摘要：为了摸清苏南某铜矿尾矿库库区及其周边水文地质条件，指导库区地下水污染防治及监测井布设，本文在前期闭库工程地质勘察资料的基础上，结合现有地下水监测井及周边民井资料，对库区及周边地下水类型及地下水流场的水文地质特征进行了分析和研究，结果表明，库区范围内主要为低丘地貌单元，勘探深度范围内可划分为两个工程地质层，素填土和强风化砂岩，其中素填土层主要由表层覆土(黏性土)和尾矿砂组成，以尾矿砂为主；包气带岩性为填土，以黏性土和尾矿砂为主，分布于近地表层，厚度为8.70m~16.20m；根据地下水的赋存、埋藏条件，场地地下水类型主要为孔隙潜水，赋存于尾矿库区填土及尾矿砂空隙中；场地地下水流向为自北向南方向。

　　关键词：尾矿库；地下水；水文地质条件

　　我国矿产资源丰富，矿产资源经开采、选矿、冶炼等工艺流程后，形成大量的尾矿排放于尾矿库中。据统计，我国已经形成的尾矿库约有一万五千多座。随着时间的推移，尾矿库中的污水可能会进入地下水含水层，对地下水造成污染，这对周边的地下水来说是一个潜在的污染源和安全隐患。摸清尾矿库库区及周边的水文地质条件，特别是地下水渗流场分布情况，对研判尾矿库污染潜在风险以及污染扩散可能性具有重要的指导意义。本文以苏南某尾矿库为例，利用库区闭库工程地质勘察资料以及现有地下水监测井，对库区的水文地质条件进行了分析和研究，为尾矿库的污染防治提供可靠的参考依据。

　　1铜矿尾矿库水文地质研究现状

　　矿山开采对地下水造成的影响具有隐蔽性、滞后性和长期性，最初并没有得到足够的关注。随着环保部门颁布的《环境影响评价技术导则一地下水环境》(HJ610-2011)，该指南已成为国内外众多专家和研究人员共同关心的课题。《导则》于2016修正后，伴随着HJ610-2016版《环境影响评价技术导则一地下水环境》的颁布和执行，我国对地下水的治理更加关注。

　　为了避免出现防治措施过于粗放，没有掌握防治要点，而导致消极的防治措施，从而造成环保投资的巨大损失，开展地下水的环境危险评价和区域防治措施变得非常必要。通过“源头控制、途径阻断、汇治理”的思路，开展地下水源地的生态安全评价是实现防控的有效途径。

　　目前我国铜矿开采区内存在着严重的环境污染问题。针对地区矿山开发造成的生态环境损害和地下水体中的重金属污染等问题的分析还鲜有报道。探索矿区地下水源地的生态安全评价和区域防治技术，对于保障矿区人民生命安全和保护矿区地下水源地生态安全都有着十分重要的实际和现实价值。

　　人们对环境危险的认识源自上个世纪由不合理使用造成的环境问题。自此之后，环境危险评估的概念逐渐走入公众的视线。美国是一个发展迅速的国家，在此时期，一套完整的评估方法和初步的评估体系正在成型。二十世纪80年代以后，我国也开始逐渐重视对环境的影响和对环境的影响。矿区地下水环境问题相对于其他因素而言，具有隐蔽性强、危害性大等特征。近四十多年来，矿区地下水资源开发的风险性已逐渐成为矿区地下水资源开发领域的一个热点问题。深部开采使矿井地下水位降低，改变了地下水流体系，对地下水生态造成了极大的危害。矿山穿越多个含水层，其中夹杂的矿山水互相穿越和掺杂，造成了“串层”的污染，导致水质的严重下降。此外，由于矿区的开发，废弃的岩石中存在着许多有毒的矿物，矿产开采会使长期埋置于地下的有害物沉积物质暴露于地表，矿体中有害的还原物质被氧化后侵入含水层，造成地下水环境的污染。

　　现有的相关工作多将采矿引发的环境地质问题、地下水含水量问题以及采矿引发的水环境质量问题分别作为独立的问题进行探讨，或只关注单一来源的污染物质在采矿活动中的运移，而缺乏对同时存在地下水含水量和质量问题的矿井地下水环境危害的评价。国内学者以西南某铅锌矿及其周边区域作为研究案例，通过现场调研与实验室测试，采用风险评估技术，开展多金属矿山与周围地区重金属的综合环境影响评估，为我国多金属矿山及周围地区的重金属环境风险评估与治理工作奠定基础。李建中基于淄博洪山矿区的实例，归纳了矿井地下水失稳模式和危险构成，为矿井地下水含水失稳评价提供了科学依据。在此基础上，将其运用到矿井水的生态安全评价中，是一个值得深入探讨的课题。

　　2尾矿库现状

　　该铜矿于1972年3月筹建，于1987年3月开始投入生产，至2001年6月停产，根据历史资料，该矿共开采出矿石约150万吨，铜精矿含铜9850t。该矿尾矿库为矿方自行建设运行的尾矿库，由于历史原因，前期未进行勘察、设计、评价及委托有资质施工单位建设、整治。

　　库区南侧根据地形高差类似梯级筑坝成库，现状分为1#库及2#库。其中1#库坝顶标高100.0m，坝底标高93.0m；2#库坝顶标高90.0m，坝底标高87.0m。1#尾矿坝筑坝材料为尾砂，2010年被判定为一级重大事故隐患后业主自行进行了整改，在坝体外坡采用黏性土进行压坡压实，但未进行护坡处理；根据实测现状地形图，1#尾矿坝坝高7.0m，坝顶宽6.0m，坝体外坡坡比1：2.0。2#尾矿坝采用黏性土、碎石土进行堆筑；2#尾矿坝坝高3.0m，坝顶宽仅1.2m，坝体外坡坡比1：1.75。

　　3区域概况

　　3.1地形地貌

　　研究区属低山丘陵地貌，海拔一般在200m~300m，山麓为第四系松散沉积覆盖，地面标高40m~70m。西北部地势低平，有九乡河、七乡河(溢洪河)通过，东南面是汤水河，均以排洪为主兼灌溉功能的季节性河流，两岸为第四纪冲洪积平原，标高10m~25m。

　　3.2区域地层岩性

　　研究区处于扬子地层区的下扬子地层分区之宁镇－江浦地层小区，前第四纪地层出露较全，以古生界为主，按条块分布。震旦系—三叠系组成扬子准地台的主要盖层，以海相沉积为主。二叠系夹煤层、三叠系含石膏。各系、组之间呈假整合或整合接触。侏罗系以陆相碎屑岩和中酸性火山岩为主，假整合—不整合在三叠系—古生界不同层位之上。白垩系以内陆盆地沉积的红色碎屑岩为主，局部夹中性、碱性火山岩，不整合在侏罗系及其以下老地层之上。新生代地层以内陆盆地杂色碎屑岩为主，局部伴有基性岩喷发和侵入，不整合在白垩系及其以下各个老地层之上。

　　第四纪地层发育不全，以更新统为主，大部分地区缺失更新统中、下部地层。中、上更新统主要出露于低山丘陵的山麓地带，全新统分布于局部洼地中。地层厚度小，一般为10m~30m左右。成因以风积-风坡积、冲积、冲坡积、冲洪积为主要类型。中更新统柏山组分布极为零星，厚约2.5m，与上覆下蜀组砂砾亚粘土平行不整合接触，与下伏象山群砂岩不整合接触，主要为棕红色粘土，含少量砂，夹灰白色网纹粘土，粘土中含角砾，角砾呈尖棱角状，大小不一，排列无序，杂乱无章，角砾成分为粗粒砂岩，也有来自下伏砂砾层经剥蚀再沉积的圆度较好的石英砂岩、石英岩状砂岩及火山岩砾石，砾石长径达20cm~30cm，有明显冲刷磨光面，偶见擦痕。中－上更新统下蜀组岩性由灰黄、棕黄、黄褐等以“黄色”为基本色调的亚粘土组成，故被称为“下蜀黄土”。剖面上该黄土层中常夹数层红棕、棕褐色亚黏土。岩石地层划分以剖面出现的红棕色亚黏土作为标志层进行划分与对比。该红棕色亚黏土常具古壤化特征，是黄土堆积过程中的沉积间断，故又称埋藏土。全新统厚度变化较大，岩性主要为淤泥质粉质黏土、亚砂土、亚粘土互层，水平层理极微交错层理。

　　3.3区域地质构造

　　研究区处在扬子陆块上一个以震旦系为变质基底的长期坳陷带内，区域上属于扬子地块(下扬子构造带)的北东段，大地构造背景复杂，地壳演化历史漫长，中生代以前构造活动受扬子陆块控制，其中，前震旦纪为基底形成阶段，晋宁运动形成结晶基底，构造形式以近东西向的基底褶皱和塑性流变构造为特征；震旦纪及古生代(包括三叠纪)为沉积盖层形成阶段，地壳活动在印支期之前以地壳的整体升降运动为主，印支期地壳活动强烈，构造形式以强烈的挤压褶皱和断裂活动为主；中生代以来由于受太平洋板块俯冲作用影响，构造主要与东部大陆边缘活动有关，其中，燕山期构造形式以断裂和断块活动为特征，形成晚期北北东、北东和近东西向的断裂构造，奠定了断陷和隆起的基本格局；喜山运动主要表现为强烈的断块差异运动，又是一个重要的造盆时期。新构造运动时期，构造活动趋弱，表现为不均衡的差异升降运动。

　　研究区内整体而言断裂构造不发育，根据GB18306-2015《中国地震动参数区划图》，该区抗震设防烈度为Ⅶ度区，设计基本地震加速度值为0.10g，总体而言区域稳定性较好。

　　3.4区域水文地质特征

　　根据江苏省水文地质分区，本区属低山丘陵区。地下水类型主要为松散岩类孔隙水、碳酸盐岩类裂隙溶洞水和非碳酸盐岩类基岩裂隙水三个含水岩组。

　　松散岩类孔隙含水层组地层时代包括全新统、更新统、新近系中新统，按透水程度可分为松散岩类孔隙含水层组和松散岩类孔隙弱含水层组两个含水层组。松散岩类孔隙含水层组，岩性主要为第四系冲积粉细砂层，厚20m~30m，顶部为全新统亚黏土、亚砂土,水头埋深1m~3m，单井涌水量在1000m3/d~2000m3/d。水质为重碳酸钙镁(HCO3-Ca·Mg)水，矿化度小于1克/升，但水中铁、砷离子含量较高，超过饮用水标准，下伏基岩为含水性很弱的白垩系红色砂岩。松散岩类孔隙弱含水层组主要分布于丘陵岗地、冲沟地段，以及冲积平原的浅部。岩性：丘陵岗地以亚粘土为主，冲沟为亚粘土、亚砂土或者亚砂土夹薄层粉砂，冲积平原一般为亚砂土夹薄层粉砂、亚砂土、淤泥质土，以及亚粘土。沉积时代以全新世、中上更新世为主。透水性弱~较弱，水量不丰富；含水层最大厚度30m左右，水位埋深3m~5m。

　　碳酸盐岩类含水岩组的二级划分按岩性、层状结构的厚薄划分成两类，即碳酸盐岩类溶隙含水岩组与碳酸盐岩夹碎屑岩类溶隙水含水岩组。碳酸盐岩类溶隙含水岩组岩性主要为中~厚层状灰岩、白云质灰岩、白云岩等，碎屑岩夹层较少亦较薄，碳酸盐纯度较高。溶蚀孔洞发育较强，连通性较好，导(透)水性好，富水性强。地层时代主要为：三叠系中统周冲村组，石炭系上统船山组、中统黄龙组，奥陶系上统汤头组、寒武系上统观音台组。碳酸盐岩夹碎屑岩类溶隙水含水岩组岩性主要为中薄层灰岩、白云质灰岩、白云岩，夹多层泥岩、页岩、泥质砂岩等碎屑岩，碳酸盐纯度较低。溶蚀孔洞发育较弱，连通性较差，导(透)水性较好，富水性较强。地层时代主要为：三叠系下统青龙群，二叠系中统栖霞组，石炭系下统，寒武系中统炮台山组，震旦系上统黄墟组。主要发育深度在300m以浅，裂隙岩溶水受构造控制明显，单井涌水量1000m3/d~3000m3/d，矿化度小于0.5g/L，水质为重碳酸钙(HCO3-Ca)水。

　　基岩裂隙水含水岩组岩性主要为各时代砂岩、粉砂岩、砂砾岩和侵入岩类。富水程度差别较大，其中侏罗系象山群砂岩、泥盆系石英砂岩砾岩富水性较好，在向斜构造核部和张性断裂带单井涌水量可达1000m3/d以上。侵入岩以花岗斑岩为主，主要赋存于成岩裂隙和风化裂隙中，富水性一般不足200m3/d，水质好。水质为重碳酸钙(HCO3-Ca)水，矿化度小于0.5g/l。

　　4尾矿库地层分布

　　库区范围内主要为低丘地貌单元，勘探揭示场地浅部近10年以来的人工堆填物，成分主要为尾矿、粘性土；根据周边山体露头和勘探揭示，下伏基岩为砂岩。根据钻孔资料，依据土体的成因、时代、埋藏分布等特征，结合区域地质资料可知，库区地层可分为2个工程地质层，各工程地质层特征分述如下。

　　(1)层素填土：灰黄色、灰褐色、灰色，松散—稍密状态，主要由粘性土、尾矿砂组成，夹强风化岩屑、中风化岩块以及碎石等杂物，杂物含量一般为5%左右。堆填时间小于10年。全场分布，密实度不均。底板标高81.01m~91.84m，厚底8.70m~16.20m。

　　(2)层强风化砂岩：灰黄色，岩芯呈密实砂土状，夹有未完全风化岩碎块，手捏易散碎，遇水极易软化。为极软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级。底板标高81.01m~91.84m，厚底8.70m~16.20m。本层未揭穿，揭露最大厚度1.3m。

　　5尾矿库水文地质条件

　　5.1地下水类型及埋藏条件

　　根据工程地质岩土分层，场地包气带为①层素填土，岩性以粘性土、尾矿砂为主，分布于近地表层。根据现场踏勘可知，场地近地表层为人工填土覆盖，岩性主要为黏性土，向下为尾矿砂。

　　根据地下水的赋存、埋藏条件，场地地下水类型主要为孔隙潜水，赋存于尾矿库区填土及尾矿砂空隙中。基岩裂隙局部较发育，钻探过程中未见明显漏浆现象，由于其裂隙发育不均，局部可能存在裂隙水，富水性随裂隙发育程度不均而变化，总体富水性较弱。

　　据区域水文地质资料表明，该地区潜水水位年变幅在3.0m左右。潜水补给来源主要是大气降水及地表水入渗补给；潜水排泄方式主要为自然蒸发。地下水迳流缓慢。

　　5.2地下水补给径流排泄条件

　　根据前述分析，库区地下水类型主要为松散岩类孔隙潜水，地下水主要补给来源为大气降水，其次为地表水侧向补给。

　　根据库区内部及周边已有监测井以及周边民井水位统测成果，库区地下水稳定水位为81.17m~105.82m。结合矿区地形和已有监测井实测信息，勘探期间地下水整体呈现由北往南方向径流的趋势。

　　地下水主要排泄途径为蒸发和向地势低洼处排泄。

　　6结语

　　库区范围内主要为低丘地貌单元，勘探深度范围内可划分为两个工程地质层：素填土和强风化砂岩，其中素填土层主要由表层覆土(黏性土)和尾矿砂组成，以尾矿砂为主；包气带岩性为填土，以黏性土和尾矿砂为主，分布于近地表层，厚度为8.70m~16.20m；场地包气带为①层素填土，岩性以黏性土、尾矿砂为主，分布于近地表层。场地近地表层为人工填土覆盖，岩性主要为粘性土，向下为尾矿砂。

　　根据地下水的赋存、埋藏条件，场地地下水类型主要为孔隙潜水，赋存于尾矿库区填土及尾矿砂空隙中；场地地下水流向为自北向南方向。