向 剛，王嘉銘，陳體云

(貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局104地質(zhì)大隊(duì)，貴州 都勻 558000)

1 引言

貴州省福泉市大灣磷礦是一個(gè)超大型磷礦床，礦區(qū)相鄰區(qū)域分布較多的磷礦開采礦山，開采歷史悠久，復(fù)雜的地質(zhì)及巖溶條件和強(qiáng)烈的礦山開采活動(dòng)相互疊加，導(dǎo)致了區(qū)內(nèi)礦床水文地質(zhì)條件極為復(fù)雜(曾凡祥 等，2021)。礦井排水、礦井水害成為制約該礦區(qū)磷礦資源開采經(jīng)濟(jì)和安全的“瓶頸”，詳細(xì)掌握區(qū)內(nèi)礦床水文地質(zhì)條件并預(yù)測(cè)未來(lái)的演化趨勢(shì)極為重要(周亞醒 等，2021)。

地下水動(dòng)態(tài)特征則是礦床水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地下水補(bǔ)徑排條件演化的信息反映，研究地下水動(dòng)態(tài)特征，不僅有助于了解地下水的形成機(jī)制、運(yùn)動(dòng)與變化規(guī)律，也對(duì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)地下水水量具有重要意義(張士杰 等，2019；唐春雷 等，2020)。研究工作以貴州省福泉大灣磷礦大精查項(xiàng)目為支撐，采用鉆孔地下水位動(dòng)態(tài)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，典型礦山開采排水動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集、同期氣象資料的收集，通過(guò)綜合分析，揭示了研究區(qū)不同條件下的地下水動(dòng)態(tài)特征及演化趨勢(shì)。研究成果對(duì)未來(lái)磷礦區(qū)礦產(chǎn)資源勘查、礦山開采排水設(shè)計(jì)以及礦井水害防治具有指導(dǎo)意義，對(duì)類似礦山的生產(chǎn)也有較強(qiáng)的借鑒作用。

2 研究區(qū)基本特征

福泉大灣磷礦勘查區(qū)位于白巖背斜西翼，礦體賦存在震旦系陡山沱組中，磷礦資源量大，礦體深埋地下，斷裂構(gòu)造發(fā)育，東側(cè)緊鄰開采礦山，礦床水文地質(zhì)條件較復(fù)雜(圖1)。

圖1 大灣磷礦區(qū)域水文地質(zhì)圖(據(jù)貴州省地礦局104地質(zhì)大隊(duì)，2021改編)Fig.1 Regional hydrogeological map of phosphate deposits in Dawan(modified from 104 Geological Party，Guizhou Bureau of Geology and Mineral，2021)1—吳家坪長(zhǎng)興組；2—棲霞茅口組；3—婁山關(guān)組；4—清虛洞組；5—石冷水高臺(tái)組；6—金頂山至牛蹄塘組；7—燈影組至陡山沱組；8—南陀組；9—斷層；10—地質(zhì)界線；11—地層產(chǎn)狀；12—大灣磷礦區(qū)范圍；13—相鄰礦山；14—水文地質(zhì)單元界線

充水層中地下水主要來(lái)自含水層上游的側(cè)向徑流補(bǔ)給，其次為區(qū)內(nèi)大氣降水通過(guò)上覆巖層的垂直入滲，受地形及地質(zhì)構(gòu)造的控制，天然條件下，地下水沿地層走向從南西往北東徑流(寧黎元，2012；曾牡丹 等，2017)。研究區(qū)地下水位高程從南西往北東方向逐漸下降(表1)，地下水徑流方向?yàn)槟衔魍睎|(圖2)。地下水徑流通道主要為巖石中發(fā)育的溶孔溶隙，在靠近斷層帶附近巖石破碎，節(jié)理發(fā)育，徑流通道為斷層節(jié)理裂隙。地下水徑流形式主要表現(xiàn)為隙流，斷層帶附近表現(xiàn)為股狀涌入。(王明章 等，1991；王明章 等，2015)。

表1 研究區(qū)代表性鉆孔地下水位高程值Table 1 Groundwater level elevation value of representative boreholes in the study area

圖2 研究區(qū)水文地質(zhì)及地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)布置圖(據(jù)貴州省地礦局104地質(zhì)大隊(duì)，2021改編)Fig.2 Layout of hydrogeology and groundwater dynamic monitoring network in study area(modified from 104 Geological Party，Guizhou Bureau of Geology and Mineral，2021)1—抽水試驗(yàn)鉆孔；2—鉆孔；3—長(zhǎng)觀點(diǎn)；4—斷層；5—地層界線及代號(hào)；6—河流；7—先期開采范圍；8—地下水流向

3 研究方法

采用研究與生產(chǎn)相結(jié)合、典型礦區(qū)解剖：以貴州省重點(diǎn)礦產(chǎn)資源大精查項(xiàng)目為支撐，以代表性強(qiáng)的大灣磷礦為研究場(chǎng)地；前人資料“二次開發(fā)”與現(xiàn)場(chǎng)勘探相結(jié)合、綜合分析研究的工作方法。

3.1 長(zhǎng)觀點(diǎn)布置

地下水位動(dòng)態(tài)長(zhǎng)期觀測(cè)網(wǎng)主要布置在研究區(qū)下壩山一帶，從上游至下游分別由ZK603、ZK510、ZK709、ZK908、ZK907、ZK900、ZK902、ZK1304、ZK1305構(gòu)成，監(jiān)測(cè)周期為一個(gè)水文年(圖2)。

3.2 數(shù)據(jù)采集途徑

礦區(qū)基礎(chǔ)地質(zhì)條件(地層、構(gòu)造、水文地質(zhì))數(shù)據(jù)采集主要根據(jù)地面調(diào)查、地面地球物理勘查獲取。

長(zhǎng)期觀測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)采用測(cè)繩、萬(wàn)用電表進(jìn)行水位測(cè)量，地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)頻率原則上一周一次，雨季加密觀測(cè)，觀測(cè)方法和頻率符合規(guī)范要求，采集的數(shù)據(jù)可靠，獲取的數(shù)據(jù)豐富翔實(shí)，為本次研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4 數(shù)據(jù)分析與結(jié)果

4.1 地下水動(dòng)態(tài)成因

研究區(qū)燈影組含水介質(zhì)為溶孔、溶隙、裂隙，地下水以分散徑流為主。ZK603位于研究區(qū)最西部，距離東部的開采區(qū)較遠(yuǎn)，其鉆孔觀測(cè)資料顯示，鉆孔水位值與降雨量存在一定的相關(guān)性，存在雨季期間鉆孔水位上升，枯水期間鉆孔水位下降的趨勢(shì)(圖3)。ZK603動(dòng)態(tài)資料說(shuō)明遠(yuǎn)離開采區(qū)的地下水動(dòng)態(tài)與氣象密切相關(guān)，成因?qū)贇庀笮汀?/p>

圖3 研究區(qū)長(zhǎng)觀孔(ZK603)地下水位動(dòng)態(tài)曲線圖(據(jù)貴州省地礦局104地質(zhì)大隊(duì)，2021)Fig.3 Groundwater level dynamic curve of long-time observation hole ZK603 in the study area(modified from 104 Geological Party，Guizhou Bureau of Geology and Mineral，2021)

ZK907、ZK900、ZK902、ZK1304等觀測(cè)孔位于研究區(qū)最東部，距離東部的開采區(qū)較近，其水位動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料顯示，觀測(cè)期間水位值呈逐漸下降的趨勢(shì)(圖4)，且進(jìn)入豐水期后地下水位仍在不斷下降，說(shuō)明該區(qū)地下水動(dòng)態(tài)受東部開采區(qū)影響較大，其動(dòng)態(tài)成因主要受相鄰礦山開采排水影響，與降雨量關(guān)系不大。

圖4 研究區(qū)觀測(cè)孔水位動(dòng)態(tài)曲線(據(jù)貴州省地礦局104地質(zhì)大隊(duì)，2021)Fig.4 Water level dynamic curve of observation hole in the study area(modified from 104 Geological Party，Guizhou Bureau of Geology and Mineral，2021)

甕安磷礦位于集中開采區(qū)，其礦井及周邊礦井均在不同程度排水，通過(guò)收集甕安磷礦2018年8月至2019年9月期間的礦井抽排水序列資料(圖5)，其礦井排水量總體上變幅不大，礦井排水量與降雨量值相關(guān)性較低，說(shuō)明甕安磷礦地下水動(dòng)態(tài)成因受集中開采區(qū)影響，與降雨關(guān)系不大。

圖5 甕安磷礦排水量動(dòng)態(tài)曲線圖(據(jù)貴州省地礦局104地質(zhì)大隊(duì)，2021改編)Fig.5 Dynamic curve of phosphate mine drainage in Weng’an County(modified from 104 Geological Party，Guizhou Bureau of Geology and Mineral，2021)1—甕安磷礦排水量值序列曲線；2—甕安磷礦排水量趨勢(shì)線；3—降雨量趨勢(shì)線

綜上，大灣磷礦區(qū)遠(yuǎn)離開采區(qū)的地下水動(dòng)態(tài)與氣象密切相關(guān)，成因仍屬氣象型，但礦山集中開采區(qū)及相鄰地帶區(qū)域地下水逐年持續(xù)下降，地下水動(dòng)態(tài)成因?yàn)殚_采型，氣象因素對(duì)其影響較小。

4.2 地下水動(dòng)態(tài)特征

ZK603鉆孔水位觀測(cè)期間，最高水位值為1 081.21 m，最低水位值為1 074.01 m，最大變幅為7.2 m，變幅總體上較小，表現(xiàn)為承壓水性質(zhì)，且地下水呈現(xiàn)深部徑流運(yùn)移的特征，富水性較均一(圖3)。

甕安磷礦位于東部集中開采區(qū)，其最低采高為900 m，采空區(qū)面積約60 000 m2，期間礦井最大抽排水量為7 263.1 m3/d，正常抽排水量為4 656.5 m3/d，變化率為1.56。礦井排水變化率較低，燈影組地下水位和水量總體較穩(wěn)定，含水較均勻，含水層地下水具有較強(qiáng)的調(diào)蓄能力。其動(dòng)態(tài)資料說(shuō)明相鄰開采礦山排水量已經(jīng)大于充水含水層的補(bǔ)給量，礦井排水除了排出天然條件下的地下水補(bǔ)給量以外，已經(jīng)表現(xiàn)出對(duì)含水層中地下水的儲(chǔ)存量持續(xù)疏干。

5 結(jié)論

(1)根據(jù)綜合分析結(jié)果，大灣磷礦區(qū)地下水動(dòng)態(tài)主要受相鄰礦山開采抽排水控制，基本上與氣象因素?zé)o關(guān)。

(3)根據(jù)相鄰礦山較穩(wěn)定的抽排水序列資料反映，充水層燈影組地下水具有較強(qiáng)的調(diào)蓄能力。

建議大灣磷礦未來(lái)礦山建設(shè)中進(jìn)行排水設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮相鄰礦山排水疏干因素，以及開采中要加強(qiáng)對(duì)地下水的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。