粘土礦區(qū)水文地質(zhì)特征與充水因素分析

通過(guò)對(duì)區(qū)域水文狀況、區(qū)域構(gòu)造、區(qū)域地下水補(bǔ)徑排和礦區(qū)水文地質(zhì)條件素的分析，總結(jié)了礦床的充水因素，為礦山開(kāi)采水害防治提供了參考資料和決策依據(jù)。1區(qū)域水文地質(zhì)概況系統(tǒng)，該系統(tǒng)西起平樂(lè)宜陽(yáng)斷層，東至五指嶺斷層，南至萬(wàn)安山、馬鞍山地表水分水嶺滯流區(qū)，總面積566.18km2;五指嶺斷層把東部滎鞏巖溶水系統(tǒng)和偃龍巖溶水系統(tǒng)分隔成兩個(gè)獨(dú)立的水文單元；嵩山復(fù)背斜為黃河水系和淮河水系的地表分水嶺。烈，溝嶺相間，縱橫交錯(cuò)，相對(duì)高差400m左右。區(qū)域?qū)倥瘻貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，四季分明，根據(jù)鞏義市氣象局多年資料，年平均氣溫14.6℃,最高氣溫42.3℃,最低氣溫-21.7℃。年最大降水量990.6mm,年平均降水量604.7mm,年平均蒸發(fā)量2136.2mm。蒸發(fā)量大于降水量。春季干燥多風(fēng)少雨，夏季炎熱多雨，雨季多集中在七、八兩個(gè)月。年平均無(wú)霜期242天，12月至次年3月為霜凍期。北，傾向北，傾角10。~30。，自下而上依次為下古生界寒武系、奧陶系灰?guī)r；上古生界石炭系含鋁巖層，二疊系（含煤）砂泥質(zhì)巖層；新生界新近系、第四系沖積層等。脈主體，展布方向近東西，軸部由基底巖系組成，兩翼則為中―新元古界和古生代地層構(gòu)成，是一個(gè)比較寬緩的大背斜，其間被五指嶺斷層、嵩山斷層兩次左行錯(cuò)斷，總體控制了區(qū)內(nèi)主要分布。主要大斷層有以下幾種。屬區(qū)域性大斷層，走向?yàn)楸蔽髂蠔|，北西端起于南山口附近沒(méi)入黃土層下，的黃花嶺以東，延長(zhǎng)達(dá)15km以上，斷層?xùn)|北為仰側(cè)西南為俯側(cè)，斷層面傾向?yàn)槟衔?，傾角60。左右，屬高角度的正斷層，垂直斷距約1000m,且有平移性質(zhì)，將嵩山山脈東部向北西方向平移達(dá)5km;是東部滎鞏巖溶水系統(tǒng)和偃龍巖溶水系統(tǒng)的分界線。此斷層與五指嶺斷層近于平行，位于登封市城之西北，走向北西―南東，東南端起于登封市之中岳廟，西北端沒(méi)入鞏義市張莊附近之黃土層下，延長(zhǎng)達(dá)18km,斷面傾向南西，傾角70。~80。，為―東仰西俯的高角度的正斷層，垂直斷距為400m~500m,東西兩側(cè)位移達(dá)2km,斷層帶硅泥膠結(jié)，以往曾有鉆孔揭露此斷層，但未發(fā)現(xiàn)涌（漏）水現(xiàn)象，斷層兩側(cè)太大約150m,判定此斷層含水性和導(dǎo)水性弱，屬阻水?dāng)鄬?。偃龍巖溶水該系統(tǒng)特征為一單斜順置型，巖溶地下水流向與地層傾向相同；區(qū)有約176km2基巖裸露于地表，雨季接受大氣降水的直接補(bǔ)給，為巖溶裂隙地下水的入滲補(bǔ)給區(qū)；受地形和構(gòu)造等影響，巖溶地下水總體由南向北向徑流，局部受溝谷切割以泉的形式排泄，如凌溝泉、申溝泉、羅漢寺泉等，另外，區(qū)域內(nèi)人工開(kāi)采和礦山開(kāi)采也是地下水的主要排泄方式。2礦區(qū)水文地質(zhì)特征礦區(qū)處于小秦嶺－嵩山東西向構(gòu)造東段，嵩山復(fù)背斜北翼，五指嶺斷層和嵩河流域，伊洛河水系，礦區(qū)呈一單斜構(gòu)造，總體地勢(shì)東南高西北低，南部嵩山是黃河和準(zhǔn)嶺，礦區(qū)內(nèi)無(wú)大的地表水體，只有礦區(qū)北部（礦區(qū)外）有一條涉村河自東南向西北流入塢伊洛河，最后在鞏義北部匯入黃河。礦區(qū)所在區(qū)域?qū)儋三垘r溶水系統(tǒng)，受中部近南北向嵩山斷層（阻水?dāng)鄬樱┑南到y(tǒng)又補(bǔ)分割為東西兩個(gè)亞單元，即東部的瑤嶺－上莊巖溶水系統(tǒng)和西部的龍義粘土礦區(qū)正處于瑤嶺－上莊巖溶水系統(tǒng)東南部涉村－凌溝水文地質(zhì)段。屬區(qū)域地下水補(bǔ)給徑流區(qū)。2.2.1寒武－奧陶系(∈-O)灰?guī)r巖溶裂隙含水層。層以下；巖性主要為灰色、深灰色層狀灰?guī)r、角礫狀灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r等，巖溶裂隙層富水性較強(qiáng)，但不均勻，屬巖溶裂隙承壓水；地下水化學(xué)類(lèi)型為HCO3-CaMg及HCO3-Ca型，礦化度350mg/l~600mg/l,水溫14℃~16℃,pH值7.3~7.55,水位標(biāo)高在360m~426m之間，泉水流量2l/s~117.3l/s;涉村南溝泉、凌溝泉和涉村粘土礦廠的自流井均屬此含水層；凌溝泉為區(qū)域內(nèi)大泉，流量50.58l/s,泉水四季不斷流；涉村自流井為20世紀(jì)80年代粘土礦廠施工的生活水井，施工中揭露到此含水層時(shí)，承壓水頭沖出地表約15m,現(xiàn)在水井仍在自流，開(kāi)始時(shí)流量4000m3/d,現(xiàn)在流量500m3/d,附近煤礦多次較大突水均源于該含水層，此含水層是礦區(qū)地下水最主要含水層。2.2.2二疊系太原組(Pt)灰?guī)r巖溶裂隙含水層。廣泛分布在礦區(qū)中南部山前、山前丘陵，巖性主要由4~5層灰?guī)r組成，厚度在10m~60m之間，巖溶裂隙、溶孔、小溶洞發(fā)育，富水性中等，但不均勻，屬巖溶為HCO3SO4-CaMg型，礦化度300mg/l~400mg/l,水溫14℃~22℃,pH值7.35~7.90,水位標(biāo)高在361.40~366.00之間；中等，但局部構(gòu)造斷裂發(fā)育地段，富水性較強(qiáng)，其中申溝泉、羅寺泉和河南煤田地質(zhì)二隊(duì)在30年前施工的CK84涌水鉆孔，均屬此含水層，申溝泉和羅漢寺泉為區(qū)域內(nèi)大泉，泉水四季不斷流，泉水流量20l/s~45l/s,CK84涌水鉆孔，單位涌水量16.259l/s.m,滲透系數(shù)154.20m/d。2.2.3二疊系山西組(Ps)砂巖裂隙含水層。廣泛分布于礦區(qū)大部，主要由山西組中粒、中粗粒和粗粒砂巖構(gòu)成，多裂隙附近，加上泥巖、砂質(zhì)泥巖、碳質(zhì)泥巖等相對(duì)隔水，為地下水的賦存創(chuàng)造了條件，形成層間水，但由于基巖山區(qū)地形起伏、溝谷深切，降水入滲形成的地下水總是速來(lái)速去，因此顯得較為貧乏，屬弱含水層，泉流量多小于1l/s,地下水化學(xué)類(lèi)型為HCO3-KNa型水，礦化度160mg/l~300mg/l,水溫14℃~15℃,pH值7.3~7.5,水位標(biāo)高受地形影響，變化較大，鉆孔003l/s.m~0.008l/s.m,滲透系數(shù)0.007m/d~0.04m/d。2.2.4第四系(Q)含水層。第四系的沖積、洪積地層僅分布于河流和溝谷兩側(cè)，屬孔隙潛水，厚度0~27m,此含水層透水性強(qiáng)，含水較弱，為弱含水層。本隔水巖層由鐵質(zhì)泥巖、鋁土礦、粘土礦、粘土巖及炭質(zhì)泥巖等組成，在礦一般在0~50m之間，厚度受古地形控制，構(gòu)造影響微弱，巖體結(jié)構(gòu)完整，具良好的隔水作用，不過(guò)礦山開(kāi)采的即為此層，因此礦山開(kāi)采后，直接揭露下部寒武－奧陶系灰?guī)r，因此，此層義。主要由炭質(zhì)泥巖、煤層、砂質(zhì)泥巖、泥巖等組成，分布比較穩(wěn)定，厚水層和石盒子砂巖含水層分割開(kāi)來(lái)的隔水層。在無(wú)構(gòu)造斷裂影響的情況下，隔水性能良好。影響礦床充水因素主要有以下幾個(gè)方面。礦區(qū)地形切割強(qiáng)烈、溝谷發(fā)育，地表大部分為黃土覆蓋，雨季大部分大氣降排泄出，只有一少部分垂直向下入滲補(bǔ)給了礦區(qū)地下水，因此，大氣降水對(duì)礦床充水直接影響比較小。礦區(qū)內(nèi)無(wú)大的地表水體，只有礦區(qū)北部涉村河自東南向西北流出，涉村河顯，且對(duì)其切割的基巖含水層補(bǔ)給量非常有限，因此，地表水對(duì)礦床充水影響不大。根據(jù)區(qū)域和礦區(qū)地下水特征，礦區(qū)第四系孔隙水和二疊系砂巖裂隙水，水量不會(huì)對(duì)礦床充水構(gòu)成影響，對(duì)礦區(qū)礦床充水構(gòu)成影響的主要為寒武－奧陶系灰?guī)r巖溶裂體下部，其間一般賦存鐵質(zhì)泥巖、菱鐵礦等具有一定隔水性的巖層，局部也會(huì)出現(xiàn)缺失破壞了本溪組隔水層，直接揭露下部寒武－奧陶系灰?guī)r水，寒武－奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙壓性，且在礦區(qū)中北部其水位標(biāo)高明顯高于礦體賦存標(biāo)高，因此，其對(duì)礦床充水影響較區(qū)域地下水的主要含水層，其特點(diǎn)是：富水性強(qiáng)，且極不均勻，如遇突水，一般突水量時(shí)間長(zhǎng)，危害大，是礦區(qū)礦床充水主要預(yù)防對(duì)象。②二疊系太原組灰?guī)r巖溶裂隙水：屬板水，位于礦體上部，其間存在碳質(zhì)泥巖、粘土巖等隔水巖層，礦床開(kāi)采時(shí)受其直接影過(guò)單就此含水層突水，一般突水量不是特別大，易于控制；但是在構(gòu)造斷裂發(fā)育地段，與下伏的寒武－奧陶系含水層產(chǎn)生垂直水力聯(lián)系時(shí)，富水性明顯增強(qiáng)，局部富水性極強(qiáng)要受底部寒武－奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙水和頂部二疊系太原組灰?guī)r巖溶裂隙水影響。3礦床水文地質(zhì)條件本區(qū)屬侵蝕型低中山地貌，屬于區(qū)域地下水補(bǔ)給徑流區(qū)，地下水資源豐富，侵蝕基準(zhǔn)面以下；其中礦區(qū)南部礦體賦存較高，高于寒武－奧陶系灰?guī)r水水位，中北部礦體位于寒武-奧陶系灰?guī)r水水位以下；礦區(qū)無(wú)大的地表水體，礦區(qū)地下水寒武－奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙組灰?guī)r巖溶裂隙水是未來(lái)礦床開(kāi)采的主要充水因素。礦床水文地質(zhì)條件屬以巖溶裂隙含水層充水為主、頂?shù)装彘g接充水、南部條件簡(jiǎn)單，北中部中等偏復(fù)雜類(lèi)型礦床（第三類(lèi)第二型）。4結(jié)論與建議①礦區(qū)位于偃龍巖溶水系統(tǒng)東南部，由于地形和構(gòu)造影響，礦區(qū)地下水補(bǔ)給充足，要是礦體間接頂、底板巖溶裂隙水，其中最主要的是底板寒武－奧陶系灰?guī)r巖溶裂寒武－奧陶系灰?guī)r巖溶水動(dòng)態(tài)水位觀測(cè)，特別是礦區(qū)中北部（寒武－奧陶系灰?guī)r分），要加強(qiáng)觀測(cè)，確保寒武－奧陶系灰?guī)r巖溶水不影響礦山正常開(kāi)采。②特征，可先對(duì)南部埋深較淺進(jìn)行開(kāi)采，并對(duì)南部寒武－奧陶系灰?guī)r巖溶水進(jìn)行疏排，再通-奧陶系灰?guī)r水水位觀測(cè)結(jié)果，確保水位降到安全水頭以下再進(jìn)行中北部開(kāi)采。③雖然目前礦區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)大的構(gòu)造斷裂，但由于區(qū)域構(gòu)造斷裂發(fā)育，礦山開(kāi)采過(guò)程中也應(yīng)多重