清鎮(zhèn)市貓場(chǎng)鋁土礦平橋礦段(整合)水工環(huán)地質(zhì)條件分析*

申小夢(mèng)，魏忠幸，莊志賢

(1貴州大學(xué)，貴州　貴陽　550003；2中山市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)咨詢有限公司貴州分公司，貴州　貴陽　550000；3貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局115地質(zhì)大隊(duì)，貴州　貴陽　551400)

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清鎮(zhèn)市貓場(chǎng)鋁土礦平橋礦段(整合)水工環(huán)地質(zhì)條件分析*

申小夢(mèng)1，魏忠幸2，莊志賢3

(1貴州大學(xué)，貴州貴陽550003；2中山市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)咨詢有限公司貴州分公司，貴州貴陽550000；3貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局115地質(zhì)大隊(duì)，貴州貴陽551400)

摘要：貴州省清鎮(zhèn)市貓場(chǎng)鋁土礦區(qū)是一個(gè)特大型的沉積鋁土礦礦床，礦區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜，巖溶極其發(fā)育，見大量溶洞、暗河及巖溶井泉，礦床受頂?shù)装逯苯映渌蛩赜绊?。本文從水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)條件三個(gè)方面進(jìn)行分析，大致查明了礦區(qū)水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)條件，礦區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜，巖溶極其發(fā)育，見大量溶洞、暗河及巖溶井泉，礦床受頂?shù)装逯苯映渌蛩赜绊?，為將來礦山建設(shè)提供開采依據(jù)。

關(guān)鍵詞：水文地質(zhì)；工程地質(zhì)；環(huán)境地質(zhì)

0引言

貓場(chǎng)鋁土礦區(qū)平橋礦段(整合)鋁土礦普查，位于貴州省中部，行政區(qū)劃屬清鎮(zhèn)市流長(zhǎng)鄉(xiāng)、犁倭鄉(xiāng)和平壩縣十字鄉(xiāng)管轄，地理坐標(biāo)：東經(jīng)106°10′03″～106°17′30″，北緯26°32′29″～26°37′15″，平面形狀似馬蹄型，面積 29.03 km2。貓場(chǎng)鋁土礦區(qū)是一個(gè)特大型的沉積鋁土礦礦床[1]，地貌為低中山喀斯特峰叢地貌，脊?fàn)钌矫}呈近東西向延伸，總體地勢(shì)南東部高，北西部低，海撥標(biāo)高 1 690.5～959 m，相對(duì)高差 731.5 m，最高點(diǎn)為礦區(qū)南西部大山山頂，海撥高程1 690.5 m，最低點(diǎn)為礦區(qū)北西部小干河河床中，海撥高程 959 m。礦區(qū)含水層巖性主要為碳酸鹽巖，礦體位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以下，礦床頂板擺佐組(C1b)含水層和礦床底板寒武系婁山關(guān)群(∈2-3ls)含水層為礦床直接的充水水源[2]。

1水文地質(zhì)

1.1區(qū)域地貌特征

本區(qū)處于貓?zhí)?、波渡河的河間地塊部位。山脈近南北向展布，地勢(shì)南高北低，主要為溶蝕—構(gòu)造、侵蝕—構(gòu)造低中山地貌類型，峰叢溝谷遍布全區(qū)，屬構(gòu)造剝蝕中低山區(qū)，區(qū)內(nèi)標(biāo)高 959～1 690.5 m。以大山—無光坡—土地關(guān)—犁倭—老黑山一帶區(qū)域地表分水嶺為界，可分為東西兩大地貌單元：分水嶺以東主要以巖溶剝蝕成因?yàn)橹鳎尸F(xiàn)為坡立谷、孤峰、殘丘及開闊的巖溶洼地地貌，地面標(biāo)高約1 300 m，相對(duì)高差 20～70 m，最低侵蝕基準(zhǔn)面標(biāo)高1 200 m。分水嶺以西主要以巖溶侵蝕成因?yàn)橹?，呈現(xiàn)為峰叢洼地巖溶地貌，地面標(biāo)高1 000～1 550 m，相對(duì)高差 100～200 m，最低侵蝕基準(zhǔn)面——波渡河河床標(biāo)高 959 m。

1.2地表水

區(qū)內(nèi)主要地表河流為波渡河、麥翁河、跳蹬河。

波渡河：即鴨池河支流三岔河下游的波渡河段，距礦區(qū)西側(cè)約4.5 km處，流向自南向北。區(qū)內(nèi)流程長(zhǎng) 22.5 km。區(qū)內(nèi)上游河床標(biāo)高 1035 m，下游河床標(biāo)高959 m，落差 76 m，坡降為 0.003 4 。河水受沿途支流和暗河補(bǔ)給，在上游枯水期流量 1.7 m3/ s，中游引子渡附近枯水期 3.1 m3/ s，歷年最大洪水流量約 1 000 m3/ s，年平均流量 154.5 m3/ s。

麥翁河：為貓?zhí)觾纱笤搭^之一。距礦區(qū)南東側(cè)約 4 km，總體流向北北東、北東向，區(qū)內(nèi)上游河床標(biāo)高 1 255 m，河口標(biāo)高 1 240 m，坡降 0.001。歷年最大洪水流量367 m3/ s，多年洪水期平均流量 23.121 m3/ s，多年年平均流量 11.764 m3/ s。

跳蹬河：發(fā)源于礦區(qū)南側(cè) 1.5 km處，位于區(qū)域地表分水嶺南側(cè)，源頭標(biāo)高 1 420 m。與區(qū)域地表分水嶺平行展布，出區(qū)河口標(biāo)高1 195 m，縱坡降 0.008 。下游大橋沖段流量 2.5 m3/ s。

圖1　礦區(qū)水系圖

1.3礦區(qū)所在水文地質(zhì)單元

區(qū)域內(nèi)發(fā)育一條短軸背斜——大翁嶺背斜，礦區(qū)位于大翁嶺背斜軸線(標(biāo)高1 400～1 600 m)中段，但因礦區(qū)地層產(chǎn)狀較緩，故該背斜對(duì)礦區(qū)內(nèi)地下水并無明顯的隔水影響。

因此，礦區(qū)所在的水文地質(zhì)單元主要受區(qū)域地表分水嶺控制，沿地表分水嶺存在地條地下分水嶺，該分水嶺把礦區(qū)分割為東西兩個(gè)水文地質(zhì)單元(下稱單元)，礦區(qū)位于兩單元的補(bǔ)給區(qū)，該補(bǔ)給區(qū)主要接受大氣降水補(bǔ)給。

地下分水嶺在隔水邊界，故地下水分別受隔水邊界和地層產(chǎn)狀控制，沿地下分水嶺分別向東西兩個(gè)單元徑流。因地層產(chǎn)狀較平緩(局部?jī)A角 <5°)，導(dǎo)致地下水徑流條件不利而形成雍水，故在邊界附近可見泉點(diǎn)出露，由此可見邊界隔水效果不理想，邊界附近兩個(gè)單元水力聯(lián)系緊密。

兩個(gè)單元均為巖溶含水層與非巖溶或弱巖溶相對(duì)隔水層相間分布，形成潛水、承壓水儲(chǔ)水構(gòu)造。背斜兩翼到核部地層由新到老為白堊系茅臺(tái)群 Kmt、三疊系上統(tǒng)三橋組 T3sq、中統(tǒng)貴陽組(改茶組)T2gc、壟頭組 T2lt、楊柳井組 T2yl、關(guān)嶺組T2g、下統(tǒng)安順組 T1a、大冶組 T1d2-3、大冶組 T1d1、沙灣堡組 T1s、二疊系上統(tǒng)大隆組 P3d、長(zhǎng)興組 P3c、龍?zhí)督M P3l、峨眉山玄武巖組 P3β、中統(tǒng)茅口組 P2m、棲霞組 P2q、梁山組 P2l、石炭系下統(tǒng)擺佐組 C1b、九架爐組 C1jj、寒武系中上統(tǒng)婁山關(guān)群 ∈2-3ls、中統(tǒng)石冷水組 ∈2s、高臺(tái)組 ∈2g、下統(tǒng)清虛洞組 ∈1q、金頂山組 ∈1j，第四系不整合覆蓋于各時(shí)代地層之上[3]。

以上各地層，Kmt、T2lt、T2yl、T2g、T1a、T1d2-3、P3c、P2m、P2q、C1b、∈2-3ls、∈1q為巖溶含水層，T3sq、T2gc、T1d1、T1s、P3d、P3l、P3β、P2l、C1jj、∈2s、∈2g、∈1j為相對(duì)隔水層。在礦區(qū)范圍內(nèi)，其含水層按地下水的埋藏條件可分為：P2m+P2q為潛水含水層，C1b、∈2-3ls為承壓水含水層。

圖2　水文地質(zhì)單元示意圖

1.4礦區(qū)水文地質(zhì)

礦區(qū)分布有 7 個(gè)礦體，且跨東西兩個(gè)水文地質(zhì)單元，東側(cè)單元最低侵蝕基準(zhǔn)面為 1 200 m，其下伏礦體標(biāo)高為 950～1 300 m；西側(cè)單元最低侵蝕基準(zhǔn)面為959 m，其下伏礦體標(biāo)高為 670～1 100 m。由此可見礦床位于當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面以下，受地下水及地表水直接或間接的充水因素影響。

礦區(qū)地下水主要為承壓水，近地表含水層(P2m+P2q)為潛水，礦床頂、底板受承壓水含水層直接充水因素影響[4]。

(1)李家沖、小貓場(chǎng)、楊家洞礦段

本礦段以大山、排子山、廣縣坡、金邊山、土地關(guān)一帶為主要地表分水嶺，北西向主要發(fā)育貓場(chǎng)支流、李家沖支流、小王家寨支流，其中貓場(chǎng)支流、李家沖支流沿南北向流經(jīng)礦區(qū)于礦區(qū)北端匯入油菜河上游，小王家寨支流未流經(jīng)礦區(qū)沿北西向匯入油菜河下游。南東向主要發(fā)育麥翁河、跳蹬河，均未流經(jīng)礦區(qū)。

油菜河

發(fā)源于犁倭鄉(xiāng)公雞寨一帶，為礦區(qū)內(nèi)主要地表水系，沿途接受李家沖支流、貓場(chǎng)支流補(bǔ)給，自東向西流經(jīng)礦區(qū)北端(入境高程 1 250 m，出境高程 1220 m)，流經(jīng)長(zhǎng)度約 2 km。其動(dòng)態(tài)受降雨量控制，歷年最大洪水流量 14 459 l / s，平水期流量 538 l / s。

貓場(chǎng)支流

發(fā)源于小貓場(chǎng)礦段附近大山村南西側(cè)溝谷一帶(發(fā)源處高程為 1 345 m)，流經(jīng)石門坎，在礦區(qū)北端上田壩附近匯入油菜河(匯入點(diǎn)高程為1 258 m)，全長(zhǎng)約 4 km。其動(dòng)態(tài)受降雨量控制，歷年最大洪水流量 2 342 l / s，枯水期流量 4.58 l / s。

李家沖支流

發(fā)源于礦區(qū)火峰沖、楊家洞一帶(發(fā)源處高程為 1 410 m)，流經(jīng)礦區(qū)西側(cè)周劉彭、李家沖，于礦區(qū)北端河溪洞附近匯入油菜河(匯入點(diǎn)高程為1 250 m)，全長(zhǎng)約 6 km。其動(dòng)態(tài)受降雨量控制，歷年最大洪水流量為 1 342 l / s，枯水期流量為 6.28 l / s。

小王家寨支流

發(fā)源于礦區(qū)北西側(cè)燕子頭一帶(礦區(qū)外圍)，流經(jīng)王家寨、紅花寨，在墨盒山附近匯入油菜河下游，全程均未流經(jīng)礦區(qū)。其動(dòng)態(tài)受降雨量控制，歷年最大洪水流量為 7 822 l / s，平水期流量為 72.16 l / s，枯水期流量為 0.014 l / s。

(2)平橋礦段

本礦段內(nèi)以對(duì)莊坡、火燒寨、瓦房寨一帶為局部地表分水嶺，主要水系為小干河，由礦段北東端向南西端徑流。其動(dòng)態(tài)受降雨量控制，呈現(xiàn)豐水期流量大，枯水期流量小的特征。

1.5斷層水文特征

礦區(qū)內(nèi)斷層發(fā)育，各主要斷層富水性、導(dǎo)水性特征可根據(jù)礦區(qū)鉆孔簡(jiǎn)易水文觀測(cè)成果來判斷：

(1)李家沖、小貓場(chǎng)、楊家洞礦段

李家沖、小貓場(chǎng)、楊家洞礦段斷層附近鉆孔各含水層靜水位成果表(表1)。

表1　含水層靜水位成果表

以上表中鉆孔分布于各斷層附近，由表中數(shù)據(jù)推斷，區(qū)內(nèi)以近東西向斷層F24為隔水?dāng)鄬?，其余各斷層富水性、?dǎo)水性良好。

(2)平橋礦段

本礦段內(nèi)斷層走向大致為北北東向，從斷層附近鉆孔的簡(jiǎn)易水文觀測(cè)成果(見平橋礦段柱狀圖)可以初步判斷，主要斷層F13、F120、F121為導(dǎo)水?dāng)鄬?，與附近河流連通性好，富水性良好。

1.6地下水補(bǔ)徑排條件

礦區(qū)內(nèi)基巖裸露，直接接受大氣降水垂直入滲補(bǔ)給，局部低于侵蝕基準(zhǔn)面的地下水接受地表河流補(bǔ)給，主要為地表分水嶺與地下分水嶺之間的區(qū)段。整個(gè)礦區(qū)地下水的徑流方向總體以地下分水嶺為界，沿大翁嶺背斜兩翼的地層傾向向區(qū)外徑流，局部淺層地下水受地形條件控制(主要在楊家洞一帶，地表分水嶺附近)，以地表分水嶺為界，分別向兩側(cè)徑流。因地層產(chǎn)狀較緩，區(qū)內(nèi)構(gòu)造封閉，徑流條件不佳而易形成局部壅水。從礦區(qū)補(bǔ)給、徑流條件可以看出，礦區(qū)地下水淺部(潛水含水層 P2m+P2q)主要受地形條件控制向地勢(shì)低洼的溝谷、河流排泄，在深部(承壓含水層 C1b、∈2-3ls)主要受大翁嶺背斜的地層產(chǎn)狀控制，分別由背斜軸部向兩翼沿區(qū)域侵蝕基準(zhǔn)面排泄。

1.背斜；2.向斜；3.倒轉(zhuǎn)背斜；4.倒轉(zhuǎn)向斜；5.正斷層；

1.7地下水水化學(xué)特征

礦區(qū)內(nèi)泉點(diǎn)、暗河均出露于隔水層( P2l)以上，且多在棲霞組( P2q)地層出露地表。本次普查在礦區(qū)李家沖、小貓場(chǎng)、楊家洞礦段內(nèi)對(duì)泉點(diǎn)、民井、河流、暗河進(jìn)行了水樣采集，一共 4 件，送交貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)中心實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，從檢測(cè)報(bào)告判斷礦區(qū)主要地下水化學(xué)類型為 HCO3·SO4—Ca·Mg 型水。

1.8礦床充水因素分析

從礦區(qū)含礦層位來看，分布在礦層頂?shù)装宓牡叵滤?，在礦床開采時(shí)可通過某種途徑進(jìn)入礦坑，成為礦坑充水水源，由此可確定本礦床為以地下水為主要充水水源的礦床。

充水通道分析

天然通道：礦坑主要充水水源(承壓含水層 C1b、∈2-3ls)中相互連通的節(jié)理裂隙、溶蝕孔隙是礦坑主要充水通道；間接充水水源(潛水含水層 P2m+P2q)以構(gòu)造斷裂帶為導(dǎo)水通道進(jìn)入礦坑，往往形成涌水或突水。

人為通道：主要為礦山勘查時(shí)施工的鉆孔通道。

充水強(qiáng)度分析

從礦床的充水水源和充水通道來看，若礦坑揭露充水層的節(jié)理裂隙、溶蝕孔隙，水量與裂隙的多少和規(guī)模密切相關(guān)，裂隙數(shù)量愈多、張開程度愈大，涌水量就愈大，具有流量小、速度慢、水壓低、充水強(qiáng)度小的特點(diǎn)，這種充水方式破壞性小，礦坑排水可控性高；若礦坑揭露富水性、導(dǎo)水性良好的構(gòu)造斷裂帶，往往集中突水，具有水量大、流速快、水壓高、充水強(qiáng)度大等特點(diǎn)[5]。

1.9小結(jié)

從礦區(qū)水文地質(zhì)條件得出：礦區(qū)水文地質(zhì)勘查類型屬于以溶洞、暗河為主，頂?shù)装逯苯映渌?，水文地質(zhì)條件復(fù)雜的巖溶充水礦床。

2工程地質(zhì)

礦層為石炭系下統(tǒng)九架爐組( C1jj)中部的鋁土礦，為半堅(jiān)硬的、軟弱的粘土巖類礦物，具粘土巖水理、物理力學(xué)性質(zhì)。礦層直接頂板為石炭系下統(tǒng)九架爐組( C1jj)上部的粘土巖或鋁土巖，局部含黃鐵礦結(jié)核或透鏡體，具葉片狀層理，厚 0～8.73 m，屬軟質(zhì)巖類不穩(wěn)定巖體。礦層間接頂板為石炭系下統(tǒng)擺佐組( C1b)白云巖，總體屬塊狀結(jié)構(gòu)、基本穩(wěn)定為主的堅(jiān)硬巖石。但在由于強(qiáng)烈溶蝕作用引起的溶陷區(qū)則可視為碎裂狀或散體狀結(jié)構(gòu)、不穩(wěn)定的硬質(zhì)巖體。擺佐組屬巖溶裂隙含水層，富水性中等，將來開采時(shí)，如不先疏干，可能會(huì)遇到突水、溶洞突水、突泥淹井等事故。 礦層直接底板為石炭系下統(tǒng)九架爐組(C1jj)底部的綠泥石粘土巖及鋁土巖，含少量鐵質(zhì)粘土巖、黃鐵礦、赤鐵礦團(tuán)塊及透鏡體，厚 0～6.74 m，屬軟質(zhì)巖類，穩(wěn)定性較差。礦層間接接底板為寒武系婁山關(guān)群( ∈2-3ls)細(xì)晶白云巖，系承壓含水層，富水性弱，但承壓水頭高，將來開采時(shí)，如不先疏干，可能會(huì)發(fā)生底板突水現(xiàn)象[6]。

綜上所述，區(qū)內(nèi)工程地質(zhì)勘查類型復(fù)雜程度應(yīng)屬?gòu)?fù)雜類型。

3環(huán)境地質(zhì)

目前礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀主要表現(xiàn)為局部勘查施工鉆孔改變了當(dāng)?shù)氐叵滤弧?/p>

如在礦區(qū)李家沖礦段胡家院附近，當(dāng)?shù)孛裼蒙钣盟?、灌溉用水主要來自?dāng)?shù)氐貙尤B系上統(tǒng)龍?zhí)吨链舐〗M( P3l—d)中的上層滯水，當(dāng)施工鉆孔揭穿該含水層時(shí)，將使該上層滯水隨鉆孔下滲而枯竭，對(duì)當(dāng)?shù)孛裼蒙?、灌溉造成影響?/p>

區(qū)內(nèi)暫無災(zāi)害性的水體污染、塌陷、滑坡、地裂縫、泥石流、山體失穩(wěn)等不良環(huán)境地質(zhì)問題。礦區(qū)范圍內(nèi)無重大的污染源，無熱害，地表水、地下水水質(zhì)較好，在采礦活動(dòng)中將會(huì)產(chǎn)生局部地表變形(如地面塌陷、沉降、變形和山體開裂失穩(wěn)等)。礦坑排水、生活污水、工業(yè)廢水的排放和尾礦、廢石的堆放對(duì)附近水體將有一定程度的污染。

綜上所述，礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量應(yīng)屬中等類型[7]。

4結(jié)論

1)本次工作大致查明了礦區(qū)水文地質(zhì)條件。礦區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜，巖溶極其發(fā)育，見大量溶洞、暗河及巖溶井泉，礦床受頂?shù)装逯苯映渌蛩赜绊憽Ｔ诘V區(qū)北端對(duì)油菜河進(jìn)行了水樣采集，水樣檢測(cè)結(jié)果符合《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》第Ⅰ、Ⅱ類(GB / T14848—93)，適用于生活用水及工農(nóng)業(yè)用水，可用作未來礦山供水水源[8]。

2)大致查明了礦區(qū)工程地質(zhì)條件。礦區(qū)工程地質(zhì)條件復(fù)雜，軟硬巖石相間，巖層主要為可溶鹽巖類。

3)大致查明礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)條件。在礦區(qū)內(nèi)可見規(guī)模較小的滑坡、崩塌等地質(zhì)現(xiàn)象；由于區(qū)內(nèi)巖溶管道發(fā)育，地下水分布極不均勻，故局部出現(xiàn)水資源枯竭現(xiàn)象。

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Analysis on hydrogeology and engineering geology in Qingzhen of Guizhou

SHEN Xiaomeng1，WEI Zhongxing2，ZHUANG Zhixian3

(1Guizhouuniversity，Guiyang550003，China；2ZhongshanSurvey/DesignResearchInstituteforWaterResourcesandHydropowerofGuizhoubranch，Guiyang550003，China；3bureauofgeologyandmineralexplorationanddevelopentofQingzhenGuizhouGuiyang，551400，China)

Abstract：Maochang bauxite mining area in Qingzhen of Guizhou is a super large sedimentary bauxite deposit，in which hydrogeological condition is complex.We can see a lot of karst caves underground rivers and karst springs.The mineral deposit is affected by the direct water—filling factors of roof and floor of ore deposits.In the article，it is analyzed that the factors，such as hydrogeology，engineering geology and environmental geology condition，provide the basis for mine construction in the future.

Keywords：hydrogeology；engineering geology；environmental geology

中圖分類號(hào)：P 641.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003—6563(2016)02—0026—05

收稿日期：2015-10-01；修回日期：2015-11-30

作者簡(jiǎn)介：申小夢(mèng)(1989-)，碩士研究生。研究方向：水文地質(zhì)。