凤庆县习谦荨麻洼石场矿区水文地质条件探讨
时间：2022-12-02 20:55:02 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
李秀福
（中国建筑材料工业地质勘查中心云南总队，云南 昆明 650000）
矿区地处横断山脉南段的滇西南中山宽谷亚区，位于澜沧江南侧，总体地势南西高北东低，最高点位于矿区中部的豹子箐山顶，标高1892.50m，最低点位于矿区北东角荨麻洼箐内，标高1630m，相对高差262.50m。地形坡度一般15°～33°，局部坡度＞65°。由于地形坡度较大，有利于地表水的径流排泄。矿区东、西部近南北向蜿蜒的山脊构成了一个相对独立的水文单元。矿区内冲沟发育，多为干沟，小支流流量较小。其中以矿区东部荨麻洼箐为最大冲沟，即F5断层所形成的冲沟，沿矿体东部边缘由南向北自流，由于流量受季节性影响大，且受F5构造影响，该溪沟内水基本从断层破碎带内渗流，以泉的方式排泄。通过观测本次施工钻孔的终孔静止水位，均为干孔，对矿床开采影响甚小。
矿区岩溶形态以溶沟、溶槽、石芽为主，顶底板附近受构造影响，发育少量落水洞、溶洞。矿区内无泉、井分布，矿区北东部荨麻洼箐内有一泉点（标高1630m），岩性为灰岩，洞口呈半圆形，泉水呈股状流出，泉水清澈、无味，三角堰测高5cm，流量0.794L/s（图1）。
图1 泉点
凤庆县荨麻洼石场，采坑最低标高为1530m，远低于本矿区的最低开采标高，开采时没有揭露地下水，雨季时也能快速疏干，采坑内不会形成积水。可进一步证实，矿区地下水埋深大于资源量估算最低标高，矿床开采无地下水及常年性地表水的充水影响，矿坑涌水的来源为季节性大气降水。
2.1 含水层 （组）
按矿区出露的地层岩性及含水介质特征，可分为三个含水层，即孔隙含水层、碎屑岩裂隙含水层及碳酸盐岩溶含水层。
2.1.1 孔隙含水层
主要赋存于人工填土（Qs）、第四系残坡积层（Qedl）。
人工填土（Qs），仅分布于F3与F14交叉处附近，岩性为褐黄色粘土夹灰岩、白云岩块石，厚度0～4.5m。其结构松散，孔隙比大，雨季含少量孔隙毛细水，旱季处于自然疏干状态。富水性弱、透水性强，地下水与地表水水力联系密切，但规模较小，对矿床充水影响小。
第四系残坡积层（Qedl）褐黄色、褐红色粘土、含砾粘土。厚0～17.20m，与下伏地层呈不整合接触。一般分布于缓坡、冲沟及溶沟、溶槽等部位，厚度不均匀。结构疏松，滞水性强，仅雨后偶见有渗水出露，渗水量＜0.01L/s，雨季含少量孔隙毛细水，旱季处于自然疏干状态。孔隙比大，富水性弱、透水性强，地下水与地表水水力联系密切，但规模较小，连续性差，对矿床充水影响较小。主要分布于矿区中部、中北部，范围较大。
2.1.2 碎屑岩裂隙含水层
主要赋存于三叠系上统湾甸坝组下段(T3wn1)、泥盆系下统温泉组上段(D1w2)地层中。
三叠系上统湾甸坝组下段(T3wn1)主要分布于矿区东部及外围，岩性：上部为褐黄色、浅灰色中厚层状粗砂岩，粉砂质泥岩，薄-中层状粉砂岩，中-厚层状细砂岩夹砂砾岩；
中部为灰色厚层状砂砾岩夹风化后呈褐黄色的粉砂质泥岩，下部为黄、灰、灰黄、紫红色中-厚层状泥质粉砂岩，砂岩，细砂岩，砂砾岩。岩石表面风化裂隙较发育，受区域构造的影响局部地段次级构造裂隙较发育，主要接受大气降水的补给，含裂隙水，富水性弱-中等，砂岩透水性较强、泥岩透水性较差；
风化裂隙及次级构造裂隙多呈半闭合状、裂隙内多为泥质物充填，透水性较差。地下径流模数1.10～1.70L/s·km2，区内未见泉点出露，地下水水质类型为HCO3-Ca·Mg型水。为区内水泥用石灰岩的间接顶板围岩，是区内次要充水含水层，分布地势较低，对矿床充水影响较小。
泥盆系下统温泉组上段(D1w2)主要分布于矿区西部及外围，上部岩性为浅灰、浅灰黄、浅紫红色白云岩、白云质灰岩，下部岩性浅紫红、灰、浅灰色中-细粒砂岩，含岩屑云母砂岩夹板岩，以砂岩为主。岩石表面风化裂隙较发育，受区域构造的影响，局部地段次级构造裂隙较发育，主要接级构造裂隙多呈半闭合状、裂隙内多为砂泥质物充填，透水性一般。地下径流模数1～3L/s·km2，区内可见少量渗漏，地下水水质类型为HCO3-Ca·Mg型水。位于石灰岩下部，为石灰岩的底板围岩，是区内次要充水含水层，对矿床充水有一定影响。
2.1.3 碳酸盐岩溶含水层
主要赋存于二叠系下统（P1），呈带状分布于矿区，岩性为浅灰-灰白色微晶灰岩、浅灰黄色细-中晶白云质灰岩、白云岩。
该岩溶含水层多裸露分布，地表岩溶发育，主要表现为洼地、漏斗、落水洞，降雨可直接入渗，富水性较强、透水性中等。矿区北东部荨麻洼箐内有一泉点出露，流量12.200L/s，地下水水质类型为HCO3-Ca型，矿化度＜0.5%。该岩溶含水层位于矿区岩溶含水层（组）的补给-径流区，构造裂隙、溶隙内多为砂泥质物充填，山体缓坡相较陡坡处，地下水具垂直渗透、补给途径长、连通性好的特点补给，故裂隙、溶隙水对地下水的补给量有限，对矿床充水影响有限；
尾矿区矿层亦为主要充水含水层。区内石灰岩多为第四系孔隙含水层覆盖、部分裸露于地表，大气降水对矿床充水影响较大。
2.2 构造水文地质特征
由于矿区部分构造对岩溶含水层有明显制约或影响，沿断层发现溶洞、落水洞等岩溶现象。沿断层未发现泉水，仅在矿区外围北东部有一排泄点。
构造对含水层（组）地下水的埋藏、补给、径流及排泄条件有一定的控制作用。区内矿体沿山脊分布，大气降水多形成地表径流向坡下排泄，补给条件差。在山脊缓坡部位、断层构造等相对有利于降雨入渗补给，矿体位于径流补给带，排泄条件好，地下水径流方向与含水层（组）走向基本一致，总体由南向北径流。
2.3 地表水
该矿床所处位置较高，资源量估算范围内及附近无自然性地表水体分布，仅有季节性冲沟分布，不会对矿床造成充水影响。矿区各含水层均直接接受大气降水的补给，即大气降水是矿床充水的主要来源，将直接补给未来露天矿坑，对矿床充水影响较大。因此，大气降水是矿床充水的直接因素。
3.1 矿区工程地质特征
3.1.1 工程地质岩组
根据矿区出露地层的岩性组合特征、岩土体结构类型和岩石力学强度等特征，将矿区岩土体划分为四个工程地质岩组，即第四系松散岩组、较软层状碎屑岩组、坚硬—半坚硬碳酸盐岩岩组、较软层状碎屑岩组。矿山采矿活动主要在坚硬层状-块状碳酸盐岩组(含矿层)中开展。分述如下：
（1）第四系松散岩组。
主要分布于矿区中部、中北部及沟谷及缓坡地带。由第四系冲残坡积、洪积砂、砾石、粘土等组成，坡度变化大，一般厚0～17.20m。岩体结构松散，孔隙比大，具中等压碎性，力学强度低，所构成的边坡稳定性差。易受冲蚀而变形。土石界面结构面较软，易形成滑塌体的破裂面。因分布于地表浅部，厚度变化大，矿山开采时需完全剥离，对矿床开采影响较小。若土层组成露天采坑最终边坡，一般均在坡顶段，但因土层易受季节性降雨侵蚀，易发生坍塌、滑移，建议将其全部剥离，避免可能出现的侵蚀坍塌。
（2）较软层状碎屑岩组。
分布于矿区东部及外围。为三叠系上统湾甸坝组下段（T3wn1）地层，上部为褐黄色、浅灰色中厚层状粗砂岩，粉砂质泥岩，薄-中层状粉砂岩，中-厚层状细砂岩夹砂砾岩；
中部为灰色厚层状砂砾岩夹风化后呈褐黄色的粉砂质泥岩，下部为黄、灰、灰黄、紫红色中-厚层状泥质粉砂岩，砂岩，细砂岩，砂砾岩。岩体呈层状结构，较软，力学强度较低、一般饱和抗压强度10MPa～40MPa(参考值)，稳定性较差，高陡处软硬相间的结构面附近产生易崩落、垮塌等现象。该层位于矿区东部及外围，是构成西侧坡体的主要岩体，对矿床开采有影响。
（3）坚硬—半坚硬碳酸盐岩组。
呈带状分布于整个矿区。由二叠系下统(P1)致密块状、中—厚层状灰岩组成。岩体呈层状结构，坚硬、中等—较完整，力学强度高、性脆、稳定性较好。根据钻孔揭露结果统计，RQD值大于65，岩心品质好。据岩石物理力学试验结果，其风干单轴平均抗压强度78MPa，平均软化系数0.70。矿区构造发育，构造影响带宽度不等，对矿床开采稳定性有一定影响。总体工程地质条件中等，部分区域地下或隐伏溶洞，在机械重力作用下易造成崩塌、滑坡等工程地质问题，对矿床开采影响较大。该岩组在构造露天采坑最终边坡（东侧）。
（4）软硬相间层状碎屑岩组。
为泥盆系下统温泉组（D1w2）灰绿、紫红、灰色石英砂岩，粉砂岩、泥岩、板岩夹硅质岩互层。
分布于矿区西部及外围，岩性为灰绿、紫红、灰色石英砂岩，粉砂岩、泥岩、板岩夹硅质岩互层。岩层具不等粒结构、中-细粒结构、粉砂质结构、泥质结构。呈薄-中层状构造。岩石表面风化裂隙较发育，受区域构造的影响，局部地段次级构造裂隙较发育。石英砂岩、硅质岩坚硬，力学强度高、饱和抗压强度＞65MPa(参考值)，岩层较完整，稳定性较好；
粉砂岩、泥岩较软，力学强度低、饱和抗压强度15MPa～35MPa(参考值)，完整性一般，稳定性较差。高陡处硬软相间的结构面附近易产生崩落、垮塌等现象。该层位于石灰岩西侧，为石灰岩的底板围岩，对矿床开采有较大影响，建议在开采过程中本着边开采边监测边治理的原则，及时核对现有资料，预警不良地质作用，放缓开采台阶，注意维护台阶坡面，及时消除安全隐患。
3.1.2 构造及工程地质特征
矿区内发育有Ⅱ级结构面F3、F5断层、Ⅲ级结构面F8、F10、F12、F14、和Ⅳ级结构面节理裂隙，其特征如下：
Ⅱ级结构面：F3、F5均为近南北向破坏断层，断层所经之处的岩体多呈碎裂状，远离断层的岩体完整性较好，说明断层的破坏对岩体完整性影响较大。F3东盘为二叠系下统（P1）坚硬层状碳酸盐岩组，南西盘为D1w2较软层状碎屑岩组，断层上盘为石灰岩；
F5东盘为三叠系上统湾甸坝组下段T3wn1较软-较坚硬层状碎屑岩组，二叠系下统（P1）坚硬层状碳酸盐岩组。未来开采中，F3、F5断层破碎带附近形成的开采边坡稳定性较差，对矿床开采影响较大。
Ⅲ级结构面：F8、F10、F12、F14均为近东向西破坏断层，断层所经之处均破坏了石灰岩的完整性，但规模较小，未来开采过程中Ⅲ级结构面形成的露采边坡稳定性较差，对矿床开采影响较大，但不构成露天采坑最终边坡。
Ⅳ级结构面：受区域构造的影响，地表及浅部局部地段发育两组裂隙，第一组276°～309°∠52°～71°，2～4条/m；
为张性，半闭合状、裂隙内局部充填砂泥质物；
第2组产状：120°～140°∠68°～88°，1～3条/m，为压性，闭合状，裂隙间距0.23m～0.40m。由于第一组为张性裂隙，局部裂隙密集发育地段岩体完整性中等，露天开采形成的边坡易沿软弱夹层发生岩石剥落、局部垮塌等不良工程现象，应注意防护。
3.2 矿坑涌水量预测
根据计算公式及参数取值，对该矿床资源量估算范围内的露天矿坑涌水量，分正常降雨和暴雨两种状态，坑内和坑外两部分，分别作了计算，结果见表1。
表1 露采矿坑涌水量计算参数取值一览表
矿区露天矿坑涌水量计算公式，是在对本次工作获得的有关资料进行综合研究、统计归纳、概化的基础上建立的，基本反映了本矿床水文地质条件，参数取值有一定的代表性。由于矿区地形地貌条件控制，区内自然条件下大气降水大部分通过冲沟及斜坡径流排泄，少量经各种岩溶通道以补给岩溶含水层（组）的方式排泄，矿床开采后将部分改变矿区地形，同时也将影响原有的主要排泄通道的通畅，采坑内、外地表径流量难以截然分开，因此，矿坑涌水量推荐值为采坑坑内及坑外两部分之和。上述矿坑涌水量推荐值是在露天矿坑基本形成时的涌水量值，在矿床开采初期，矿坑涌水量将小于推荐值。
露天矿坑涌水量仅为季节性大气降水汇集，地形有自然排泄或渗漏条件，一般不会对矿床开采造成较大影响。矿床资源量位于侵蚀基准面、地下水位之上，矿床开采可能对该含水层地下水埋藏条件有一定影响，如导致埋藏变浅，也能对含水层补给条件产生影响，如雨季可能增加含水层补给量，但对含水层地下水径流及排泄条件影响不大。含水层主要排泄点为北西侧泉水，建议对其作相应长期观测，明确地下水排泄量与季节性变化的关系、自然状态及人工状态下的关系，以积累相应的水文资料。
该矿床位于区域岩溶含水层富水块段的补给、径流区部位，矿层属岩溶含水层组，地下水位高程低于矿床资源量估算最低标高（1660m），属山坡露天开采的矿床。矿床开采无地下水及常年性地表水的充水影响，矿坑涌水的来源为季节性大气降水，该矿床水文地质条件属大气降水为主的简单类型。
矿区构造较发育，矿体属可溶盐岩类坚硬岩组。矿体岩石强度高，矿体节理裂隙较发育，岩体完整-中等；
构成露天矿坑最终边坡的岩组为可溶盐岩岩体、碎屑岩岩体，最终边坡稳定性评价结果均处于稳定-基本稳定状态，最终边坡的变形与破坏形式主要为局部性侵蚀坍塌、危岩滚落、坡顶拉裂为主，该矿床工程地质条件属以可溶盐岩类较坚硬岩组与碎屑岩类较软弱岩组为主的中等类型。
矿区所处区域次不稳定区，地形相对高差属中山，但矿区所处山体稳定，矿区内未见古滑坡，未见崩塌的迹象，不良地质作用一般发育。区内可溶盐岩溶蚀以溶沟、溶槽、石芽为主，岩溶总体不发育。矿石及夹石化学组分稳定，不易分解出有毒有害元素和组分，矿床开采将破坏部分林木、耕地。剥离物有一定规模，随意堆放可能诱发地质环境问题。矿区地质环境质量中等。
综上所述，据《固体矿产地质勘查规范总则》（GB/T 13908-2020），该矿床开采技术条件属以工程地质和环境地质复合问题为主的中等类型（Ⅱ-4）。
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