江西省柴桑區(qū)鐵路坎礦區(qū)銅礦礦床充水因素分析

周 祥，高紅梅，余金保

（1.南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210046；2.江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局贛西北大隊(duì)，江西 九江 332000）

鐵路坎礦區(qū)西與城門(mén)山銅礦采坑緊鄰，并被納入三期擴(kuò)建開(kāi)采規(guī)劃，開(kāi)發(fā)鐵路坎銅礦資源迫在眉睫。鐵路坎礦區(qū)礦體基本分布在當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面以下，深部礦體延入北部湖區(qū)，隨著開(kāi)采規(guī)模向下擴(kuò)大，不可避免會(huì)揭露周邊巖溶含水層，其水文地質(zhì)條件越來(lái)越復(fù)雜，開(kāi)采難度越來(lái)越大。因此詳細(xì)查明本礦床的充水因素，為礦床安全開(kāi)采提供設(shè)計(jì)依據(jù)，亦是礦床開(kāi)采技術(shù)條件研究的重點(diǎn)。

1 礦區(qū)概況

鐵路坎礦區(qū)位于九江市南西255°方向，直距18 km處，行政區(qū)劃屬江西省柴桑區(qū)城門(mén)鄉(xiāng)管轄。礦區(qū)2000國(guó)家大地地理坐標(biāo)：東經(jīng)115°48′02″～115°48′27″，北緯29°41′ 00″ ～29°41′ 34″。

礦區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，濕潤(rùn)多雨，季節(jié)分明，冬季干燥寒冷，夏季炎熱是本區(qū)氣候的主要特點(diǎn)。礦區(qū)與周邊地表水系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化受九江市柴桑區(qū)與瑞昌市兩地氣象結(jié)果影響，其中受瑞昌市氣象條件的影響更為直接，礦區(qū)近5年降雨量資料見(jiàn)表1。

表1 礦區(qū)降雨量資料統(tǒng)計(jì)表

礦區(qū)出露地層由老而新依次為志留系上統(tǒng)紗帽組（S3s）、泥盆系上統(tǒng)五通組（D3w）、石炭系中統(tǒng)黃龍組（C2h）、二疊系下統(tǒng)梁山組（P1l）、棲霞組（P1q）、茅口組（P1m）、上統(tǒng)龍?zhí)督M（P2l）、長(zhǎng)興組（P2c）、三疊系下統(tǒng)大冶組（T1d）及第四系（Q），其中石炭系黃龍組為主要賦礦層位，石炭系～三疊系淺海相碳酸鹽巖為主要的賦礦圍巖。

礦區(qū)發(fā)育兩組斷裂，即北東東向斷裂和北西～北北西向斷裂，其中北東東向斷裂常被北西～北北西向斷裂所切割。對(duì)礦床充水有影響的為北東東向F1、F3、F20斷裂和北西向F13斷裂，影響較大的為F1、F20斷裂，為賦、導(dǎo)水?dāng)嗔?。礦區(qū)地質(zhì)略圖及所在區(qū)域位置見(jiàn)圖1。

2 礦床充水因素分析

本礦區(qū)-322m標(biāo)高以上礦體采用露天開(kāi)采，礦坑充水因素分析如下：

2.1 含水層對(duì)礦床充水的影響

礦體、巖株侵入于志留系碎屑巖、石炭～二疊系酸鹽巖地層中，其中石炭～二疊系巖溶裂隙、溶洞普遍發(fā)育，加之受地質(zhì)構(gòu)造和巖體侵入的影響，在構(gòu)造破碎帶和接觸破碎帶附近巖溶發(fā)育程度更高，形成了以破碎帶～溶蝕裂隙～溶洞為主要特征的具有統(tǒng)一水力聯(lián)系的非均質(zhì)巖溶含水介質(zhì)，且地層含水量豐富，在礦山進(jìn)行深部開(kāi)采時(shí)，礦體周邊巖溶含水層中的地下水必然會(huì)涌入礦坑，成為礦床主要的直接充水來(lái)源。

松散巖孔隙含水層其底板與三疊系灰?guī)r直接接觸，不與礦體直接聯(lián)系，且三疊系下統(tǒng)大冶組下段為隔水層，因此松散巖孔隙含水層對(duì)礦床充水為間接且影響甚微。

圖1 鐵路坎礦區(qū)地質(zhì)略圖（a）級(jí)礦區(qū)分布在區(qū)域的位置（b）

2.2 主要構(gòu)造破碎帶對(duì)礦床充水的影響

礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造破碎帶形式主要有三類(lèi)，即灰?guī)r溶蝕破碎帶、巖漿巖與圍巖接觸破碎帶、斷裂破碎帶。

2.2.1 溶蝕破碎帶

一般疊加或伴生于可溶巖中斷裂破碎帶或其他破碎構(gòu)造，由于地下水的長(zhǎng)期侵蝕、溶蝕作用，使原本為構(gòu)造破壞失去完整的灰?guī)r沿破裂面不斷溶蝕、分割，形成更次一級(jí)的巖塊或碎屑，進(jìn)而構(gòu)成地下水的活躍帶，并與其他破碎帶相連通，形成復(fù)雜的地下水裂隙網(wǎng)絡(luò)，是礦床充水直接通道之一。

2.2.2 接觸破碎帶

為巖漿巖侵入與圍巖接觸產(chǎn)生的破碎帶，主見(jiàn)于巖漿巖體邊緣。由于接觸破碎帶呈環(huán)狀分布于巖株四周，從而起了溝通礦區(qū)所有巖溶含水層的作用，是構(gòu)成礦坑涌水的主要途徑。

2.2.3 斷裂破碎帶

對(duì)礦床影響較大的斷裂主要是F1、F20。

F1斷裂：發(fā)育于礦區(qū)南部砂頁(yè)巖中，縱貫礦區(qū)，主要破壞地層為泥盆系五通組，破碎帶內(nèi)角礫均為泥盆系五通組母巖構(gòu)成，泥質(zhì)、鐵質(zhì)膠結(jié)，透水性差，對(duì)礦床充水無(wú)直接影響，僅是在該斷裂帶下盤(pán)泥盆系五通組與石炭系黃龍組地層之間，發(fā)育一條以灰?guī)r角礫為主的構(gòu)造角礫巖帶，帶中巖石破碎、膠結(jié)程度差、巖溶作用強(qiáng)、具較好富水性與較強(qiáng)透水性，對(duì)-400m標(biāo)高以上礦床充水影響大而直接。

F20斷裂：發(fā)育礦區(qū)東部二疊系下統(tǒng)茅口組上段灰?guī)r地層中，斷裂帶主要表現(xiàn)為帶內(nèi)巖石擠壓破碎強(qiáng)烈，除帶內(nèi)侵入巖體具隔（阻）水性外，為賦、導(dǎo)水?dāng)嗔?，該斷裂?duì)礦坑充水具一定的影響。

2.3 賽湖對(duì)礦床充水的影響

礦區(qū)北面賽湖正常水位標(biāo)高15.50m，洪期最高水位標(biāo)高19.90m，湖水與長(zhǎng)江相通，可通過(guò)防洪閘進(jìn)行人工調(diào)節(jié)。湖水終年不涸。賽湖湖床普遍分布著厚15m～25m的淤泥質(zhì)粘性土，滲透系數(shù)僅為1×10-5～1×10-8cm/s，鉆孔抽水試驗(yàn)單位涌水量0.0067 L/s·m，其透水性極微弱。湖水下滲補(bǔ)給地下水的入滲條件極差，湖區(qū)迄今未發(fā)現(xiàn)缺失該層的“天窗”或泉水出露，湖泊南岸邊岸則多由隔水性能較好的中、上更新統(tǒng)老粘性類(lèi)土構(gòu)成，無(wú)基巖出露，洪期高水位時(shí)，湖水通過(guò)岸邊滲透補(bǔ)給地下水也是極其微弱的。

以上情況表明，在天然狀態(tài)或小型抽降條件下，湖水和灰?guī)r地下水之間無(wú)直接水力聯(lián)系。因此，賽湖湖水與礦區(qū)地下水無(wú)密切水力聯(lián)系，對(duì)礦床無(wú)直接充水影響。

但因礦區(qū)大范圍疏干排水而造成地表塌陷或開(kāi)裂，從而破壞上部粘土層的完整性，則可能導(dǎo)致湖水與灰?guī)r地下水的直接水力聯(lián)系，將引起不良后果。

2.4 長(zhǎng)江對(duì)礦床充水的影響

長(zhǎng)江位于礦區(qū)北東方向，屬?zèng)_積平原地形，第四系成因?qū)匍L(zhǎng)江一級(jí)階地堆積物，厚度40m～45m，堆積物有上粗下細(xì)特征。本區(qū)長(zhǎng)江河床未切入下伏三疊系、二疊系灰?guī)r，水底與下伏灰?guī)r均有大于20m厚的第四系分隔，江水與灰?guī)r地下水僅能通過(guò)上覆第四系的滲透發(fā)生水力聯(lián)系，由此可見(jiàn)，長(zhǎng)江水與礦區(qū)巖溶地下水沒(méi)有直接的水力聯(lián)系，對(duì)本礦床而言，尚有多層隔水層的阻隔，故長(zhǎng)江水對(duì)礦床充水的影響是有限的。

3 結(jié)論與建議

經(jīng)礦床充水因素分析，本礦床的主要充水因素為：礦區(qū)東部二疊系～石炭系灰?guī)r巖溶含水層、構(gòu)造破碎帶充水，及在大降深疏干排水降落漏斗不斷擴(kuò)大，而造成湖區(qū)地表塌陷或開(kāi)裂可能導(dǎo)致湖水對(duì)礦床的直接充水。

北側(cè)隔水邊界（T1d1）在深部礦坑疏干排水產(chǎn)生巨大內(nèi)外水位差情形下，可能產(chǎn)生對(duì)隔水邊界的破壞，帶來(lái)礦坑涌水量的增大及誘發(fā)北側(cè)湖底巖溶塌陷，建議在礦區(qū)北側(cè)依托大冶組下段頁(yè)巖及巖體進(jìn)行注漿帷幕。