江西省柴桑區鐵路坎礦區銅礦礦床充水因素分析

周 祥，高紅梅，余金保

（1.南京大學地球科學與工程學院，江蘇 南京 210046；2.江西省地質礦產勘查開發局贛西北大隊，江西 九江 332000）

鐵路坎礦區西與城門山銅礦采坑緊鄰，并被納入三期擴建開采規劃，開發鐵路坎銅礦資源迫在眉睫。鐵路坎礦區礦體基本分布在當地最低侵蝕基準面以下，深部礦體延入北部湖區，隨著開采規模向下擴大，不可避免會揭露周邊巖溶含水層，其水文地質條件越來越復雜，開采難度越來越大。因此詳細查明本礦床的充水因素，為礦床安全開采提供設計依據，亦是礦床開采技術條件研究的重點。

1 礦區概況

鐵路坎礦區位于九江市南西255°方向，直距18 km處，行政區劃屬江西省柴桑區城門鄉管轄。礦區2000國家大地地理坐標：東經115°48′02″～115°48′27″，北緯29°41′ 00″ ～29°41′ 34″。

礦區屬亞熱帶季風氣候區，濕潤多雨，季節分明，冬季干燥寒冷，夏季炎熱是本區氣候的主要特點。礦區與周邊地表水系統的動態變化受九江市柴桑區與瑞昌市兩地氣象結果影響，其中受瑞昌市氣象條件的影響更為直接，礦區近5年降雨量資料見表1。

表1 礦區降雨量資料統計表

礦區出露地層由老而新依次為志留系上統紗帽組（S3s）、泥盆系上統五通組（D3w）、石炭系中統黃龍組（C2h）、二疊系下統梁山組（P1l）、棲霞組（P1q）、茅口組（P1m）、上統龍潭組（P2l）、長興組（P2c）、三疊系下統大冶組（T1d）及第四系（Q），其中石炭系黃龍組為主要賦礦層位，石炭系～三疊系淺海相碳酸鹽巖為主要的賦礦圍巖。

礦區發育兩組斷裂，即北東東向斷裂和北西～北北西向斷裂，其中北東東向斷裂常被北西～北北西向斷裂所切割。對礦床充水有影響的為北東東向F1、F3、F20斷裂和北西向F13斷裂，影響較大的為F1、F20斷裂，為賦、導水斷裂。礦區地質略圖及所在區域位置見圖1。

2 礦床充水因素分析

本礦區-322m標高以上礦體采用露天開采，礦坑充水因素分析如下：

2.1 含水層對礦床充水的影響

礦體、巖株侵入于志留系碎屑巖、石炭～二疊系酸鹽巖地層中，其中石炭～二疊系巖溶裂隙、溶洞普遍發育，加之受地質構造和巖體侵入的影響，在構造破碎帶和接觸破碎帶附近巖溶發育程度更高，形成了以破碎帶～溶蝕裂隙～溶洞為主要特征的具有統一水力聯系的非均質巖溶含水介質，且地層含水量豐富，在礦山進行深部開采時，礦體周邊巖溶含水層中的地下水必然會涌入礦坑，成為礦床主要的直接充水來源。

松散巖孔隙含水層其底板與三疊系灰巖直接接觸，不與礦體直接聯系，且三疊系下統大冶組下段為隔水層，因此松散巖孔隙含水層對礦床充水為間接且影響甚微。

圖1 鐵路坎礦區地質略圖（a）級礦區分布在區域的位置（b）

2.2 主要構造破碎帶對礦床充水的影響

礦區內構造破碎帶形式主要有三類，即灰巖溶蝕破碎帶、巖漿巖與圍巖接觸破碎帶、斷裂破碎帶。

2.2.1 溶蝕破碎帶

一般疊加或伴生于可溶巖中斷裂破碎帶或其他破碎構造，由于地下水的長期侵蝕、溶蝕作用，使原本為構造破壞失去完整的灰巖沿破裂面不斷溶蝕、分割，形成更次一級的巖塊或碎屑，進而構成地下水的活躍帶，并與其他破碎帶相連通，形成復雜的地下水裂隙網絡，是礦床充水直接通道之一。

2.2.2 接觸破碎帶

為巖漿巖侵入與圍巖接觸產生的破碎帶，主見于巖漿巖體邊緣。由于接觸破碎帶呈環狀分布于巖株四周，從而起了溝通礦區所有巖溶含水層的作用，是構成礦坑涌水的主要途徑。

2.2.3 斷裂破碎帶

對礦床影響較大的斷裂主要是F1、F20。

F1斷裂：發育于礦區南部砂頁巖中，縱貫礦區，主要破壞地層為泥盆系五通組，破碎帶內角礫均為泥盆系五通組母巖構成，泥質、鐵質膠結，透水性差，對礦床充水無直接影響，僅是在該斷裂帶下盤泥盆系五通組與石炭系黃龍組地層之間，發育一條以灰巖角礫為主的構造角礫巖帶，帶中巖石破碎、膠結程度差、巖溶作用強、具較好富水性與較強透水性，對-400m標高以上礦床充水影響大而直接。

F20斷裂：發育礦區東部二疊系下統茅口組上段灰巖地層中，斷裂帶主要表現為帶內巖石擠壓破碎強烈，除帶內侵入巖體具隔（阻）水性外，為賦、導水斷裂，該斷裂對礦坑充水具一定的影響。

2.3 賽湖對礦床充水的影響

礦區北面賽湖正常水位標高15.50m，洪期最高水位標高19.90m，湖水與長江相通，可通過防洪閘進行人工調節。湖水終年不涸。賽湖湖床普遍分布著厚15m～25m的淤泥質粘性土，滲透系數僅為1×10-5～1×10-8cm/s，鉆孔抽水試驗單位涌水量0.0067 L/s·m，其透水性極微弱。湖水下滲補給地下水的入滲條件極差，湖區迄今未發現缺失該層的“天窗”或泉水出露，湖泊南岸邊岸則多由隔水性能較好的中、上更新統老粘性類土構成，無基巖出露，洪期高水位時，湖水通過岸邊滲透補給地下水也是極其微弱的。

以上情況表明，在天然狀態或小型抽降條件下，湖水和灰巖地下水之間無直接水力聯系。因此，賽湖湖水與礦區地下水無密切水力聯系，對礦床無直接充水影響。

但因礦區大范圍疏干排水而造成地表塌陷或開裂，從而破壞上部粘土層的完整性，則可能導致湖水與灰巖地下水的直接水力聯系，將引起不良后果。

2.4 長江對礦床充水的影響

長江位于礦區北東方向，屬沖積平原地形，第四系成因屬長江一級階地堆積物，厚度40m～45m，堆積物有上粗下細特征。本區長江河床未切入下伏三疊系、二疊系灰巖，水底與下伏灰巖均有大于20m厚的第四系分隔，江水與灰巖地下水僅能通過上覆第四系的滲透發生水力聯系，由此可見，長江水與礦區巖溶地下水沒有直接的水力聯系，對本礦床而言，尚有多層隔水層的阻隔，故長江水對礦床充水的影響是有限的。

3 結論與建議

經礦床充水因素分析，本礦床的主要充水因素為：礦區東部二疊系～石炭系灰巖巖溶含水層、構造破碎帶充水，及在大降深疏干排水降落漏斗不斷擴大，而造成湖區地表塌陷或開裂可能導致湖水對礦床的直接充水。

北側隔水邊界（T1d1）在深部礦坑疏干排水產生巨大內外水位差情形下，可能產生對隔水邊界的破壞，帶來礦坑涌水量的增大及誘發北側湖底巖溶塌陷，建議在礦區北側依托大冶組下段頁巖及巖體進行注漿帷幕。