廣西天等錳礦床廠區(qū)水文地質(zhì)條件及工程施工對地下水的影響研究

雷金泉，張紹屏，高 翔，李榮志，蔣新紅

(1. 中國冶金地質(zhì)總局 廣西地質(zhì)勘查院，廣西 南寧 530022； 2. 中國冶金地質(zhì)總局 礦產(chǎn)資源研究院,北京 101300)

廣西天等錳礦床位于南華準(zhǔn)地臺之桂西凹陷的南西側(cè)[1-2]，為淋積型錳礦床，是電解錳的主要原材料[3-4]產(chǎn)地。為推動廣西天等縣天等錳礦床的資源開發(fā)與利用進(jìn)程，在原有開發(fā)廠區(qū)的基礎(chǔ)上對廠區(qū)進(jìn)行擴(kuò)建施工，為確保施工順利推進(jìn)，對廠區(qū)的水文地質(zhì)條件和工程施工對地下水的影響進(jìn)行了研究，為進(jìn)一步擴(kuò)大資源開發(fā)規(guī)模的施工提供指導(dǎo)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

1.1 地層

研究區(qū)出露地處由老到新依次為(見圖1)：①上泥盆統(tǒng)榴江組(D3l)硅質(zhì)巖、頁巖，分布在研究區(qū)南西側(cè)，為古壽背斜核部地層[5]；②下石炭統(tǒng)(C1)分布在研究區(qū)南側(cè)之古壽背斜核部，呈近東西向展布，由厚層狀灰?guī)r組成，地表可見溶蝕孔洞、溶槽、溶洞等；③上石炭統(tǒng)(C2)厚層狀—塊狀灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，夾少量透鏡狀白云巖、燧石灰?guī)r、硅質(zhì)巖，發(fā)育溶蝕孔洞、溶槽、溶洞；④上石炭統(tǒng)馬平組(C2m)以中層狀灰?guī)r為主，發(fā)育溶蝕孔洞、溶槽、溶洞；⑤中二疊統(tǒng)棲霞組(P2q)深灰色、灰黑色薄層至中厚層燧石結(jié)核灰?guī)r夾硅質(zhì)巖[6]；⑥中二疊統(tǒng)茅口組(P2m)灰色厚層灰?guī)r、含燧石灰?guī)r、深灰色白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，沿裂隙、走向及傾向發(fā)育溶蝕孔洞、溶槽[7]；⑦上二疊統(tǒng)合山組(P3h)灰綠色厚層狀含鐵鋁質(zhì)泥巖夾砂質(zhì)頁巖、砂巖[8]；⑧第四系(Q)分布于山谷低洼地帶、河床及兩岸地帶或溪流兩岸，為土黃色—褐黃色殘坡積物及人工填土，主要為粘土、粉質(zhì)粘土、碎石土。

1.2 構(gòu)造

研究區(qū)構(gòu)造簡單，以單斜構(gòu)造為主，斷裂構(gòu)造不發(fā)育。研究區(qū)區(qū)域構(gòu)造以褶皺為主，斷裂構(gòu)造次之(見圖1)。其中，廠區(qū)南側(cè)以古壽背斜，軸向北東，核部與廠區(qū)最近距離約700 m。此外，距離研究區(qū)北西1 km處發(fā)育F1斷層，呈北東—南西走向，傾向北，傾角42(°)～54(°)，斷距約400 m，對廠區(qū)影響小。

2 研究區(qū)水文地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

研究區(qū)屬于巖溶峰叢谷地地貌，中部較為平坦開闊，地形坡度3(°)～10(°)，四周為山脊環(huán)繞，山坡坡度一般38(°)～52(°)，局部為陡崖?？傮w地勢南東高北西低，廠區(qū)位于谷地中部，地面標(biāo)高442.0～465.0 m。

2.2 水文地質(zhì)單元劃分

根據(jù)研究區(qū)區(qū)域地形地貌以及分水嶺分布規(guī)律，研究區(qū)位于中部二級水文地質(zhì)單元(Ⅰ-2)內(nèi)，為一個(gè)以碳酸鹽巖裂隙溶洞水為主相對獨(dú)立的水文地質(zhì)單元(見圖1)。區(qū)域地下水主要接受大氣降水的補(bǔ)給，補(bǔ)給邊界為該水文地質(zhì)單元所在各分水嶺界線。該區(qū)地下水接受大氣降水滲透補(bǔ)給后直接排泄進(jìn)入地下裂隙—溶隙管道系統(tǒng)，最終往北排入東平泉河，故東平泉河為該水文地質(zhì)單元的排水邊界。

1 第四系；2 上二疊統(tǒng)合山組含鐵鋁質(zhì)泥巖夾砂質(zhì)頁巖、砂巖；3 中二疊統(tǒng)茅口組灰?guī)r、含燧石灰?guī)r；4 中二疊統(tǒng)棲霞組中厚層燧石結(jié)核灰?guī)r夾硅質(zhì)巖；5 上石炭統(tǒng)馬平組中層狀灰?guī)r；6 上石炭統(tǒng)厚層狀—塊狀灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r；7 下石炭統(tǒng)厚層狀灰?guī)r；8 上泥盆統(tǒng)榴江組硅質(zhì)巖、頁巖；9 地質(zhì)界線；10 斷層；11 背斜；12 河流及地下暗河；13 地下水流向；14 水文地質(zhì)單元分區(qū)界線及編號；15 廠區(qū)范圍

2.3 含水巖組滲透系數(shù)

對研究區(qū)內(nèi)各個(gè)含水巖組進(jìn)行了試坑滲水試驗(yàn)和鉆孔注水試驗(yàn)，最終確定了各個(gè)含水巖組的滲透系數(shù)，其結(jié)果見表1。

表1 研究區(qū)含水巖組滲透系數(shù)統(tǒng)計(jì)表

2.4 地下水類型及富水性

根據(jù)研究區(qū)地層及巖性分布規(guī)律，可將廠區(qū)所在水文地質(zhì)單元內(nèi)的含水巖組劃分為松散巖類孔隙含水巖組和碳酸鹽巖裂隙溶洞含水巖組。

1)松散巖類孔隙含水巖組

分布于廠區(qū)周邊、山坡或地形較平緩處，孔隙水賦存于第四系(Q)的塊碎石土、粉質(zhì)粘土、粘土層的孔隙中，厚度為0.00～21.00 m。主要接受大氣降水及地下水的滲透補(bǔ)給，分布地帶窄小，呈透鏡狀，富水性季節(jié)性變化較大，無穩(wěn)定水位，未見泉水出露，富水性弱—中等，滲透系數(shù)范圍值為6.85×10-6～1.08×10-2cm/s，透水性弱—中等。

2)碳酸鹽巖裂隙溶洞含水巖組

該含水巖組分布在整個(gè)廠區(qū)及周邊地帶，巖性為厚層塊狀灰?guī)r、結(jié)晶灰?guī)r、燧石灰?guī)r、硅質(zhì)灰?guī)r，厚度>1 000 m。地表灰?guī)r有溶蝕孔洞、溶槽、溶洞發(fā)育。溶蝕孔洞、溶槽多沿裂隙走向、傾向發(fā)育，溶蝕孔洞孔徑為0.5～2.0 cm，淺部張開寬度為0.1～2.0 cm(局部張開寬達(dá)5.0 cm)，裂隙沿傾向方向延伸長2.0～5.0 m，富水性強(qiáng)—極強(qiáng)。滲透系數(shù)范圍值為1.23×10-5～8.73×10-3cm/s，透水性弱—中等。總體來看，該含水巖組富水性強(qiáng)—極強(qiáng)，由于巖溶發(fā)育不均勻性，部分巖石完整，透水性弱。

2.5 地下水補(bǔ)給、徑流、排泄

廠區(qū)位于所在小流域的補(bǔ)給徑流區(qū)，四周為溶蝕峰叢谷地地貌，總趨勢為南東高北西低，小流域范圍內(nèi)的山脈大體走向?yàn)楸睎|—南西向。流域范圍的地下水的分水嶺與地表水的分水嶺基本一致。主要接受大氣降雨的滲透補(bǔ)給，補(bǔ)給面積約1.09 km2。地下水流向大致從南東到北西，從灰?guī)r溶隙、裂隙徑流，東平泉河為該小流域的排泄區(qū)。

2.6 地下水動態(tài)特征

研究區(qū)地下水主要賦存在碳酸鹽巖巖組中，地下水類型以裂隙溶洞水為主，勘察期間鉆孔中測得地下水位標(biāo)高為434.97～442.04 m(埋深3.41～15.03 m)。大氣降雨通過覆蓋層或巖層向深部循環(huán)補(bǔ)給地下水，地下水動態(tài)出現(xiàn)滯后期，一般一場大雨后，地下水的最大洪峰值滯后降雨峰值1～2 d左右。此外，根據(jù)鉆孔水位變化觀測信息，研究區(qū)地下水動態(tài)變化較大，水位變化一般為4.69～13.02 m，平均8.71 m，連續(xù)下雨后的水位總體升高，且水位埋深變化明顯。

2.7 巖溶發(fā)育特征

研究區(qū)位于中二疊統(tǒng)茅口組(P2m)、中二疊統(tǒng)棲霞組(P2q)和上石炭統(tǒng)馬平組(C2m)灰?guī)r分布的溶蝕峰叢谷地地貌區(qū)，場地四周為灰?guī)r山體，山坡高陡，部分灰?guī)r裸露；場地所在谷地地勢低平，主要為第四系人工堆積層及殘坡積層覆蓋，周邊局部灰?guī)r裸露。

此外，該含水巖組地表基巖見溶蝕裂隙、溶洞發(fā)育，為巖溶發(fā)育不均勻地區(qū)，所施工的9個(gè)鉆孔均揭露灰?guī)r，巖溶發(fā)育的鉆孔3個(gè)(ZK3、ZK4和ZK7)，見洞率為33.33%。其中，ZK3見溶洞1個(gè)，泥質(zhì)充填，溶洞高6.00 m，巖溶率為15.19%，巖溶段分布標(biāo)高419.00～425.00 m，洞頂埋深為17.00 m；ZK4見溶洞1個(gè)，泥質(zhì)充填，溶洞高5.57 m，巖溶率為13.33%，巖溶段分布標(biāo)高445.08～450.65 m，洞頂埋深為3.35 m；ZK7見溶洞2個(gè)，無充填，溶洞高1.30～2.67 m，溶洞總厚度為3.97 m，巖溶率為9.41%，巖溶段分布標(biāo)高417.20～418.50 m、401.83～404.50 m，洞頂埋深分別為25.50，39.50 m。此外，其余鉆孔局部見溶蝕裂隙發(fā)育。根據(jù)廠區(qū)巖溶個(gè)體形態(tài)的發(fā)育特征、規(guī)模及分布，結(jié)合區(qū)域水文地質(zhì)、工程地質(zhì)資料，綜合評價(jià)本建設(shè)場地巖溶發(fā)育程度為中等—發(fā)育。

3 工程建設(shè)對地下水環(huán)境影響預(yù)測

研究區(qū)地表以人工堆積層(Qml)和第四系殘坡積層(Qel+dl)為主，前者厚度0.00～21.00 m，滲透系數(shù)范圍值為6.85×10-6～7.54×10-3cm/s，透水性弱—中等，天然包氣帶防污性能弱；后者厚度1.20～16.0 m，滲透系數(shù)K范圍值為1.55×10-5～1.08×10-2cm/s，透水性弱—中等，天然包氣帶防污性能弱。

研究區(qū)下伏地層以中二疊統(tǒng)茅口組(P2m)、中二疊統(tǒng)棲霞組(P2q)和上石炭統(tǒng)馬平組(C2m)中—厚層狀灰?guī)r夾硅質(zhì)灰?guī)r等為主，總厚度>526 m，滲透系數(shù)K范圍值為1.23×10-5～8.73×10-3cm/s，透水性弱—中等，巖溶發(fā)育地段透水性中等—強(qiáng)，天然包氣帶防污性能弱，局部中等。此外，廠區(qū)雨污分流，初期雨水排入初期雨水沉淀池，后期雨水排入東平泉河；生產(chǎn)廢水經(jīng)處理后循環(huán)使用，不外排，因此，做好安全措施生產(chǎn)污水不會對地表水和地下水造成影響。

4 結(jié) 語

研究區(qū)南西高北東低，地下水和地表水的整體流向從西南流向東北，地表分水嶺與地下水分水嶺基本一致；研究區(qū)為一個(gè)以碳酸鹽巖裂隙溶洞水為主相對獨(dú)立的水文地質(zhì)單元，地下水接受大氣降水滲透補(bǔ)給后直接排泄進(jìn)入地下裂隙—溶隙管道系統(tǒng)，總體上水文地質(zhì)條件簡單—中等。此外，地表以人工堆積層和第四系殘坡積層為主，透水性弱—中等，天然包氣帶防污性能弱；深部以中—厚層狀灰?guī)r夾硅質(zhì)灰?guī)r等為主，厚度大，透水性弱—中等，巖溶發(fā)育地段透水性中等—強(qiáng)，天然包氣帶防污性能弱，故在做好簡易污水處理的條件下工程施工對地表水和地下水影響較小。