斷裂構(gòu)造的水文地質(zhì)條件對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害的影響探究

譚斌，韋寧，覃小賓

廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院

引言：在巖石內(nèi)部應(yīng)力大量集中的背景下，礦山區(qū)域普遍出現(xiàn)斷裂位移問題，其內(nèi)部地質(zhì)構(gòu)造隨之發(fā)生改變，同時(shí)，呈現(xiàn)出不同的水文地質(zhì)特征，進(jìn)而引發(fā)如塌方、采空區(qū)、泥石流、山體滑坡等多種地質(zhì)災(zāi)害問題。由此，相關(guān)單位應(yīng)注意做好風(fēng)險(xiǎn)防范工作，保證礦山區(qū)域水文地質(zhì)條件的穩(wěn)定性，為礦山周邊區(qū)域居住群眾以及現(xiàn)場工作人員提供安全保障，進(jìn)一步推動(dòng)礦山的有序開采，提升資源有效利用率。

一、斷裂構(gòu)造的水文地質(zhì)特征及災(zāi)害類型

（一）劈理

劈理主要是巖石或地質(zhì)在形變、位移、斷裂中早時(shí)期出現(xiàn)的產(chǎn)物，由于其兩側(cè)巖體并未出現(xiàn)明顯的位移問題，因此，其延展性及跨越度較小，透水及富水性能一般，若無特殊構(gòu)造，將出現(xiàn)地下水流通不暢等問題，具體的構(gòu)造分類如表1。

（二）節(jié)理水文地質(zhì)特征

節(jié)理主要是在地應(yīng)力的影響下導(dǎo)致部分巖石體并未出現(xiàn)明顯斷裂或位移的一種現(xiàn)象。主要成型于地質(zhì)位移階段，具有成群出現(xiàn)的規(guī)律且呈現(xiàn)出一定的組合模式，由此可構(gòu)成地下水轉(zhuǎn)移及集聚通道。此時(shí)地質(zhì)的接力密度、填充膠結(jié)狀況、透水、富水性等特征極易受到節(jié)理現(xiàn)象的影響。從巖石實(shí)際分布趨向來看，可分為順層、走向、傾向、斜向四類節(jié)理表現(xiàn)方式，從褶皺軸向的角度進(jìn)行分析，則可分為橫節(jié)理、縱節(jié)理、斜節(jié)理三類。

（三）斷層水文地質(zhì)特征

從實(shí)際情況來看，斷層是較為常見的礦體內(nèi)部斷裂表現(xiàn)形式，在一定程度上可改變現(xiàn)有的礦山地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造，并對(duì)后續(xù)的礦山的區(qū)域演變起到極大的影響，同時(shí)也可在一定程度上改變礦山區(qū)域的地下徑流走向及邊界。此時(shí)應(yīng)注意，斷層對(duì)于當(dāng)?shù)氐牡V區(qū)水文地質(zhì)條件影響較大，因此其含水層水利狀況將極大提高水文地質(zhì)條件的復(fù)雜性。具體分類如表2。

表 1 劈理構(gòu)造分類

表2 斷層分類

（四）斷層破碎帶水文地質(zhì)特征

在水文地質(zhì)條件的進(jìn)一步影響下，斷層逐漸發(fā)展為寬且深的破碎帶，其水文地質(zhì)特性與斷層類似，但其導(dǎo)水性及儲(chǔ)水性更強(qiáng)，且斷層兩側(cè)可逐漸構(gòu)成破碎巖裂隙，儲(chǔ)水空間被進(jìn)一步擴(kuò)大，地下水得到充分運(yùn)移。由此，在進(jìn)行礦山開采期間，應(yīng)盡量提高重視[1]。

二、斷裂構(gòu)造水文地質(zhì)因素對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害的危害

（一）內(nèi)部結(jié)構(gòu)崩塌

由于礦石中含有大量碳酸類化合物，將導(dǎo)致礦層頂部始終處于疏松形態(tài)，且礦層底部在長時(shí)間的地下水侵蝕影響下，會(huì)使得礦層整體受到極大沖擊，巖土強(qiáng)度、韌度、穩(wěn)定性降低，最終出現(xiàn)礦層坍塌等問題。一般情況下，該現(xiàn)象主要受到自然因素的影響。但從實(shí)際情況進(jìn)行分析，在礦山開采期間極易破壞地下水流的原本走向，導(dǎo)致整個(gè)礦山區(qū)域的水文地質(zhì)平衡被打破，由此水文地質(zhì)問題在一定程度上會(huì)破壞礦山內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，進(jìn)而造成較為嚴(yán)重的坍塌、地震等災(zāi)害問題。

（二）沉降災(zāi)害

在當(dāng)前城鎮(zhèn)化建設(shè)不斷發(fā)展的背景下，地下水資源的實(shí)際開發(fā)速率不斷提升，同時(shí)在落實(shí)礦山開采工作時(shí)將在一定程度上破壞當(dāng)?shù)卦械乃牡刭|(zhì)條件，提升安全風(fēng)險(xiǎn)隱患發(fā)生概率，導(dǎo)致實(shí)際的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)出現(xiàn)不確定性、不可預(yù)測(cè)性，最終發(fā)生大規(guī)模沉降問題。需要注意的是，該地質(zhì)災(zāi)害問題雖然主要受到水文要素的影響，但從根本來說其還是受到了人為因素的干擾[2]。

三、影響斷裂構(gòu)造相關(guān)水文地質(zhì)特征的主要因素

（一）力學(xué)性質(zhì)

礦山力學(xué)性質(zhì)的差異性在一定程度上將導(dǎo)致不同地區(qū)的水文地質(zhì)活動(dòng)特征出現(xiàn)較為明顯的差別。首先，在壓扭及壓性應(yīng)力等因素作用下，礦山內(nèi)部分巖體斷裂區(qū)域?qū)⒊霈F(xiàn)較寬的破碎帶，并在跨度較大的區(qū)域受到更大的應(yīng)力且此時(shí)剪應(yīng)力隨之降低。該情況常見于糜棱巖、擠壓鏡體等礦山內(nèi)部斷裂情況較為嚴(yán)峻的部位，透水性較差。此時(shí)位于該斷層兩側(cè)的破碎巖體可在應(yīng)力的影響下形成地下通道，且上盤透水性能良好。同時(shí)，壓應(yīng)力的高度集中將在巖體內(nèi)產(chǎn)生高角度沖斷層，若此時(shí)斷裂縫隙跨度較寬，將導(dǎo)致其斷面區(qū)域的巖石碎裂程度加劇，斷層弱透水性較為明顯。其次，受到張扭性力及張力等影響，巖體由下至上產(chǎn)生張性斷裂問題，且情況較為突出，其縱向裂縫深度將大于橫向裂縫深度。相較于壓型斷裂，張性斷裂寬度較窄但角礫巖突出發(fā)育粗大的特質(zhì)，其純應(yīng)力、剪應(yīng)力、粒徑之間呈正相關(guān)關(guān)系。

（二）巖性影響

通過對(duì)現(xiàn)有資料進(jìn)行分析可知，其主要影響表現(xiàn)為以下四個(gè)方面。一是當(dāng)?shù)V山進(jìn)一步依據(jù)傾向方面出現(xiàn)裂斷問題時(shí)產(chǎn)生的差異性將導(dǎo)致不同斷面的實(shí)際水文地質(zhì)狀況出現(xiàn)差別，因此不能簡單將其判斷其透水性。二是上下兩盤斷層分別發(fā)生沉降及上升的垂直位移狀況。由于斷層兩側(cè)大多為易碎的柔性巖石，因此在受到相關(guān)應(yīng)力的作用下，將導(dǎo)致該斷面隔水性能提升。若該斷層巖體張性體征較為明顯，則其實(shí)際滲水率較低。另外，壓性及壓扭性應(yīng)力、張性及張扭性應(yīng)力也會(huì)對(duì)巖石造成不同程度的影響，當(dāng)斷層兩側(cè)的巖石構(gòu)造較為脆弱時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的斷面。因此，相關(guān)人員應(yīng)綜合力學(xué)特性、斷層富水性、礦體錯(cuò)動(dòng)區(qū)域特點(diǎn)、斷面傾角等因素判斷斷面透水性。三是若擠壓破碎帶并未發(fā)生明顯位移問題，則會(huì)出現(xiàn)脆性巖層，在受力的條件下，斷面處的柔性巖層將表現(xiàn)為揉皺特征并擠壓側(cè)邊進(jìn)而代替破碎帶，由此構(gòu)成關(guān)聯(lián)破碎帶，提升其透水性能。四是斷層的透水性在一定程度上受到斷層走向的影響，在較為平緩的斷層，其透水性較強(qiáng)，但在傾斜角度較大的區(qū)域則出現(xiàn)透水性隨機(jī)等問題。五是由于柔性巖層自身的穩(wěn)固性較差，因此其深度越大，則透水性能越差[3]。

（三）構(gòu)造多期疊加

其一，多期疊加影響。當(dāng)斷裂構(gòu)造形成后，巖體會(huì)受到多種應(yīng)力的影響，導(dǎo)致其斷裂面也相應(yīng)發(fā)生改變，不斷產(chǎn)生新的形變，對(duì)當(dāng)前的水文地質(zhì)造成破壞，導(dǎo)致其環(huán)境復(fù)雜度增加。從實(shí)際情況進(jìn)行分析，可利用填充細(xì)粒材料的方式降低斷裂層的透水度。其二，受到交叉結(jié)構(gòu)的影響，使得各斷裂區(qū)域相互交叉疊加，將在一定程度上影響地下水流動(dòng)趨向，如某礦山地質(zhì)條件復(fù)雜，將導(dǎo)致兩條原本透水性較強(qiáng)的斷裂較差區(qū)域透水性增強(qiáng)。若是兩條斷裂帶的透水狀況相同，則應(yīng)對(duì)該區(qū)域的地下水走向及斷裂夾角具體分析地下水在交叉位置的透水情況。若是兩條斷裂均具有不透水性，則其交叉部位的富水性能提高，從礦床排水的角度進(jìn)行分析，將對(duì)礦山的穩(wěn)定性造成極大影響。其三，不同類型構(gòu)造互相疊加。若是斷裂位于褶皺上方或受到褶皺影響將極大提升水文地質(zhì)的研究難度，具體特征如下：一是和單一斷裂層相比透水性能增強(qiáng)。二是由于地段不同將出現(xiàn)透水性不均勻的問題。在前期的斷裂土中可整合為全新的褶皺構(gòu)造，極大提高水文地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度，相關(guān)人員無法將某一水文地質(zhì)特征作為整個(gè)斷裂構(gòu)造的基本特性[4]。

四、礦山地區(qū)斷裂構(gòu)造水文地質(zhì)災(zāi)害防治策略

（一）工程概況

文章以某地金礦的開采建設(shè)工作為例進(jìn)行分析，該金礦標(biāo)高為-400--1200m，整體斷裂帶存在大型金礦場4 處，中型金礦床5處，各礦床均受控于斷裂構(gòu)造，累積黃金儲(chǔ)量約為275237kg。由于該礦山內(nèi)巖性條件較為復(fù)雜，因此，綜合考量各巖層實(shí)際儲(chǔ)水方式、地下水水利特性、富水及透水性、所處位置、礦場開采影響等因素主要將其劃分為以下6類，即無水巖體、下盤弱富水層、中間隔水帶、上盤弱含水層、基巖風(fēng)化帶富水層及第四系無水巖層。其中礦區(qū)基巖外露，地下水主要通過自然降水進(jìn)行水資源補(bǔ)給，因此地下水的水位受到氣候因素影響較大，隨降水時(shí)間及強(qiáng)度呈正相關(guān)關(guān)系。

（二）防治策略

1.提高地質(zhì)災(zāi)害檢測(cè)力度

第一，創(chuàng)建較為完善、合理、可行的礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)防范系統(tǒng)，升級(jí)現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)理論及技術(shù)設(shè)備，并主動(dòng)引進(jìn)、學(xué)習(xí)國外先進(jìn)的工藝裝置，通過取長補(bǔ)短、去蕪存精有效提升我國礦產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展水平。相關(guān)技術(shù)人員可以此為基礎(chǔ)，對(duì)該案例中的金礦及周邊區(qū)域的水文地質(zhì)情況進(jìn)行詳細(xì)檢測(cè)，進(jìn)而保證提前制定好突發(fā)情況的應(yīng)急預(yù)案，提升事故處理方法的層次性、針對(duì)性。第二，為有效規(guī)避現(xiàn)階段礦山的安全隱患問題，應(yīng)落實(shí)無特殊情況不得在礦區(qū)周邊施工的原則，對(duì)礦上周邊做好全面性的水文地質(zhì)勘查作業(yè)，保證在實(shí)際作業(yè)前充分了解當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)斷裂構(gòu)造，做好技術(shù)交底，進(jìn)而有針對(duì)性地開展各類檢測(cè)活動(dòng)，避免在實(shí)際作業(yè)期間其地質(zhì)構(gòu)造受到應(yīng)力影響而發(fā)生變化。

2.加強(qiáng)水文地質(zhì)災(zāi)害防治

第一，從井下開采作業(yè)導(dǎo)致水污染情況加劇的角度進(jìn)行分析，相關(guān)人員需要就水文生態(tài)環(huán)境平衡性及地下水系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行深入的分析與整治，可指導(dǎo)開礦企業(yè)依據(jù)自身實(shí)際發(fā)展需要及治理能力加強(qiáng)對(duì)地下水污染的實(shí)際整治力度，并對(duì)當(dāng)前已有的各類地下水污染問題提出高效、可行的處理辦法，對(duì)于已經(jīng)發(fā)生污染的地下水區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)救，平衡地下水系統(tǒng)，并開展全方面、多角度綜合治理工作，以此控制好地下水污染范圍，并為后續(xù)的污染源整治工作提供充足的信息支持。第二，相關(guān)地質(zhì)人員需要針對(duì)當(dāng)前金礦周邊城市及鄉(xiāng)村地區(qū)的實(shí)際水文環(huán)境進(jìn)行綜合考量，對(duì)于水資源較為豐富的區(qū)域可進(jìn)行深入探究。避免由于水資源分布不合理、不完善，導(dǎo)致出現(xiàn)地下水使用過量等問題，嚴(yán)重影響礦區(qū)地下結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[5]。

結(jié)論

綜上而言，文章通過總結(jié)并分析斷裂構(gòu)造的水文地質(zhì)條件對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害的影響，并以此提出可行的工作辦法，可對(duì)現(xiàn)有含水層的斷裂構(gòu)造加強(qiáng)控制，從加強(qiáng)水文地質(zhì)災(zāi)害防治、提高地質(zhì)災(zāi)害檢測(cè)力度等方面入手，掌握各含水層的中斷、混合、連通情況，進(jìn)一步揭示礦山水文地質(zhì)變化規(guī)律及具體現(xiàn)狀，提升礦山地質(zhì)災(zāi)害防治能力。