云南东川人占石铜矿水文地质特征及水害预防.pdf
2 0 1 6 年第 4 l 卷第 5 期 Vo 1 . 4 1 No . 5 能 源 技 术 与 管 理 E n e r T e c h n o l o a n d Ma n e me n t 1 0 7 d o i 1 0 3 9 6 9 6 i s s n . 1 6 7 2 9 9 4 3 .2 0 1 6 0 5 . 0 3 9 云南东川人占石铜矿水文地质特征及水害预防 游奔, 张少云, 肖晓牛, 易飞, 张晓坤 江苏省有色金属华东地质勘查局 资源调查与评价研究院, 江苏 南京 2 1 0 0 0 7 [ 摘要 ] 矿区水文特征研究对防治水文地质 灾害、 改善矿区环境具有重要意义。依据人 占石 铜矿 区详查资料 , 分析 了矿 区地下含 水岩组补、 径 、 排等基本水文地质特性及地下 水化学条件 矿 区具有 3个含 隔水 系统 , 其 中青龙 山组裂 隙一 岩 溶含水层是主要含 水层 , 具有岩溶现 象发育、 地下以静储量为主 、 垂 向水力联 系密切等水文地质特征 。 由于白云岩岩溶作用, 导致青龙山组水化学类型由s 0 H C O 一 C a M g 逐渐向H C O S O 一 M g C a 过渡。针对安全开采制定相应的防治水措施 , 为云南省具有相似水文地 质特征的矿床勘探和设计提供理论依据。 [ 关键词] 东川矿区; 人占石铜矿; 水文地质; 深部开采; 青龙山组; 矿床勘探; 水害预防 [ 中图分类号 ]T D1 6 3 . 2 [ 文献标识码 ]B [ 文章编号]1 6 7 2 _ 9 9 4 3 2 0 1 6 0 5 一 O 1 0 7 _ O 4 0引 言 水文地质条件制约着矿井 的勘探程度和开发 方案设计,矿井水防治和水资源利用伴随矿床开 采的始终 ,采矿过程突水涌水严重威胁矿井安全 生产 ,并造成地下水质的污染 以及矿区地表水资 源短缺 ] 。查 明矿区水文地质条件 、 地下水补给 、 径流 、 排泄路径以及地下水化学特征和变化规律 , 对防治水文地质灾害 、改善矿区环境具有重要意 义 。 东川矿 区是我国著名的铜矿区, 具有悠久的开 发 、 勘查和地质研究历史。 矿体主要赋存于因民组、 落雪组和黑山组。人 占石铜矿矿体赋存在青龙山 组 白云岩中,类型包括受层 问裂隙控制的似层状 铜矿和产于隐爆角砾岩筒周边 的裂隙矿 2 种 _ 3 _ 5 ] 。 我国矿区特别是金属矿山矿井水利用率低 ,以排 放为主。 随着矿床开采向深部发展 , 东川矿区在深 部开采均 出现了矿坑大量涌水 、 积水 , 形成水文地 质灾害的直接和间接危害较大 ,矿区水文地质工 作亟需加强_ 6 ] 。本文基于水文地质资料 、 野外踏勘 及矿坑水化学样品测试结果 ,分析人 占石铜矿区 水地质及水化学特征 ,为矿井水害预测与防治提 供建议。 1 区域地 质背景 人 占石铜矿区位于东川区因民镇 ,北临金沙 江, 与四川会东隔江相望。 矿区地处然薪厂复背斜 西翼 的次级人 占石 向斜轴部近南北向断裂带 内, 矿 区海拔标高 7 2 8 1 7 2 0 m,地形坡度 4 0 。 ~ 7 6 。 , 矿区平硐标高范 围为 1 3 4 9 ~ 8 0 3 m。 该矿床为沉积 变质叠加热液改造型矿床 ,矿区地层主要为 中昆 阳群黑 山组 P t K n 2 h 和青龙 山组 P t K n q , 赋矿 地层为青龙山组白云岩。 矿体产状向西陡倾, 走向 近南北 , 矿石 以黄铜矿为主, 次为孔雀石 、 蓝铜矿 、 斑铜矿 |7 _ 。 2 矿区水文地质特征 矿区位于薄刀岭 一人 占石一线近南北 向分水 岭的北坡 , 呈一单斜 自流斜坡 。 地下水位与地形关 系较为密切_7 _ , 总体为一贫水区域, 仅雨季有地表 溪流沿沟谷下渗、流出,并迅速排泄于北侧金沙 江 。 2 . 1 含 隔 水层特征 根据矿区地层岩性 、 岩溶与裂隙发育程度 、 富 水性等, 将矿区划分为以下 3 个含 隔 水层。 人占 铜矿区水文地质如图 1 所示。 2 . 1 . 1 黑 山组炭质板岩裂隙水弱含水层 岩性主要为黑色薄层状炭质板岩 ,仅黑山组 二段夹灰 一青灰色中厚层状灰岩 、 白云岩。 黑山组 地层总厚 6 6 0 m,三段与上覆青龙山组地层整合 接触, 厚约 3 7 0 m5 ] 。 在矿区地表两侧有出露 , 坑道 及钻孑 L 揭露较少。 由于多期次构造作用影响,黑 山组板岩纵 向 节理 、 裂隙发育 , 大量层间裂隙为地下水赋存提供 了一定的空间 , 也是地下水运移 的重要通道。 另一 方面 , 由于裂隙发育非均质特征的影响 , 地下水局 部赋存 , 相互间缺乏联系, 不构成统一水体。远离 构造带未受构造破坏的板岩, 构造裂隙不发育, 地 1 } { 游 介. 等 南尔J i 1 人 1 0 锏矿水义地质特 『 爻水害预防 2 0 1 6年 l 0』 J 1 f I. 2 l 6 图 1 人占石铜矿区水文地质示意 下水 流 此受阻溢 J J 成泉 J 域 水文资料表明.陔 水层水化学类 } 较 复杂 , 住多种地 下水 f bT 类 , p H值 为 5 . 5 ~ 8 . 4 ,多数 - 【 { | 性 偏碱 r t - ,溶解 总 体勾 7 ~ 2 91 9 mg / I 2 . 1 . 2 ⋯绀I , 1 料裂隙 一 溶弱 一中等 水 _ ’F 要 为厌 一青 厚层块状 门云 , 4 0 ~ 1 O 0 I I 1 , 走向近南北 , J 状陡峭 地 下水 流动 过程I } 1 . 沿构造裂隙列‘ 碳酸盐岩进f 溶蚀 , 裂隙发 育部化 溶作用较强烈 , j卜 伙黑 I l I 组地层接触 带处 差 溶 作用影响, 溶 为发育 水化学类 以硫酸 一 碳酸镁钙犁水 为 , 次为重碳酸 一硫酸镁钙型, K. 1 1 l 1 巾性 一弱舭 P t - , 总硬度较高 ,溶解性总『 I l 小 l 0 7 1 ~ 2 1 7 0 i n g / l J 抽水 验结 表l 纠, 渗透 系数 0 . 2 l 8 ~ 0 . 0 5 4 f 1 1 / I I , l 位涌水舒 f 】 . 0 4 5 ~ 0 . 6 0 4 L / s 1 1 1 J , 富水性弱 一中等 2 . 1 3第 四系 Q 残坡秘孔隙水弱 水层 t I 7 ,, j 4 i i 沟谷 及地辨低 处 , 要为松I 玫 岩类 的戏坡 f j 1 砂砾石 , 砂质黏 | L 等松散堆积物, 厚 度 0 ~ l 0 1 1 1 , 为透水不含水地层 , 富水性微弱 2 _ 2 构造作用对矿床充水影响 d - I ≮所经J gV ,j 构造运动较 乃复杂 ,由于多次 构造作川的程 』 J Ⅱ 和改造 , 形成大量断裂 , 并经I -fi J ,5 期地下水7 P f t ,_ k这些啄 断裂千 溶蚀孔 、 洲缝成 地下 水呲仔的主要空间和 I 渗流通道 矿区总f 小 受 到 2次} } j 铍变形, 甲 期受 I 挤 , 期进受 N s阳曲 烈挤 i , 使地层 发 倒转 i J 生反 s q F J ’f 【 例 l l 1 K l I t - I ‘ 坨I 1 1 组 白云 ⋯ 坑道投影 ’ 坑 道排 水 、 、 ’ 地 卜,K 线 ▲ “ {j 水试验 钻丁 L K 3 。 ‘ 水 探矿钻孔 豳3 3 2 J-⋯ 1 IL .“, - L IQ / 。 二 、 刷编号 及 冉 s 爪化 、 t采样点 l 线 舢探线 及编 号 1 1 ,形成 r 2 近 西向的逆断层及 l 组近水 的张裂 e N E、 N、 、 ’ I h J 斜交 裂, 将 矿m切害 0 成 状块怵 , 地 下水的运移 、 瓶 1 、 溶蚀 、 富集提供 仃利条什 如 lJ 乐 , P D 5坑道拥; 进 至 4线 南部 l 4 洲点北 2 1 1 1 处遄断层 ,初期} J L 近尔西阳做 带f J1 】 水量较大 . 坑道 顶板 及左壁均仃 水, 随后顶板} I }j 水逐渐减弱至淌l,夫, 左壁i f fj 水城臆定住 1 . 4 8 I / s 水样采样点编 ‘ s 4 . 推测 i 发 迈 向断裂淘迎 溶洲所致 , l I _ f f i fl , l f 于巷道尔侧 , ,i -t7 】 水位高 j 巷道顶饭, 随水化降低 顶板突水脱象消失 . 表明该 突水点有』 O f ik 水源补给. 日 . 流城较稳定 2 . 3 地 下水 补 、 径 、 排条 件 矿区地 尔两 侧 分别⋯ f 小乖 u 黑I l i k k 1. 饭 绀成卡 日 对 水边 , 形成“ 廊道 ” 水构造模式 地表分水岭 j 地 卜 分水岭一敛 , 补给条什清楚 , 流和排泄条什较简单 矿区地 卜 水的补给 h 式 _ l 。 大 降水人渗 本区蒸发强烈 , I K内协年平均降水量 为7 5 9 . 011 1 1 1 1 . 远小于h T fl 、 卜 均蒸发量 的 2 5 5 I . 9 n l l l l 雨季较充 沛的降水 为地下 水人渗 ,b b f 提供 r允足来源 , 但 I 大 J 地形陡峭 、 切割强烈 , 卡 r f 做 发育 , 第 四系 残坡积物 度小 、岩性多为 粘土 .人渗条什 差 .大部分人 降水形成地农 .z , 4 2 -g 依地肜 自然排 f I l I , 只有少部分通过风化裂隙人渗补给地下 水 , 凶此 , 矿I x 水层 I { 露地段即 地下水的补给区 , 补给量受 I 述条什的制约 , 水层的静储量和动 2 0 1 6年第 4 1卷第 5期 Vo 1 .41 No . 5 能 源 技 术 与 管 理 E n e r g y T e c h n o l o a n d Ma n e me n t 1 0 9 储量有限。 矿区施工的钻孔地质资料表明, 地下水 径流的主要通道有断层破碎带 、黑 山组板岩与青 龙山组 白云岩接触带及岩体破碎地段。 局部地区受构造作用影响, 基岩裂隙发育 , 形 成小储水构造。 接受大气降水补给后 , 地下水经短 途运移 , 形成裂隙岩溶水小循环 。 而远离构造破碎 带处 , 基岩裂 隙不发育 , 地下水径流受阻 , 溢 出成 泉排泄。 坑道开拓之后 , 坑道排水成为主要排泄方 式。 2 . 4 青龙 山组水文地质特征 青龙山组 白云岩是东川人 占石铜矿重要含水 岩组,对矿区总体水文地质调查和水害防治具有 重要影响。该含水层岩溶发育, 含水性较好, 具有 下述特征 1 主体含水层位于地下水位以下。根据然 薪厂 一薄刀岭一带现存老峒调查 ,所见老峒坑道 内一般未见出水 、 滴水现象 , 岩层 面上无淋水和渗 水 , 多为干燥区 , 大多分布在地下水位以上。如图 l 所示 , P D 3平峒与 P D 4平峒分别位于地下水位 上下, 其上 P D 1 平峒、 P D 2 平峒、 P D 3 平峒内均无 水 , 其下 P D 4平峒 、 P D 5平峒的坑道壁帮潮湿 , 局 部有滴水现象 。 2 地下水以静储量为主 , 动储量补给有 限。 P D 43线 施工钻孔 Z K 3 0 1的 向东 5 8 m处水平 钻遇溶洞或破碎带 ,初期最大涌水量约 1 . 3 9 L / s , 导致巷道 大量积水并溢流至峒 口; 6 0 d后经实测 涌水量锐减为 0 . 0 4 L / s 水样采样点编号 S 1 , 近 乎枯竭。 具有初期水量大 、 静水压力大 , 但衰减快 、 稳定流量小的特征 ,表 明该处地下水 以静储量为 主 , 动储量补给有限。 3 垂 向水力联系较密切。上述 S 1和 S 4水 样在水化学 三线 图上较为接近 ,分析结果均为 H C O , S O 一 M g C a 型水。2 水样均位于主矿体东 侧 , 初步估算 2 水样距离约 2 1 5 m左右 P D 4平峒 与P D 5平峒垂直距离 1 1 8 m , 两者水力联系较密 切 。结合 P D 4 一 Z K 3 0 1 补 及 P D 6 一 Z K 3 0 5钻孔遇 水情况, 推测在主矿体东侧可能存在储水空间, 受 同一地层或同一断裂破碎带制约。 4 不同地层及岩性接 触带处溶洞较发育 。 主要表现在钻孔揭露青龙山组白云岩与下伏黑山 组板岩的地层接触部位 ,以及青龙 山组白云岩与 黑云钠长岩岩体接触处, 溶洞较发育, 主要由岩性 不同导致 的差异溶蚀所引起 。 3 矿区水化学特征 野外地质勘查期间,系统采集 了地表水及地 下水水样 ,经 国土资源部昆明矿产资源监督检测 中心进行水质分析 , 结果如表 1 所示。 表 1 人 占石矿区水化学分析结果 m g / L 从矿区及区域范围内所取水样情况来看, 天生 塘泉水 水样采样点编号 S 2 为s O H C O 一C a Mg 型水 , p H值呈酸性 , 总硬度较低 , c a 2 、 M 离子总 量 小于 5 m ; 矿化度为 2 8 . 5 m L , 可溶性 固体 含量也较低 ,该泉水为区域范围内生活及生产用 水水源。 地 表 水 水 样 采 样 点 编 号 S 8 、 S 1 8 为 H C O , S O 一C a Mg 型水 , 一般无色 、 无味 、 无臭 , 透明,总硬度 、矿化度及含量中等偏低 ,分别在 5 0 m L以及 3 0 0 m L以下 。金沙江水的矿化度 2 0 1 6年 l 0月 1 1 0 游奔 , 等云南东川人 占石铜矿水文地质特征及水害预防0 c t . , 2 0 1 6 略高于水井山河水,可溶性固体含量中等, p H值 呈弱酸性 一中性。 矿 区地 下 水水 质 类 型 主要 为 S O H C O 一 Mg C a ,次 为 HC O 3 S O 4 一Mg C a ; p H 值 为 中 性 一弱碱性 , 总硬度为 8 8 9 . 4 ~ 1 5 l 8 . 0 0 mg / L , 平均 1 1 2 8 . 9 4 mg / L ; 矿化度 1 3 0 5 . 0 0 2 1 4 8 . 6 5 mg / L, 平 均 1 6 3 2 . 8 8 m g / L ; 总硬度 、 矿化度及可溶性固体含 量较高 。 结合水化学三线 图分析 , 矿区地下水水样 c a 、 M 含量较高 , 水样 s 1 、 s 4 、 s 8 、 S 1 0的HC O 一 含量 大于 5 0 % , 主要以碳酸盐硬度为主 , 而水样 S 2 、 S 3 、 S 5 、 S 6的 s 0 4 2 _ 和 C l 一 含量大于5 0 %,主要 为永久硬度 ] 。 矿区由主要供水源经引入后在青龙山组白云 岩中经短暂地下循环 ,从补给区至排泄区, I 含 量减少 , M g 含量增大 , 同时 s O 4 2 _ 含量逐渐减少 , H C O 一 含量逐渐增多 ,使得从最初 的 S O HC O , 一 c a Mg型水变化为 H C O S O 4 - M g C a 型水 。溶滤 作用是地下水最主要的化学作用之一, M g 2 离子 大量增加是 白云岩淋滤作用 的结果。矿区白云岩 岩溶作用强烈 、 形成大量裂隙和溶蚀孔洞 , 为充分 的水岩接触及反应提供 了条件。 但纵 向上 , 局部地 区受构造作用影响 ,接受大气降水补给的能力较 弱 , 地下水经短途运移 , 只形成局部可流动的岩溶 水小循环 , 地下水流动能力有限, 地层深部溶滤作 用未能持续地强烈发育 。 4 水 害预测 与防治 人 占石矿区目前相对因民、落雪矿区海拔较 低, 鉴于青龙 山组含水层 的水文地质特征 , 当开采 地下水位以下的矿体时 ,应注意防止坑道突水事 故发生。 对可能有威胁的区域,采用超前钻探等措施 加 以防范 , 并观测记录突水点和水量 。 若未来继续 往深部开采位于当地侵蚀基准面金沙江水面以下 的矿体时, 水文地质条件类型可能更加复杂, 要注 意分析地表水体金沙江对矿坑巷道的突水影响, 加强矿坑排水和采掘过程 中的探放水工作 ,必要 时建议矿 山建立水文地质的长期观测点。 5 结论 1 人 占石矿 区内依据地层岩性 、岩溶与裂 隙发育程度、富水性共可划分出黑山组炭质板岩 弱含水层、青龙山组裂隙一岩溶含水层以及第四 系残坡积孔隙水含水层 3个含水系统。矿区受构 造作用影响明显, 发育大量裂隙储渗带, 主要为降 水入渗补给 , 地下水经短途运移 , 在近地表循环 , 径流和排泄条件较简单。 2 青龙山组为矿 区主要含水岩组 ,为白云 岩裂隙 一岩溶含水 , 有以下 4个特征 受开采坑道 长期排水影响, 地下水位以上的部分一般不含水 ; 地下水以静储量为主 , 动储量补给有限; 水力联 系 垂向上较密切 ;不 同地层及岩性接触带处溶洞较 发育。 3 坑道揭露的破碎带处岩溶较发育 ,矿 区 青龙山组白云岩岩溶作用较为强烈,对地下水化 学性质空间变化起控制作用 。地下水在青龙山组 白云岩 中经短暂循 环 后 , 、 0 4 2 - 含量 减少 , 而 M g 2 、 H C O 。 一 含量剧增 , 使得从最初的s O H C O , 一 C a Mg 型水变化为 H C 0 3 “ S O 一Mg C a型水 , 表明 白云岩淋滤作用的影响明显 。 4 青龙 山组是矿 区水害的重点监测层 位 , 建议采用超前钻探 ,并观测记录突水点和水量大 小 , 密切监测地表水体 , 或建立水文地质 的长期观 测点 , 以防止坑道突水事故发生。 [ 参 考 文 献] [ 1 ] 袁航, 石辉. 矿井水资源利用的研究进展与展望[ J j . 水 资源与水工程学报, 2 0 0 8 5 5 0 5 7 . 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