貴州福泉市大灣磷礦區(qū)水文地質(zhì)特征

曾牡丹，向剛

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貴州福泉市大灣磷礦區(qū)水文地質(zhì)特征

曾牡丹，向剛

（貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局一○四地質(zhì)大隊(duì)，貴州都勻 558000）

在大灣磷礦區(qū)多孔抽水試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合礦床水文地質(zhì)條件和地質(zhì)資料，完成對(duì)礦床水文地質(zhì)條件的概化，建立了概念模型，并以多孔抽水試驗(yàn)場(chǎng)的地下水流場(chǎng)演變過(guò)程為信息，以礦床地下水流數(shù)學(xué)模型檢驗(yàn)為手段，建立了礦區(qū)地下水運(yùn)動(dòng)的分布參數(shù)系統(tǒng)仿真模型，并在檢驗(yàn)數(shù)學(xué)模型的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)F1斷層性質(zhì)的查明，對(duì)后期開(kāi)采階段礦區(qū)涌水量預(yù)測(cè)提供了依據(jù)。

磷礦；礦區(qū)邊界；水文地質(zhì)；大灣

福泉市大灣磷礦區(qū)位于福泉市與甕安縣交界處，該區(qū)是貴州省規(guī)模最大的聚磷區(qū)塊之一，讓福泉市在亞洲享有“磷都”之稱。大灣礦區(qū)面積為11.22km2，礦區(qū)為溶蝕-侵蝕地貌，礦區(qū)最高點(diǎn)位于礦區(qū)南西部，海拔1 463.5m，最低點(diǎn)為北東部巖根河河床，海拔1 047.5m，最大高差416m，屬于低中山類型。主要水系巖根河從南向北東流過(guò)礦區(qū)，巖根河流經(jīng)礦區(qū)標(biāo)高為1 111.5～1 047.5m，為礦區(qū)最低排泄基準(zhǔn)面。

1 礦區(qū)所在水文地質(zhì)單元邊界

礦區(qū)所在水文地質(zhì)單元南部以攔馬坳到扁擔(dān)山一線為分水嶺，分水嶺以南地表水和地下水向南徑流，匯入烏江水系清水河；分水嶺以北地表水、地下水向北徑流，匯入烏江水系馬頸河。北部邊界位于白巖背斜軸部轉(zhuǎn)背巖一帶，∈1n+∈1m組炭質(zhì)頁(yè)巖、粉砂巖富水性弱，為地下水隔水邊界。單元西部以∈1n+∈1m組隔水巖層為隔水邊界；單元東部有一條南北向的小壩斷層（F1）。礦區(qū)位于白巖背斜西翼，位于水文地質(zhì)單元徑流區(qū)，礦區(qū)地下水從南往北西方向徑流，流經(jīng)礦區(qū)的巖根河為地下水最低排泄基準(zhǔn)面。

圖1 礦區(qū)概況圖

2 問(wèn)題的提出

礦區(qū)磷礦層埋藏較深（垂深大于500m），礦層直接頂板為較厚的燈影組白云巖，巖溶裂隙發(fā)育，涌水量較大，水文地質(zhì)條件復(fù)雜。在未來(lái)開(kāi)采過(guò)程中，在區(qū)域上會(huì)形成一個(gè)大降深的漏斗，影響范圍內(nèi)的地下水會(huì)對(duì)漏斗中心形成補(bǔ)給。礦區(qū)南部、西部、北部的邊界條件較為清楚，補(bǔ)給范圍較為明確。由于中部的F2斷層斷距較大，首采區(qū)確定為F2斷層以西的部分，F(xiàn)2斷層通過(guò)抽水試驗(yàn)確定為導(dǎo)水?dāng)鄬?，東部存在一條南北向的小壩斷層F1，目前F1斷層導(dǎo)水性不明，其性質(zhì)直接關(guān)系到礦山后續(xù)開(kāi)采過(guò)程中的涌水量大小。

3 大灣礦區(qū)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)

礦區(qū)主要含水層為震旦系上統(tǒng)燈影組和陡山沱組，上覆有較厚的寒武系下統(tǒng)金頂山組和寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組，富水性均較差；下伏有含水性差的震旦系下統(tǒng)南沱組粘土巖及青白口系板溪群的粘土質(zhì)粉砂巖。燈影組和陡山沱組組成相對(duì)封閉的含水系統(tǒng)，且為深部隱伏地層。區(qū)內(nèi)斷裂較發(fā)育，地下溶孔溶隙發(fā)育，為溶孔、細(xì)小溶隙和溶蝕裂隙等細(xì)而窄的裂隙狀溶洞。因此該區(qū)地下水系統(tǒng)為孔隙—裂隙型巖溶含水系統(tǒng)。

4 東部F1斷層性質(zhì)的確定

F1小壩斷層為區(qū)域性大斷裂，位于礦區(qū)東部靠背斜軸部。斷層走向近南北，傾向75°～105°，斷層傾角為78°~86°，該斷層切割了板溪群至明心寺組地層，對(duì)礦層鉛垂斷距為80~260m，破碎帶寬6~15m，該斷層破壞了區(qū)內(nèi)礦層的完整性和連續(xù)性。

圖2 水文地質(zhì)剖面圖

勘查期間在礦區(qū)東部開(kāi)展一組多孔抽水試驗(yàn)，設(shè)置1個(gè)主孔抽水，6個(gè)觀測(cè)孔進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)孔布置大致呈十字交叉型，即大致呈平行地下水主徑流方向和垂直地下水主徑流方向。對(duì)F1斷層在不同條件下，觀測(cè)孔模擬值與實(shí)際觀測(cè)值擬合情況，來(lái)判斷F1斷層導(dǎo)水性強(qiáng)弱。

1）采用的數(shù)學(xué)模型

a）當(dāng)斷裂F1為隔水邊界時(shí)，建立隔水邊界旁地下水向干擾井運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型：

采用有限余弦變換和無(wú)限變換，經(jīng)離散后，得區(qū)內(nèi)任意一點(diǎn)的地下水動(dòng)水位降深方程：

K—主徑流方向的滲透系數(shù)；K—次徑流方向的滲透系數(shù)；—地下水徑流方向與主徑流方向的夾角；—地下水徑流方向與次徑流方向的夾角

b）當(dāng)斷裂F1為透水邊界，地下水可通過(guò)斷層連通東部含水層則建立補(bǔ)給邊界旁地下水向干擾井運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型：

經(jīng)離散后，得區(qū)內(nèi)任意一點(diǎn)的地下水動(dòng)水位降深方程：

2）分別假設(shè)F1斷層為透水、隔水邊界對(duì)試驗(yàn)過(guò)程的流場(chǎng)進(jìn)行擬合。

擬合結(jié)果反映，在透水邊界情況下，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)中鉆孔計(jì)算的水位降深過(guò)程曲線與實(shí)測(cè)曲線整體擬合得較好，特別是ZK510，ZK1304；在隔水邊界情況下，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)中離zk908較近的孔擬合結(jié)果較好。

在設(shè)定F1為透水邊界情況下和隔水邊界情況下各孔擬合情況見(jiàn)圖3、4。

圖3 抽水試驗(yàn)觀測(cè)孔擬合曲線(透水邊界)

c）假設(shè)研究區(qū)東部F1斷層為透水邊界，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)中離主孔ZK908較近的ZK907和ZK709各觀測(cè)孔在三種不同邊界條件下擬合誤差見(jiàn)表1。

圖4 抽水試驗(yàn)觀測(cè)孔擬合曲線(隔水邊界)

通過(guò)上述擬合情況來(lái)分析，斷層F1在ZK907附近顯示一定的阻水性，是導(dǎo)致該處降深較大的原因，另外在透水邊界條件下，各觀測(cè)孔的計(jì)算值和實(shí)際值吻合較好，因此，F(xiàn)1斷層總體表現(xiàn)為透水性質(zhì)。長(zhǎng)期觀測(cè)資料顯示，在F1斷層以東各個(gè)礦山持續(xù)排水疏干的情況下，F(xiàn)1斷層以西的各個(gè)觀測(cè)孔水位有緩慢下降的趨勢(shì)，也在一定程度上證明F1斷層呈現(xiàn)一定的透水性。

不同邊界條件擬合誤差對(duì)比分析表

邊界條件誤差ZK907ZK900ZK902ZK510ZK709ZK1304平均值 透水邊界△∣S1∣0.0720.0270.2240.0780.0840.0540.090 隔水邊界△∣S2∣0.0360.1550.3050.7240.0590.2050.247

5 結(jié)論

本文在礦區(qū)多孔抽水試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合礦區(qū)的礦床水文地質(zhì)條件和地質(zhì)資料，完成了對(duì)礦床水文地質(zhì)條件的概化，建立了概念模型，并以大灣磷礦多孔抽水試驗(yàn)場(chǎng)的地下水流場(chǎng)演變過(guò)程為信息，以礦床地下水流數(shù)學(xué)模型檢驗(yàn)為手段，建立了大灣磷礦礦區(qū)地下水運(yùn)動(dòng)的分布參數(shù)系統(tǒng)仿真模型，并在檢驗(yàn)數(shù)學(xué)模型的過(guò)程中，證明F1斷層具有透水性質(zhì)，F(xiàn)1斷層性質(zhì)的查明對(duì)大灣礦區(qū)后期開(kāi)采階段礦區(qū)涌水量預(yù)測(cè)具有指導(dǎo)作用，具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。

[1] 貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局一0四地質(zhì)大隊(duì). 貴州省福泉市大灣磷礦勘探報(bào)告[R]. 2015，6.

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Hydrogeological Features of the Dawan Phosphorite District in Fuquan, Guizhou

ZENG Mu-dan XIANG Gang

(No. 104 Geological Team, Guizhou Bureau of Geology and Mineral Resources, Duyun, Guizhou 558000)

This paper establishes a conceptual model for hydrogeological features and a simulation model for distribution parameter system of the Dawan phosphorite district in Fuquan, Guizhou based on multiple-well pumping test and hydrogeological conditions generalized. Property of fault F1 is found out in the process of mathematical model test.

multiple-well pumping test; hydrogeological feature; Dawan phosphorite district

P619.21+3

A

1006-0995（2017）03-0478-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2017.03.029

2017-02-24

曾牡丹（1985-），女，貴州羅甸人，水工環(huán)工程師，長(zhǎng)期從事礦山水工環(huán)地質(zhì)勘查及評(píng)價(jià)工作