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        緬甸萊比塘銅礦堆浸場(chǎng)地層的滲透性特征分析

        2017-07-05 14:17:33呂建中鄒加學(xué)何智
        西部資源 2017年3期

        呂建中 鄒加學(xué) 何智

        摘 要: 本文以緬甸萊比塘銅礦堆浸場(chǎng)地層特點(diǎn)為例,分析了影響各地層滲透性的因素及提出了層狀結(jié)構(gòu)、帶狀(或環(huán)帶狀)結(jié)構(gòu)和殼狀結(jié)構(gòu)三種不同的滲透結(jié)構(gòu),對(duì)比分析各滲透結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系,加強(qiáng)了對(duì)該類(lèi)地層滲透性分布規(guī)律的認(rèn)識(shí)。

        關(guān)鍵詞: 砂泥巖互層; 斑巖侵入體; 風(fēng)化殼; 滲透性

        在許多水利水電工程、堆場(chǎng)工程及基坑工程等建設(shè)中,經(jīng)常會(huì)遇到相關(guān)的工程水文地質(zhì)問(wèn)題,如巖體邊坡中的水壓力計(jì)算,滲控工程評(píng)價(jià)、壩肩繞滲、場(chǎng)地滲透性及廢棄物堆場(chǎng)的防滲問(wèn)題等。因此,研究地層滲透性特征,分析其滲透規(guī)律,對(duì)解決相應(yīng)的滲流問(wèn)題有著重要的意義。

        1. 研究區(qū)概況

        本次以緬甸萊比塘銅礦堆浸場(chǎng)場(chǎng)地為例,對(duì)其場(chǎng)地砂泥巖互層地層及斑巖(侵入體)的滲透性特征作研究分析。

        擬建堆浸場(chǎng)內(nèi)噴淋液含強(qiáng)酸和銅離子,故對(duì)地層滲透性的了解對(duì)將來(lái)防滲措施的設(shè)計(jì)起至關(guān)重要作用。

        堆浸場(chǎng)場(chǎng)地面積約7km2,以丘陵地形為主,地形起伏。場(chǎng)地地層由砂巖、泥巖及斑巖侵入體組成,覆蓋層較薄,其中砂巖、泥巖呈互層關(guān)系,薄—中厚層狀,傾角較小,一般小于10°,砂巖節(jié)理裂隙發(fā)育,而泥巖節(jié)理裂隙則弱發(fā)育;斑巖侵入體呈巖墻或巖株?duì)町a(chǎn)出,巖體呈塊狀,縱向上風(fēng)化差異較大。對(duì)三種巖石的滲透系數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),總體具弱透水性(詳見(jiàn)表1)。

        2. 巖體的滲透結(jié)構(gòu)分析

        巖體的滲透結(jié)構(gòu)是指不同滲透性的巖體在空間中的組合方式,即巖體滲透性的空間分布規(guī)律,研究裂隙巖體滲透結(jié)構(gòu)是研究裂隙介質(zhì)中地下水移動(dòng)和溶質(zhì)運(yùn)移的基礎(chǔ)。

        在砂、泥巖等非碳酸鹽巖地層中,節(jié)理裂隙是地下水滲流的唯一通道,裂隙發(fā)育程度及空間分布規(guī)律決定了地層的滲透性特征,而影響地層節(jié)理裂隙發(fā)育程度及空間分布規(guī)律的因素有場(chǎng)地分布的巖性、風(fēng)化作用和動(dòng)力構(gòu)造作用。

        通過(guò)對(duì)堆浸場(chǎng)地層滲透性試驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析研究,得出場(chǎng)地內(nèi)地層的滲透結(jié)構(gòu)可分為層狀滲透結(jié)構(gòu)、殼狀滲透結(jié)構(gòu)和帶狀(或環(huán)帶狀)滲透結(jié)構(gòu):

        2.1 層狀滲透結(jié)構(gòu)

        場(chǎng)地內(nèi)層狀滲透結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)在砂泥巖互層地層中。現(xiàn)場(chǎng)對(duì)砂、泥巖裂隙進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(詳見(jiàn)表2),

        表2 砂泥巖裂隙統(tǒng)計(jì)表

        [巖性\&裂隙寬度(mm)\&裂隙密度(條/米)\&范圍值\&平均值\&范圍值\&平均值\&砂巖\&2~8\&4\&2~5\&3\&泥巖\&0.5~3\&1.5\&1~3\&1.3\&]

        結(jié)果表明,砂巖中裂隙無(wú)論是寬度或密度,均大于泥巖中裂隙的發(fā)育程度。這一現(xiàn)象可由地層高密度電法勘探場(chǎng)地電阻率得到驗(yàn)證:砂巖層電阻率420(Ωm),泥巖層電阻率280(Ωm)。說(shuō)明在無(wú)地下水的情況下泥巖體介質(zhì)的連續(xù)性高于砂巖。

        同時(shí),由于泥巖中裂隙被泥質(zhì)物質(zhì)充填堵塞,其貫通性或連續(xù)性均小于砂巖中裂隙。統(tǒng)計(jì)堆浸場(chǎng)內(nèi)砂巖、泥巖壓水試驗(yàn)結(jié)果,砂巖透水率(Lu)3.75,而泥巖僅透水率(Lu)0.57。顯然,在裂隙寬度、密度及裂隙長(zhǎng)度等因素的綜合影響下,砂巖層的滲透性要遠(yuǎn)大于泥巖層的滲透性。這一規(guī)律即形成了砂巖為相對(duì)透水層,泥巖為相對(duì)隔水層的層狀滲透結(jié)構(gòu)。

        2.2 帶狀(環(huán)帶狀)滲透結(jié)構(gòu)

        場(chǎng)地內(nèi)侵入巖體發(fā)育,與圍巖接觸帶在平面上呈帶狀或環(huán)帶狀分布,圍巖與其接觸帶由于熱液及動(dòng)力作用的影響,巖體裂隙發(fā)育,且部分成碎裂狀構(gòu)造,影響距離一般小于35m。

        侵入巖體的侵入活動(dòng)是影響裂隙發(fā)育的重要因素,因此巖體的滲透性也必然受其影響。侵入巖體與圍巖的接觸帶這一裂隙密集發(fā)育帶,即形成了地層滲透性的帶狀(或環(huán)帶狀)結(jié)構(gòu),表現(xiàn)為透水性。

        對(duì)接觸帶及附近對(duì)裂隙進(jìn)行統(tǒng)計(jì),呈現(xiàn)出在接觸帶影響區(qū)內(nèi),巖體裂隙的寬度及密度均有所增加,且隨著距接觸帶距離的增加,裂隙的寬度與密度漸趨于穩(wěn)定現(xiàn)象(詳見(jiàn)圖1)。

        2.3 殼狀滲透結(jié)構(gòu)

        根據(jù)場(chǎng)地內(nèi)鉆探及高密度電法勘探成果,地層淺部存在一個(gè)風(fēng)化殼層,與各巖性抗風(fēng)化能力程度有關(guān),這一特點(diǎn)在斑巖侵入體中尤為明顯,斑巖侵入體強(qiáng)風(fēng)化殼厚度一般在10m~20m之間,平均電阻率350(Ωm),且風(fēng)化殼的厚度主要受地形地貌條件的控制,一般說(shuō)來(lái),在山梁或山丘頂部風(fēng)化殼層厚度較大,呈“帽”狀,越往深部走,巖體風(fēng)化程度越低。

        由于受風(fēng)化卸荷作用,風(fēng)化程度越高,巖體內(nèi)裂隙越發(fā)育,風(fēng)化程度越低,深部裂隙趨于閉合。鉆探及高密度電法勘探成果證實(shí)(詳見(jiàn)圖2),在風(fēng)化卸荷作用的影響下,山體表面存在一個(gè)裂隙相對(duì)發(fā)育的風(fēng)化殼層,該殼層的滲透性明顯大于其下部巖體(詳見(jiàn)圖3),這一規(guī)律構(gòu)成了斑巖侵入體的殼狀滲透結(jié)構(gòu),即中間厚四周薄的滲透結(jié)構(gòu)。

        3. 各滲透結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系

        以上所述三種滲透結(jié)構(gòu)都是相互聯(lián)系的,其中層狀滲透結(jié)構(gòu)是最基本的滲透結(jié)構(gòu),帶狀(或環(huán)帶狀)和殼狀透水巖體在滲透性方面同時(shí)具有層狀滲透的基本特點(diǎn)。

        場(chǎng)地內(nèi)三種巖層的滲透性不盡相同,砂巖裂隙寬度、密度及貫通性均大于泥巖和斑巖,其滲透性最大;泥巖主要呈薄層狀構(gòu)造,裂隙弱發(fā)育或呈閉合狀態(tài)等因素,其滲透性最??;而斑巖則滲透性較小,由于其裂隙多被長(zhǎng)石類(lèi)礦物充填,其滲透性受到影響,由于滲透性差異的存在,造成的場(chǎng)地內(nèi)相對(duì)透水層和相對(duì)隔水層同時(shí)存在,宏觀上使整個(gè)場(chǎng)地滲透性具各向異性分布的特點(diǎn)。

        4. 小結(jié)

        4.1 砂泥巖互層地層的滲透結(jié)構(gòu)一般表現(xiàn)為層狀滲透結(jié)構(gòu);侵入巖體與圍巖接觸帶的滲透結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)為帶狀(或環(huán)帶狀)滲透結(jié)構(gòu);而在斑巖侵入體中,由于山丘頂淺部風(fēng)化殼的存在,而使其滲透結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為殼狀滲透結(jié)構(gòu)。

        4.2 裂隙是決定巖石地層滲透性大小的主(下轉(zhuǎn)87頁(yè))(上接75頁(yè))要因素,層狀滲透結(jié)構(gòu)是最基本的滲透結(jié)構(gòu),帶狀(或環(huán)帶狀)和殼狀透水巖體在滲透性方面同時(shí)具有層狀滲透的基本特點(diǎn)。

        4.3 同一場(chǎng)地不同滲透性介質(zhì)同時(shí)存在時(shí),滲透性一般表現(xiàn)為各向異性的滲透特點(diǎn)。

        4.4 在滲透結(jié)構(gòu)及各向異性滲透性的影響下,地層滲透性特點(diǎn)一般復(fù)雜多變,在研究巖體裂隙滲流及其對(duì)建筑物的作用時(shí),應(yīng)對(duì)此予以足夠重視。

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