瀾滄鉛礦棉絮鋪尾礦庫含水層特征及對庫區(qū)影響分析

李金秀 艾興洪 李應(yīng)武

（云南冶金資源股份有限公司）

云南瀾滄鉛礦有限公司老廠選廠棉絮鋪尾礦庫隸屬瀾滄縣竹塘鄉(xiāng)管轄，整體位于高原地區(qū)高中山地形的天然巖溶洼地。瀾滄鉛礦于20 世紀(jì)80 年代開始在該巖溶洼地排放尾礦，在堆放前未對區(qū)域開展相關(guān)勘查工作，在暴雨作用下誘發(fā)了多次的滲漏事件［1-4］。鑒于尾礦庫的安全運行，對于庫區(qū)及壩區(qū)開展工程地質(zhì)評價是十分必要的［5-9］。為確保該尾礦庫的安全運營，本研究對該尾礦庫庫區(qū)及壩址區(qū)開展水文地質(zhì)調(diào)查，并對水文地質(zhì)特性進行分析評價，為尾礦庫有序排放提供科學(xué)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

瀾滄鉛礦老廠棉絮鋪尾礦庫處于高原的高中山區(qū)，海拔1 650～2 301 m，相對高差651.10 m，山脈近南北向分布，地勢北西高南東低，其地形以巖溶侵蝕和構(gòu)造侵蝕地貌為主。整個庫區(qū)地形呈狹長的“新月形”，四周為中高山環(huán)繞封閉，庫區(qū)洼地呈北東—南西向展布，寬300～500 m，長度約1 500 m。兩側(cè)山體陡峭，多有陡崖分布，地表巖溶發(fā)育，有溶溝、溶槽、石芽、溶洞、落水洞等形態(tài)。地區(qū)屬于溫暖潮濕的亞熱帶高原型季風(fēng)氣候，旱、雨季分明，年平均氣溫15.5 ℃，最高28.3 ℃，最低0.5 ℃。年平均降雨量2 151.90 mm，年蒸發(fā)量1 258.40 mm，歷史最大日降雨量97.50 mm，50 a 一遇的最大小時降雨強度為82.9 mm，12 月至次年1月有霜，無冰凍。

區(qū)域大地構(gòu)造位于昌寧—瀾滄弧后的隆起帶之上，隸屬于三江印支褶皺系的南緣、次級構(gòu)造瀾滄裂谷的北段。區(qū)內(nèi)主要出露上古界地層，依柳組火山巖廣泛分布，構(gòu)造極為復(fù)雜，伴隨著中酸性巖脈的侵入，偶見基性巖脈。構(gòu)造線總體受控于近SN 向瀾滄弧形斷裂褶系，塹壘構(gòu)造、推覆構(gòu)造也較為發(fā)育［10-12］。場區(qū)地處次級構(gòu)造老廠褶斷束部位，繼承了區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)特征，斷裂構(gòu)造發(fā)育。區(qū)內(nèi)巖漿巖分布廣泛，以火山巖為主，巖性較為復(fù)雜，以玄武巖、安山巖為主，并伴有相應(yīng)的火山碎屑巖，侵入巖出露較少，多為中—酸性小侵入體及基—超基性巖脈［13］。瀾滄裂谷以西出露西盟群，以東出露瀾滄群，西盟群與瀾滄群屬元古界—前寒武變質(zhì)巖系。中部瀾滄裂谷內(nèi)分布有泥盆系、石炭系、二疊系、侏羅系、白堊系、第三系、第四系等地層。

2 區(qū)域水文地質(zhì)條件

庫區(qū)總體地處云貴高原橫斷山脈的西南端，位于瀾滄江一級支流黑河、南朗河及二級支流庫杏河分水嶺北東側(cè)的上部斜坡地段，水文地質(zhì)單元總體屬瀾滄江一級水文地質(zhì)單元和怒江二級水文地質(zhì)單元。區(qū)域地勢北高南低，主要山脈呈南北向分布，與區(qū)內(nèi)主構(gòu)造線一致，最高點海拔2 458 m，最低點為庫杏河谷，海拔749 m（圖1），相對高差1 709 m，屬深切割中山地形，地面坡度20°～35°，局部50°～90°，屬高原地貌。地下水與地表水的分水嶺一致，其東西兩側(cè)和南側(cè)均為巖溶含水層，地下水則往南徑流。由此可見，庫區(qū)內(nèi)巖溶侵蝕地貌發(fā)育，多發(fā)育溶洞、漏斗及石芽，山嶺陡峭，偶見懸崖。此外，庫區(qū)內(nèi)還發(fā)育季節(jié)性短小溪流，由于區(qū)域最低侵蝕基準(zhǔn)面為1 260 m，故在南朗河上游的天生橋以地下暗河的形式排泄，向東注入落水洞向黑河排泄，最終匯入瀾滄江。向西經(jīng)落水洞匯入庫杏河，經(jīng)南卡江再匯入怒江。

3 庫區(qū)水文地質(zhì)條件

3.1 地表水的補給、徑流及排泄條件

庫區(qū)位于老廠水文地質(zhì)單元補給區(qū)，直接補給源主要為大氣降雨。區(qū)內(nèi)地形總體北高南低，最高點位于北側(cè)海拔2 301 m 的雄獅山，地形坡度23°～50°，多處地形表現(xiàn)為陡坡、懸崖，多個地段發(fā)育溶槽、漏斗、溶溝、落水洞及石芽等。溶洞、落水洞多為裂隙狀，多沿近東西、北北向扭性構(gòu)造及非可溶巖接觸線呈帶狀分布，海拔由北向南漸降，指示了地下伏流方向。區(qū)內(nèi)無較大的地表水體，地表水以垂直運動為主，都流入低洼處落水洞中排出區(qū)外。

3.2 庫區(qū)含（隔）水層

庫區(qū)內(nèi)大面積出露泥盆系、石炭系及二疊系地層，第四系覆蓋層則主要分布于裂谷底部及裂谷兩側(cè)的谷坡地帶，出露面積較小。庫區(qū)地層劃分為5個含（透）水層和1個隔水層，分述如下。

（1）第四系（Q、QLs）松散孔隙透水層。谷坡、溝谷地帶以殘坡積、沖洪積層為主，庫區(qū)范圍內(nèi)夾雜人工堆積黏土、爐渣及泥沙等，厚度變化較大，最厚可達90 m，主要受大氣降雨補給，并下滲補給巖溶水或基巖裂隙水，滲透性較好。在低洼封閉地帶則形成小規(guī)模的上層滯水含水層，含水量隨季節(jié)性變化較大。

（2）下二疊統(tǒng)（P1）、中上石炭統(tǒng)（C2+3）巖溶透（含）水層。該層巖性以白云巖、灰?guī)r及灰質(zhì)白云巖為主，厚度大于620 m。由于該層巖性總體屬碳酸鹽巖，易被溶蝕，故巖溶發(fā)育但分布不均。多見落水洞、石芽及漏斗，地表的巖溶率超30%，鉆孔施工時多見掉塊、沖洗液漏失現(xiàn)象，鉆孔揭露溶洞率超95%。該含水層的水位埋藏很深，主要表現(xiàn)為巖溶裂隙水。

（3）下石炭統(tǒng)上段（C17-8）弱含水層。該層厚度達160 m，上部45 m 范圍內(nèi)以沉凝灰?guī)r、火山角礫巖為主，偶夾砂頁巖層，總體呈島弧狀分布于庫區(qū)西北側(cè)和南東側(cè)；下部則以強蝕變、強風(fēng)化的玄武巖、玄武質(zhì)凝灰?guī)r為主，裂隙中等發(fā)育，多被次生方解石、泥質(zhì)充填，總體為弱裂隙含水層。據(jù)鉆孔工程揭露，該層位的鉆孔沖洗液消耗較好，水位集中于1 880.66 m（C18）～1 822.38 m（C17）。地下水多呈侵蝕下降泉的形式，泉水流量多為0.01～0.45 L/s，最大流量可達0.78 L/s，水化學(xué)類型為HCO3-CaMg型。

（4）下石炭統(tǒng)下段（C11-4）弱含水層。該層自上而下發(fā)育的巖性組合為鞍山凝灰角礫巖-集塊巖、安山巖及玄武巖-玄武質(zhì)熔結(jié)角礫巖，厚度變化較大，最薄處130 m，最厚可達400 m，總體為弱裂隙含水層，裂隙多被次生鈣、泥質(zhì)充填，滲水處附近發(fā)育絮狀的Ca-Fe沉淀物，中部的安山巖干燥，偶見滴水現(xiàn)象，單位涌水量可達5.54×10-4L/（s·m）。地下水以侵蝕下降泉形式出露，流量0.01～0.513 L/s，水化學(xué)類型HCO3-Ca（雨季）或HCO3SO4-CaMg型（旱季）。

（5）泥盆系中上統(tǒng)（D2-3）弱裂隙含水層。硅質(zhì)巖夾砂頁巖，厚度大于70 m，零星分布于庫區(qū)北東角及西部，偶見泉水，流量0.02 L/s。

（6）下石炭中段（C15+6）隔水層。巖性以粗面的安山凝灰?guī)r、炭質(zhì)凝灰?guī)r為主，厚80～160 m，總體分布較穩(wěn)定。巖石顆粒細(xì)，微裂隙發(fā)育，蝕變次生鈣泥質(zhì)充填，含水極弱，為隔水層。含風(fēng)化裂隙潛水，泉流量0.01～0.33 L/s，最大0.51 L/s，季節(jié)泉常見，水化學(xué)類型為HCO3-CaNa 型。地下水位埋深大，巖石風(fēng)化強，溶洞常見。

3.3 庫區(qū)地下水類型及特征

（1）上層滯水、孔隙潛水。上層滯水主要分布于人工堆積尾礦層黏性土、殘坡積等松散地層中，分布于庫區(qū)兩側(cè)山坡、庫內(nèi)及主壩區(qū)?？紫稘撍饕植加谌斯ざ逊e尾礦層砂礫層等中，上層滯水與孔隙潛水在本場地?zé)o明顯界限，一般統(tǒng)稱為覆蓋層松散介質(zhì)孔隙水，均接受降雨及地表徑流補給，其次為松散體之間沿地勢的側(cè)向補給，向下滲透補給基巖裂隙水或巖溶水，滲透性較好，在地勢低洼封閉地帶，形成滯水含水層，含水量一般隨季節(jié)波動較大?，F(xiàn)狀條件下，該地下水系是影響壩基滲透穩(wěn)定的主要因素，其次，該滲流途徑系庫區(qū)地下水下滲補給巖溶裂隙水的次要途徑。

該地下水不具穩(wěn)定的地下水面，水位和水量一般季節(jié)性變幅較大，雨季水量稍豐、水位較高，旱季水量相對貧乏，水位降低或消失，因該類型地下水的賦存條件，在場地后期使用過程中，尾礦堆填將造成該地下水大幅度上升，地下水浸泡對地基土性能影響不利，設(shè)計施工時應(yīng)予以重視?？辈炱陂g多降雨天氣，鉆探期間實測其水位埋深變化為3.50～9.80 m，高程變化為1 674.21～1 682.18 m。

（2）巖溶裂隙水。主要分布于石炭系中上統(tǒng)地層（C2+3）碳酸鹽巖中，巖質(zhì)較純、厚度大、分布廣，巖溶和孔隙發(fā)育，屬強富（含）水地層，含較豐富的巖溶裂隙水，該含水層受控于地質(zhì)構(gòu)造和巖溶發(fā)育程度（庫區(qū)有F3、F8、F29及F394條導(dǎo)水?dāng)鄬油ㄟ^，將庫區(qū)地層切割成滲漏方塊，導(dǎo)致滲漏風(fēng)險較高），主要接受大氣降雨從周邊裸露基巖的溶隙、孔及洞中向基巖深度入滲，部分接受上覆地層的入滲補給，沿裂隙、孔洞中呈管狀、帶狀徑流，向低洼的溝谷、坡地以泉、井及暗河等形式排泄于庫外。庫容外的地下水對庫區(qū)穩(wěn)定及環(huán)境影響不大，地下水水位受隨季節(jié)的大小影響很大。

3.4 構(gòu)造水文地質(zhì)特征

庫區(qū)主要褶皺老廠背斜走向近南北，由火山巖弱裂隙含水層組成，地下水向兩翼及南部傾伏端徑流，以侵蝕下降泉的形式出露，泉水流量0.01～0.203 L/s，富水性弱。斷裂以近南北向F8及近東西向F29為主，多為高角度壓性、壓扭性構(gòu)造，其中水文地質(zhì)意義較大的是F8。

F8斷裂為逆斷層走向北西21°～25°，沿斷裂分布的溶蝕現(xiàn)象有陡坎、漏斗、落水洞、溶蝕洼地、溶洞、溶隙等，巖石破碎，透水性好。形成庫區(qū)內(nèi)地下水自北向南的主要徑流排泄通道，是庫區(qū)西側(cè)的無限排泄邊界，對區(qū)域潛水位以上的礦床疏干起積極作用。此外，從北向南，西區(qū)深部地下水位有逐漸下降的趨勢。F29斷裂為正斷層，近東西向切割大多數(shù)地層，與F3斷層交匯，斷面多向南傾，傾角較陡，為80°～85°。

3.5 地下水的補給、徑流及排泄條件

地下水主要接受大氣降水補給，補給通道以地表溶洞溶隙為主。除庫區(qū)北部，其余地段的地表發(fā)育裸露型巖溶，多見落水洞、石芽、漏斗及溶洞等，北部巖溶發(fā)育程度低，注入式補給和滲入式補給均有，局部地段以滲入式補給為主。地下水總體自北向南徑流。地下水徑流特點表現(xiàn)為垂向巖溶發(fā)育，橫向水力聯(lián)系較差。地下水外界排泄方式多樣，包括泉眼滲出、河流排泄及蒸發(fā)、蒸騰作用等。根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，庫區(qū)內(nèi)地下水以侵蝕的下降泉為主，除少量水被蒸發(fā)外，西側(cè)的泉點經(jīng)流東卡河匯流后進入地下暗河，北側(cè)的泉點及基本匯流入老廠水庫，通過蒸發(fā)方式或人工方式排泄，其他泉點則多經(jīng)過地表徑流匯入落水洞或漏斗，向南流入地下暗河排泄。

3.6 地層滲透性

為測得庫區(qū)范圍內(nèi)主要地層的滲透性，對相關(guān)主要地層進行了壓水、注水試驗，結(jié)果顯示，場地內(nèi)尾礦層滲透性能不均，介于微透水—中等透水性，坡殘積層滲透性能不均，介于弱透水—中等透水性，強、中風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r受巖溶、裂隙等影響，透水性不均，總體屬強透水。

4 對庫區(qū)的影響評價

4.1 地表水

棉絮鋪尾礦庫位于老廠水文地質(zhì)單元南部，為其補給區(qū)，主要受大氣降雨直接補給。無較大的地表水體，地表水以垂直運動為主水平運動為輔，一部分地表水流入低洼處落水洞中排出區(qū)外，少量賦存于獨立的弱裂隙溶隙系統(tǒng)中。根據(jù)地表徑流特征，對擬建尾礦庫構(gòu)成影響的匯水面積區(qū)定為尾礦庫徑流區(qū)，尾礦庫徑流區(qū)外的徑流區(qū)地表水均沿地表徑流向地勢低洼地段匯聚，最終匯入各區(qū)落水洞并排出庫區(qū)，對擬建尾礦庫影響小。

4.2 地下暗河

據(jù)初勘資料認(rèn)為，大氣降水及后期尾礦廢水可能將補給巖溶裂隙水，垂直下滲后匯聚于地下暗河并排出庫區(qū)。該排水途徑可能造成尾礦庫區(qū)水體下滲后對外部水體環(huán)境造成污染，尤其庫容范圍內(nèi)基巖裸露區(qū)，污染水體將沿裂隙直接滲漏至地下暗河，設(shè)計施工時應(yīng)予以注意。但由于擬建庫區(qū)庫容范圍內(nèi)基巖巖溶發(fā)育程度極不均勻，受斷層切割影響，巖溶連通性一般，鉆孔點及控制深度內(nèi)未見落水洞等大型巖溶現(xiàn)象，周邊的巖溶、落水洞較多，理論上斷層沿線可形成不同規(guī)模的隱伏暗河，但本次物探（高密度電法）測深范圍內(nèi)也未予以發(fā)現(xiàn)（圖2）。

4.3 巖溶

庫區(qū)及其周邊基巖以碳酸鹽巖為主，具巖溶侵蝕及構(gòu)造侵蝕地貌特征，地表巖溶發(fā)育，有溶溝、溶槽、石芽、溶隙、溶洞、落水洞等形態(tài)，其中又以落水洞及豎向裂隙為主。

據(jù)本次鉆探結(jié)果，場地巖溶發(fā)育，巖溶形態(tài)以溶蝕裂隙發(fā)育為主，大型溶洞、溶溝等次之，場地下伏灰?guī)r，區(qū)域資料顯示為區(qū)域富水性地層，本次勘察鉆孔點共3 孔揭露溶洞，見溶率9.6%，屬全—無充填型溶洞，由于場地地下水存在上下季節(jié)性波動，導(dǎo)致局部地段存在軟土、淺層溶洞現(xiàn)象，屬于巖溶稍發(fā)育地域。場地內(nèi)鉆孔揭露的溶洞發(fā)育情況見表1，巖溶的發(fā)育易導(dǎo)致庫區(qū)滲漏的發(fā)生。

5 結(jié)論

（1）棉絮鋪尾礦庫位于溶蝕洼地內(nèi)，其地形以巖溶侵蝕和構(gòu)造剝蝕地貌為主，地形條件復(fù)雜，但基本穩(wěn)定；場地構(gòu)造地質(zhì)條件復(fù)雜，斷裂發(fā)育，新構(gòu)造運動間歇抬升，部分早期斷裂復(fù)活，沿斷裂帶地震活動頻繁，溫泉眾多，區(qū)域穩(wěn)定性較差。

（2）庫區(qū)場地松散含水尾礦層空間分布不穩(wěn)定，地下水補徑排條件及動力特征復(fù)雜，尾礦庫堆填區(qū)位于侵滲基準(zhǔn)面以下，環(huán)境水文地質(zhì)條件復(fù)雜。此外，庫區(qū)地層多為中等—強透水地層，且地表存在滲漏點，應(yīng)特別注意庫區(qū)防滲處理。

（3）庫區(qū)地層中強、中風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r強度相對較高，壓縮性較低，但其溶溝、溶槽，風(fēng)化溶蝕裂隙發(fā)育，屬強透水地層，應(yīng)根據(jù)上覆土層厚度及透水性采取注漿或高壓噴漿等綜合防治水措施，以防止尾礦廢水下滲排出庫外，造成環(huán)境污染。

（4）庫區(qū)巖溶現(xiàn)象復(fù)雜，尾礦壩庫位于巖溶發(fā)育區(qū)，場地及周邊巖溶及地下暗河發(fā)育，主要表現(xiàn)為滲漏水、地面塌陷，但巖溶的發(fā)展是一個緩慢的地質(zhì)歷史過程，通過有效的工程治理，可以促使其穩(wěn)定。