安徽廬樅盆地地下水系統(tǒng)特征及其對(duì)礦山開(kāi)采影響研究

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(1.安徽省地質(zhì)調(diào)查院，安徽 合肥 230001；2.安徽省地礦局326地質(zhì)隊(duì)，安徽 安慶 246003)

廬樅盆地位于揚(yáng)子板塊的北緣，東鄰郯廬斷裂帶，西與大別造山帶比鄰。燕山期，該區(qū)域發(fā)生了強(qiáng)烈的構(gòu)造、巖漿活動(dòng)，形成了一系列的北北東-北東向構(gòu)造巖漿帶，并形成了豐富的黑色、有色金屬等礦產(chǎn)。在礦山開(kāi)采的過(guò)程中，不可避免的會(huì)遇到礦坑充水問(wèn)題，弄清楚廬樅地區(qū)地下水系統(tǒng)[1-2]的含水特征對(duì)區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)具有重要的意義。

1 研究區(qū)概況

1.1 地理地貌

本地區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，降雨充沛，氣候溫暖濕潤(rùn)。區(qū)內(nèi)降水年內(nèi)、年際分布不均，降水主要集中在每年的5-8月。年平均降水量1 069.4 mm。地貌單元屬沿江丘陵平原的江北丘陵波狀平原區(qū)。以羅河～缺口斷裂為界，其東南為丘陵區(qū)，西北部為波狀平原區(qū)。地貌成因以侵蝕、剝蝕為主，山坡坡度多在10°～25°之間，最高海拔674 m。

1.2 區(qū)域地層特征

廬樅火山巖盆地北部出露的地層以白堊系下統(tǒng)火山巖地層為主，自下而上分別為龍門(mén)院組、磚橋組、雙廟組及浮山組，巖性主要為一套橄欖安粗巖系火山熔巖與火山碎屑巖，總厚約2 000 m，地層總體傾向北西。侏羅系中、下統(tǒng)羅嶺組、磨山組，三疊系中統(tǒng)東馬鞍山組、銅頭尖組，三疊系上統(tǒng)拉犁尖組圍繞火山巖盆地邊緣分布，構(gòu)成火山巖盆地的直接基底。白堊系下統(tǒng)楊灣組紅層僅在盆地局部洼地分布，主要分布于羅河-缺口斷裂以西[3-7]。

2 區(qū)域水文地質(zhì)特征

依據(jù)水文地質(zhì)普查及區(qū)內(nèi)礦床勘查資料，將區(qū)內(nèi)地下水類型分為松散巖類孔隙水、紅層孔隙裂隙水、火山巖類孔洞裂隙水、碎屑巖類裂隙水、侵入巖類裂隙水等類型(圖1)。

2.1 松散巖類孔隙水

巖性為第四系全新世以及晚更新世沖積、坡洪積成因的粉質(zhì)粘土、含碎石粘土，河谷地帶下部分布有砂礫石層。厚一般5～10 m，局部達(dá)20余 m。賦存孔隙潛水，單位涌水量0.003 6～0.51 L/s·m，滲透系數(shù)0.023 2 m/d。水質(zhì)類型主要為HCO3-Ca·Na型，礦化度<0.5 g/L，pH值6.7～7.1。

2.2 紅層孔隙裂隙水

巖性為白堊系下統(tǒng)楊灣組紫紅色粉砂巖、砂礫巖，分布在區(qū)內(nèi)西北部，厚度10～700 m，向北西延伸厚度逐漸變大。該巖組結(jié)構(gòu)松散，具有一定的孔隙，含少量孔隙裂隙水。單位涌水量0.002 1～0.085 L/s·m，滲透系數(shù)0.006 24～0.014 6 m/d。水質(zhì)以HCO3-Ca·Na型為主，礦化度0.14～0.92 g/L，pH值6.5～7.7。

2.3 火山巖類孔洞裂隙水

該類型地下水于廬樅盆地分布較為廣泛，賦水地層為白堊系下統(tǒng)浮山組、雙廟組、磚橋組及龍門(mén)院組，主要巖性為粗面巖、安山巖、粗安巖、凝灰角礫巖、凝灰質(zhì)粉砂巖、凝灰?guī)r及粗面質(zhì)角礫熔巖等。受不同時(shí)期巖漿活動(dòng)的影響，區(qū)內(nèi)巖石蝕變強(qiáng)烈，具次生石英巖化、硅化、綠泥石化、高嶺土化等，其中次生石英巖化蝕變對(duì)賦水性影響較大。火山巖淺部多發(fā)育有微弱的裂隙水，下部主要以次生石英巖化巖石含水為主，埋深一般大于150 m。兩者之間普遍分布相對(duì)隔水的凝灰質(zhì)粉砂巖、凝灰?guī)r等，這就決定了區(qū)內(nèi)火山巖類孔洞裂隙水典型的雙層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

上部裂隙水主要賦存于火山熔巖地層中，巖石具硬脆性，裂隙普遍發(fā)育，部分為張性裂隙，寬1～3 mm，裂隙面見(jiàn)水蝕銹染跡象。泉流量一般小于1 L/s，水量貧乏，單位涌水量0.001 2～0.022 6 L/s·m，滲透系數(shù)0.002 20～0.020 4 m/d。水質(zhì)類型多為HCO3-Na·Ca型，礦化度0.03～0.41 g/L，pH值6.5～8.0。局部火山碎屑巖分布區(qū)裂隙發(fā)育較少，且多被泥質(zhì)礦物充填，水量極貧乏。

下部孔洞裂隙水主要賦存于次生石英巖化巖石，巖石蝕變特征受熱液控制，進(jìn)而影響其賦水性。礬山鎮(zhèn)小礬山一帶、羅河鎮(zhèn)東側(cè)附近巖石次生石英巖化程度較高，裂隙發(fā)育較密集，縱橫交錯(cuò)，并發(fā)育連通性較好的孔洞，局部呈蜂窩狀，形成了良好的儲(chǔ)水空間及地下水運(yùn)移通道。地下水具承壓性質(zhì)，水量中等，單位涌水量0.012～0.16 L/s·m，滲透系數(shù)0.11～0.43 m/d。其它地區(qū)巖石次生石英巖化較弱，孔洞發(fā)育較少，甚至不發(fā)育，水量貧乏。由于賦水地層中黃鐵礦含量普遍較高，該類地下水中SO42+離子含量普遍較高，水質(zhì)類型主要為SO4-Ca型，礦化度0.50～1.50 g/L，pH值6.4～7.8。

圖1 廬樅地區(qū)水文地質(zhì)圖

2.4 碎屑巖類裂隙水

主要分布于盆地邊緣，賦水地層主要為三疊系黃馬青組長(zhǎng)石砂巖、侏羅系磨山組及羅嶺組石英長(zhǎng)石砂巖、粉砂巖等?！癤”型節(jié)理發(fā)育，巖石破碎，賦存裂隙水，于地形有利處溢出成泉。泉流量一般0.1～0.5 L/s 。礦化度0.30～0.58 g/L，水質(zhì)類型多為HCO3-Na·Ca型。

2.5 侵入巖類裂隙水

區(qū)內(nèi)侵入巖分布較為普遍，形成于燕山期，呈巖株、巖盤(pán)狀產(chǎn)出。巖性主要為閃長(zhǎng)玢巖、粗安斑巖、正長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)巖等，淺部風(fēng)化裂隙較發(fā)育，含風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水，富水性弱。水質(zhì)類型以HCO3-Ca·Na型為主，礦化度0.10～0.30 g/L。

3 地下水動(dòng)態(tài)特征

區(qū)內(nèi)地形切割強(qiáng)烈，溝谷縱橫。研究區(qū)大面積為火山巖覆蓋，主要地下水類型為火山巖類孔洞裂隙水。地下水總體流向?yàn)楸蔽飨?。淺部火山巖地層賦存少量裂隙潛水，其主要補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水的入滲補(bǔ)給，于構(gòu)造有利部位溢出成泉。泉點(diǎn)出露較多，但流量一般較小。部分埋藏于白堊系紅層之下的火山巖孔洞裂隙水，其補(bǔ)給來(lái)源為附近基巖裸露區(qū)地下水的側(cè)向徑流補(bǔ)給，地下水徑流緩慢，水位較穩(wěn)定。如圖2所示，鉆孔ZK0701、ZK0904長(zhǎng)期觀測(cè)目標(biāo)含水層為雙廟組火山巖地層，埋深約20 m，地下水動(dòng)態(tài)較為穩(wěn)定，水位年變幅小于2 m。

圖2 泥河鐵礦地下水位長(zhǎng)期觀測(cè)曲線圖

下部次生石英巖類孔洞裂隙水一般埋藏較深，屬承壓水，地下水補(bǔ)給來(lái)源較少，地下水位隨季節(jié)變化不明顯。廬江縣泥河鐵礦ZK0105、ZK0507、ZK0513針對(duì)次生石英巖孔洞裂隙水進(jìn)行水位長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，前期受附近相鄰鉆孔施工影響，水位變化幅度較大，鉆探施工結(jié)束后水位基本趨于穩(wěn)定，且各鉆孔變化趨勢(shì)基本一致(圖2)，說(shuō)明含水層連通性較好。地下水位年變幅一般小于1 m，隨季節(jié)變化影響不明顯，說(shuō)明該含水層受大氣降水影響較小。據(jù)泥河鐵礦ZK1101自流孔長(zhǎng)期觀測(cè)資料，鉆孔涌水量逐漸減小(圖3)，地下水雖然具承壓性，靜水壓力約5 MPa，但其補(bǔ)給來(lái)源不充分，以消耗靜儲(chǔ)量為主。

圖3 ZK1101自流井長(zhǎng)期觀測(cè)曲線圖

4 斷裂構(gòu)造的導(dǎo)水性

廬樅地區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，多形成于燕山期，以北北東向斷裂為主，斷裂性質(zhì)多為壓扭性，多切割火山巖地層[8-13]。由于斷裂性質(zhì)的不同致其導(dǎo)水性各異。

羅河-缺口斷裂為區(qū)域規(guī)模最大的斷裂，走向北東，傾向南東，傾角50°～80°，斷距可達(dá)250 m，斷層破碎帶寬達(dá)50～150 m。斷層具壓扭性，斷層角礫為粗安巖，由泥質(zhì)或碳酸鹽巖膠結(jié)。斷裂帶內(nèi)裂隙發(fā)育，形成微弱的含水帶，鉆孔單位涌水量0.006 5 L/s·m，滲透系數(shù)0.005 15 m/d，導(dǎo)水性弱。

黃屯地區(qū)發(fā)育走向近南北斷裂帶，隱伏于沖溝之下，于黃屯河河床見(jiàn)局部出露[11]。斷裂帶裂隙密集發(fā)育，呈網(wǎng)狀，且延伸長(zhǎng)，寬度大。據(jù)黃屯硫鐵礦SK1451資料，斷裂帶巖石硅化強(qiáng)烈，碳酸鹽巖脈狀充填，孔洞發(fā)育，連通性好，富水性強(qiáng)。鉆孔單位涌水量4.88 L/s·m，滲透系數(shù)可達(dá)10.91 m/d，導(dǎo)水性極強(qiáng)。

5 地下水對(duì)礦山生產(chǎn)的影響

區(qū)內(nèi)礦床較多，以鐵礦、硫鐵礦為主。礦床多為埋藏型，埋深400～600 m不等。礦體受熱液蝕變控制，與次生石英巖化蝕變關(guān)系密切，多分布于次生石英巖孔洞裂隙水含水層之下，故廬樅地區(qū)地下水問(wèn)題直接制約了當(dāng)?shù)氐V業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。據(jù)羅河鐵礦主井掘砌施工資料，于-299 m揭露次生石英巖含水層，裂隙發(fā)育，巖石破碎，瞬時(shí)涌水量達(dá)數(shù)百立方米每小時(shí)，靜水壓力3～4 MPa。針對(duì)水量大、水壓高的現(xiàn)象，施工單位輪番采取了各種注漿止水措施，最終歷時(shí)2年多才得以完工。后期施工的副井、回風(fēng)井等豎井工程也面臨了同樣的治水難題。地下水問(wèn)題嚴(yán)重阻礙了礦山的建設(shè)進(jìn)度。

黃屯地區(qū)馬鞭山鐵礦于2006年開(kāi)工建設(shè)，地下水問(wèn)題十分突出。副井井筒于2011年3月施工至400 m附近發(fā)生井壁突水，涌水量達(dá)430 m3/h，造成淹井事故。受制于地下水涌水量大的影響，礦山建設(shè)工作已持續(xù)了10 a之久，這對(duì)企業(yè)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

6 結(jié)語(yǔ)

(1)廬樅地區(qū)普遍發(fā)育火山巖地層，主要地下水類型為火山巖類孔洞裂隙水，具雙層結(jié)構(gòu)。由于孔洞、裂隙發(fā)育的不均勻性，不同地區(qū)含水層的富水性差異明顯。

(2)區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，斷裂帶走向、傾向、填充物等的差異致其導(dǎo)水性相差較大。

(3)地下水具有水壓高，瞬時(shí)涌水量大的特點(diǎn)，礦山建設(shè)應(yīng)加強(qiáng)超前探水工作，防止礦井突水事故的發(fā)生。