貴州煤礦污染區(qū)茅口組灰?guī)r古巖溶水特征及勘查
——以六盤(pán)水大河邊、汪家寨地區(qū)為例

張 林，洪運(yùn)勝，吉勒克補(bǔ)

（貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局一一四地質(zhì)大隊(duì)，貴州 遵義 563000）

貴州煤礦污染區(qū)茅口組灰?guī)r古巖溶水特征及勘查
——以六盤(pán)水大河邊、汪家寨地區(qū)為例

張 林，洪運(yùn)勝，吉勒克補(bǔ)

（貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局一一四地質(zhì)大隊(duì)，貴州 遵義 563000）

貴州省六盤(pán)水地區(qū)素有江南“煤海之稱(chēng)”，是貴州省主要的煤化工基地之一，由于各類(lèi)礦坑廢水的排放，造成地表、地下水體污染嚴(yán)重，如何為區(qū)內(nèi)尋找優(yōu)質(zhì)的水源地顯得優(yōu)為重要。以六盤(pán)水大河邊、汪家寨地區(qū)實(shí)施的揭穿峨嵋山玄武巖至茅口組灰?guī)r古巖溶的地下水勘查工程為例，總結(jié)了茅口灰?guī)r古巖溶的發(fā)育特征、地下水富集規(guī)律，以期為類(lèi)似地區(qū)進(jìn)行找水提供參考。

地表水污染；古巖溶水；勘查；六盤(pán)水

貴州省六盤(pán)水地區(qū)素有江南“煤海之稱(chēng)”，是貴州省主要的煤化工基地之一，由于各類(lèi)礦坑廢水的排放，造成地表水體污染嚴(yán)重，如何為區(qū)內(nèi)尋找優(yōu)質(zhì)的水源地顯得優(yōu)為重要。根據(jù)《貴州省礦井水利用規(guī)劃》（表1）分析，預(yù)測(cè)2006-2010年間僅六盤(pán)水市境內(nèi)的礦井總涌水量11 853.77×104m3/年， 2011~2020年間礦井總涌水量18 647.77×104m3/年。區(qū)內(nèi)礦井水水質(zhì)中，硫酸根離子（SO42-）含量一般400~750mg/L，最高可達(dá)1 000 mg/L以上；氟（F）含量0.2~1.2 mg/L。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果和礦井排水量，估算出未來(lái)隨礦井排水排放出硫化物、氟總量為：2006~2010年，硫化物4.74~13.99萬(wàn)噸/年，氟（F）23.71~142.25噸/年；2011~2020年，硫化物7.46~13.99萬(wàn)噸/年，氟（F）37.30~223.77噸/年。并有大量的砷（As）、釩(V)、錳(Mn)等有害元素隨礦井水排出。除礦坑排水外，尚有矸石場(chǎng)受大氣降水淋濾排出大量的污染物質(zhì)。礦渣、煤矸石的淋濾水通過(guò)巖石裂隙、塌坑等通道進(jìn)入含水層，使附近地下水水體中SO-4、F-、及Pb、Zn、Mn等嚴(yán)重超標(biāo)，地下水污染情況加劇，被污染范圍擴(kuò)大。同時(shí)工礦區(qū)大量廢氣的排放使區(qū)內(nèi)部分地段大氣降水pH值達(dá)3.6，并且雨水中含大量的重金屬元素，也成為地下、地表水污染的源頭之一。

表1 六盤(pán)水市未來(lái)礦井排水量預(yù)測(cè)表

為實(shí)現(xiàn)煤礦區(qū)飲水安全的目標(biāo)，近年以國(guó)土資源大調(diào)查項(xiàng)目“貴州省重點(diǎn)巖溶流域水文地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)調(diào)查”為依托，在工作區(qū)進(jìn)行了大膽探索，通過(guò)綜合分析后，選擇了大河邊、汪家寨地區(qū)進(jìn)行深部找水的構(gòu)想，即穿過(guò)峨嵋山玄武巖至茅口灰?guī)r古巖溶進(jìn)行深部找水，并實(shí)現(xiàn)了找水突破。

1 地質(zhì)背景條件

大河邊、汪家寨位于六盤(pán)水市北面，距市區(qū)10~20km，交通方便。屬大河邊、汪家寨礦區(qū)在地形上位于云貴高原東部，貴州高原的一級(jí)臺(tái)面各二級(jí)臺(tái)面過(guò)渡的斜坡地帶。受地層及巖性控制，形成溝谷，谷中地勢(shì)平坦，兩側(cè)斜坡地形較陡，一般坡度角在 35°~70°之間，部分地段形成陡崖。地形總體上南低，西、北、東三面為厚大山體，地勢(shì)較高，最高處為（鍋底山，標(biāo)高為）1 994.10m，最低處為圖區(qū)溪溝出口（大河鎮(zhèn)）處，標(biāo)高為1 677.00m，相對(duì)高差327.1m。

在構(gòu)造地處揚(yáng)子準(zhǔn)臺(tái)六盤(pán)水?dāng)嘞菖璧刂罐D(zhuǎn)背斜北東翼，巖層傾向南東、傾角一般為 20°左右。受新華夏系構(gòu)造影響，中二迭系茅口灰?guī)r與上二迭系峨嵋玄武巖呈正常接觸。區(qū)內(nèi)出露地層主要為三迭系、二疊系。

三迭系下下統(tǒng)夜郎組(T1y): 泥巖、砂巖夾泥灰?guī)r、灰?guī)r，厚度465～547m。

二疊系上統(tǒng)長(zhǎng)興大隆組(P3c～d)：泥灰?guī)r、透鏡狀灰?guī)r，厚小于100m。

二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M(P3l)：灰色、黃褐色粘土巖、頁(yè)巖、砂質(zhì)頁(yè)巖、細(xì)砂巖、粉砂巖及煤層，有三個(gè)含煤組，含煤30～50余層；下部含有少量灰?guī)r、泥灰?guī)r。厚度147～360m。

二疊系上統(tǒng)峨嵋山玄武巖(P3β)：深灰、暗綠色隱晶至細(xì)晶玄武巖，夾粗玄武巖，杏仁拉斑玄武巖，火山角礫巖、泥巖、巖質(zhì)頁(yè)巖，厚度273～609m。

二疊系中統(tǒng)茅口組（P2m）：巖性為淺灰色中厚層－厚層狀灰?guī)r，厚454～698m。

2 茅口組頂部古巖溶的水文地質(zhì)特征

照片1 P2m頂部古巖溶

自震旦紀(jì)以來(lái)，上揚(yáng)子地臺(tái)呈發(fā)生多次的沉積間斷，受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)抬升而暴露于海平面上的揚(yáng)子地臺(tái)，在有利的暖濕氣候和水文地質(zhì)條件下發(fā)生了強(qiáng)烈的古巖溶化作用，形成了多層的古溶蝕和古巖溶帶，由于在后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用下發(fā)生了海進(jìn)事件，這些古巖溶多被后期沉積物、熔塌角礫巖或地層深部巖漿噴發(fā)溢流所充填。流域內(nèi)茅口組灰?guī)r頂部古巖溶帶是早二疊世開(kāi)始的東吳運(yùn)動(dòng)沉積間斷所形成的，在區(qū)內(nèi)二疊系中統(tǒng)峨嵋山玄武巖底部的均見(jiàn)到坡積及殘積成因的礫巖堆積，在礫巖堆積層下部的二疊系茅口組石灰?guī)r頂部一定厚度內(nèi)，巖溶作用強(qiáng)烈，溶洞、裂隙極為發(fā)育，即為古巖溶發(fā)育帶。

2.1 古巖溶帶發(fā)育特征

通過(guò)對(duì)大河邊至汪家寨一帶茅口組石灰?guī)r與峨嵋山玄武巖接觸一帶的調(diào)查分析，在石灰?guī)r頂部10~30m內(nèi)，巖溶裂隙多為方方解石、角礫狀玄武巖、熔塌角礫巖充填。其膠結(jié)緊密程度度具有從下至上逐漸遞增的特點(diǎn)；在20~80m內(nèi)，地表巖溶洼地、落水洞，地下河管道發(fā)育。

圖1 大河邊zk1號(hào)勘探孔結(jié)構(gòu)示意圖

大河邊及汪家寨實(shí)施的ZK1號(hào)勘探孔，鉆進(jìn)至160m揭穿玄武巖進(jìn)入茅口灰?guī)r含水層后，160~175m段的巖芯被熔巖流或熔塌角礫巖所充填（照片1），而175以下巖溶發(fā)育強(qiáng)烈。為主要出水段（圖1）。在汪家寨實(shí)施的ZK2井，設(shè)計(jì)孔深150m，鉆進(jìn)至80m揭穿玄武巖進(jìn)入茅口灰?guī)r含水層后，在80~85 m孔壁垮塌嚴(yán)重，鉆井至105m時(shí)，孔內(nèi)立即漏水、水位陡降至50m，在105~115m巖溶裂隙、溶洞極為發(fā)育，為主要出水段。從ZK1、ZK2號(hào)勘探資料分析（表2），在P3β底至P2m頂部的10~25m內(nèi)，古巖溶膠結(jié)緊密，在15~35m內(nèi)巖溶強(qiáng)裂發(fā)育。

2.2 地下水富集特征

2.2.1 古巖溶發(fā)育帶為地下水的富集提供了場(chǎng)所

從上述古巖溶發(fā)育特征的表明，在茅口灰?guī)r頂部古巖溶發(fā)育帶中的一定范圍內(nèi)，巖溶作用十分強(qiáng)烈，溶洞、裂隙極為發(fā)育。為地下水運(yùn)動(dòng)提供了活動(dòng)空間，為地下水富集、徑流提供了場(chǎng)所。在大河邊至汪家寨區(qū)域茅口灰?guī)r與玄武巖接觸帶靠灰?guī)r一側(cè)，古巖溶發(fā)育極為強(qiáng)烈，富水性強(qiáng)，常分布有巖溶大泉及地下河出口，流量20～3 200L/s，平均356.8L/s。地下水枯季徑流模數(shù)8.041～13.467 L/s.km2，富水性強(qiáng),但含水極不均勻，如汪家寨巖溶大泉（圖2）。

通過(guò)ZK1、ZK2號(hào)勘探孔抽水試驗(yàn)，ZK1鉆孔地下水即以承壓方式上升溢出地表，自流量為320m3/d，終孔抽水實(shí)驗(yàn)結(jié)果，涌水量達(dá) 760m3/d；ZK2單井涌水量達(dá)500m3/d。從而表了明確了茅口灰?guī)r與峨眉山玄武巖接觸的古巖溶面是地下水的有利富集地帶。

2.2.2 地下水的富集已嚴(yán)格受地形貌控制

在峨嵋山玄武巖覆蓋的茅口灰?guī)r古巖溶帶的地下水富集、徑流特征受地形地貌控制特別明顯，其地下水主徑流帶往往與玄武巖地區(qū)的地表溪流表現(xiàn)出一致的特點(diǎn)。本年度在大河邊實(shí)施的zk1號(hào)、汪家寨鎮(zhèn)吳家實(shí)施的zk2號(hào)鉆孔均布置在小溪河床中，鉆孔結(jié)果均較成功；而在吳家實(shí)施的zk3號(hào)鉆孔布置在離吳家溪流河床僅30m處，鉆探結(jié)果與zk2號(hào)孔大相徑庭，鉆孔于50m時(shí)揭穿峨嵋山玄武巖至P2m古巖溶帶，古巖溶帶巖芯膠結(jié)緊密，鉆進(jìn)至150m終孔時(shí)，巖芯完整，巖溶不發(fā)育。通過(guò)分析認(rèn)為，在峨嵋山玄武巖覆蓋區(qū)，由于地處封閉環(huán)境，古巖溶的發(fā)育特征與發(fā)生沉積間斷事件前的古地形基本保持一致，即現(xiàn)在的峨嵋山玄武巖區(qū)的地形條件就表征了當(dāng)時(shí)的地形地質(zhì)條件。而在裸露的石灰?guī)r區(qū)，由于受后期巖溶地質(zhì)作用的控制，巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，表現(xiàn)出的巖溶發(fā)育規(guī)律與發(fā)生沉積間斷事件之前不一致的特點(diǎn)，如裸露石灰?guī)r區(qū)的眾多地下河管道發(fā)育的實(shí)際位置往往與地表表征的巖溶洼地中心位置均偏離幾十米。

表2 ZK1、ZK2號(hào)勘探孔P2m頂部古巖溶發(fā)育特征

圖2 汪家寨巖溶大泉水文地質(zhì)平剖面圖

3 茅口組頂部古巖溶的供水意義

可為煤礦區(qū)提供清潔的供水源。區(qū)內(nèi)峨嵋山玄武巖具有分布、厚度大的特點(diǎn)，巖石堅(jiān)硬致密、透水性極差，地表污水難以下滲污染古巖溶帶中，通過(guò)機(jī)井開(kāi)采隱伏型P2m古巖溶帶中的巖溶水，一是不會(huì)產(chǎn)生地面塌陷等不良地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題；二是地下水質(zhì)良好，在大河邊及汪家寨實(shí)施的ZK1、2機(jī)井的水質(zhì)均為Ⅰ類(lèi)?？蔀槊旱V區(qū)提供清潔的供水源。

通過(guò)開(kāi)采利用古巖溶地下水，可以降低龍?zhí)督M煤層下浮巖溶含水層水頭壓力，減少礦坑底部突水水害事件。該煤礦山區(qū)以往勘探中，不重視礦區(qū)水文地質(zhì)勘查工作，特別是對(duì)底部茅口灰?guī)r的勘探重視不夠，對(duì)灰?guī)r古巖溶帶地下水富集特征認(rèn)識(shí)不足。近年來(lái)礦區(qū)突水事件時(shí)有發(fā)生，給礦區(qū)生產(chǎn)帶來(lái)安全隱患。因此，查清古巖溶帶地下水富集特，通過(guò)井采地下水，即可以降降低龍?zhí)督M煤層下浮巖溶含水層水頭壓力，減少礦坑底部突水水害事件，達(dá)避害為利的作用。

4 結(jié)語(yǔ)及建議

1)大河邊、汪家寨地區(qū)茅口灰?guī)r頂部古巖溶在裸露地區(qū)近峨眉山玄武巖底的頂部 10~30m內(nèi)，巖溶裂隙多為方方解石、角確狀玄武巖、熔塌角礫巖充填。其膠結(jié)緊密程度度具有從下至上逐漸遞增的特點(diǎn)；在20~80m內(nèi)，地表巖溶洼地、落水洞，地下河管道強(qiáng)烈發(fā)育。從ZK1、ZK2號(hào)勘探資料分析，隱伏型P2m頂部的10~25m內(nèi)，古巖溶膠結(jié)緊密，在15~35m內(nèi)巖溶強(qiáng)裂發(fā)育。

2）在茅口灰?guī)r頂部古巖溶發(fā)育帶中的一定范圍內(nèi)，巖溶作用十分強(qiáng)烈，溶洞、裂隙極為發(fā)育。為地下水運(yùn)動(dòng)提供了活動(dòng)空間，為地下水富集、徑流提供了場(chǎng)所。

3）在峨嵋山玄武巖覆蓋的茅口灰?guī)r古巖溶帶的地下水富集、徑流特征受地形地貌控制特別明顯，其地下水主徑流帶往往與玄武巖地區(qū)的地表溪流表現(xiàn)出一致的特點(diǎn)。

4）通過(guò)開(kāi)采利用隱伏型茅口灰?guī)r古巖溶地下水，一是不會(huì)產(chǎn)生地面塌陷等不良地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題；二是地下水質(zhì)良好，可為煤礦區(qū)提供清潔的供水源。同時(shí)可以降低龍?zhí)督M煤層下浮巖溶含水層水頭壓力，減少礦坑底部突水水害事件。達(dá)避害為利的作用。

5）由于礦區(qū)飲水安全問(wèn)題十分突出，且近年礦區(qū)突水事件時(shí)有發(fā)生，建議相關(guān)部門(mén)建立專(zhuān)項(xiàng)資金，加大對(duì)煤礦區(qū)隱伏型P2m古巖溶的研究力度，進(jìn)一步查清其巖溶發(fā)特征及巖溶水賦存規(guī)律。

[1] 張林，洪運(yùn)勝，等. 貴州省三岔河上游巖溶流域地下水與環(huán)境地質(zhì)調(diào)查報(bào)告[R]. 2007.

[2] 韓至鈞，金占省，等. 貴州省水文地質(zhì)志[M]. 北京：地質(zhì)出版社，1996.

Paleokarstic Groundwater Exp loration in the M aokou Limestone, Coal-M ining Pollution Zone, West Guizhou

ZHANG Lin HONG Yun-sheng Jilekebu
(No. 4 Geological Party, Guizhou Bureau of Geology and M ineral Resources, Zunyi, Guizhou 563000)

The Liupanshui area of Guizhou province is known as the “sea of coal” of Jiangnan, bing one of major coal chem ical industry bases in Guizhou Province. Surface and underground waters here are seriously polluted by mine wastewater. This paper deals w ith palaeokarst and palaeokarstic groundwater concentration in the Maokou limestone by the example of palaeokarstic groundwater exploration projection order to provide references for searching for water in similar areas

Surface water pollution; paleokarstic water; exploration; Liupanshui area

P641.72

A

1006-0995（2014）01-0117-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2014.01.028

2013-11-7

貴州省巖溶地下水賦存規(guī)律研及找水關(guān)健技術(shù)研究(黔國(guó)土資發(fā)([2009]94號(hào))

張林(1974-)，男，貴州思南人，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事水文地質(zhì)工作