福建丁家山鉛鋅礦礦區水文地質特征分析

王補峰,王 亮

(1.江蘇省有色金屬華東地質勘查局, 江蘇南京 210007;2.長沙礦山研究院, 湖南長沙 410012)

福建丁家山鉛鋅礦礦區水文地質特征分析

王補峰1,王 亮2

(1.江蘇省有色金屬華東地質勘查局, 江蘇南京 210007;2.長沙礦山研究院, 湖南長沙 410012)

對福建丁家山礦區氣象、地形、地貌、地層、巖層富水性、地下水的補給、逕流和排泄、斷裂構造裂隙特征及其透水性、開采后水文地質變化、礦坑目前涌水量幾個方面的水文地質特征進行了論述,總結出礦區開采后的水文地質特征類型,為礦山進一步開采提出了新的水文地質依據。

丁家山礦區;巖層富水性;構造裂隙;水文地質特征

1 區域水文地質特征

1.1 地形、氣候條件

福建丁家山鉛鋅礦礦區屬于亞熱帶氣候,溫和濕潤,年平均氣溫 18.9℃,每年 4～6月為雨季,年均降雨量 1550 mm,雨量充沛 (根據 1957～1994年氣象資料)。

礦區周圍地形三高一低,五嶺四溝匯一洼。北部徐家山 (+779.70 m)有 3道山嶺向南延展,中間1條山嶺南端即為丁家山。西部髻山有北西～東南方向山嶺延緩至此,南部有南北向山嶺延展而至。5道山嶺兩側形成 4條“V”型溝谷,溝谷溪水長流 (編號 XL1、XL2、XL3、XL4、XL5)。溪水 XL1、XL2在巖兜村匯流于 XL5,又與 XL4匯流于 (南洋村東)XL6,奪隘南下入尤溪河。

根據 1/5萬地形圖測算溪流 XL1、XL2匯水面積約 10.14 km2,年匯流量約 1571萬 m3,XL5年日平均流量約 4.3萬 m3,南洋村東溪流 XL6年日平均流量 7.91萬 m3,年流量 1862.7萬 m3,礦區總匯水面積約 18.63 km2。除去蒸發因素,觀測值流量與計算的面積接受大氣降水匯水量基本相符。

1.2 巖層富水性特征

區內基巖出露面積很小,主要在巖兜村以南,巖性為大理巖,因單面采石引起崩塌,溪床零星可見大理巖、安山巖出露。基巖絕大部分被第四系松散層覆蓋,其上發育有早年期沖溝。植被茂盛,多樹木、雜草,荊棘叢生,山嶺坡腳多梯田,蓄水性好,地表無自然和人工形成的較大水體,地表水自然逕流排泄條件很好,大理巖地下采空區集中于巖兜 (約 80～100萬 m3)及南洋龍洞。

礦區侵蝕基準面標高 110 m(南洋龍洞)。與礦床關系密切相對侵蝕基準面標高 150 m(巖兜村XL5)。

由于本區特殊的地理和地質構造條件,決定了其特殊的水文地質特征,按巖層性質及含水性質將其分為如下 4類。

(1)云母石英片巖 (Z1l2,下構造層)。夾薄層大理巖,丁家山礦床地表無出露,首采區坑道和詳查區鉆孔中均可見,厚度 1～15 m。為最下層礦體底板 ,裂隙 (密度 0～1.4條 /m,平均 0.5條 /m)不發育,絕大部分被方解石脈、石英脈充填閉合,未見透水裂隙,為隔水層。

(2)綠片巖、大理巖 (Z1l3,下構造層)。較少出露地表,僅在巖兜以南部分地段大理巖出露面積稍大,從坑道和鉆孔資料可看出,該層為礦床內主要地層,礦體主要賦存于綠片巖中,大理巖與綠片巖交互出現,分別構成各礦層頂底板。兩巖層本身為隔水層,局部溶洞、裂隙發育具透水性。

(3)砂巖安山巖 (J3c-Ss-An,上構造層)。砂巖 (J3c-Ss),分布于不整合面以上,厚度 0～80 m不等。南東部位,厚度 0～15 m不等,絕大部分已成水蝕氧化帶 (強～微風化),形成弱富水性含水層。北西部位,砂巖厚度 15～80 m不等,朝北西向傾伏,以 30°～60°傾角向地下深部延伸。標高約 100 m以上巖層為裂隙含水層,其下為隔水層。安山巖(J3c-An),與下層砂巖整合接觸,地表零星出露于河谷、較陡斜坡、采石坑口處,絕大部分被松散層覆蓋。該層按水文地質特征可分為上、中、下 3段。下部為隔水段,厚 0～120 m不等。中部為裂隙透水段,厚 0～45 m不等,透漏水裂隙分布不均勻。裂隙漏水上部中微風化,裂隙不發育,根據坑道揭露,出水點流量為:0.99,1.04,0.72 L/s。抽水試驗 q=0.009 L/s。砂巖與安山巖滲透系數 K=0.0395 m/d。

(4)強氧化蝕變帶。該層在本礦區礦床之上大面積覆蓋,厚度 4.44～70.23 m。厚度分布不均勻,各剖面上自北西至南東逐漸增厚。該層帶的原巖巖性較雜,自上而下有凝灰巖、安山巖、鉛鋅礦石、砂巖、斜長云母片巖。氧化程度由上至下漸變,界限不明顯,中上部近于土狀,具塑性,滲水性極弱,中下部軟、松、散,逐漸過渡為中風化。滲水性逐漸增強,地下水位潛水面形成于該層帶中。6個鉆孔于該層帶中發生漏水,+170 m坑道 T22觀測資料 Q=0.39 L/s,為弱～中富水性含水層帶。地下水類型為孔隙空隙潛水。該層帶局部出露地表 (北西方向)直接接受地表水補給,大部分接受第四系松散層滲水補給,地下水經由該層帶補給基巖裂隙含水層。

(5)土層 (Q4)。巖性以第四系粉質土為主,覆蓋于基巖強氧化帶之上,分布于山脊及其兩翼斜坡地帶,厚度 0～33.10 m不等。有灰黃、棕黃色、棕紅色,呈濕,軟、可、硬塑狀態。據一期詳查試驗資料,Q=0.00034～0.0014 L/s,滲透系數 K=0.312～1.311 m/d,滲透性差,富水性弱。在坡腳和谷底可見有少量洪、沖積物,巖性為粉質粘土混卵石、礫石、碎石,結構松散,厚度不等。

2 礦區水文地質特征

2.1 地下水的補給、逕流和排泄

自然狀態下,大氣降水、地形、地貌,地質構造,巖層之孔隙、空隙、構造裂隙構成地下水補給、徑流、排泄自然條件。區內地形山高坡陡,溝谷發育,溪流河床坡度 0.06～0.08。大氣降水絕大部分以地表徑流為主,地表無自然水體集存。極少部分通過土層滲透于地下后沿強氧化帶從淺部向深部運移。固結性巖層是不透水的,地下水通過構造裂隙在巖石中運移,在適合的部位排泄于河流中。

礦山在開采前,勘探報告中給出的開采條件是根據自然狀態提出的,并設定了限制條件,如強風化帶、基巖裂隙發育帶、構造裂隙帶、溪流流經地帶等等,特別提出了淺部的礦體 (地質列為表外礦體)是不可隨意開采的,并指出在有限開采條件下,是水文地質條件簡單的小水量礦坑;在無限制條件下開采,則是中等 -復雜的中到大水量礦坑。礦山應力求不破壞礦區的自然狀態。

礦山進入開采期后,礦區水文地質條件發生了巨大變化,情況極為復雜。采掘過程中,揭露了風化帶、裂隙含水帶、構造裂隙及破碎帶,河水、地下水大量灌入坑道,造成 3次淹井事故。礦山在反反復復抽排地下水的過程中,地下水來回流動,清洗疏通了構造裂隙,增大了裂隙透水量。突水、涌水雖經堵排,但仍遺留分布不明的地下采空區,積存大量的地下水體。幾家礦山在相鄰邊界處相互越界開采,形成局部混合開采的復雜局面。

2.2 斷裂構造裂隙特征及其透水性

(1)前期斷裂構造裂隙。在燕山運動晚期及其之前形成,屬張性或壓扭性,全被前期巖脈、巖墻、碳酸鹽礦物充填,閉合,不具透水性。

(2)后期斷裂構造裂隙。在燕山運動晚期之后形成,呈壓扭性閉合狀,規模很小,本身不具透水性。在這些斷裂構造之間和旁側有擠壓破碎帶及派生微細裂隙,在淺部具極弱透水性;深部漸趨閉合尖滅,無透水跡象。

因此,后期斷裂構造派生裂隙是導引地下水進入礦坑的主要因素。

據 2009年水文地質調查情況分析,礦區內斷裂構造比較發育,且透水性較強至極強。

(1)F34(產狀 235°∠60°)及其派生斷裂 F31、F36、F26、F45、F24、F35等透水性較強至極強。2000年7月至 2001年 3月,ZK2103鉆孔附近地下開采時揭露了這一系列斷裂構造,河水地下水沿斷裂構造下滲灌入坑道中,最后發生地面塌陷 5處,造成一大理巖礦洞被淹停工。

(2)F39、F43,大理巖礦洞坑道揭露后,溪水下灌,引起地面塌陷,河水全部灌入坑道。可見其透水性極強。

(3)F30、F29,推測是 F34、F39派生的次級斷裂。F24、F35受 F34、F39斷裂切割。礦山在 +130 m中段ZK2103鉆孔附近施工后,發生突水,突水量在200～61 m3/h。透水性極強。

2.3 開采后水文地質變化

(1)3～15線地段開采后水文地質條件的變化。隨著開采中段的逐步下降,特別是隨著開采范圍逐漸往 15～23線轉移,本地段的水文地質條件進一步趨于簡單。1996年詳查報告曾對主斜井 130 m標高以上涌水量 (影響半徑按 359.27 m)以及 3～15線 130 m中段巷道系統涌水量 (影響半徑按432.18 m)進行預測,計算結果分別為 538.18 m3/d和 938.48 m3/d。經開采后,3～15線坑道年平均日涌水量為 499 m3/d,比預測涌水量偏小,為小水量礦床。其涌水量來源于 4處涌水點:主斜井 25 m處裂隙水涌水點,199.41 m3/d;170 m中段上通風井巷道裂隙水涌水點,124.19 m3/d;11線 170 m中段采Ⅰ′裂隙水涌水點,89.86 m3/d;11線 170 m中段CM1掌子面裂隙水涌水點,85.54 m3/d。除上述 4處涌水點外,坑道范圍內均為無水區,其內大理巖、片巖以及晚期脈巖均為隔水層。

(2)15～23線地段開采后水文地質條件的變化。該地段直到 2001年以后才逐步進入開采,開采標高有 130,110,90,70,50,30,10 m 7個中段,目前主要開采 30 m和 10 m 2個中段,-10 m和 -30 m 2個中段正在開拓。當開采對象為接近不整面風化層的礦體時,引發了一些不安全的水文地質因素,當坑道掘進到風化帶孔隙裂隙含水層時,會發現涌水,并挾帶有少量的泥土和碎石,但一般水量不大,數天后水量很小以致消失。另外在 21線 110 m中段采場可見礦體頂底板圍巖為風化大理巖,并見有小溶洞。另一不安全因素來自外部,即 21線附近民采大理巖所遺棄的巨大采空區均被水體充填,形成地下水庫,其標高在本礦采區之上,安全隱患極大。綜上所述,本地段開采 (包括附近民采)后水文地質條件更趨于復雜。

綜合來看,3～15線地段水文地質條件屬簡單～中等類型,15～23線地段水文地質條件屬中等～復雜類型 (礦山目前開采地段主要在 15～21線)。

2.4 礦坑目前涌水量

2009年 8月在 -10～+160 m中段逐一觀測,共實測 24個涌水、流水點,觀測總流量為 2756 m3/d。除時間短及觀測時刻不統一外,另一重要原因是坑道水流系統太復雜,在礦渣下、天井、暗道等流入水倉內的流量無法觀測到。

由于和周圍幾家礦山坑道相互貫通,本次觀測到丁家山礦山地下水主要來自北東、南西 2個方向。

北東方向主要來自 +160～+184 m中段,該段為丁家山礦山和另一公司共同開采的區段,其各自涌水量無法分開觀測,水量平分,各自 628 m3/d(7.27 L/s)。實際上還有一部分水量暗流至 +150 m水倉,溢出后流至 +110 m水倉,已無法觀測。

南西方向主要來自于 +60,+90,+110 m中段,其中 +60,+90 m中段涌水量來自一大理巖采場和斜坡巷道,日流量 664 m3/d(7.68 L/s)。

本次金東公司坑道觀測涌水量實際為 1464 m3/d(16.95 L/s)。如按水泵排水量計算,坑道涌水量為日平均 3253 m3/d。

3 結 論

丁家山礦區周圍地形三高一低,五嶺四溝匯一洼。大氣降水絕大部分以地表徑流為主,地表無自然水體集存。自然狀態下,極少部分通過土層滲透于地下后沿強氧化帶從淺部向深部運移。區內巖層主要為弱富水性巖層,是不透水的,地下水主要通過構造裂隙在巖石中運移,在適合的部位排泄于河流中。礦區侵蝕基準面標高 110 m。大部分礦體位于侵蝕基準面以下,礦坑涌水要靠中段水倉內的水泵階梯式排至地表。礦山進入開采期后,礦區水文地質條件發生了巨大變化,情況極為復雜。采掘過程中,揭露了風化帶、裂隙含水帶、構造裂隙及破碎帶,河水、地下水大量灌入坑道,造成 3次淹井事故。在礦山反復抽排地下水的過程中,地下水來回流動,清洗疏通了構造裂隙,增大了裂隙透水量。而且其后期斷裂構造派生裂隙是導引地下水進入礦坑的主要因素。通過實測涌水量,測算坑道總涌水量為日平均3253 m3/d。

綜上所述,該礦區是以斷裂構造裂隙充水為主,開采后按勘探線劃分,3～15線地段水文地質條件屬簡單～中等類型,15～23線地段水文地質條件屬中等～復雜類型。

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2010-06-11)

王補峰 (1980-),男,主要從事礦山地質工作,Email:laowang1111@qq.com。