湯家坪鉬礦尾礦庫(kù)水文地質(zhì)環(huán)境調(diào)查與分析

朱森

【摘 要】我國(guó)鉬礦總儲(chǔ)量?jī)H次于美國(guó)，是全世界鉬礦儲(chǔ)量基礎(chǔ)較大的國(guó)家之一，其中以河南省的鉬礦資源最為豐富。隨著鉬礦資源開(kāi)發(fā)的深入，尾礦庫(kù)建設(shè)的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題日顯突出。本文以擬建的河南商城湯家坪鉬礦區(qū)尾礦庫(kù)為例，探討其水文地質(zhì)勘察中應(yīng)注重的關(guān)鍵問(wèn)題，從而為識(shí)別類似鉬礦山尾礦庫(kù)水文地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題積累經(jīng)驗(yàn)，也為制定應(yīng)對(duì)環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題的措施進(jìn)言獻(xiàn)策。

【關(guān)鍵詞】湯家坪鉬礦；尾礦庫(kù)；水文地質(zhì)；工程地質(zhì)環(huán)境；調(diào)查；分析

【Abstract】The total reserves of molybdenum ore in China is behind the United States， taking the second place in the world， and China is also one of the countries which has thick reserve base of molybdenum ore. Henan Province has the most abundant molybdenum ore resources in China. With the development of the molybdenum ore resources， environmental and geological problems of the construction of the tailings is more obvious each day. The Shangcheng Tangjiaping Molybdenum Mine Tailings of Henan province， which is proposing to construct， for example， investigate key issues which will occur during the hydrogeological investigation， so as to accumulated experience for identify the similar hydrogeological environmental problems of the molybdenum mine tailings， and also for proposing ideas for making measures to environmental geological problems.

【Key words】Tangjiaping molybdenum mine； Tailing pond； Hydrogeological； Engineering geological environment； Survey； Analyse

湯家坪鉬礦位于河南省商城縣達(dá)權(quán)店鄉(xiāng)，根據(jù)尾礦壩的高度、尾礦庫(kù)庫(kù)容和安全等級(jí)，尾礦庫(kù)等級(jí)指標(biāo)為Ⅱ級(jí)。擬建尾礦庫(kù)初期壩高44.0m，調(diào)節(jié)庫(kù)擋水壩壩高33.0m，上游擋水壩壩高34.0m，尾礦庫(kù)副壩壩高11.0m，工程安全等級(jí)為一級(jí)，場(chǎng)地位于抗震不利地段，地形地貌較復(fù)雜，場(chǎng)地等級(jí)為二級(jí)，巖土種類較單一、均勻，地基等級(jí)為三級(jí)。勘察等級(jí)為甲級(jí)。

1 水文地質(zhì)勘察方法

該鉬礦尾礦庫(kù)水文地質(zhì)勘察手段以鉆探為主，同時(shí)輔以工程地質(zhì)測(cè)繪、地球物理勘探、槽探、探井、原位測(cè)試、室內(nèi)試驗(yàn)等技術(shù)手段（具體工程布置見(jiàn)圖1）。

1.1 測(cè)量放線

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)甲方提供的控制點(diǎn)及設(shè)計(jì)提供的鉆孔坐標(biāo)進(jìn)行鉆孔放線，并根據(jù)控制點(diǎn)進(jìn)行了槽探、探勘線、物探剖面的定位。

1.2 工程地質(zhì)（地質(zhì)）測(cè)繪

調(diào)查庫(kù)區(qū)地形地貌、地層巖性、水文地質(zhì)條件，調(diào)查崩塌、滑坡、泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象，并查明不良地質(zhì)現(xiàn)象的分布范圍、發(fā)展趨勢(shì)和危害程度。查明河谷成因類型、庫(kù)區(qū)地貌特征及有無(wú)永久性滲漏。

1.3 鉆探工程

詳細(xì)查明庫(kù)區(qū)巖土構(gòu)成情況，為擬建物基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和地基穩(wěn)定性分析提供依據(jù)。各構(gòu)筑物工程量布置如下：

1.3.1 尾礦壩、調(diào)節(jié)庫(kù)擋水壩及上游擋水壩：

共布置15個(gè)鉆孔，鉆孔間距50-260m，其中控制性勘探孔5個(gè)，其余鉆孔為一般性勘探孔，控制性鉆孔深度30-45m，一般性鉆孔深度20-30m。

1.3.2 排洪系統(tǒng)

隧洞進(jìn)口與出口處各布置鉆孔3孔，5個(gè)排水井各布置鉆孔1個(gè)，共16個(gè)鉆孔。其中控制性勘探孔4個(gè)，其余一般性勘探孔按沿洞線兩側(cè)分布。控制性勘探孔鉆孔深度25-30m，一般性鉆孔深度18-20m。

1.4 槽探工程

為揭露擬建場(chǎng)地內(nèi)的覆蓋層厚度，查明地質(zhì)構(gòu)造分布、延伸，查明場(chǎng)地內(nèi)地層巖性、巖石風(fēng)化特征、地基土強(qiáng)度等，于擬建場(chǎng)區(qū)布置探槽1個(gè)。

1.5 地球物理勘探

本次勘探布置物探剖面5條，其中在尾礦壩、調(diào)節(jié)庫(kù)擋水壩及上游擋水壩各1條，進(jìn)一步查明擬建場(chǎng)地地質(zhì)構(gòu)造位置、分布及活動(dòng)性，進(jìn)一步查明擬建場(chǎng)地地層巖性、裂隙節(jié)理發(fā)育程度及地下水貯存、補(bǔ)給、逕流、排泄等特征。

1.6 原位測(cè)試

1.6.1 巖體波速測(cè)試

為準(zhǔn)確判定場(chǎng)地下伏巖體的完整性，本工程布置11個(gè)鉆孔進(jìn)行原位超聲波測(cè)試。

1.6.2 壓水試驗(yàn)

壓水試驗(yàn)在調(diào)節(jié)庫(kù)擋水壩附近鉆孔中進(jìn)行，每5米一個(gè)試驗(yàn)段，為設(shè)計(jì)提供調(diào)節(jié)庫(kù)擋水壩壩基各巖土層滲透性等水文地質(zhì)參數(shù)。

1.7 巖、水樣室內(nèi)測(cè)試

在場(chǎng)區(qū)范圍內(nèi)取塊石巖樣5件，主要進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)的項(xiàng)目有：容重、吸水率、飽和單軸抗壓（干、飽和）、比重、軟化系數(shù)等；在鉆孔巖芯中取巖樣26件，其中20件進(jìn)行室內(nèi)容重、飽和單軸抗壓（干、飽和）、吸水率測(cè)試，6件進(jìn)行聲波測(cè)試，取得各巖體單元巖石物理力學(xué)指標(biāo)，在場(chǎng)區(qū)內(nèi)取水樣6件做水質(zhì)分析。

2 工程地質(zhì)環(huán)境

2.1 區(qū)域地質(zhì)背景

尾礦庫(kù)區(qū)位于大別山北麓，屬秦嶺造山帶東延部分，由多個(gè)形成于不同構(gòu)造環(huán)境，有著各自獨(dú)立的建造特征、變形變質(zhì)和構(gòu)造演化序列的構(gòu)造地層地體組成，經(jīng)歷了多階段、多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)多次聚合后拼帖并焊結(jié)為一體的復(fù)雜構(gòu)造帶。

根據(jù)對(duì)本次勘察資料和區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造資料的分析表明，尾礦庫(kù)場(chǎng)地內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造較簡(jiǎn)單。

2.2 地層

區(qū)內(nèi)出露地層簡(jiǎn)單，主要為元古界大別片麻雜巖和第四系土層。

①元古界大別片麻雜巖（PtDog） 由于遭受到強(qiáng)烈的變質(zhì)變形作用改造，構(gòu)造形跡極為復(fù)雜，原始的地層層序大部分遭受破壞，片麻理產(chǎn)狀零亂。組成巖性較簡(jiǎn)單，主要為黑云斜長(zhǎng)片麻巖（gnbp）、其次為斜長(zhǎng)角閃片麻巖（gnph）。

②第四系（Q） 區(qū)內(nèi)第四系主要分布在溝谷中，厚度較小，一般2-5m，巖性為坡積土、卵礫石及少量耕植土等，清水河河床分布1-2m卵石。

2.3 構(gòu)造

本區(qū)為桐柏-大別線性強(qiáng)應(yīng)變帶，經(jīng)歷了長(zhǎng)期的地質(zhì)演變，地質(zhì)構(gòu)造錯(cuò)綜復(fù)雜。根據(jù)區(qū)域地層及沉積建造組合、巖漿活動(dòng)、變質(zhì)變形及地球物理特征，區(qū)內(nèi)主要發(fā)育多期次的韌性變形以及以脆性變形為主的推覆構(gòu)造和斷裂構(gòu)造。

推覆構(gòu)造位于新店以西，推覆體呈一短軸狀，長(zhǎng)約10km，寬約4km，推覆界面產(chǎn)狀較陡，早期表現(xiàn)韌性變形，發(fā)育拉伸線理、拖拽褶皺等，后期疊加脆性構(gòu)造。

2.4 新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及地震

尾礦庫(kù)區(qū)屬低山丘陵地貌，山谷狹窄，山脊尖峭，多呈“V”字溝谷，地形相對(duì)高差大，表明新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)主要為垂直方向上的上升運(yùn)動(dòng)，大別山區(qū)古陸持續(xù)隆起，溝谷下切，在沖溝兩側(cè)發(fā)育不對(duì)稱階地；山前傾斜平原發(fā)生廣泛沉降，其早期具明顯繼承性，晚期則表現(xiàn)為振蕩性沉降。

場(chǎng)區(qū)西側(cè)約2km的長(zhǎng)竹園斷裂是區(qū)域性商（城）—麻（城）斷裂的一部分，屬深大斷裂，呈北北東向展布。自1925年以來(lái)，該斷裂在本區(qū)及附近地區(qū)發(fā)生三級(jí)以上地震有六次之多；1932年在鄰區(qū)湖北省麻城縣黃土崗一帶發(fā)生6級(jí)地震；2000年3月，在距商城縣約250km以外的湖北省發(fā)生一次5級(jí)左右的地震，商城縣境內(nèi)有震感，有少數(shù)陳舊房屋墻壁開(kāi)裂，無(wú)人員傷亡。

歷史地震記錄和商城縣湯泉池溫泉出露表明，長(zhǎng)竹園斷裂是一條活斷層，在近期還有活動(dòng)的可能。

3 尾礦庫(kù)區(qū)范圍地形地貌及地質(zhì)構(gòu)造

擬建場(chǎng)區(qū)地貌屬構(gòu)造剝蝕低山地貌單元，地面標(biāo)高在190-600m之間，周邊地勢(shì)陡峻，地形起伏較大，山上植被發(fā)育，河溝呈“V”字型，溝底兩側(cè)多為民宅、農(nóng)田。表部地層為第四系耕植土及卵、漂石。地表水為河谷中的溪流。

場(chǎng)區(qū)斷裂構(gòu)造簡(jiǎn)單，稀疏分布于尾礦庫(kù)四周及庫(kù)區(qū)內(nèi)，規(guī)模均較小，走向延伸一般40-150m，傾角較陡，傾角在69-85°之間。

受斷層及褶皺影響，區(qū)內(nèi)下伏基巖巖體局部破碎，節(jié)理裂隙較發(fā)育。

擬建場(chǎng)區(qū)節(jié)理裂隙發(fā)育，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)裂隙按走向節(jié)理玫瑰花圖統(tǒng)計(jì)，場(chǎng)區(qū)巖體中主要發(fā)育有兩組節(jié)理裂隙，其中一組走向55°，另一組走向約326°，（具體見(jiàn)圖2）。

除了上述斷層及巖體中的節(jié)理裂隙外，在地質(zhì)構(gòu)造上無(wú)其它可危害場(chǎng)地穩(wěn)定性的不良地質(zhì)現(xiàn)象。

4 巖土物理力學(xué)性質(zhì)

場(chǎng)地巖土層為卵石、坡積土、黑云斜長(zhǎng)片麻巖、斜長(zhǎng)角閃片麻巖，因上部松散土層厚度較小，且分布不均勻，強(qiáng)風(fēng)化巖層巖芯較破碎，未取樣進(jìn)行試驗(yàn)。根據(jù)26件巖樣室內(nèi)飽和單軸抗壓試驗(yàn)資料，場(chǎng)地內(nèi)巖土層的工程性能指標(biāo)（見(jiàn)表1）。

5 水文地質(zhì)環(huán)境

5.1 水文地質(zhì)條件

擬建場(chǎng)區(qū)位于清水河沖溝地段，清水河為淮河的二級(jí)支流，清水河發(fā)源于香子崗村東南側(cè)，向西偏北方向流動(dòng)，流量0.1-85m3/s。場(chǎng)區(qū)內(nèi)大小沖溝共14條，6條沖溝見(jiàn)常年水流，其余8條為季節(jié)性溪流。場(chǎng)區(qū)相對(duì)地勢(shì)較高，地表水易以地表徑流排泄，地下水主要為基巖裂隙水，其次為少量土層中的上層滯水，基巖裂隙水不具統(tǒng)一地下水面，地下水分布受裂隙通道、補(bǔ)給源和水文季節(jié)的控制。

5.2 水文參數(shù)

湯家坪鉬礦尾礦庫(kù)水文參數(shù)（見(jiàn)表2）

5.3 地下水埋藏特征及水位

場(chǎng)地位于河流溝谷地段，地形落差較大，地表水以地表徑流排泄為主，場(chǎng)區(qū)地下水主要為上部卵礫石層中的孔隙潛水及基巖裂隙水，主要受地表降水補(bǔ)給，地下水分布受裂隙通道、補(bǔ)給源和水文季節(jié)的控制。

5.4 水量、水質(zhì)及侵蝕性

5.4.1 壓水試驗(yàn)

本次勘察在調(diào)節(jié)庫(kù)擋水壩采用壓水試驗(yàn)測(cè)定中風(fēng)化巖石及微風(fēng)化巖石的滲透率，壓水試驗(yàn)按三級(jí)壓力、五個(gè)階段進(jìn)行，壓力分別取0.3MPa、0.5MPa、0.7MPa。壓水試驗(yàn)成果（見(jiàn)表3）。

5.4.2 水質(zhì)分析成果及腐蝕性評(píng)價(jià)

在ZK5、ZK7、ZK14、ZK24各取孔內(nèi)水樣1件進(jìn)行試驗(yàn)分析，同時(shí)在清水河張灣組段及邵灣組段各取地表水樣1件進(jìn)行試驗(yàn)分析（分析結(jié)果見(jiàn)表4）。

6 結(jié)論

6.1 根據(jù)水質(zhì)分析結(jié)果，場(chǎng)地地下水對(duì)砼無(wú)腐蝕、對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕；場(chǎng)地土對(duì)砼無(wú)腐蝕。

6.2 擬建場(chǎng)區(qū)根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2001），本區(qū)屬基本烈度6度地區(qū)，第一組，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g，由于場(chǎng)地處于河岸和斜坡邊緣，屬抗震不利地段。根據(jù)鉆探揭露，場(chǎng)地土層厚度0～2.8m，為中硬土，建筑場(chǎng)地類別為Ⅰ類。

6.3 壩址區(qū)域，除強(qiáng)風(fēng)化巖體破碎、完整性差外，中～微風(fēng)化巖體完整性均較好，強(qiáng)度較高，穩(wěn)定性較好。

6.4 庫(kù)坡范圍無(wú)滑坡、泥石流、崩塌等不良工程地質(zhì)現(xiàn)象，上覆土層厚度小，壩坡穩(wěn)定性良好。

6.5 根據(jù)注水試驗(yàn)結(jié)果，強(qiáng)-中風(fēng)化巖石，滲透性較強(qiáng)，建議對(duì)上游擋水壩、初期壩和調(diào)節(jié)庫(kù)擋水壩進(jìn)行防滲處理。

表4 地下水化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)表

【參考文獻(xiàn)】

[1]河南省商城縣湯家坪礦區(qū)鉬礦勘探報(bào)告[R].河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第三地質(zhì)調(diào)查隊(duì)，2006，12.

[2]GB50287-99水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].

[3]水文地質(zhì)手冊(cè)[S].

[責(zé)任編輯：王偉平]