雷顯權(quán)

(長沙有色冶金設(shè)計研究院有限公司)

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貴州麥壩鋁土礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造特征及控水作用

雷顯權(quán)

(長沙有色冶金設(shè)計研究院有限公司)

摘要麥壩鋁土礦區(qū)水文地質(zhì)條件復雜，井下巷道多次發(fā)生突發(fā)性涌水涌泥事故，嚴重影響了礦山生產(chǎn)建設(shè)。為此，從構(gòu)造解析著手，分析了礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)特征，探討了構(gòu)造對礦區(qū)地下水系統(tǒng)的控制作用，結(jié)果表明：①礦區(qū)先后經(jīng)歷了近EW向擠壓、近SN向擠壓和近SN向拉張等3期構(gòu)造作用，由此形成的褶皺和斷裂構(gòu)造為礦區(qū)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)；②地質(zhì)構(gòu)造對礦區(qū)地下水系統(tǒng)具有重要控制作用，主要體現(xiàn)在控制水文地質(zhì)單元、巖溶發(fā)育、隔水層、地下水流場等方面。

關(guān)鍵詞地質(zhì)構(gòu)造特征水文地質(zhì)特征構(gòu)造控水鋁土礦

麥壩鋁土礦位于貴州省清鎮(zhèn)市，是中鋁貴州分公司第一座自主生產(chǎn)的地下礦山，礦區(qū)包括龍灘壩和龍頭山2個礦段，含礦巖系為石炭系下統(tǒng)大塘組，覆于寒武系中統(tǒng)高臺組古侵蝕面之上，礦體呈層狀、似層狀，厚度變化大，大多為2～4 m。礦石類型有土狀鋁土礦、碎屑狀鋁土礦和致密狀鋁土礦，主要礦石礦物為一水硬鋁石。礦石w(Al2O3)平均68.08%，w(Si)/w(Al)為6.8[1-2]。麥壩礦區(qū)位于巖溶地區(qū)，水文地質(zhì)條件復雜，采礦巷道施工過程中經(jīng)常出現(xiàn)突發(fā)性涌水涌泥現(xiàn)象，前人曾對礦區(qū)水文地質(zhì)特征進行了分析，并對巷道突發(fā)涌水進行了預測預報研究[2-3]，但成效不明顯。對于解決水文地質(zhì)問題，準確認識地質(zhì)構(gòu)造與地下水的關(guān)系較為關(guān)鍵[3-7]，為此，本研究在分析麥壩礦區(qū)水文地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上，探討地質(zhì)構(gòu)造對礦區(qū)地下水系統(tǒng)的控制作用，為治理井巷突泥涌砂提供參考。

1地質(zhì)構(gòu)造特征

1.1地層

礦區(qū)地層特征見表1。

1.2構(gòu)造1.2.1褶皺

(1)銅鼓壩背斜。為一不對稱傾伏背斜，軸向近SN，長約2.2 km。北端被F46斷層切斷，往南傾沒于下龍井附近。背斜西翼傾角70°～85°，局部倒轉(zhuǎn)，東翼為龍灘壩向斜西翼。

表1　礦區(qū)地層特征

(2)龍灘壩向斜。為一不對稱開闊向斜，軸向近SN，長約3 km。北端在中寨附近閉合，往南消失于高石坎附近。該向斜東翼傾角36°～43°，局部可達50°，西翼傾角5°～15°。在礦區(qū)南部，龍灘壩向斜西翼消失，僅余東翼呈單斜構(gòu)造，單斜地層傾向近W，傾角45°～55°。

1.2.2斷層

礦區(qū)共發(fā)現(xiàn)20多條斷層，按走向大致可分近SN，近EW向2組。其中，規(guī)模較大且對礦體產(chǎn)狀有一定影響的斷層有7條，特征見表2。

表2　礦區(qū)主要斷層特征

1.3構(gòu)造作用

礦區(qū)構(gòu)造主要形成于燕山期[8-9]。褶皺、斷層發(fā)育特征、斷層效應(yīng)及構(gòu)造疊加、切割關(guān)系表明，礦區(qū)至少經(jīng)歷了3期不同性質(zhì)的構(gòu)造作用，按發(fā)生先后順序依次為：第I期近EW向擠壓作用、第II期近SN向擠壓作用和第III期近SN向拉張作用。礦區(qū)構(gòu)造作用與水文地質(zhì)條件關(guān)系密切，特征見表3。

表3　礦區(qū)構(gòu)造作用特征

2水文地質(zhì)特征

2.1含水層和隔水層

礦區(qū)茅口組、棲霞組、擺佐組、高臺組地層為含水層，該類地層巖性主要為碳酸鹽巖，地下水類型主要為巖溶水。茅口組和棲霞組灰?guī)r富水性不均勻；擺佐組白云巖巖溶發(fā)育較強，富水性中等—強；高臺組白云巖巖溶發(fā)育較弱，含水性也較弱。梁山組、大塘組為隔水層，梁山組砂、頁巖由于未受擾動，隔水性較好；大塘組為鋁土礦含礦巖系，自然狀態(tài)下隔水性較好，一旦發(fā)生采礦活動，地層完整性受到破壞，隔水能力便不復存在。

2.2水文地質(zhì)單元

礦區(qū)位于區(qū)域上的龍頭山復背斜水文地質(zhì)單元，為侵蝕淺切割中山區(qū)。受地形、構(gòu)造和隔水層控制，礦區(qū)內(nèi)還發(fā)育龍灘壩向斜、銅鼓壩背斜等次級水文地質(zhì)單元及相應(yīng)的地下強徑流帶。其中，龍灘壩向斜為礦區(qū)最主要的控水構(gòu)造(圖1)，與之伴生的斷層和裂隙為礦區(qū)地下水運移的重要通道。

圖1　龍灘壩向斜地下水徑流橫剖面

2.3地下水補給、徑流和排泄

礦區(qū)地下水主要接受大氣降水補給，含水層地表裸露區(qū)即為補給區(qū)。大氣降水在補給區(qū)進入含水層轉(zhuǎn)化為地下水，在水力梯度作用下，地下水向低水位處運動，匯至地下強徑流帶，在排泄基準面標高(約1 200 m)附近以暗河或泉的形式排泄。無論是地表徑流還是地下潛流，最后均流入紅楓湖。由于受隔水層阻隔，礦區(qū)3組含水層具有各自的補給、徑流和排泄系統(tǒng)，相互之間的水力聯(lián)系較弱。

3構(gòu)造對地下水系統(tǒng)的控制

(1)對水文地質(zhì)單元的控制。地下水的補給、徑流、排泄過程與地形地貌、地質(zhì)結(jié)構(gòu)關(guān)系密切，構(gòu)造對地形地貌、地質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成有重要影響，控制著水文地質(zhì)單元的發(fā)育。麥壩礦區(qū)水文地質(zhì)單元明顯受第I期構(gòu)造作用控制，主要表現(xiàn)為：近SN向大型褶皺為礦區(qū)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)育的基礎(chǔ)，不僅控制著區(qū)域水文地質(zhì)單元的發(fā)育，而且控制著區(qū)域水文地質(zhì)單元內(nèi)部次級水文地質(zhì)單元的發(fā)育。前者體現(xiàn)在區(qū)域水文地質(zhì)單元與區(qū)域構(gòu)造變形區(qū)(龍頭山復背斜)具有良好對應(yīng)關(guān)系，后者體現(xiàn)在區(qū)域水文地質(zhì)單元內(nèi)部因次級褶皺(龍灘壩向斜和銅鼓壩背斜)形成獨立的次級水文地質(zhì)單元。

(2)對巖溶發(fā)育的控制。除石炭系下統(tǒng)大塘組和二疊系下統(tǒng)梁山組地層外，礦區(qū)其余地層主要為碳酸鹽巖。褶皺、斷裂構(gòu)造為該類碳酸鹽巖地層發(fā)育巖溶提供了良好條件。在構(gòu)造擠壓應(yīng)力作用下，褶皺轉(zhuǎn)折端通常發(fā)育大量張裂隙，斷層附近往往形成構(gòu)造破碎帶，巖層之間也可能發(fā)育層間破碎帶。與結(jié)構(gòu)完整的巖石相比，初始結(jié)構(gòu)受到破壞的碳酸鹽巖孔隙率更高，富水性更強，地下水運動更活躍，也更容易發(fā)生溶蝕。在麥壩礦區(qū)，龍灘壩向斜、銅鼓壩背斜的轉(zhuǎn)折端及各條斷層帶是巖溶發(fā)育的有利部位，構(gòu)造交匯部位更有利于發(fā)育大型巖溶。

(3)對隔水層的控制。構(gòu)造對隔水層的控制主要表現(xiàn)在：①斷層對隔水層的破壞作用，斷層兩盤發(fā)生差異運動，破壞了隔水層的連續(xù)性，導致隔水層的阻水能力在斷層附近減弱或喪失，如F8斷層使大塘組、梁山組隔水層在斷層附近隔水能力減弱，棲霞組、茅口組含水層與擺佐組含水層可能通過斷層相互導通(圖1)。②褶皺控制著隔水層的發(fā)育形態(tài)，影響地下水徑流，如褶皺使地下水僅能沿隔水層順勢流動，地下強徑流帶也主要形成于向斜軸部。

(4)對地下水流場的控制。地下水運動與含水層、隔水層的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)關(guān)系密切，后者明顯受控于地質(zhì)構(gòu)造。在麥壩礦區(qū)，對于龍灘壩向斜，地下水沿隔水層向核部匯流；而對于銅鼓壩背斜，地下水則沿隔水層向兩翼分流。此外，構(gòu)造作用產(chǎn)生的附加應(yīng)力疊加在自重應(yīng)力場上改變了含水層的孔隙水壓力的分布狀態(tài)，從而影響了地下水流動的方向和速率。

4結(jié)語

在分析麥壩鋁土礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造特征及水文地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上，著重討論了構(gòu)造對礦區(qū)對水文地質(zhì)單元、巖溶發(fā)育、隔水層、地下水流場的控制作用，對于該礦區(qū)防治井巷突泥涌砂有一定的參考價值。

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(收稿日期2015-12-03)

雷顯權(quán)(1985—)，男，工程師，博士，410011 湖南省長沙市解放中路199號。