山及丘陵盆地組成，山體走向總體呈北東向，由中間山脊向四周蜿蜒呈“X”型，并成為本區(qū)各江、溪、溝的地表分水嶺。

礦區(qū)北西部以Ⅰ號溝同康溝為界，南西至南東以汀江及舊縣河為界，東以Ⅴ號溝為界，北以中寮溝與南山分水嶺為界，面積達36.8km

本區(qū)可劃分出兩個次級水文地質(zhì)單元，即汀江-紫金山和紫金山-舊縣河次級水文地質(zhì)單元，每個水文地質(zhì)單元各有一個當?shù)厍治g基準面，西側位于西南的小金山溝匯入汀江河床處（188.9m），東側為石圳溝匯入舊縣河河床處（198m）。區(qū)域侵蝕基準面位于礦區(qū)西南約10.4km處，舊縣河匯入汀江河口三角洲處，海拔約153m。

3.2剛果（金）卡莫阿銅礦

卡莫阿銅礦位于剛果（金）東南部加丹加高原，地勢相對較高，地形較平坦，地表水系較發(fā)育。區(qū)域內(nèi)主要為Lualaba河流域，卡莫阿礦區(qū)東部發(fā)育一條近南北展布的分水嶺將Lualaba河干流和其一級支流Lufupa河分開。其中，西側為Lufupa河流域（流域面積超5000km

區(qū)域東以Lualaba河干流，西以支流Lufupa河邊界，近圓形圈閉形成了一個包括補給區(qū)、徑流區(qū)及排泄區(qū)的地下水運動系統(tǒng)，為一個相對獨立完整的區(qū)域水文地質(zhì)單元。

銅礦項目區(qū)位于水文地質(zhì)單元西南部，橫跨分水嶺東西兩側。區(qū)域內(nèi)最高點位于礦區(qū)南東側，高程約1540m。區(qū)域最低侵蝕基準面位于區(qū)域北部Lufupa河與Lulaba河干流匯合口處，高程為858m。

礦區(qū)主要礦體分可為南北兩部分，北邊礦體分布于Mukanga河流域，南邊礦體分布在Lulua河與Mukanga河分水嶺附近。因此，當?shù)厍治g基準面從Mukanga河和Lulua支流流經(jīng)西側礦權處選取，鑒于礦區(qū)面積較大（約400km

4結論

礦區(qū)所在區(qū)域水文地質(zhì)單元位置與礦區(qū)水文地質(zhì)條件密切相關，在地質(zhì)勘查水文地質(zhì)工作中，通常是把包含礦區(qū)臨近的地下水體和地表水流（體）的系統(tǒng)才叫做一個完整的水文單元，即區(qū)域水文地質(zhì)單元的概念。而與礦區(qū)水文地質(zhì)密切相關的往往是次一級水文地質(zhì)單元的概念。而侵蝕基準面通常處于水文地質(zhì)單元的下方向，控制著單元內(nèi)河流的下蝕作用極限。在《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘查規(guī)范》中，主要礦體與當?shù)厍治g基準面的關系在一定程度上決定著地形條件是否可自然排水。筆者認為，當?shù)厍治g基準面應理解為控制礦體所在的水文地質(zhì)單元（次一級）河流下蝕的極限界面，