瀾滄鉛礦棉絮鋪尾礦庫含水層特征及對庫區影響分析

李金秀 艾興洪 李應武

（云南冶金資源股份有限公司）

云南瀾滄鉛礦有限公司老廠選廠棉絮鋪尾礦庫隸屬瀾滄縣竹塘鄉管轄，整體位于高原地區高中山地形的天然巖溶洼地。瀾滄鉛礦于20 世紀80 年代開始在該巖溶洼地排放尾礦，在堆放前未對區域開展相關勘查工作，在暴雨作用下誘發了多次的滲漏事件［1-4］。鑒于尾礦庫的安全運行，對于庫區及壩區開展工程地質評價是十分必要的［5-9］。為確保該尾礦庫的安全運營，本研究對該尾礦庫庫區及壩址區開展水文地質調查，并對水文地質特性進行分析評價，為尾礦庫有序排放提供科學依據。

1 區域地質概況

瀾滄鉛礦老廠棉絮鋪尾礦庫處于高原的高中山區，海拔1 650～2 301 m，相對高差651.10 m，山脈近南北向分布，地勢北西高南東低，其地形以巖溶侵蝕和構造侵蝕地貌為主。整個庫區地形呈狹長的“新月形”，四周為中高山環繞封閉，庫區洼地呈北東—南西向展布，寬300～500 m，長度約1 500 m。兩側山體陡峭，多有陡崖分布，地表巖溶發育，有溶溝、溶槽、石芽、溶洞、落水洞等形態。地區屬于溫暖潮濕的亞熱帶高原型季風氣候，旱、雨季分明，年平均氣溫15.5 ℃，最高28.3 ℃，最低0.5 ℃。年平均降雨量2 151.90 mm，年蒸發量1 258.40 mm，歷史最大日降雨量97.50 mm，50 a 一遇的最大小時降雨強度為82.9 mm，12 月至次年1月有霜，無冰凍。

區域大地構造位于昌寧—瀾滄弧后的隆起帶之上，隸屬于三江印支褶皺系的南緣、次級構造瀾滄裂谷的北段。區內主要出露上古界地層，依柳組火山巖廣泛分布，構造極為復雜，伴隨著中酸性巖脈的侵入，偶見基性巖脈。構造線總體受控于近SN 向瀾滄弧形斷裂褶系，塹壘構造、推覆構造也較為發育［10-12］。場區地處次級構造老廠褶斷束部位，繼承了區域構造地質特征，斷裂構造發育。區內巖漿巖分布廣泛，以火山巖為主，巖性較為復雜，以玄武巖、安山巖為主，并伴有相應的火山碎屑巖，侵入巖出露較少，多為中—酸性小侵入體及基—超基性巖脈［13］。瀾滄裂谷以西出露西盟群，以東出露瀾滄群，西盟群與瀾滄群屬元古界—前寒武變質巖系。中部瀾滄裂谷內分布有泥盆系、石炭系、二疊系、侏羅系、白堊系、第三系、第四系等地層。

2 區域水文地質條件

庫區總體地處云貴高原橫斷山脈的西南端，位于瀾滄江一級支流黑河、南朗河及二級支流庫杏河分水嶺北東側的上部斜坡地段，水文地質單元總體屬瀾滄江一級水文地質單元和怒江二級水文地質單元。區域地勢北高南低，主要山脈呈南北向分布，與區內主構造線一致，最高點海拔2 458 m，最低點為庫杏河谷，海拔749 m（圖1），相對高差1 709 m，屬深切割中山地形，地面坡度20°～35°，局部50°～90°，屬高原地貌。地下水與地表水的分水嶺一致，其東西兩側和南側均為巖溶含水層，地下水則往南徑流。由此可見，庫區內巖溶侵蝕地貌發育，多發育溶洞、漏斗及石芽，山嶺陡峭，偶見懸崖。此外，庫區內還發育季節性短小溪流，由于區域最低侵蝕基準面為1 260 m，故在南朗河上游的天生橋以地下暗河的形式排泄，向東注入落水洞向黑河排泄，最終匯入瀾滄江。向西經落水洞匯入庫杏河，經南卡江再匯入怒江。

3 庫區水文地質條件

3.1 地表水的補給、徑流及排泄條件

庫區位于老廠水文地質單元補給區，直接補給源主要為大氣降雨。區內地形總體北高南低，最高點位于北側海拔2 301 m 的雄獅山，地形坡度23°～50°，多處地形表現為陡坡、懸崖，多個地段發育溶槽、漏斗、溶溝、落水洞及石芽等。溶洞、落水洞多為裂隙狀，多沿近東西、北北向扭性構造及非可溶巖接觸線呈帶狀分布，海拔由北向南漸降，指示了地下伏流方向。區內無較大的地表水體，地表水以垂直運動為主，都流入低洼處落水洞中排出區外。

3.2 庫區含（隔）水層

庫區內大面積出露泥盆系、石炭系及二疊系地層，第四系覆蓋層則主要分布于裂谷底部及裂谷兩側的谷坡地帶，出露面積較小。庫區地層劃分為5個含（透）水層和1個隔水層，分述如下。

（1）第四系（Q、QLs）松散孔隙透水層。谷坡、溝谷地帶以殘坡積、沖洪積層為主，庫區范圍內夾雜人工堆積黏土、爐渣及泥沙等，厚度變化較大，最厚可達90 m，主要受大氣降雨補給，并下滲補給巖溶水或基巖裂隙水，滲透性較好。在低洼封閉地帶則形成小規模的上層滯水含水層，含水量隨季節性變化較大。

（2）下二疊統（P1）、中上石炭統（C2+3）巖溶透（含）水層。該層巖性以白云巖、灰巖及灰質白云巖為主，厚度大于620 m。由于該層巖性總體屬碳酸鹽巖，易被溶蝕，故巖溶發育但分布不均。多見落水洞、石芽及漏斗，地表的巖溶率超30%，鉆孔施工時多見掉塊、沖洗液漏失現象，鉆孔揭露溶洞率超95%。該含水層的水位埋藏很深，主要表現為巖溶裂隙水。

（3）下石炭統上段（C17-8）弱含水層。該層厚度達160 m，上部45 m 范圍內以沉凝灰巖、火山角礫巖為主，偶夾砂頁巖層，總體呈島弧狀分布于庫區西北側和南東側；下部則以強蝕變、強風化的玄武巖、玄武質凝灰巖為主，裂隙中等發育，多被次生方解石、泥質充填，總體為弱裂隙含水層。據鉆孔工程揭露，該層位的鉆孔沖洗液消耗較好，水位集中于1 880.66 m（C18）～1 822.38 m（C17）。地下水多呈侵蝕下降泉的形式，泉水流量多為0.01～0.45 L/s，最大流量可達0.78 L/s，水化學類型為HCO3-CaMg型。

（4）下石炭統下段（C11-4）弱含水層。該層自上而下發育的巖性組合為鞍山凝灰角礫巖-集塊巖、安山巖及玄武巖-玄武質熔結角礫巖，厚度變化較大，最薄處130 m，最厚可達400 m，總體為弱裂隙含水層，裂隙多被次生鈣、泥質充填，滲水處附近發育絮狀的Ca-Fe沉淀物，中部的安山巖干燥，偶見滴水現象，單位涌水量可達5.54×10-4L/（s·m）。地下水以侵蝕下降泉形式出露，流量0.01～0.513 L/s，水化學類型HCO3-Ca（雨季）或HCO3SO4-CaMg型（旱季）。

（5）泥盆系中上統（D2-3）弱裂隙含水層。硅質巖夾砂頁巖，厚度大于70 m，零星分布于庫區北東角及西部，偶見泉水，流量0.02 L/s。

（6）下石炭中段（C15+6）隔水層。巖性以粗面的安山凝灰巖、炭質凝灰巖為主，厚80～160 m，總體分布較穩定。巖石顆粒細，微裂隙發育，蝕變次生鈣泥質充填，含水極弱，為隔水層。含風化裂隙潛水，泉流量0.01～0.33 L/s，最大0.51 L/s，季節泉常見，水化學類型為HCO3-CaNa 型。地下水位埋深大，巖石風化強，溶洞常見。

3.3 庫區地下水類型及特征

（1）上層滯水、孔隙潛水。上層滯水主要分布于人工堆積尾礦層黏性土、殘坡積等松散地層中，分布于庫區兩側山坡、庫內及主壩區。孔隙潛水主要分布于人工堆積尾礦層砂礫層等中，上層滯水與孔隙潛水在本場地無明顯界限，一般統稱為覆蓋層松散介質孔隙水，均接受降雨及地表徑流補給，其次為松散體之間沿地勢的側向補給，向下滲透補給基巖裂隙水或巖溶水，滲透性較好，在地勢低洼封閉地帶，形成滯水含水層，含水量一般隨季節波動較大。現狀條件下，該地下水系是影響壩基滲透穩定的主要因素，其次，該滲流途徑系庫區地下水下滲補給巖溶裂隙水的次要途徑。

該地下水不具穩定的地下水面，水位和水量一般季節性變幅較大，雨季水量稍豐、水位較高，旱季水量相對貧乏，水位降低或消失，因該類型地下水的賦存條件，在場地后期使用過程中，尾礦堆填將造成該地下水大幅度上升，地下水浸泡對地基土性能影響不利，設計施工時應予以重視。勘察期間多降雨天氣，鉆探期間實測其水位埋深變化為3.50～9.80 m，高程變化為1 674.21～1 682.18 m。

（2）巖溶裂隙水。主要分布于石炭系中上統地層（C2+3）碳酸鹽巖中，巖質較純、厚度大、分布廣，巖溶和孔隙發育，屬強富（含）水地層，含較豐富的巖溶裂隙水，該含水層受控于地質構造和巖溶發育程度（庫區有F3、F8、F29及F394條導水斷層通過，將庫區地層切割成滲漏方塊，導致滲漏風險較高），主要接受大氣降雨從周邊裸露基巖的溶隙、孔及洞中向基巖深度入滲，部分接受上覆地層的入滲補給，沿裂隙、孔洞中呈管狀、帶狀徑流，向低洼的溝谷、坡地以泉、井及暗河等形式排泄于庫外。庫容外的地下水對庫區穩定及環境影響不大，地下水水位受隨季節的大小影響很大。

3.4 構造水文地質特征

庫區主要褶皺老廠背斜走向近南北，由火山巖弱裂隙含水層組成，地下水向兩翼及南部傾伏端徑流，以侵蝕下降泉的形式出露，泉水流量0.01～0.203 L/s，富水性弱。斷裂以近南北向F8及近東西向F29為主，多為高角度壓性、壓扭性構造，其中水文地質意義較大的是F8。

F8斷裂為逆斷層走向北西21°～25°，沿斷裂分布的溶蝕現象有陡坎、漏斗、落水洞、溶蝕洼地、溶洞、溶隙等，巖石破碎，透水性好。形成庫區內地下水自北向南的主要徑流排泄通道，是庫區西側的無限排泄邊界，對區域潛水位以上的礦床疏干起積極作用。此外，從北向南，西區深部地下水位有逐漸下降的趨勢。F29斷裂為正斷層，近東西向切割大多數地層，與F3斷層交匯，斷面多向南傾，傾角較陡，為80°～85°。

3.5 地下水的補給、徑流及排泄條件

地下水主要接受大氣降水補給，補給通道以地表溶洞溶隙為主。除庫區北部，其余地段的地表發育裸露型巖溶，多見落水洞、石芽、漏斗及溶洞等，北部巖溶發育程度低，注入式補給和滲入式補給均有，局部地段以滲入式補給為主。地下水總體自北向南徑流。地下水徑流特點表現為垂向巖溶發育，橫向水力聯系較差。地下水外界排泄方式多樣，包括泉眼滲出、河流排泄及蒸發、蒸騰作用等。根據調查統計，庫區內地下水以侵蝕的下降泉為主，除少量水被蒸發外，西側的泉點經流東卡河匯流后進入地下暗河，北側的泉點及基本匯流入老廠水庫，通過蒸發方式或人工方式排泄，其他泉點則多經過地表徑流匯入落水洞或漏斗，向南流入地下暗河排泄。

3.6 地層滲透性

為測得庫區范圍內主要地層的滲透性，對相關主要地層進行了壓水、注水試驗，結果顯示，場地內尾礦層滲透性能不均，介于微透水—中等透水性，坡殘積層滲透性能不均，介于弱透水—中等透水性，強、中風化白云質灰巖受巖溶、裂隙等影響，透水性不均，總體屬強透水。

4 對庫區的影響評價

4.1 地表水

棉絮鋪尾礦庫位于老廠水文地質單元南部，為其補給區，主要受大氣降雨直接補給。無較大的地表水體，地表水以垂直運動為主水平運動為輔，一部分地表水流入低洼處落水洞中排出區外，少量賦存于獨立的弱裂隙溶隙系統中。根據地表徑流特征，對擬建尾礦庫構成影響的匯水面積區定為尾礦庫徑流區，尾礦庫徑流區外的徑流區地表水均沿地表徑流向地勢低洼地段匯聚，最終匯入各區落水洞并排出庫區，對擬建尾礦庫影響小。

4.2 地下暗河

據初勘資料認為，大氣降水及后期尾礦廢水可能將補給巖溶裂隙水，垂直下滲后匯聚于地下暗河并排出庫區。該排水途徑可能造成尾礦庫區水體下滲后對外部水體環境造成污染，尤其庫容范圍內基巖裸露區，污染水體將沿裂隙直接滲漏至地下暗河，設計施工時應予以注意。但由于擬建庫區庫容范圍內基巖巖溶發育程度極不均勻，受斷層切割影響，巖溶連通性一般，鉆孔點及控制深度內未見落水洞等大型巖溶現象，周邊的巖溶、落水洞較多，理論上斷層沿線可形成不同規模的隱伏暗河，但本次物探（高密度電法）測深范圍內也未予以發現（圖2）。

4.3 巖溶

庫區及其周邊基巖以碳酸鹽巖為主，具巖溶侵蝕及構造侵蝕地貌特征，地表巖溶發育，有溶溝、溶槽、石芽、溶隙、溶洞、落水洞等形態，其中又以落水洞及豎向裂隙為主。

據本次鉆探結果，場地巖溶發育，巖溶形態以溶蝕裂隙發育為主，大型溶洞、溶溝等次之，場地下伏灰巖，區域資料顯示為區域富水性地層，本次勘察鉆孔點共3 孔揭露溶洞，見溶率9.6%，屬全—無充填型溶洞，由于場地地下水存在上下季節性波動，導致局部地段存在軟土、淺層溶洞現象，屬于巖溶稍發育地域。場地內鉆孔揭露的溶洞發育情況見表1，巖溶的發育易導致庫區滲漏的發生。

5 結論

（1）棉絮鋪尾礦庫位于溶蝕洼地內，其地形以巖溶侵蝕和構造剝蝕地貌為主，地形條件復雜，但基本穩定；場地構造地質條件復雜，斷裂發育，新構造運動間歇抬升，部分早期斷裂復活，沿斷裂帶地震活動頻繁，溫泉眾多，區域穩定性較差。

（2）庫區場地松散含水尾礦層空間分布不穩定，地下水補徑排條件及動力特征復雜，尾礦庫堆填區位于侵滲基準面以下，環境水文地質條件復雜。此外，庫區地層多為中等—強透水地層，且地表存在滲漏點，應特別注意庫區防滲處理。

（3）庫區地層中強、中風化白云質灰巖強度相對較高，壓縮性較低，但其溶溝、溶槽，風化溶蝕裂隙發育，屬強透水地層，應根據上覆土層厚度及透水性采取注漿或高壓噴漿等綜合防治水措施，以防止尾礦廢水下滲排出庫外，造成環境污染。

（4）庫區巖溶現象復雜，尾礦壩庫位于巖溶發育區，場地及周邊巖溶及地下暗河發育，主要表現為滲漏水、地面塌陷，但巖溶的發展是一個緩慢的地質歷史過程，通過有效的工程治理，可以促使其穩定。