小娘坑礦區(qū)鐵礦水泥用灰?guī)r礦巖溶發(fā)育特征

邊林浩(福建省第八地質(zhì)大隊，福建 龍巖 364012)

0 引言

小娘坑礦區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，多年平均氣溫20.5 ℃，多年平均降雨量1 718.3 mm，最大降雨量2 495.5 mm，每年3—9月為雨季，降水量占全年79.9%～83.4%，3—5月多細(xì)雨綿綿，6月份達(dá)到最高峰，并伴有大暴雨；10月—次年2月為旱季，降雨量占全年16.6%～20.1%，其中12月—次年1月最旱。

1 地質(zhì)概況

礦區(qū)內(nèi)地層總體呈北東～北北東向分布，傾向北西～北西西，地層從老至新主要有早石炭世林地組(C1l)、晚石炭世經(jīng)畬組(C2j)～中二疊世棲霞組(P2q)、中二疊世文筆山組(P2w)、中二疊世童子巖組(P2t)、晚二疊世翠屏山組(P3cp)及第四系(Q)。

2 構(gòu)造概況

本區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，區(qū)內(nèi)規(guī)模較大的斷層有北北西向天山凹斷層、F15、F13；北西向F11；近東西向F14以及北東向的F1、F2、F3、F4，這四組斷裂帶破壞了區(qū)內(nèi)地層的正常分布和礦層的完整性、連續(xù)性。這些大小斷裂的發(fā)育，切割了時代不同或富水性強(qiáng)弱 的地層，表現(xiàn)出復(fù)雜多樣的水文地質(zhì)特征[1]。

3 水文地質(zhì)概況

根據(jù)巖石的水力學(xué)性質(zhì)，巖性特征及下水賦存狀態(tài)，礦區(qū)地下水類型可分為松散巖類孔隙水、基巖裂隙水和碳酸鹽巖類裂隙溶洞水(巖溶水)。

3.1 松散巖類孔隙水

主要分布于溪溝兩側(cè)的山坡、坡腳、坡麓及地勢低洼處，地下水賦存于第四系松散堆積物的粘質(zhì)砂土、砂礫石及含碎塊的粉質(zhì)粘土中，屬孔隙潛水，水量貧乏，隨季節(jié)變化顯著。第四系堆積物厚度一般小于10 m,最大厚度可達(dá)74.56 m。

3.2 層狀巖類基巖裂隙水

地下水賦存于翠屏山組、林地組的細(xì)粒砂巖、含礫細(xì)砂巖和粉砂巖的巖石風(fēng)化裂隙及構(gòu)造裂隙中，水量貧乏不均一，局部地段受構(gòu)造影響較大，構(gòu)造帶附近巖石富水性稍好。

3.3 塊狀巖類基巖裂隙水

地下水主要賦存于黑云母花崗巖體和輝綠巖脈的巖石風(fēng)化裂隙及構(gòu)造裂隙中，該類型水水量貧乏。

3.4 碳酸鹽巖類裂隙溶洞水

地下水賦存于經(jīng)畬組—棲霞組的一套可溶性碳酸鹽巖類的巖溶裂隙和溶洞中。該地層中部裸露與地表，形成裸露性巖溶水。西部呈單斜傾伏于童子巖組與文筆山組之下，形成埋藏性巖溶水。礦區(qū)可溶巖厚度不均一，一般厚度在100～300 m，個別地段厚度可達(dá)390 m，巖石溶蝕強(qiáng)烈，含豐富的巖溶水，該類型水富水性極不均一，溶洞發(fā)育地段富水性較好，個別巖溶不發(fā)育地段可視為相對隔水層。

4 鉆孔可溶巖巖溶發(fā)育情況

89線ZK895鉆孔：該孔溶洞均在穩(wěn)定水位之上，屬半充填或無充填空溶洞。溶洞發(fā)育標(biāo)高502.76～480.96 m，發(fā)育溶洞18個，最大洞高1.67 m，最小洞高0.15 m，巖溶發(fā)育最低標(biāo)高+456.51 m，另外在560.16 m和582.40 m附近發(fā)育少量巖溶裂隙及溶溶蝕蟲孔等。

89線ZK897鉆孔：該孔溶洞多處于穩(wěn)定水位以下，未見充填物，屬充水溶洞，僅個別位于穩(wěn)定水位之上，且屬充填溶洞。溶洞發(fā)育標(biāo)高356.82～128.14 m，發(fā)育溶洞9個，最大洞高24.02 m，最小洞高0.50 m，巖溶發(fā)育最低標(biāo)高+127.10 m。

91線ZK916鉆孔：該孔溶洞多處于穩(wěn)定水位以下，未見充填物，屬充水溶洞。溶洞發(fā)育標(biāo)高290.49～118.42 m，發(fā)育溶洞2個，洞高分別為：1.40 m和2.40 m，巖溶發(fā)育最低標(biāo)高+103.58 m。

91線ZK917鉆孔：該孔溶洞均處于穩(wěn)定水位以下，未見充填物，屬充水溶洞。溶洞發(fā)育標(biāo)高59.84～49.08 m，發(fā)育溶洞6個，最大洞高2.60 m，最小洞高0.16 m，巖溶發(fā)育最低標(biāo)高+46.31 m。

91線ZK918鉆孔：該孔溶洞均處于穩(wěn)定水位以下，多數(shù)未見充填物，屬充水溶洞，見一處全充填溶洞。溶洞發(fā)育標(biāo)高232.82～104.43 m，發(fā)育溶洞4個，最大洞高3.50 m，最小洞高1.20 m，巖溶發(fā)育最低標(biāo)高+102.32 m。

93線ZK932鉆孔：該孔鉆探班報表中未記錄溶洞位置，溶洞數(shù)據(jù)為豎井施工中的溶洞位置，該孔具豎井僅10余m，為豎井驗證孔。根據(jù)豎井施工日志，溶洞多數(shù)溶洞為充填溶洞，少數(shù)空溶洞位于穩(wěn)定水位以下，屬充水溶洞，發(fā)育溶洞4個，溶洞發(fā)育標(biāo)高521.58～401.02 m，該孔巖溶發(fā)育最低標(biāo)高+401.02 m。

93線ZK933鉆孔：該孔溶洞大部位于穩(wěn)定水位之下，僅一處位于穩(wěn)定水位之上，溶洞發(fā)育標(biāo)高441.42～336.62 m，發(fā)育溶洞12個。最大洞高2.30 m，最小洞高0.40 m，巖溶發(fā)育最低標(biāo)高+336.62 m。

93線ZK934鉆孔：該孔僅見一處溶洞，洞高6.25 m，未見充填物，屬充水溶洞，該溶洞及巖溶發(fā)育標(biāo)高+359.07 m。

93線ZK935鉆孔：該孔溶洞多數(shù)位于穩(wěn)定水位之上，部分屬充填溶洞，部分屬空溶洞。溶洞發(fā)育標(biāo)高556.41～384.65 m，發(fā)育溶洞34個，最大洞高16.27 m，最小洞高0.37 m，巖溶發(fā)育最低標(biāo)高+384.65 m。

93線ZK936鉆孔：該孔溶洞均在穩(wěn)定水位以下，未見充填物，屬充水溶洞。溶洞發(fā)育標(biāo)高276.55～338.81 m，發(fā)育溶洞2個，洞高分別為1.42 m和0.48 m，巖溶發(fā)育最低標(biāo)高+231.32 m。

95線ZK952鉆孔：該孔溶洞大部分位于穩(wěn)定水位以下，僅兩個溶洞見充填物，其余均屬無充填空溶洞，而位于穩(wěn)定水位以下的屬充水溶洞。溶洞發(fā)育標(biāo)高518.30～348.33 m，發(fā)育溶洞25個，最大洞高3.50 m，最小洞高0.30 m，巖溶發(fā)育最低標(biāo)高+346.83 m。

另外SZK01和92線9210鉆孔未見發(fā)育巖溶。

5 結(jié)語

5.1 可溶巖巖性與巖溶發(fā)育關(guān)系

可溶巖的溶解性是溶洞發(fā)育的內(nèi)在因素，本區(qū)可溶巖由晚石炭世經(jīng)畬組(C2j)—中二疊世棲霞組(P2q)的一套可溶性碳酸鹽巖類組成。該可溶性碳酸鹽巖類的巖性以灰白色純灰?guī)r以及含有碎石、硅質(zhì)、泥質(zhì)等雜物的灰?guī)r組成，而質(zhì)純、層厚的灰?guī)r，溶洞發(fā)育較強(qiáng)；而泥質(zhì)含量較多和含雜質(zhì)的灰?guī)r巖溶發(fā)育程度相對減弱?？扇軒r巖性上的差異是巖溶發(fā)育不均一和富水性能不同的因素之一[2]。

5.2 構(gòu)造與巖溶發(fā)育關(guān)系

地質(zhì)構(gòu)造是溶洞發(fā)育的主要控制因素，在平面上分布也有其規(guī)律，區(qū)內(nèi)斷裂控制了巖溶的空間分布、埋藏條件和發(fā)育程度。在張性斷裂的兩側(cè)，尤其是上盤，溶洞發(fā)育較強(qiáng)，反之則較弱。根據(jù)鉆孔資料，礦區(qū)內(nèi)受F4、F14和F15斷裂的影響，在該斷裂附近施工的鉆孔，斷裂帶附件的可溶巖溶蝕較強(qiáng)烈，特別在斷裂帶上部及淺地表地段可溶巖溶蝕現(xiàn)象極其強(qiáng)烈，巖溶溶洞多呈串珠狀發(fā)育。

5.3 巖溶在水平方向上的發(fā)育特征

礦區(qū)巖溶在水平方向上的分布與地質(zhì)構(gòu)造的發(fā)育密切相關(guān)。根據(jù)鉆孔資料，巖溶溶洞分布帶與區(qū)內(nèi)主要斷層構(gòu)造緊密相隨，距斷層線越近巖溶約發(fā)育，鉆孔巖溶發(fā)育率越高，其中以F4、F14和F15三條斷層上盤尤為集中。根據(jù)鉆孔巖溶發(fā)育率的不同礦區(qū)巖溶發(fā)育可分為：“巖溶發(fā)育區(qū)”、“巖溶較發(fā)育區(qū)”和“巖溶不發(fā)育區(qū)三個等級區(qū)域。

(1)巖溶發(fā)育區(qū)：在水平方向上大致可圈定三個范圍，95線以ZK952鉆孔為中心，兩側(cè)分別延伸至F4和F15斷層的北部巖溶發(fā)育區(qū)；93線以ZK932鉆孔為中心，西側(cè)延伸至ZK935鉆孔，東側(cè)延伸至F15斷層的中部巖溶發(fā)育區(qū)；89線以ZK895、ZK897鉆孔為中心，西側(cè)延伸至F4斷層，東側(cè)延伸至F3斷層的南部巖溶發(fā)育區(qū)。在上述三個范圍內(nèi)其鉆孔巖溶發(fā)育率大于10%，最高可達(dá)55.5%。

(2)巖溶較發(fā)育區(qū)：在水平方向上大致可圈定兩個范圍，93線以ZK933鉆孔為中心，西側(cè)推測至鉆孔ZK933與ZK936之間，東側(cè)推測至鉆孔ZK933與ZK935之間的巖溶較發(fā)育區(qū)；91線以ZK918、ZK917鉆孔為中心，西側(cè)至F4斷層，東側(cè)推測至鉆孔ZK916與ZK917之間的巖溶較發(fā)育區(qū)。該兩個范圍內(nèi)其鉆孔巖溶發(fā)育率小于10%，但大于3%，大部分巖溶發(fā)育率在5%左右。

根據(jù)鉆孔巖溶發(fā)育率，除上述兩個區(qū)域外，其他地段施工的鉆孔其巖溶率小于3%，可視為相對巖溶不發(fā)育區(qū)。

5.4 巖溶在垂直方向上的發(fā)育特征

巖溶的發(fā)育一般遵循著由淺至深，巖溶發(fā)育由強(qiáng)變?nèi)踔敝料У囊?guī)律。根據(jù)礦區(qū)施工鉆孔巖溶發(fā)育率統(tǒng)計，巖溶發(fā)育垂直方向深度多在350 m以內(nèi)，以標(biāo)高而言，則多發(fā)育在+300 m標(biāo)高以上。在無上覆基巖或半裸露地段，巖溶多發(fā)育于地表或近地表部位；而在基巖覆蓋地段，巖溶多發(fā)育于可溶巖頂部界線部位，特別在上覆基巖厚度較大地段，由為明顯。