基于地下水TDS空間分布特征對(duì)礦區(qū)涌水來(lái)源的識(shí)別

王　虎

(華北有色工程勘察院有限公司，河北 石家莊 050021)

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基于地下水TDS空間分布特征對(duì)礦區(qū)涌水來(lái)源的識(shí)別

王虎

(華北有色工程勘察院有限公司，河北 石家莊 050021)

[摘要]滇東北昭通地區(qū)某鉛鋅礦為白云巖溶隙裂隙充水型礦床且緊鄰洛澤河，水文地質(zhì)條件復(fù)雜。通過(guò)對(duì)礦區(qū)各個(gè)區(qū)域地下水電導(dǎo)率檢測(cè)、分析、識(shí)別，結(jié)合礦區(qū)水文地質(zhì)特征，得出棲霞茅口組地下水為礦坑涌水主要的水源補(bǔ)給區(qū)。礦區(qū)地下水主要由北往南大豎井徑流排泄，而上部水既有北部來(lái)水也有少部分南部的補(bǔ)給，上部水和下部水在北東部石炭系和大豎井一帶存在越流補(bǔ)給，帷幕線下部承壓水來(lái)源可能不同。

[關(guān)鍵詞]電導(dǎo)率；離子濃度；補(bǔ)給；徑流；承壓水

地下水在徑流的過(guò)程中會(huì)發(fā)生溶濾作用，從而改變水中離子濃度，地層的導(dǎo)水能力越強(qiáng)，地下水徑流與水交替愈迅速，巖層經(jīng)受的溶濾愈充分，易容鹽類愈貧乏，地下水的TDS愈低，同時(shí)由于徑流速度愈快，溶濾作用時(shí)間越短，地下水的TDS愈低[1]。離子濃度沿著地下水流方向從補(bǔ)給區(qū)到排泄區(qū)會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，一般情況下，離水源補(bǔ)給區(qū)越近，地下水運(yùn)移的途徑越短，水中溶解的離子愈少，TDS值越低[4-5]，因而地下水有規(guī)律的TDS分布特征可以反映地下水的徑流情況。

電導(dǎo)率和礦化度的大小都是由水溶液中離子的組成和含量決定的。在物理意義上來(lái)說(shuō),水中溶解物越多,水的TDS值就越大,水的導(dǎo)電性也越好,其電導(dǎo)率也越大，它們之間存在一定的關(guān)系，但是對(duì)于某一小的區(qū)域來(lái)說(shuō)，由于離子組成相對(duì)穩(wěn)定，電導(dǎo)率和礦化度的關(guān)系也相對(duì)較為穩(wěn)定，因此在小的范圍內(nèi)我們可以通過(guò)分析地下水電導(dǎo)率來(lái)分析地下水的TDS[2-3]。

本次在礦區(qū)處于正常生產(chǎn)，穩(wěn)定排水的條件下，在同一天內(nèi)取樣檢測(cè)地下水的電導(dǎo)率，這樣剔除了時(shí)間、氣溫、降水等影響因素。

1礦區(qū)地質(zhì)及水文地質(zhì)特征

1.1礦區(qū)地質(zhì)條件

礦區(qū)位于洛澤河兩岸，地勢(shì)南高北低。區(qū)內(nèi)新構(gòu)造抬升活動(dòng)強(qiáng)烈，屬河流強(qiáng)烈切割的高原峽谷地帶。礦區(qū)晚古生代地層發(fā)育，出露地層有上泥盆統(tǒng)、石炭系、二疊系，地層間多以假整合接觸。巖漿活動(dòng)主要為峨眉山玄武巖[6]。礦區(qū)地處揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)滇東北拗褶帶昭通—鎮(zhèn)雄拗褶區(qū)的毛坪—石門(mén)坎背斜(長(zhǎng)發(fā)硐背斜)傾沒(méi)端。礦區(qū)構(gòu)造由長(zhǎng)發(fā)硐倒轉(zhuǎn)背斜和獻(xiàn)雞船形向斜控制全區(qū)，地層空間展布嚴(yán)格受石門(mén)坎背斜控制，呈“∧”字形帶狀展布，東翼向北東傾，產(chǎn)狀較平緩，西翼東南傾，產(chǎn)狀較陡俏，下部幾乎直立，礦層主要位于西翼。礦區(qū)位于構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈?guī)В瑪嗔褬?gòu)造極其發(fā)育，不同時(shí)期形成的斷裂構(gòu)造互相切割、錯(cuò)斷，形成了礦區(qū)復(fù)雜的構(gòu)造形式。

1.2礦區(qū)水文地質(zhì)特征

天然條件下，受地形控制，礦區(qū)地下水接受補(bǔ)給后，呈自南向北徑流的總趨勢(shì)，遇到玄武巖層受阻，在西北部溝谷及地形切割強(qiáng)烈地帶以泉水形式排泄給河流。礦區(qū)從北往南依次為上統(tǒng)峨眉山玄武巖(P2β)隔水邊界，富水性強(qiáng)的棲霞茅口組 (P1q+m)灰?guī)r含水層，梁山組(P11)相對(duì)隔水層，富水性中等的石炭系(C)巖溶裂隙含水層，(C1f1)砂頁(yè)巖夾煤層相對(duì)隔水層，富水性較強(qiáng)的泥盆系(D)巖溶裂隙含水層，分布于洛澤河兩側(cè)的薄層第四系含水層[6]。礦山經(jīng)過(guò)多年開(kāi)采，對(duì)地下水疏干強(qiáng)烈，在礦區(qū)形成一個(gè)較大地下水降落漏斗，使得礦區(qū)由徑流區(qū)變成一個(gè)排泄區(qū)。通過(guò)大量坑道調(diào)查和670 m中段下部鉆孔揭露，在礦區(qū)基巖下部存在一個(gè)高承壓含水層(水頭標(biāo)高860～920 m)，高于上部含水層水頭，涌水量較大(40～300 m3/h)，富水性透水性強(qiáng)，而上部含水層呈弱承壓性或非承壓性，未見(jiàn)大的出水點(diǎn)和涌水點(diǎn)，只有在92線至大豎井一帶巷道淋水嚴(yán)重，大豎井涌水量較大(300～450 m3/h)，鉆孔涌水量(3～20 m3/h)，92線附近鉆孔下部和坑道出水都呈現(xiàn)低承壓性(標(biāo)高700～730 m)。礦區(qū)在901 m帷幕線下部也存在一個(gè)高承壓含水層(標(biāo)高1 030～1 050 m)，遠(yuǎn)高于上部含水層水頭。

2地下水電導(dǎo)率空間分布特點(diǎn)

由礦區(qū)的水文地質(zhì)特征，可以將礦區(qū)劃分了6主要個(gè)區(qū)域(見(jiàn)圖1)，然后對(duì)各區(qū)域上部水和下部水的電導(dǎo)率的做了檢測(cè)，數(shù)據(jù)如表1。

圖1　礦區(qū)綜合地質(zhì)圖 及采樣點(diǎn)布置圖

由表1可以看出每個(gè)區(qū)域的地下水電導(dǎo)率都非常接近，且部分區(qū)域上部水和下部水電導(dǎo)率差異較大。將每個(gè)區(qū)域的上層水和下部水電導(dǎo)率取平均值作為該區(qū)域的特征值，做對(duì)比分析，見(jiàn)如圖2和圖3。

由圖2可以看出泥盆系和石炭系河邊第四系水的電導(dǎo)率都小于河水，而在棲霞茅口組大于河水。北部棲霞茅口組地下水的電導(dǎo)率為礦區(qū)地下水的最低值140～260(us/cm)，帷幕線下部承壓水電導(dǎo)率為礦區(qū)的最大值1 000(us/cm)左右，遠(yuǎn)大于其他區(qū)域。東部泥盆系下部承壓水的電導(dǎo)率遠(yuǎn)小于上部水，但在帷幕巷道則剛好相反。南部泥盆系和北東部石炭系，上部低承壓水和下部承壓水無(wú)明顯差別。南部泥盆系，東部泥盆系上部水和帷幕線上部水的電導(dǎo)率基本相近，其值在700(us/cm)左右。

圖2　各區(qū)域地下水電導(dǎo)率對(duì)比圖

圖3　上部水和下部水電導(dǎo)率變化趨勢(shì)圖

由圖3看出：下部承壓水從北部棲霞茅口組往南電導(dǎo)率呈逐漸增大趨勢(shì)，開(kāi)始增大率并不大，從東部泥盆系至南部泥盆系電導(dǎo)率增大率變大。上部水從北部棲霞茅口組往南電導(dǎo)率也呈逐漸增大趨勢(shì)，增大率大于下部水，從東部泥盆系到帷幕線基本不變，基本為礦區(qū)上部水電導(dǎo)率最大值，到帷幕線以南驟減至325(us/cm)。

表1　檢測(cè)點(diǎn)TDS數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

3電導(dǎo)率空間分布特征分析與礦區(qū)地下水來(lái)源判別

(1)泥盆系、石炭系河邊第四系孔電導(dǎo)率都小于河水，第四系和風(fēng)化裂隙水補(bǔ)給河水，在此區(qū)域河水不會(huì)大量補(bǔ)給礦坑，棲霞茅口組第四系電導(dǎo)率大于河水，河水可能補(bǔ)給第四系并通過(guò)風(fēng)化裂隙進(jìn)入基巖。

圖4　上部水第一階段降深等值線圖

圖5　上部水第三階段降深等值線圖

圖6　下部水第一階段降深等值線圖

(2)地下水從北往南電導(dǎo)率呈逐漸增大趨勢(shì)，地下水應(yīng)由北往南徑流。北部棲霞茅口組地下水電導(dǎo)率最低，該含水層以灰?guī)r為主，富水性透水性強(qiáng)，可能為礦區(qū)的一個(gè)主要水源補(bǔ)給區(qū)。雖然梁山組和煤系地層為相對(duì)隔水層，但由于礦區(qū)構(gòu)造十分發(fā)育，錯(cuò)斷、溝通了茅口灰?guī)r水與整個(gè)礦區(qū)地下水，茅口水沿構(gòu)造進(jìn)入礦區(qū)并向南部大豎井運(yùn)移(如箭頭)。在北部棲霞茅口組至東部泥盆系上部水電導(dǎo)率增大率大于下部水，進(jìn)一步證實(shí)了下部高承壓含水層透水性好于上部含水層。北部棲霞茅口組至東部泥盆系，下部巖層透水性強(qiáng)，地下水的運(yùn)移速度較快，因而電導(dǎo)率增大并不大，而東部泥盆系至大豎井一帶多以白云巖為主，總體巖層透水性變?nèi)?，因而地下水電?dǎo)率增大率變大。上部水電導(dǎo)率從帷幕線往南，急劇減小至325(us/cm)，說(shuō)明帷幕線以南也是上部水的一個(gè)來(lái)水方向，變化率較大反映地層的透水性較弱，因而南部來(lái)水水量不會(huì)較多。

(3)由于北東部石炭系以灰?guī)r為主，透水性較強(qiáng)，下部承壓水存在垂向上的越流補(bǔ)給，導(dǎo)致上部水和下部電導(dǎo)率差異不大。上部水繼續(xù)往東部泥盆系運(yùn)移，由于上部和下部為二層不同的含水層，上部含水層的透水性較弱電導(dǎo)率較大，下部含水層下部透水性強(qiáng)，電導(dǎo)率小，下部水垂向上越流補(bǔ)給也較弱，導(dǎo)致下部水電導(dǎo)率遠(yuǎn)小于上部水。

圖7　下部水第三階段降深等值線圖

(4)根據(jù)調(diào)查大豎井附近發(fā)育一條大斷裂，導(dǎo)致92線—大豎井周圍巖層特別破碎，次級(jí)小斷層與裂隙極其發(fā)育，透水性較強(qiáng)，使得東部泥盆系以南—帷幕線以北上部含水層的透水性增強(qiáng)，電導(dǎo)率大致相同。由于92線-大豎井一帶大豎井為該斷裂的中心地帶，大豎井成了礦區(qū)一個(gè)礦區(qū)主要的排泄中心，涌水量高達(dá)(300～450)m3/h，溝通了上部水和下部水，因而上部水和下部水電導(dǎo)率無(wú)明顯差別。

(5)901帷幕線下部高承壓水電導(dǎo)率突增，遠(yuǎn)大于其他含水層，如果也和礦區(qū)下部高承壓水為同一層含水層，由北部徑流而來(lái)，那么該含水層水位標(biāo)高應(yīng)該低于南部泥盆系含水層，而實(shí)際情況是透水性較強(qiáng)，且水位標(biāo)高最高，為礦區(qū)的最高值，帷幕下部高承壓水的來(lái)源可能不同。

由以上分析可以得出北部棲霞茅口灰?guī)r含水層可能為礦坑涌水的重要補(bǔ)給區(qū)，而且可能有部分河水在此補(bǔ)給地下水。礦區(qū)地下水主要由北往南大豎井徑流排泄，而上部水既有北部來(lái)水也有少部分南部的補(bǔ)給，上部水和下部水在北東部石炭系和大豎井一帶存在越流補(bǔ)給，帷幕線下部承壓水來(lái)源可能不同。

4判別論證

為了研究礦區(qū)地下水的徑流情況，對(duì)

礦區(qū)進(jìn)行了群孔放水試驗(yàn)，試驗(yàn)分為三個(gè)階段第一階段先打開(kāi)石炭系高承壓水放水孔(ZK01，ZK04，ZK06)，10天后打開(kāi)東部泥盆系高承壓水放水孔(ZK07, ZK09, ZK10, ZK11)，20天后后打開(kāi)南部低承壓水泥盆系放水孔(S05、S06、ZK13)。結(jié)果顯示西北方向地下水傳導(dǎo)最快，放水開(kāi)始3分鐘后，H02孔水位開(kāi)始下降，30分鐘后H01孔開(kāi)始下降，7小時(shí)后Q01開(kāi)始下降。放水試驗(yàn)第一階段末，H02下降了3.07 m，H01下降了2.36 m，Q01下降了0.73 m，放水結(jié)束后迅速恢復(fù)到放水前水位。放水開(kāi)始后2分鐘，東北部石炭系Z06孔水位開(kāi)始下降，放水試驗(yàn)結(jié)束前Z06下降了49.25 m，放水試驗(yàn)結(jié)束10天，Z06水位恢復(fù)33.04 m，地下水位相比放水前還差16.21 m未恢復(fù)，說(shuō)明通道比較暢通，但充水水源沒(méi)有西北部充沛。而Q02，Q03在整個(gè)放水階段動(dòng)態(tài)基本隨著河水變化而變化。由圖4～圖7可以看出石炭系放水后，東部泥盆系高承壓水也有大的降幅，三個(gè)階段下部水降深落漏斗都向西北、東北方向擴(kuò)展，南部擴(kuò)展較小，帷幕線水位基本不動(dòng)，上部淺層水也朝東北、西北方向擴(kuò)展，但是向南部擴(kuò)展也較遠(yuǎn)，帷幕線淺部水位也出現(xiàn)較大降幅，說(shuō)明上部水有南部來(lái)水，這與前面得出的結(jié)論基本相符。

5結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)礦區(qū)電導(dǎo)率空間分布特征的分析判別，可以分析出棲霞茅口組可能為礦區(qū)的主要的水源補(bǔ)給區(qū)，河水在此有向下的滲漏補(bǔ)給。礦區(qū)涌水主要由北往南，向大豎井徑流排泄，上部水既有北部來(lái)水也有南部來(lái)水。礦區(qū)的北東部石炭系、大豎井一帶下部水存在向上部水越流補(bǔ)給。帷幕線下部水的來(lái)源可能不同。

因而通過(guò)對(duì)礦區(qū)地下水電導(dǎo)率在空間分布特征的分析研究，可以對(duì)礦區(qū)地下水徑流情況和來(lái)源有初步的認(rèn)識(shí)，對(duì)礦區(qū)的水文地質(zhì)的研究、水文地質(zhì)勘查有指導(dǎo)意義。

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Based on the Mining Area Groundwater TDS Spatial Distribution Characteristics of Water Source Identification

WANGHu

(North China Engineering Investigation Institute Ltd., Shijianzhuang 050021, Hebei)

Abstract:The northeast YunNan ZhaoTong region certain lead-zinc mine as dolomite karst gap fissure water filling deposit and near los ze river, complicated hydrogeological conditions. Through to the mining area regional groundwater conductivity detection, analysis and identification, combined with hydrological geology characteristics of mining area, it is concluded that qixia MAO of groundwater for mine water main source of water supply area. Mining area groundwater mainly from north to south, runoff discharge shaft and upper has both north coming water and water supply, south of a small number of upper water and lower carboniferous in eastern north and large vertical shaft area in the flow of supplies, the curtain line of confined water sources may be different.

Key words:Electrical conductivity；Ion concentration；Supply；Runoff and Confined water

[中圖分類號(hào)]P641.4+1

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B

[文章編號(hào)]1004-1184(2016)02-0026-03

[作者簡(jiǎn)介]王虎(1986-)，男，湖北襄陽(yáng)人，助理工程師，主要從事水文地質(zhì)工程地質(zhì)方面的工作。

[收稿日期]2016-01-08