貴州省黔北大塘向斜鋁土礦水文地質(zhì)條件及探測方法研究

陳 川，楊秀德，吳志強(qiáng)，張 燁

貴州省地礦局117地質(zhì)大隊，貴州 貴陽 550018

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貴州省黔北大塘向斜鋁土礦水文地質(zhì)條件及探測方法研究

陳 川，楊秀德，吳志強(qiáng)，張 燁

貴州省地礦局117地質(zhì)大隊，貴州 貴陽 550018

黔北大塘向斜鋁土礦是典型的封閉式巖溶充水礦床，復(fù)雜富水性巖溶礦床大規(guī)模開發(fā)，地下水問題日益突出，同時由礦山開采引發(fā)的突水、突泥等安全事故越來越嚴(yán)重，今后隨著礦山開采，出現(xiàn)的水文地質(zhì)問題越來越多。在查清該類礦床水文地質(zhì)條件，除在傳統(tǒng)地質(zhì)研究的基礎(chǔ)上，還需要進(jìn)一步運(yùn)用新的理論和新的勘探技術(shù)與測試手段解決出現(xiàn)的各類水文地質(zhì)問題，有效正確的選取最優(yōu)適合該類礦床開發(fā)的技術(shù)手段，為了能夠?qū)ο乱徊吭谠摰貐^(qū)鋁土礦勘探中水文地質(zhì)工作有所指導(dǎo)。

鋁土礦；水文地質(zhì)條件 ；探測方法

0 引言

道真縣大塘鋁土礦勘查區(qū)中心位于道真仡佬族苗族自治縣城北東直距約30 km，地處貴州省道真仡佬族苗族自治縣與重慶市武隆縣接合部之南貴州省境內(nèi)，隸屬道真縣洛龍鎮(zhèn)、陽溪鎮(zhèn)管轄。地理坐標(biāo)：東經(jīng)107°39′00″～107°48′15″，北緯29°02′45″～29°11′00″。勘查區(qū)由東西長約15.4 km，南北寬約9.0 km，勘查面積103.57 km2。

1 水文地質(zhì)特征

1.1 地下水的補(bǔ)、徑、排條件

根據(jù)地下水賦存、水力條件及各地層巖性組合特點，將區(qū)內(nèi)的地下水主要分為巖溶水、碎屑巖裂隙水二種類型。

1.1.1 巖溶水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件

大氣降水和地表溪流水是本區(qū)巖溶水的主要補(bǔ)給來源。區(qū)內(nèi)以志留系隔水層為墊托，向斜核部二疊系碳酸鹽巖形成高懸的盾狀臺地，臺地中地表和地下碳酸鹽巖巖溶極為發(fā)育，地表多發(fā)育封閉的盲谷、巖溶洼地，匯集碎屑巖的地表溪流和碳酸鹽分布區(qū)的大氣降水，以落水洞，溶洞、巖溶漏斗、伏流入口的形式集中注入地下，大氣降水和地表水幾乎全部轉(zhuǎn)為地下水，補(bǔ)給條件極好且極不均勻。

區(qū)內(nèi)地下水大致以麻壩塘—馬石坡—白巖尖—陳家灣—磨盤石—上灣—指母巖—牛拉門—團(tuán)保一帶為分水嶺，由分水嶺先以分散流，然后以集中流的方式通過斷裂破碎帶、溶洞、溶蝕裂隙、暗河等方式總體向大塘向斜軸部徑流，然后向洛龍河徑流，最后以泉、暗河的形式集中排泄，形成溪流水最終流入芙蓉江。

1.1.2 碎屑巖裂隙水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件

大氣降水是本區(qū)碎屑巖裂隙水的主要補(bǔ)給來源。由于碎屑巖分布地區(qū)多為斜坡地帶，且?guī)r層的裂隙密度小，張開性差，其接受降水的補(bǔ)給條件差。區(qū)內(nèi)的碎屑巖裂隙水主要賦存在風(fēng)化裂隙帶之中，其徑流趨勢主要決定地勢的高低，在重力作用下，由高處向低處徑流。區(qū)內(nèi)的碎屑巖裂隙水在風(fēng)化裂隙帶被地形切割之處，以泉的方式進(jìn)行排泄。

1.2 含水巖組特征

根據(jù)礦區(qū)內(nèi)出露地層巖性組合、地下水賦存條件、水力性質(zhì)及特征等自上而下，將第四系（Q）、上二疊統(tǒng)吳家坪組（P3w）、中二疊統(tǒng)茅口、棲霞組（P2q+m）、上石炭統(tǒng)黃龍組（C2h）、中、上奧陶統(tǒng)十字鋪組至五峰組（O2-3s-w）、下奧陶統(tǒng)湄潭組劃為含水層；將中二疊統(tǒng)梁山組（P2l）、上石炭統(tǒng)大竹園組（C2d）、下志留統(tǒng)韓家店群（S1hj）、石牛欄組（S1sh）、龍馬溪組（S1l）劃分為隔水巖組；主要為粘土巖、泥質(zhì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、頁巖及含粉砂質(zhì)頁巖等，分布在礦段西部。地表出露的地層大部分為二疊系碳酸鹽巖，巖溶漏斗、落水洞、溶洞、暗河入口、巖溶封閉洼地等巖溶管道極其發(fā)育，呈串珠狀分布，廣泛接受大氣降水和地表溪溝水的補(bǔ)給；大氣降水和地表溪溝水幾乎全部注入地下進(jìn)而轉(zhuǎn)為地下水，以集中注入為主、滲入為輔，補(bǔ)給條件極好，地下水以溶洞、溶蝕裂隙、暗河等巖溶管道總體向大塘向斜軸部方向徑流，最后集中沿大塘向斜軸部從北向南徑流向洛龍河，徑流方向與地表水基本一致，以泉的方式少部分在勘查區(qū)內(nèi)排泄，大部分以大泉和暗河出口的形式排泄于洛龍河中。

表 1 道真縣大塘鋁土礦勘查區(qū)含水巖組特征表Table 1 Water table rock group characteristics of Datang bauxite exploration area in Daozhen County

1.3 水文地質(zhì)分區(qū)特征

按巖溶地貌、地表水系、含（隔）水巖組特征、構(gòu)造特征，以地表分水嶺火土梁子—大堡梁子—下金堡—上大塘—欠盆塘—上灣—水竹林—尖峰嶺—猴子坪為界將該礦段劃分為兩個水文地質(zhì)區(qū)，即Ⅰ和Ⅱ水文地質(zhì)區(qū)。

（1）水文地質(zhì)區(qū)：以地表分水嶺大堡梁子—下金堡—上大塘—欠盆塘—上灣—水竹林—水井塘—下大塘—唐家梁子所圈定的范圍，底部以志留系隔水巖層為界。出露的含水巖組主要有二疊系上統(tǒng)中統(tǒng)棲霞組+茅口組（P2q+m）、吳家坪（P3w），中至厚層、塊狀細(xì)晶灰?guī)r、泥灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、生物灰?guī)r，透水與含水層，分布該區(qū)大部，；隔水層為二疊系中統(tǒng)梁山組（P2l），志留系下統(tǒng)韓家店組（S1-2hj）、志留系下統(tǒng)石榴欄組（S1sh）主要為粘土巖、泥質(zhì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、頁巖及含粉砂質(zhì)頁巖等，分布該區(qū)小部。 該區(qū)發(fā)育一些季節(jié)性溪溝，地形坡度雖大，但地表出露的地層大部分為二疊系碳酸鹽巖，落水洞、巖溶封閉洼地等巖溶管道較發(fā)育，以大塘封閉巖溶洼地為主，并伴隨發(fā)育一些小型封閉巖溶洼地，該區(qū)溪溝水和大氣降水大部分流入大塘封閉巖溶洼地（WD15）從溶洞（RD13）口進(jìn)入地下，對地下水進(jìn)行補(bǔ)給，其余溪溝水和大氣降水流入巖溶洼地（WD16H和WD21）和落水洞中，以集中注入為主、滲入為輔，補(bǔ)給條件極好，地下水以溶洞、暗河等巖溶管道從北流向南，途中經(jīng)過巖溶洼地（WD16H和WD21），最后匯入（Ⅱ）水文地質(zhì)區(qū)。

（2）水文地質(zhì)區(qū)：西以地表分水嶺巖風(fēng)壩—赤雄大山—肖洞梁子，火土梁子—下金堡—上大塘—欠盆塘—上灣—水竹林—尖峰嶺—猴子坪為界，北到志留系（S1hj）隔水巖組，東至大塘向斜軸線，南以洛龍河為排泄界線，底部以志留系隔水巖層為界。出露的含水巖組主要有二疊系上統(tǒng)中統(tǒng)棲霞組+茅口組（P2q+m）、吳家坪（P3w）、奧陶系中上統(tǒng)五峰組（O2+3）和奧陶系下統(tǒng)桐梓、紅花園組（O1t+h），中至厚層、塊狀細(xì)晶灰?guī)r、泥灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、生物灰?guī)r及白云巖透水與含水層，二疊系含水層分布在該區(qū)大部，奧陶系含水層分布在最西端；隔水層為二疊系中統(tǒng)梁山組（P2l），志留系下統(tǒng)韓家店組（S1-2hj）、志留系下統(tǒng)石榴欄、龍馬溪組（S1sh+l）及湄潭組（O1m），主要為粘土巖、泥質(zhì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、頁巖及含粉砂質(zhì)頁巖等，分部在西部。該區(qū)地表溪流較發(fā)育，地表出露的地層大部分為二疊系碳酸鹽巖，巖溶漏斗、落水洞、暗河入口、巖溶封閉洼地等巖溶管道極其發(fā)育，匯集碎屑巖的地表溪流和碳酸鹽分布區(qū)的大氣降水，以落水洞，溶洞、巖溶漏斗、暗河入口的形式集中注入地下，大氣降水和地表水幾乎全部轉(zhuǎn)為地下水，以集中注入為主、滲入為輔，補(bǔ)給條件極好且極不均勻。地下水以溶洞、暗河等巖溶管道總體向大塘向斜軸部方向徑流，最后集中沿大塘向斜軸部從北向南徑流向洛龍河，徑流方向與地表水基本一致。以泉的方式少部分在勘查區(qū)內(nèi)排泄，大部分以大泉和暗河出口（AHCK4流量為150 L/s）的形式在勘查區(qū)外洛龍河附近排泄。

1.4 礦井充水特征

（1）充水水源：礦井充水水源主要為上覆巖層中所含的巖溶水、地表溪溝水及大氣降水，其次為底板基巖裂隙水、斷層水及礦層底板局部有黃龍組（C2h）出露的巖溶水。

（2）充水途徑：①、鋁土礦頂板冒落裂隙帶是地下水充水的正常途徑之一，通過鋁土礦體頂板節(jié)理裂隙、采動裂隙、冒落裂隙和底板鼓脹裂隙破碎巖石向坑道滲水； ②、鋁土礦體頂板巖溶溶洞、暗河發(fā)育，呈管狀或樹技狀相貫通，且面積廣、空間大、聯(lián)通性好，是礦床充水的主要途徑；③、遇斷層時，地下水沿斷層破碎帶向礦坑涌、突水，主要為頂板地下水大量涌入。

（3）充水方式：上覆主要充水含水層之間有隔水層，但隔水層厚度較薄（厚0.5～8.0 m），變化較大，未來采礦活動易形成頂板冒落裂隙帶、采動裂隙等通道，地下水通過頂板冒落裂隙帶、采動裂隙等通道進(jìn)入礦井；在局部有黃龍組（C2h）出露地段，該巖組所含巖溶水會直接對未來礦井充水，礦井的充水方式主要為頂板直接充水和局部有黃龍組（C2h）出露地段的底板直接充水。

圖 1 道真縣大塘鋁土礦勘查區(qū)水文地質(zhì)剖面Fig.1 Hydrogeological prof le of Datang bauxite exploration area in Daozhen County

1.5 小結(jié)

區(qū)內(nèi)礦體均賦存于當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面之上，控礦構(gòu)造周邊地形切割大，為地下水的自然排泄，開拓工程施工提供了十分有利的地形條件。地表無大的水體，與附近較大的地表水系無直接的水力聯(lián)系，地下水主要由大氣降水補(bǔ)給，補(bǔ)給量隨季節(jié)變化而變化，豐水期水量較大，枯水季節(jié)少，局部區(qū)域甚至無水，因此，預(yù)測今后礦坑積（涌）水是有限。主要含水層富水性中等至強(qiáng)，礦床主要充水水源為頂板巖溶水，構(gòu)造破碎帶較發(fā)育，對礦床充水有一定的影響。礦區(qū)水文地質(zhì)條件中等偏復(fù)雜。礦區(qū)礦體在部分地段雖然受斷層破壞，但分塊開采影響并不是很大。

2 探測方法研究

一般的勘探手段，對該充水類型的礦床的水文地質(zhì)條件無法完全查清，今后的礦山基于一個沒有完全查清水文地質(zhì)條件和一些可靠程度不高的參數(shù)編制而成的開采設(shè)計方案，在開采的過程中降低了安全風(fēng)險性，并可能加大開采成本，因此作該礦床的專項水文地質(zhì)研究是有必要的。

2.1 巖溶含水層地下徑流通道的探測研究

主要研究地下巖溶管道的形成、特征、發(fā)育主控因素及空間分布特征；查清研究區(qū)的水文地質(zhì)邊界；查清地下水流域系統(tǒng)的空間分布，為礦山防治水提供理論依據(jù)；地下徑流通道探測主要方法有鉆探和物探，其中鉆探是最為直觀的方法，但由于成本高，局限性很大。因此采用可控源音頻大地電磁法（CSAMT）等物探方法及鉆探驗證來確定地下巖溶管道的空間特征。

2.2 地下水示蹤研究

通過地下水溶質(zhì)運(yùn)移的基本理論，運(yùn)用幾種不同示蹤劑進(jìn)行各地下水流域系統(tǒng)的連通示蹤試驗，并對各流域系統(tǒng)進(jìn)行抽水試驗、地下水長期動態(tài)觀測、取樣測試等，研究各系統(tǒng)中地下徑流通道中地下水徑流類型、方向和強(qiáng)度，掌握地下徑流通道中地下水流速、流量和礦化度的變化特點和變化規(guī)律，獲得各地下水系統(tǒng)的水力聯(lián)系及該區(qū)地下水流場信息。

2.3 礦坑涌水量預(yù)算研究

通過對研究區(qū)水文地質(zhì)條件的分析及研究，運(yùn)用抽水試驗獲取各含水層的水文地質(zhì)參數(shù)，其所預(yù)測的礦坑涌水量對礦山的開采起到了積極的指導(dǎo)作用，但隨著采礦深度的增加及水文地質(zhì)條件越來越復(fù)雜，一些預(yù)測模型越來越難以滿足。因此，未來涌水量預(yù)測方法研究可分為以下幾個階段：

第一定性分析階段：主要通過探明地下水在含水層中的分布和它的賦存規(guī)律，分析開采的后的水文、工程及環(huán)境地質(zhì)條件。

第二定量分析階段：主要基于地下水特征通過數(shù)學(xué)演繹、推導(dǎo)出涌水量與地下水補(bǔ)給時間、空間等不同因素的定量關(guān)系。

第三系統(tǒng)研究階段：該類巖溶地下水系統(tǒng)是一個復(fù)雜開放、非線性的系統(tǒng)， 一些傳統(tǒng)的理論計算方法，在精度上已達(dá)不到要求，引入數(shù)值模擬、隨機(jī)性的數(shù)學(xué)方法以及非線性理論等方法，是未來解決深部開采涌水量預(yù)測的新思路。

3 總結(jié)

貴州省黔北地區(qū)鋁土礦資源豐富，隨著貴州“工業(yè)強(qiáng)省”戰(zhàn)略提出，將推進(jìn)該地區(qū)鋁土礦開發(fā)進(jìn)程。黔北大塘向斜鋁土礦是典型的封閉式巖溶充水礦床，復(fù)雜富水性巖溶礦床大規(guī)模開發(fā)，地下水問題日益突出，同時由礦山開采引發(fā)的突水、突泥等安全事故越來越嚴(yán)重，今后隨著礦山開采，出現(xiàn)的水文地質(zhì)問題越來越多。在查清該類礦床水文地質(zhì)條件，除在傳統(tǒng)地質(zhì)研究的基礎(chǔ)上，還需要進(jìn)一步運(yùn)用新的理論和新的勘探技術(shù)與測試手段解決出現(xiàn)的各類水文地質(zhì)問題，有效正確的選取最優(yōu)適合該類礦床開發(fā)的技術(shù)手段，為未來礦山開發(fā)出現(xiàn)的各類水文地質(zhì)問題提供解決方案，其具有重大研究意義和巨大的社會和經(jīng)濟(jì)效益。

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Hydrogeological conditions and detection methods of Datang syncline

bauxite in North Guizhou
CHEN Chuan， YANG Xiu-de， WU Zhi-qiang， Zhang Ye
No. 117 Geology Team， Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development of Guizhou Province， Guiyang 550018

Datang syncline bauxite in North Guizhou is typically enclosed water-filled karst deposit. Large scale development of complex water-rich karst deposits， which caused the groundwater problems is becoming increasingly prominent. While the sudden water， mud and other accidents sudden caused by mining， are more and more serious in the future. With mining， hydrogeological problems appear more and more. In order to fi nd out the hydrogeological conditions of this kind of ore deposit， besides in the traditional geological studies， it is needed to use new theories， new exploration techniques and testing methods to solve various hydrogeological problems， effectively select the best fi t technology for the development of the deposit， in order to guide next hydrogeological work of bauxite exploration in the area.

bauxite； hydrogeological conditions； detection method

P618.45

A

1001—2427（2015）03 - 101 -4

2014-12-05；

2015-08-31

陳 川（1984—），男，貴州遵義人，貴州省地礦局117地質(zhì)大隊工程師.