城門山礦區(qū)巖溶發(fā)育特征及其富水規(guī)律

■高紅梅 屈亞燦 余金寶

（1南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院江蘇南京210093；2江西省地礦局贛西北大隊江西九江332000）

城門山礦區(qū)巖溶發(fā)育特征及其富水規(guī)律

■高紅梅1，2屈亞燦2余金寶2

（1南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院江蘇南京210093；2江西省地礦局贛西北大隊江西九江332000）

在對城門山礦區(qū)三疊系、二疊系、石炭系灰?guī)r發(fā)育、分布特征分析的基礎(chǔ)上，探討了各巖層灰?guī)r富水規(guī)律與灰?guī)r巖性、巖溶發(fā)育和分布及充填情況、裂隙發(fā)育情況及構(gòu)造之間的相關(guān)關(guān)系，初步揭示了各灰?guī)r巖層的富水規(guī)律，為系統(tǒng)研究城門山礦區(qū)灰?guī)r巖溶發(fā)育規(guī)律和礦坑巖溶水的防治提供了理論依據(jù)。

城門山礦區(qū) 巖溶發(fā)育 富水規(guī)律

1 引言

城門山礦區(qū)為一大型露采銅礦，位于江西省九江縣城門鄉(xiāng)。礦山始建于上世紀(jì)九十年代，最終開采深度超過300m。長期以來,“水”的問題一直是困擾該礦順利開發(fā)的棘手問題。隨著開采深度的增大，地下水水頭壓力進(jìn)一步增大，礦床圍巖灰?guī)r巖溶水對礦體安全開采的威脅程度也增大。區(qū)內(nèi)礦床及其圍巖灰?guī)r的巖溶普遍發(fā)育，是造成區(qū)內(nèi)水害的主要原因。礦區(qū)大規(guī)模露天開采將形成較大的疏干影響范圍，目前已發(fā)生采樣斜井突水、塌坑、地表開裂及地面沉降，礦坑露采邊坡發(fā)生滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象，因此，研究、分析礦區(qū)灰?guī)r巖溶的發(fā)育、分布特征及富水性規(guī)律對于礦區(qū)的安全生產(chǎn)有著重要的意義。

2 灰?guī)r巖溶發(fā)育特征

礦區(qū)三面環(huán)湖，北、西面為賽湖,南面有大、小城門湖,東面與陸地相連，長江在礦區(qū)北面6.5Km處通過。礦區(qū)主要礦體埋藏在湖區(qū)水面以下，礦區(qū)除南側(cè)及北西側(cè)的丘陵地帶見志留系、泥盆系地層出露外，其它均為第四系覆蓋區(qū)，隱伏基巖主要為三疊系、二疊系、石炭系灰?guī)r。礦體頂板圍巖多為二疊系、三疊系、石炭系灰?guī)r,其巖溶較發(fā)育,含水豐富。

礦區(qū)外圍地表可見的有石芽、溶溝、洼地、漏斗、落水洞、溶洞、暗河等。礦區(qū)內(nèi)鉆孔中常見有溶洞、溶孔、溶蝕裂隙等。在三疊系灰?guī)r地區(qū)，地表巖溶發(fā)育，石炭系、二疊系灰?guī)r地區(qū)地表巖溶現(xiàn)象以溶洞為主。

2.1 巖溶發(fā)育與巖性及其巖石成分的關(guān)系

灰?guī)r成分不同，其巖溶發(fā)育也有所差別，以炭質(zhì)頁巖、含泥質(zhì)、炭質(zhì)、白云質(zhì)較多的地層，其巖溶率均較低，CaO及MgO比值及相對溶解度也較低，而SiO2+R2O3則含量較高，相反，質(zhì)較純，含Ca量較高，相對溶解度較高的其他地層巖溶率較高，而燧石結(jié)核對巖溶發(fā)育無明顯影響。

2.2 巖溶發(fā)育與斷裂的關(guān)系

區(qū)內(nèi)斷裂有北西、北東向的斜斷裂、北北西與北北東、南北向的橫斷裂，與地層走向基本一致的縱向斷裂，橫斷裂占大多數(shù)。巖溶發(fā)育受斷裂控制，常見有漏斗洼地、溶洞、暗河沿著斷裂呈線狀排列，見圖1。從茅坪、南陽等地的暗河、洼地、漏斗的長軸方向統(tǒng)計，以北北西、北北東向為主，見圖2。橫向斷裂巖溶發(fā)育最多。由此可見巖溶發(fā)育與斷裂帶具有密切的關(guān)系，但不同方向的斷裂帶巖溶發(fā)育程度不同。

2.3 可溶巖與非可溶巖接觸部位巖溶發(fā)育較強

在灰?guī)r與非可溶巖接觸部位，由于非可溶巖的阻流作用，為地下水溶蝕可溶巖創(chuàng)造了有力條件，沿著這一帶巖溶比較發(fā)育。此外，還可見到巖溶泉沿著可溶巖與非可溶巖接觸處出露。

圖1 巖溶發(fā)育與斷裂帶關(guān)系圖

圖2 茅口灰?guī)r內(nèi)斷裂發(fā)育溶洞

2.4 溶洞發(fā)育的垂直分布

礦區(qū)溶洞發(fā)育大致可分三個垂直分布帶。第一帶出露標(biāo)高為305-387m，第二帶出露標(biāo)高為120-275m，第三帶出露標(biāo)高為20-100m。一、二帶絕大部分屬于無水溶洞帶，第三帶一般為有水溶洞帶，也是地下水排泄帶。

根據(jù)礦區(qū)及其外圍鉆孔統(tǒng)計，在當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以下的溶洞發(fā)育,自西向東由淺變深，垂向自上而下由強變?nèi)跻灾料?。鉆孔所見溶洞一般在負(fù)100m標(biāo)高，負(fù)100m標(biāo)高以下遇溶洞往往與構(gòu)造破碎有關(guān)，尤其是黃龍灰?guī)r與五通組砂巖不整合面擠壓破碎帶及巖漿巖侵入接觸破碎帶。各可溶巖層的巖溶率統(tǒng)計見表1。

表1 巖溶綜合統(tǒng)計表

2.5 礦區(qū)巖溶發(fā)育分帶

按與露天采場的距離，從平面上可將巖溶發(fā)育劃分三帶：內(nèi)帶(露天境界內(nèi)主要礦體分布段，巖溶率4.51%)、中帶(露天采場境界線外推500米到防洪堤之間地段，總巖溶率為2.67%)、外帶(防洪堤外及外圍礦點普查鉆孔，總巖溶率為2.03%)。各帶巖溶發(fā)育特征如下：

（1）巖溶發(fā)育程度與巖性有密切關(guān)系。至純的灰?guī)r，其巖溶率較高，反之較低。

（2）斷裂帶、接觸破碎帶附近巖溶發(fā)育較深。

（3）硫化礦體附近巖溶發(fā)育深度大、巖溶率高充填率也高，遠(yuǎn)離礦體則巖溶發(fā)育較淺，巖溶率低，充填率低。顯然和礦體附近硫酸型水的溶蝕作用強、構(gòu)造斷裂和侵入裂隙發(fā)育的深度有關(guān)。

（4）巖溶發(fā)育由淺而深、由強變?nèi)酢?/p>

（5）以高度小于2m的小溶洞為主（充填較差），只有礦體及F1、F2斷層附近的溶洞總高大于10m。

3 灰?guī)r富水性特征

本區(qū)灰?guī)r有多層,且各層巖性、巖石成分有差異，部分巖層夾非可溶巖或不純灰?guī)r，如嘉陵江灰?guī)r中段為泥灰?guī)r，大冶組下段為頁巖等，這些巖層的巖溶不發(fā)育或發(fā)育較差。據(jù)此，將本區(qū)碳酸鹽巖劃分為三疊系、二疊系-石炭系灰?guī)r兩大含水組。

3.1 三疊系灰?guī)r含水組

由大冶、嘉陵江灰?guī)r組成，厚度大于700m，為中厚層狀灰?guī)r。鉆探過程中沖洗液常有全漏失，巖溶較發(fā)育，具有淺部發(fā)育強，深部發(fā)育弱的規(guī)律。巖層富水程度隨著巖溶發(fā)育程度而變。據(jù)抽水試驗資料，巖溶發(fā)育帶單位涌水量0.1-3.06L/S，長觀13孔負(fù)100m標(biāo)高以下弱巖溶帶，單位涌水量0.0165L/S。屬不均質(zhì)溶洞裂隙含水組。為上部強含水,下部弱含水帶。

3.2 二疊系石炭系灰?guī)r含水組

由長興、茅口、棲霞、黃龍灰?guī)r組成，以中—厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r、燧石結(jié)核灰?guī)r、炭質(zhì)灰?guī)r等，總厚639—766m。一般炭質(zhì)灰?guī)r中，碳酸鈣含量較低，在接觸帶、斷裂帶、硫化礦體附近，巖溶比較發(fā)育。從鉆孔簡易水文地質(zhì)資料來看，絕大部分鉆孔鉆進(jìn)中有漏水現(xiàn)象。根據(jù)抽水試驗成果，單位涌水量0.21-3.46L/S，屬溶洞裂隙含水組。分為上部強含水與下部弱含水帶。

4 結(jié)語

綜上所述，礦區(qū)灰?guī)r富水性規(guī)律與灰?guī)r巖性、巖溶發(fā)育和分布及充填情況、裂隙發(fā)育情況及構(gòu)造有關(guān)。

（1）灰?guī)r巖性是研究其富水性規(guī)律基礎(chǔ)，不同巖性的灰?guī)r富水性不同。

（2）灰?guī)r間層面有泥巖夾層時其裂隙發(fā)育程度明顯要低,上、下層間均為灰?guī)r的巖性組合使灰?guī)r富水性增強，泥巖夾層使得灰?guī)r富水性較弱。

（3）裂隙和巖溶的發(fā)育、充填情況是灰?guī)r富水性重要影響因素之一，灰?guī)r中裂隙發(fā)育密集地段，溶洞、溶孔等巖溶現(xiàn)象發(fā)育段，富水性較強；裂隙及溶孔、溶洞中充填灰?guī)r碎石等，則相互之間易形成導(dǎo)水通道，巖層富水性較好，反之充填泥質(zhì)等，或其單獨發(fā)育，裂隙溶孔、溶洞等連通較差，則巖層富水性較弱。

（4）礦區(qū)生產(chǎn)實踐表明，研究區(qū)內(nèi)灰?guī)r普遍發(fā)育，灰?guī)r巖溶發(fā)育，是造成區(qū)內(nèi)巖溶水害的主要原因。

（5）礦區(qū)已開采深度超過58m，結(jié)合礦區(qū)巖溶發(fā)育規(guī)律及富水性條件，礦山露天防治水易采取“疏堵結(jié)合”方案，即西、北部逐步疏干地下水，東部帷幕注漿封堵地下水。同時加強地下水位、地面沉降、開裂等監(jiān)測，防范可能發(fā)生的危險。

[1]沈照理等，水文地質(zhì)學(xué)，北京，科學(xué)出版社，1985.

[2]馬勝利，城門山銅礦水文地質(zhì)與礦床疏干，南昌設(shè)計院，1993.

The karst development characteristic and the water abundance regular in Chengmenshan mine area

Gao hongmei1,2 Qu yacan2 Yu jinbao2
(1.School of Earth Sciences and Engineering Nanjing University，Nanjing 210093;
2.Jiangxi Bureau of Geology and Minerals,JiuJiang,332000)

In this paper,the dependence relation,between the water abundance regular of Triassic、Permian、Carboniferouslimestone and litho logy,the karst development characteristic,distributing,the filling situation,the fissure development characteristic,the tectonics is discussed,based on analysis to the development and distributing of in Chengmenshan mine area The water abundance regular of limestone is disclosed primarily,and it provides the theory basis for studying system atically the karst development regular and the prevention of karst water of mine in chengmenshan mine area

Chengmenshan mine area;karst development;the water abundance regular

P624[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-5-14-2

高紅梅（1984～），女，水文與水資源工程專業(yè)，本科，研究生在讀巖石學(xué)、礦物學(xué)、礦床學(xué)，水工環(huán)工程師，研究方向為礦山水文地質(zhì)。