曾文青

(河南省地礦局第一地質(zhì)工程院,河南駐馬店 463000)

白浪鋁土礦區(qū)F2斷層破碎帶導(dǎo)水性質(zhì)研究

曾文青

(河南省地礦局第一地質(zhì)工程院,河南駐馬店 463000)

構(gòu)造運動破壞巖石的完整性,降低巖石的強度。沿構(gòu)造破碎帶容易形成地下水突入礦床的通道,直接威脅礦井安全。從已發(fā)生的礦床突水情況來看,絕大多數(shù)都發(fā)生在斷裂構(gòu)造附近,如斷層密集帶、交叉處、收斂處或尖滅端等部位。因此,斷層的導(dǎo)水性質(zhì)與礦床突水密切相關(guān),往往成為礦床是否突水的主要因素。通過對礦區(qū)有關(guān)資料的統(tǒng)計分析,從水位觀測、斷層水力特征、水文地球化學(xué)特征三個方面,研究白浪礦區(qū)F2斷層破碎帶導(dǎo)水性質(zhì),為礦山生產(chǎn)設(shè)計提供依據(jù)。

白浪鋁土礦區(qū);斷層破碎帶;斷層水力性質(zhì);導(dǎo)水性質(zhì)

1 礦區(qū)地層

白浪鋁土礦位于陜(縣)—澠(池縣)—新(安縣)鋁土礦帶的西礦帶,北部受鹿馬斷層控制,呈北東—南西向展布。本礦區(qū)出露地層有奧陶系、石炭系、石炭—二疊系、二疊系、古近系、第四系?河南省澠池縣白浪礦區(qū)詳查報告,河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)有限公司,2009年。,現(xiàn)分述如下:

(1)奧陶系(O2m) 主要是奧陶系中統(tǒng)馬家溝組。上部為白云質(zhì)灰?guī)r;下部為青灰色灰?guī)r,有時夾角礫狀灰?guī)r、薄層泥質(zhì)灰?guī)r。厚20～50 m。

(2)上石炭統(tǒng)本溪組(C2b) 下段為菱鐵礦或菱鐵質(zhì)泥巖;中段為礦層,主要由鋁土礦和耐火粘土(硬質(zhì)粘土及高鋁粘土)組成;上段為粘土頁巖。該段厚0～30.56 m。

本組與下伏地層呈假整合接觸。

(3)石炭—二疊系太原組(C2P1t) 下部主要由中細粒石英砂巖、粉砂巖和一1煤層組成;中部為中厚層狀石灰?guī)r,夾煤層;上部以深灰色頁巖(粘土巖)、粉砂巖為主。本組厚0～36.73 m。

(4)下二疊統(tǒng)山西組(P1s) 下部為厚層狀中細粒石英砂巖(大占砂巖);中部為炭質(zhì)頁巖、深灰色砂質(zhì)泥巖;頂部為細粒砂巖。本組厚10～78 m。

(5)下、中二疊統(tǒng)石盒子組(P2s) 下部為灰白色中粗粒砂巖(砂鍋窯砂巖);中部以雜色泥巖為主,夾灰綠色粉砂巖、中細粒砂巖等;上部以灰色、深灰色泥巖粉砂巖為主,夾淺灰色、綠色中細粒砂巖和砂質(zhì)泥巖等。本組厚0～200 m。

(6)第四系(Q) 上部為黃土層,下部為紅土層。其中夾有多層鈣質(zhì)結(jié)核。在溝谷中有近代河床沖積物及卵石層。厚度0～60 m。

2 斷層

區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造形式為斷裂構(gòu)造,分布在礦區(qū)的中部和東部。該區(qū)的斷層對礦區(qū)的地層和礦體有一定的影響,但影響不是很大。本礦區(qū)有兩條大斷層:原上斷層和西坡斷層。

(1)原上斷層(F1) 為區(qū)域大斷裂,構(gòu)成白浪鋁土礦的南東部邊界。東側(cè)為寒武—奧陶系灰?guī)r構(gòu)成的陡崖,西側(cè)有第四系粘性土覆蓋,斷層跡象明顯。走向NE—S W,傾向NW,傾角>60°,落差>300 m。大落差導(dǎo)致煤系地層砂泥質(zhì)巖類與奧陶系灰?guī)r對接,這樣的斷層巖性組合為斷層的阻水性創(chuàng)造了條件。因此該斷層為阻水斷層,構(gòu)成了礦區(qū)南部的水文地質(zhì)邊界。

(2)西坡斷層(F2) 是本礦區(qū)的第二大斷層。鉆探資料揭露顯示,該斷層南西段走向約35°,斷距約125 m;北東段走向45°,斷距約165 m,整體傾向SE,傾角75°。北東方向延伸應(yīng)力集中釋放,在F2主斷層上盤方向分支形成一組扇形排列的斷層束,伸入黃河。該斷層為隱伏正斷層,縱貫礦區(qū)中部,且伸入黃河,其導(dǎo)水性質(zhì)在本區(qū)有著特殊的水文地質(zhì)意義。具體位置見礦區(qū)水文地質(zhì)圖(圖1)。

圖1 礦區(qū)水文地質(zhì)圖Fig.1 Hydro-geologicalmap ofmining area

3 斷層導(dǎo)水性分析

斷層導(dǎo)水性研究近年來已發(fā)展了許多方法,有連通試驗法、水位觀測法、沖洗液消耗法、定性分析法等,筆者從水位觀測、斷層水力特征、水文地球化學(xué)特征三個方面,探討白浪礦區(qū)F2斷層破碎帶導(dǎo)水性[1,2]。

3.1 水位觀測

據(jù)礦區(qū)水文地質(zhì)孔G1、G3和G4水位資料(見表1)顯示:斷層上下兩盤石炭—二疊系含水層水位相差較大,奧陶系水位幾近一致,斷層上盤上下水位相差較小,斷層下盤水位相差較大。

表1 F2斷層兩盤地下水位對比表Table 1 Comparative table of upper and lower side of F2fault underground water

礦區(qū)G3地下水位動態(tài)觀測資料(見圖2)也顯示F2斷層上盤上下兩層水動態(tài)變化較為一致。礦區(qū)地下、地表水動態(tài)曲線圖顯示,黃河水位與原上斷陷帶上下層水位、F2斷層下盤下部含水層水位具有同步變化的特征。

3.2 斷層水力特征

鉆探資料揭露顯示,F2斷層為具張扭性質(zhì)的斷層,依據(jù)其破碎帶及上下兩盤巖性特征、巖層厚度、巖層產(chǎn)狀、地下、地表水動態(tài)觀測等因素,可以做出F2斷層水力特征示意圖(見圖3)。

圖2 G3孔上、下層水位動態(tài)曲線Fig.2 Dynamic curve of the upper and lowerwater level of G3hole

圖3 F2斷層水力特征示意圖Fig.3 Hydraulic characteristics diagram of F2fault

(1)該斷層次級斷裂(斷層束)具有導(dǎo)通黃河與原上斷陷帶地下水的作用;

(2)該斷層對下盤中的石炭—二疊系含水層與奧陶系含水層無導(dǎo)通作用;

(3)斷層下盤奧陶系含水層與上盤奧陶系灰?guī)r含水層對接,具水力聯(lián)系;斷層下盤奧陶系含水層與上盤石炭—二疊系含水層對接,具水力聯(lián)系;故斷層上盤奧陶系灰?guī)r含水層和石炭—二疊系含水層具水力聯(lián)系。

3.3 水文地球化學(xué)特征

斷層帶可以視為一個系統(tǒng)。按照水文地球化學(xué)原理,系統(tǒng)與周圍環(huán)境之間存在著物質(zhì)能量交換的,就是開放系統(tǒng),即斷層導(dǎo)水[3];反之即為封閉系統(tǒng),斷層不導(dǎo)水[4]。據(jù)礦區(qū)水質(zhì)分析結(jié)果,斷層上下兩盤及黃河地表水水化學(xué)類型較為相似,多為弱堿性、重碳酸—硫酸—鉀鈉(鈣)型水,總礦化度也相差不大(詳見表2),由此可知該段層為一開放系統(tǒng),是導(dǎo)水的。

4 結(jié)論與建議

(1)F2斷層為具張扭性質(zhì)的斷層,依據(jù)其破碎帶及上下兩盤巖性特征、巖層厚度、巖層產(chǎn)狀、地下、地表水動態(tài)觀測、水文地球化學(xué)特征等因素分析,F2斷層為一導(dǎo)水斷層,是未來礦床開采的主要充水因素之一。

表2 水質(zhì)分析結(jié)果表Table 2 Results ofwater quality analysis

(2)隨著開采規(guī)模的擴大,水文地質(zhì)條件的變化,其導(dǎo)水性將進一步增強。開采過程中要詳細查明F2斷層的導(dǎo)富水特征,一定要預(yù)留適當?shù)姆浪V柱,防止含水層與巷道對接,威脅礦床開采。

致謝:本文在擬寫過程中,得到任鴻飛高級工程師的指導(dǎo)和幫助,圖表制作睢棟超,在此一并致謝!

[1] 桂和榮,等.淮南煤田阜風(fēng)推覆構(gòu)造帶水文地質(zhì)特征研究[J].地球?qū)?2005,26(2):55-60.

[2] 李滿洲,等.鋁土礦床突水機理與防治技術(shù)[M].鄭州:黃河水利出版社,2006:99-103.

[3] 房佩賢,等.專門水文地質(zhì)學(xué)[M].北京:地質(zhì)出版社,2005:192-197.

[4] 吳國昌,等.河南省礦山環(huán)境問題研究[M].北京:中國大地出版社,2007:97-102.

(責(zé)任編輯:張 婭)

Conductivity Property of F2Fault Fracture Zone in Bailang Bauxite District

ZENGWenqing
(The First Geology Engineering Institute,Henan Geology and M ineral Prospecting Developm entBureau,Zhum adian,Henan463000)

Tectonicmovements under mine the integrity of the rock,reduce the strength of the rock,easily forming deposits of groundwater gushing-out channels,so the safety of underground mine is threaten directly.The most water gushing-out from deposit occurred in the vicinity of faults,such as fault concentrated belt,intersect spot,convergence spot,pinch-out side and so on.From three aspects includingwater levelobservation,fault hydraulic characteristics and hydro-geochemical characteristics,conductivity property of F2fault fracture zone is discussed through statistical analysis.It provides a basis formine production design.

BailangBauxite District;fault fracture zone;fault hydraulic property;conductivity property

P641.4

A

1671-1211(2010)03-0289-04

2009-10-15;改回日期:2009-12-18

曾文青(1972-),女,工程師,水文地質(zhì)與工程地質(zhì)專業(yè),從事地質(zhì)礦產(chǎn)勘查、巖土工程勘察及礦山水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害工作。E-mail:zengwenqing0396@163.com