貴州煤礦污染區茅口組灰巖古巖溶水特征及勘查
——以六盤水大河邊、汪家寨地區為例

張 林，洪運勝，吉勒克補

（貴州省地質礦產勘查開發局一一四地質大隊，貴州 遵義 563000）

貴州煤礦污染區茅口組灰巖古巖溶水特征及勘查
——以六盤水大河邊、汪家寨地區為例

張 林，洪運勝，吉勒克補

（貴州省地質礦產勘查開發局一一四地質大隊，貴州 遵義 563000）

貴州省六盤水地區素有江南“煤海之稱”，是貴州省主要的煤化工基地之一，由于各類礦坑廢水的排放，造成地表、地下水體污染嚴重，如何為區內尋找優質的水源地顯得優為重要。以六盤水大河邊、汪家寨地區實施的揭穿峨嵋山玄武巖至茅口組灰巖古巖溶的地下水勘查工程為例，總結了茅口灰巖古巖溶的發育特征、地下水富集規律，以期為類似地區進行找水提供參考。

地表水污染；古巖溶水；勘查；六盤水

貴州省六盤水地區素有江南“煤海之稱”，是貴州省主要的煤化工基地之一，由于各類礦坑廢水的排放，造成地表水體污染嚴重，如何為區內尋找優質的水源地顯得優為重要。根據《貴州省礦井水利用規劃》（表1）分析，預測2006-2010年間僅六盤水市境內的礦井總涌水量11 853.77×104m3/年， 2011~2020年間礦井總涌水量18 647.77×104m3/年。區內礦井水水質中，硫酸根離子（SO42-）含量一般400~750mg/L，最高可達1 000 mg/L以上；氟（F）含量0.2~1.2 mg/L。根據檢測結果和礦井排水量，估算出未來隨礦井排水排放出硫化物、氟總量為：2006~2010年，硫化物4.74~13.99萬噸/年，氟（F）23.71~142.25噸/年；2011~2020年，硫化物7.46~13.99萬噸/年，氟（F）37.30~223.77噸/年。并有大量的砷（As）、釩(V)、錳(Mn)等有害元素隨礦井水排出。除礦坑排水外，尚有矸石場受大氣降水淋濾排出大量的污染物質。礦渣、煤矸石的淋濾水通過巖石裂隙、塌坑等通道進入含水層，使附近地下水水體中SO-4、F-、及Pb、Zn、Mn等嚴重超標，地下水污染情況加劇，被污染范圍擴大。同時工礦區大量廢氣的排放使區內部分地段大氣降水pH值達3.6，并且雨水中含大量的重金屬元素，也成為地下、地表水污染的源頭之一。

表1 六盤水市未來礦井排水量預測表

為實現煤礦區飲水安全的目標，近年以國土資源大調查項目“貴州省重點巖溶流域水文地質與環境地質調查”為依托，在工作區進行了大膽探索，通過綜合分析后，選擇了大河邊、汪家寨地區進行深部找水的構想，即穿過峨嵋山玄武巖至茅口灰巖古巖溶進行深部找水，并實現了找水突破。

1 地質背景條件

大河邊、汪家寨位于六盤水市北面，距市區10~20km，交通方便。屬大河邊、汪家寨礦區在地形上位于云貴高原東部，貴州高原的一級臺面各二級臺面過渡的斜坡地帶。受地層及巖性控制，形成溝谷，谷中地勢平坦，兩側斜坡地形較陡，一般坡度角在 35°~70°之間，部分地段形成陡崖。地形總體上南低，西、北、東三面為厚大山體，地勢較高，最高處為（鍋底山，標高為）1 994.10m，最低處為圖區溪溝出口（大河鎮）處，標高為1 677.00m，相對高差327.1m。

在構造地處揚子準臺六盤水斷陷盆地之威水倒轉背斜北東翼，巖層傾向南東、傾角一般為 20°左右。受新華夏系構造影響，中二迭系茅口灰巖與上二迭系峨嵋玄武巖呈正常接觸。區內出露地層主要為三迭系、二疊系。

三迭系下下統夜郎組(T1y): 泥巖、砂巖夾泥灰巖、灰巖，厚度465～547m。

二疊系上統長興大隆組(P3c～d)：泥灰巖、透鏡狀灰巖，厚小于100m。

二疊系上統龍潭組(P3l)：灰色、黃褐色粘土巖、頁巖、砂質頁巖、細砂巖、粉砂巖及煤層，有三個含煤組，含煤30～50余層；下部含有少量灰巖、泥灰巖。厚度147～360m。

二疊系上統峨嵋山玄武巖(P3β)：深灰、暗綠色隱晶至細晶玄武巖，夾粗玄武巖，杏仁拉斑玄武巖，火山角礫巖、泥巖、巖質頁巖，厚度273～609m。

二疊系中統茅口組（P2m）：巖性為淺灰色中厚層－厚層狀灰巖，厚454～698m。

2 茅口組頂部古巖溶的水文地質特征

照片1 P2m頂部古巖溶

自震旦紀以來，上揚子地臺呈發生多次的沉積間斷，受構造運動抬升而暴露于海平面上的揚子地臺，在有利的暖濕氣候和水文地質條件下發生了強烈的古巖溶化作用，形成了多層的古溶蝕和古巖溶帶，由于在后期構造運動作用下發生了海進事件，這些古巖溶多被后期沉積物、熔塌角礫巖或地層深部巖漿噴發溢流所充填。流域內茅口組灰巖頂部古巖溶帶是早二疊世開始的東吳運動沉積間斷所形成的，在區內二疊系中統峨嵋山玄武巖底部的均見到坡積及殘積成因的礫巖堆積，在礫巖堆積層下部的二疊系茅口組石灰巖頂部一定厚度內，巖溶作用強烈，溶洞、裂隙極為發育，即為古巖溶發育帶。

2.1 古巖溶帶發育特征

通過對大河邊至汪家寨一帶茅口組石灰巖與峨嵋山玄武巖接觸一帶的調查分析，在石灰巖頂部10~30m內，巖溶裂隙多為方方解石、角礫狀玄武巖、熔塌角礫巖充填。其膠結緊密程度度具有從下至上逐漸遞增的特點；在20~80m內，地表巖溶洼地、落水洞，地下河管道發育。

圖1 大河邊zk1號勘探孔結構示意圖

大河邊及汪家寨實施的ZK1號勘探孔，鉆進至160m揭穿玄武巖進入茅口灰巖含水層后，160~175m段的巖芯被熔巖流或熔塌角礫巖所充填（照片1），而175以下巖溶發育強烈。為主要出水段（圖1）。在汪家寨實施的ZK2井，設計孔深150m，鉆進至80m揭穿玄武巖進入茅口灰巖含水層后，在80~85 m孔壁垮塌嚴重，鉆井至105m時，孔內立即漏水、水位陡降至50m，在105~115m巖溶裂隙、溶洞極為發育，為主要出水段。從ZK1、ZK2號勘探資料分析（表2），在P3β底至P2m頂部的10~25m內，古巖溶膠結緊密，在15~35m內巖溶強裂發育。

2.2 地下水富集特征

2.2.1 古巖溶發育帶為地下水的富集提供了場所

從上述古巖溶發育特征的表明，在茅口灰巖頂部古巖溶發育帶中的一定范圍內，巖溶作用十分強烈，溶洞、裂隙極為發育。為地下水運動提供了活動空間，為地下水富集、徑流提供了場所。在大河邊至汪家寨區域茅口灰巖與玄武巖接觸帶靠灰巖一側，古巖溶發育極為強烈，富水性強，常分布有巖溶大泉及地下河出口，流量20～3 200L/s，平均356.8L/s。地下水枯季徑流模數8.041～13.467 L/s.km2，富水性強,但含水極不均勻，如汪家寨巖溶大泉（圖2）。

通過ZK1、ZK2號勘探孔抽水試驗，ZK1鉆孔地下水即以承壓方式上升溢出地表，自流量為320m3/d，終孔抽水實驗結果，涌水量達 760m3/d；ZK2單井涌水量達500m3/d。從而表了明確了茅口灰巖與峨眉山玄武巖接觸的古巖溶面是地下水的有利富集地帶。

2.2.2 地下水的富集已嚴格受地形貌控制

在峨嵋山玄武巖覆蓋的茅口灰巖古巖溶帶的地下水富集、徑流特征受地形地貌控制特別明顯，其地下水主徑流帶往往與玄武巖地區的地表溪流表現出一致的特點。本年度在大河邊實施的zk1號、汪家寨鎮吳家實施的zk2號鉆孔均布置在小溪河床中，鉆孔結果均較成功；而在吳家實施的zk3號鉆孔布置在離吳家溪流河床僅30m處，鉆探結果與zk2號孔大相徑庭，鉆孔于50m時揭穿峨嵋山玄武巖至P2m古巖溶帶，古巖溶帶巖芯膠結緊密，鉆進至150m終孔時，巖芯完整，巖溶不發育。通過分析認為，在峨嵋山玄武巖覆蓋區，由于地處封閉環境，古巖溶的發育特征與發生沉積間斷事件前的古地形基本保持一致，即現在的峨嵋山玄武巖區的地形條件就表征了當時的地形地質條件。而在裸露的石灰巖區，由于受后期巖溶地質作用的控制，巖溶發育強烈，表現出的巖溶發育規律與發生沉積間斷事件之前不一致的特點，如裸露石灰巖區的眾多地下河管道發育的實際位置往往與地表表征的巖溶洼地中心位置均偏離幾十米。

表2 ZK1、ZK2號勘探孔P2m頂部古巖溶發育特征

圖2 汪家寨巖溶大泉水文地質平剖面圖

3 茅口組頂部古巖溶的供水意義

可為煤礦區提供清潔的供水源。區內峨嵋山玄武巖具有分布、厚度大的特點，巖石堅硬致密、透水性極差，地表污水難以下滲污染古巖溶帶中，通過機井開采隱伏型P2m古巖溶帶中的巖溶水，一是不會產生地面塌陷等不良地質環境問題；二是地下水質良好，在大河邊及汪家寨實施的ZK1、2機井的水質均為Ⅰ類。可為煤礦區提供清潔的供水源。

通過開采利用古巖溶地下水，可以降低龍潭組煤層下浮巖溶含水層水頭壓力，減少礦坑底部突水水害事件。該煤礦山區以往勘探中，不重視礦區水文地質勘查工作，特別是對底部茅口灰巖的勘探重視不夠，對灰巖古巖溶帶地下水富集特征認識不足。近年來礦區突水事件時有發生，給礦區生產帶來安全隱患。因此，查清古巖溶帶地下水富集特，通過井采地下水，即可以降降低龍潭組煤層下浮巖溶含水層水頭壓力，減少礦坑底部突水水害事件，達避害為利的作用。

4 結語及建議

1)大河邊、汪家寨地區茅口灰巖頂部古巖溶在裸露地區近峨眉山玄武巖底的頂部 10~30m內，巖溶裂隙多為方方解石、角確狀玄武巖、熔塌角礫巖充填。其膠結緊密程度度具有從下至上逐漸遞增的特點；在20~80m內，地表巖溶洼地、落水洞，地下河管道強烈發育。從ZK1、ZK2號勘探資料分析，隱伏型P2m頂部的10~25m內，古巖溶膠結緊密，在15~35m內巖溶強裂發育。

2）在茅口灰巖頂部古巖溶發育帶中的一定范圍內，巖溶作用十分強烈，溶洞、裂隙極為發育。為地下水運動提供了活動空間，為地下水富集、徑流提供了場所。

3）在峨嵋山玄武巖覆蓋的茅口灰巖古巖溶帶的地下水富集、徑流特征受地形地貌控制特別明顯，其地下水主徑流帶往往與玄武巖地區的地表溪流表現出一致的特點。

4）通過開采利用隱伏型茅口灰巖古巖溶地下水，一是不會產生地面塌陷等不良地質環境問題；二是地下水質良好，可為煤礦區提供清潔的供水源。同時可以降低龍潭組煤層下浮巖溶含水層水頭壓力，減少礦坑底部突水水害事件。達避害為利的作用。

5）由于礦區飲水安全問題十分突出，且近年礦區突水事件時有發生，建議相關部門建立專項資金，加大對煤礦區隱伏型P2m古巖溶的研究力度，進一步查清其巖溶發特征及巖溶水賦存規律。

[1] 張林，洪運勝，等. 貴州省三岔河上游巖溶流域地下水與環境地質調查報告[R]. 2007.

[2] 韓至鈞，金占省，等. 貴州省水文地質志[M]. 北京：地質出版社，1996.

Paleokarstic Groundwater Exp loration in the M aokou Limestone, Coal-M ining Pollution Zone, West Guizhou

ZHANG Lin HONG Yun-sheng Jilekebu
(No. 4 Geological Party, Guizhou Bureau of Geology and M ineral Resources, Zunyi, Guizhou 563000)

The Liupanshui area of Guizhou province is known as the “sea of coal” of Jiangnan, bing one of major coal chem ical industry bases in Guizhou Province. Surface and underground waters here are seriously polluted by mine wastewater. This paper deals w ith palaeokarst and palaeokarstic groundwater concentration in the Maokou limestone by the example of palaeokarstic groundwater exploration projection order to provide references for searching for water in similar areas

Surface water pollution; paleokarstic water; exploration; Liupanshui area

P641.72

A

1006-0995（2014）01-0117-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2014.01.028

2013-11-7

貴州省巖溶地下水賦存規律研及找水關健技術研究(黔國土資發([2009]94號)

張林(1974-)，男，貴州思南人，高級工程師，長期從事水文地質工作