相山居隆庵21號(hào)帶鈾礦床水文地質(zhì)條件及礦坑涌水量估算

謝國(guó)發(fā)，吳志堅(jiān)，傅光華，鄧標(biāo)榮，馬英英

(江西省核工業(yè)地質(zhì)局261大隊(duì) 江西 鷹潭 335001)

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相山居隆庵21號(hào)帶鈾礦床水文地質(zhì)條件及礦坑涌水量估算

謝國(guó)發(fā)，吳志堅(jiān)，傅光華，鄧標(biāo)榮，馬英英

(江西省核工業(yè)地質(zhì)局261大隊(duì) 江西 鷹潭 335001)

居隆庵菱形斷塊是相山地區(qū)重要鈾資源基地，21號(hào)帶地處居隆庵菱形斷塊的西部，水文地質(zhì)條件屬簡(jiǎn)單-中等類型，相對(duì)其它礦床更為復(fù)雜。筆者采用狹長(zhǎng)水平坑道法和水文地質(zhì)比擬法對(duì)該礦床進(jìn)行礦坑涌水量估算，其鉆孔單位涌水量<0.1 L·(s-1·m-1)，預(yù)測(cè)礦坑涌水量<29 m3·h-1。研究顯示，礦床主要含水帶(構(gòu)造及裂隙)富水性弱且不均，導(dǎo)通性不強(qiáng)；而地下水補(bǔ)給條件好，水壓高。在礦床開采過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，及時(shí)判斷可能出現(xiàn)的涌水量變化情況，保證生產(chǎn)安全。

居隆庵21號(hào)帶；水文地質(zhì)；礦坑涌水量

居隆庵21號(hào)帶是相山礦田西部發(fā)現(xiàn)較早的鈾礦化帶，位于居隆庵菱形斷塊西側(cè)。居隆庵地區(qū)從1968年開始進(jìn)行過(guò)1∶5萬(wàn)地質(zhì)測(cè)量和地面伽瑪測(cè)量，1∶1萬(wàn)及1∶2000的伽瑪普查，1972年在21號(hào)帶進(jìn)行深部揭露評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)一個(gè)小型鈾礦床。2010～2012年中核地勘基金投入3萬(wàn)余米鉆探工作量，使居隆庵21號(hào)帶由一個(gè)火山巖型小型鈾礦床發(fā)展成為中型鈾礦床。其工業(yè)平均品位由原來(lái)較低的品位發(fā)展到較高品位，礦體個(gè)數(shù)增加了一倍有余。在44-56線0.2～0.3 km2范圍內(nèi)獲得的工業(yè)鈾資源量，占總估算工業(yè)鈾資源量的86%。因此，研究21號(hào)帶鈾礦床的水文地質(zhì)條件，對(duì)于礦床開采具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 礦床水文地質(zhì)條件

1.1 概況

21號(hào)帶鈾礦床位于居隆庵菱形斷塊西側(cè)蕪頭-小陂構(gòu)造和河元背石洞構(gòu)造夾持部位，鈾礦體定位受蕪頭-小陂構(gòu)造控制，其東側(cè)是居隆庵鈾礦床、李家?guī)X鈾礦床、書塘鈾礦床，這些礦床呈EW向等間距展布，21號(hào)帶鈾礦床南部是石洞鈾礦床(圖1)。目前21號(hào)帶鈾礦床所處的菱形斷塊控制和推斷的鈾資源量已超萬(wàn)噸，是相山礦田又一超萬(wàn)噸級(jí)的鈾資源基地。21號(hào)帶鈾礦床具有品位高、礦體集中、埋藏淺等特點(diǎn)，其水文地質(zhì)條件相對(duì)區(qū)內(nèi)其它礦床復(fù)雜。

圖1 居隆庵地區(qū)地質(zhì)略圖Fig.1 The geologic sketch of Julong’an area1—碎斑熔巖；2—晶玻屑凝灰?guī)r、砂巖；3—流紋英安巖；4—斷裂構(gòu)造及其編號(hào)；5—礦化裂隙帶；6—鈾礦床。

1.2 礦床地下水主要類型及其特征

居隆庵菱形斷塊位于相山礦田西部，是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立、完整的水文地質(zhì)單元(戴民主等，2005)。區(qū)內(nèi)中部高四周低，為火山巖中等切割剝蝕的中低山區(qū)。最高點(diǎn)龍巴嶺海拔625 m，最低點(diǎn)位于北部稻田中，標(biāo)高89.5 m，相對(duì)高差535.5 m，當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面標(biāo)高88.84 m。居隆庵菱形斷塊的地形南高北低，東高西低，坡度16°～42°。

地下水有如下3種類型：

(1) 第四系孔隙水。第四系孔隙水賦存在山坡及溝谷地帶的殘積、坡積、沖積物中，厚度1.25～10.70 m，泉流量0.011～0.079 L·s-1，水位季節(jié)性變化明顯，接受大氣降水補(bǔ)給，風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水和地表水也可為其補(bǔ)給源。

(2)風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水。風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水賦存于基巖風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙中，厚度6～56 m，一般厚24～35 m，潛水位埋深1.60～11.90 m，泉流量一般在0.001～0.1 L·s-1，大者0.13 L·s-1。風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水受大氣降水補(bǔ)給，水位動(dòng)態(tài)變化明顯，天然狀態(tài)下，徑流后以下降泉的形式排泄于地表和下滲補(bǔ)給構(gòu)造(次級(jí)構(gòu)造)裂隙水。鉆探施工過(guò)程中，補(bǔ)給區(qū)的鉆孔隨孔深的增加，鉆進(jìn)過(guò)程中水位常呈漸降的趨勢(shì)，風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水補(bǔ)給構(gòu)造裂隙水。排泄區(qū)的鉆孔鉆進(jìn)過(guò)程中的水位多呈漸升的趨勢(shì)或出現(xiàn)突涌的現(xiàn)象，構(gòu)造裂隙水補(bǔ)給風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水。

(3)構(gòu)造及次級(jí)構(gòu)造裂隙水。礦床內(nèi)主要構(gòu)造為切穿蓋層的F21斷裂，全長(zhǎng)2000余米，工程控制長(zhǎng)度1600 m，走向近南北，傾向西或北西，最大垂深580 m，寬n～30 m，為正斷層，具張性特征。F21斷裂淺部規(guī)模大，深部規(guī)模小，表現(xiàn)為密集裂隙破碎帶或網(wǎng)狀裂隙帶，因受熱液活動(dòng)影響，沿?cái)嗔褞Ъ捌鋬蓚?cè)形成一定幅度的蝕變帶，這些構(gòu)造裂隙往往既含礦又含水，F(xiàn)21與F23大致在48～50線間交會(huì)，交會(huì)部位地表有一塘壩(圖2、3)。F21構(gòu)造裂隙含水帶沿走向主要參數(shù)見表1，52線以南隨著所揭露的F21構(gòu)造裂隙含水帶標(biāo)高降低，單位涌水量和滲透系數(shù)均增大較多，至44線往南又逐漸變小，正是處在交會(huì)區(qū)內(nèi)的ZK52-26單位涌水量最大，沿構(gòu)造走向鉆孔水涌出孔口，形成一片涌水區(qū)，21號(hào)小溪和7號(hào)小溪的水向北西向流出。垂直F21走向，在44～54線區(qū)段，對(duì)照F21上盤和下盤次級(jí)構(gòu)造裂隙含水帶單位涌水量大小，發(fā)現(xiàn)F21上盤次級(jí)構(gòu)造裂隙含水帶的富水性要比下盤強(qiáng)(表2)。處在F21斷裂上盤的ZK52-26、ZK46-25、ZK44-25單位涌水量平均值為0.0406 L·(s-1·m-1)，介于21號(hào)帶上、下盤單位涌水量平均值之間，與F21單位涌水量的平均值相近(0.0493>0.0389≌0.0353>0.0045)，根據(jù)《居隆庵北部鈾礦普查鉆孔抽(揚(yáng))水試驗(yàn)成果表》均為弱富水性。

與 F21斜交的F23長(zhǎng)約1200 m，寬5～10 m，總體走向NW，傾向SW，具張性特征。鉆孔僅有ZK40-21揭露到它，鉆孔單位涌水量0.0063 L·(s-1·m-1)，富水性微弱。

圖2 居隆庵21號(hào)帶50線水文和工程地質(zhì)剖面圖Fig.2 Diagram of hydrogeology and engineering in line 50 of zone 21，Julong’an1—鉆孔靜止水位標(biāo)高(m)或流量(L·s-1)；2—簡(jiǎn)易水文地質(zhì)觀測(cè)與編錄孔；3—井測(cè)測(cè)井孔；4—抽(揚(yáng))水試驗(yàn)孔；5—水動(dòng)態(tài)長(zhǎng)期觀測(cè)孔；6—孔口涌水孔；7—地下水水位線；8—井溫等值線及溫度；9—實(shí)測(cè)及推測(cè)含水帶界線；10—風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水；11—構(gòu)造次級(jí)構(gòu)造裂隙水；12—水化學(xué)類型及參數(shù)；13—孔內(nèi)涌水位置；14—孔內(nèi)掉塊坍塌位置；15—碎斑熔巖；16—晶玻屑凝灰?guī)r、砂巖；17—流紋英安巖；18—熔結(jié)凝灰?guī)r、凝灰?guī)r、底礫巖；19—千枚巖。

圖3 居隆庵21號(hào)帶48線水文和工程地質(zhì)剖面圖Fig.3 Profile of hydrogeology and engineering in line 48 of zone 21 in Julong’an1—鉆孔靜止水位標(biāo)高(m)或流量(L·s-1)；2—簡(jiǎn)易水文地質(zhì)觀測(cè)與編錄孔；3—井測(cè)測(cè)井孔；4—抽(揚(yáng))水試驗(yàn)孔；5—水動(dòng)態(tài)長(zhǎng)期觀測(cè)孔；6—孔口涌水孔；7—地下水水位線；8—井溫等值線及溫度；9—實(shí)測(cè)及推測(cè)含水帶界線；10—風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水；11—構(gòu)造次級(jí)構(gòu)造裂隙水；12—水化學(xué)類型及參數(shù)；13—孔內(nèi)涌水位置；14—孔內(nèi)掉塊坍塌位置；15—碎斑熔巖；16—晶玻屑凝灰?guī)r、砂巖；17—流紋英安巖；18—熔結(jié)凝灰?guī)r、凝灰?guī)r、底礫巖；19—千枚巖。

孔 號(hào)F21構(gòu)造裂隙含水帶標(biāo)高(m)單位涌水量[L·(s-1·m-1)]滲透系數(shù)(m·d-1)ZK72?210005300157ZK68?2300696/ZK52?2677～930077010877ZK48?2984～1100052405674ZK44?250025301943ZK40?22109～10700039/平均值00389

表2 F21上盤、下盤次級(jí)構(gòu)造裂隙含水帶單位涌水量對(duì)比表

工作區(qū)內(nèi)涌水孔孔口水溫一般低于25℃，水循環(huán)深度不大，但是對(duì)ZK60-26孔簡(jiǎn)易水文地質(zhì)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)隨孔深的增加鉆進(jìn)過(guò)程中水位漸降，孔深480.65～544.9 m出現(xiàn)J3e2碎斑熔巖，其中514～528.79 m巖心上見溶蝕孔洞，水在孔深534.69 m處涌出孔口。除上述3種類型地下水外，本區(qū)還有可能存在深部花崗斑巖孔隙、裂隙承壓水。

1.3 地下水和地表水之間的水力聯(lián)系及動(dòng)態(tài)變化規(guī)律

小溪水、塘壩與第四系孔隙水之間無(wú)明顯的隔水層，有一定的水力聯(lián)系，聯(lián)系程度取決于含水層的滲透性能。

風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水和構(gòu)造裂隙水有直接的水力聯(lián)系，天然狀態(tài)下水力聯(lián)系較差。

根據(jù)潛水位和混合水位判斷，F(xiàn)21與F23交會(huì)部位涌水區(qū)的一些鉆孔水頭高出地表幾米，說(shuō)明天然狀態(tài)下構(gòu)造裂隙承壓水與21號(hào)小溪無(wú)直接的水力聯(lián)系。

次級(jí)構(gòu)造裂隙水之間聯(lián)通性能較好，ZK48-21和ZK48-23同處在F21的下盤，在涌水孔ZK48-21西側(cè)40 m處施工ZK48-23時(shí)，ZK48-21流量減小，當(dāng)ZK48-23開始涌水時(shí)，ZK48-21不再涌水。

地表水、地下水動(dòng)態(tài)變化與降水量關(guān)系密切，豐水期一般在4～6月，枯水期一般在10月至次年1月。7號(hào)小溪和ZK50-25水動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料表明，溪水流量和鉆孔流量(水位)隨降雨量的變化而變化，但地下水隨降水量的變化比地表水在時(shí)間上稍滯后。

地下水水化學(xué)組分也表現(xiàn)出周期性的變化特征，導(dǎo)致侵蝕性的評(píng)價(jià)結(jié)果發(fā)生變化[1]。

1.4 礦床充水因素

大氣降水是礦床地下水的重要補(bǔ)給源，區(qū)內(nèi)地形切割強(qiáng)烈，地表徑流條件好，大氣降水部分匯入小溪，部分滲入地下直接補(bǔ)給第四系孔隙潛水和風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水。

本礦床礦體圍巖主要是碎斑熔巖，礦體受構(gòu)造和次級(jí)構(gòu)造裂隙控制，通常裂隙構(gòu)造既含礦又含水，因此構(gòu)造(次級(jí)構(gòu)造)裂隙含水帶是礦床的直接充水因素，風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水可能是其主要補(bǔ)給源。21號(hào)帶地表水與構(gòu)造(次級(jí)構(gòu)造)裂隙水無(wú)直接的水力聯(lián)系，地表水體對(duì)采礦不會(huì)造成威脅。

2 礦坑涌水量估算

根據(jù)礦體的埋藏特征，考慮未來(lái)可能的采礦方法，選取-50 m、-210 m、-370 m 3個(gè)中段，采用狹長(zhǎng)水平坑道法和水文地質(zhì)比擬法進(jìn)行礦坑涌水量估算[2]。主要參數(shù)如下：

開拓面積(F)：在中段圖上依礦體邊界外推10～20 m圈定；

靜止水位：中段開拓范圍內(nèi)鉆孔抽(揚(yáng))水試驗(yàn)孔靜止水位算術(shù)平均值；

含水帶厚度(M)：狹長(zhǎng)水平坑道法為中段開拓范圍內(nèi)各含水帶的平均厚度之和；

滲透系數(shù)(K)：地段內(nèi)的抽(揚(yáng))水試驗(yàn)孔滲透系數(shù)的算術(shù)平均值。

開拓面積及開采范圍內(nèi)坑道長(zhǎng)度取自礦坑涌水量估算圖。

2.1 狹長(zhǎng)水平坑道法

礦床內(nèi)主要含水帶——構(gòu)造裂隙含水帶在中段上呈長(zhǎng)條形分布，并與礦帶基本一致或平行，結(jié)合礦山開采的實(shí)際情況，選用狹長(zhǎng)水平坑道法估算礦坑涌水量。

表3 狹長(zhǎng)水平坑道法涌水量估算表

2.2 水文地質(zhì)比擬法

用鄰近的ШT-3的排水資料，采用比擬法估算中段設(shè)計(jì)坑道的涌水量。

式中： Q1——設(shè)計(jì)坑道的涌水量 (L·s-1)；F1——設(shè)計(jì)坑道的分布面積(m2)；S1——設(shè)計(jì)坑道的水位降深(m)；Q——開采坑道的涌水量 (L·s-1)；F——開采坑道的分布面積 (m2)；S——開采坑道的水位降深 (m)。計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 水文地質(zhì)比擬法涌水量估算表

-50m、-210m、-370m 3個(gè)中段采用狹長(zhǎng)水平坑道法和水文地質(zhì)比擬法進(jìn)行礦坑涌水量估算(圖4)。開拓面積及開采范圍依據(jù)礦體中段平面圖確定，礦坑涌水估算范圍與F21構(gòu)造空間展布一致。

3 結(jié)論

綜合以上資料分析，21號(hào)帶鈾礦床的主要礦體位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以下，附近的塘壩對(duì)礦床充水不構(gòu)成威脅，地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，富水性不均，導(dǎo)通性能不強(qiáng)；地下水補(bǔ)給條件好，水壓高，但影響礦床充水的主要含水帶(構(gòu)造及次級(jí)構(gòu)造裂隙含水帶)富水性弱，鉆孔單位涌水量<0.1 L·(s-1·m-1)，預(yù)測(cè)礦坑涌水量<29 m3·h-1，礦床水文地質(zhì)條件屬簡(jiǎn)單-中等類型。

圖4 居隆庵21號(hào)帶礦坑涌水量估算圖Fig.4 Estimation of water inrush in mine of Zone No.21 in Julong’an1—碎斑熔巖；2—開采豎井；3—中段平面涌水量估算范圍；4—勘探線。

F21構(gòu)造的次級(jí)構(gòu)造裂隙含水帶是主要的水文地質(zhì)問題。涌水孔多位于主要礦體附近，涌水量自淺部向深部逐漸增大，-370m中段涌水量達(dá)到最大，而后涌水變小。礦床內(nèi)主要構(gòu)造裂隙含水帶在中段上呈長(zhǎng)條形分布，并與礦帶基本一致或平行。涌水的補(bǔ)給水源可能為風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水。21號(hào)帶鈾礦床緊臨蕪頭-小陂深大斷裂，蕪頭-小陂斷裂施工的個(gè)別鉆孔也有涌水記錄，F(xiàn)21及其次級(jí)構(gòu)造

與深大斷裂的水力聯(lián)系有待進(jìn)一步查證。建議礦床轉(zhuǎn)入詳查階段后，設(shè)計(jì)專門的地質(zhì)水文孔對(duì)涌水補(bǔ)給源進(jìn)行研究。

[1]沈照理, 朱宛華, 鐘佐桑.水文地球化學(xué)基礎(chǔ)[M].北京：地質(zhì)出版社，1999.

[2]薛禹群.地下水動(dòng)力學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社，1997.

Hydrogeological Condition and Water Inflow Estimation of Zone 21 Uranium Deposit in Julong’an of Xiangshan

XIE Guo-fa，WU Zhi-jian，F(xiàn)U Guang-hua，DENG Biao-rong，MA Ying-ying

(TeamNo.261ofJiangxiProvincialNuclearIndustryBureau,Yingtan,Jiangxi335001,China)

Julong’an rhombus block is an important uranium resources base and the zone 21 is located in west of the block,and its hydrogeology is of simple-middle type compared to the more complicated other ares.Narrow tunnel method and hydrogeologic analogy method was used for mine water inflow estimation,the drilling unit water inflow is lower than 0.1 L·s-1·m-1，and the perdiction of mine water inflow is less than 29m3·h-1，the main aquifer water of the deposit(structure fissure aquifer)is of weak and uneven capability,and conduction performance is not strong;but the groundwater is of good recharge condition and high water pressure.Monitorring should be strengthen in the mining process,so as to make in time judge of water inflow changes and to ensure the mining production.

Julong’an 21st zone;hydrological geology;mine water inflow

10.3969/j.issn.1000-658.2015.01.008

2013-05-27 [改回日期]2013-11-21

謝國(guó)發(fā)(1963—)，男，高級(jí)工程師，1984年畢業(yè)于華東地質(zhì)學(xué)院，主要從事鈾礦地質(zhì)勘查與研究工作。E-mail：xgf261@sina.com

1000-0658(2015)01-0057-08

P641.4+1

A