福建丁家山铅锌矿矿区水文地质特征分析

王补峰,王 亮

(1.江苏省有色金属华东地质勘查局, 江苏南京 210007;2.长沙矿山研究院, 湖南长沙 410012)

福建丁家山铅锌矿矿区水文地质特征分析

王补峰1,王 亮2

(1.江苏省有色金属华东地质勘查局, 江苏南京 210007;2.长沙矿山研究院, 湖南长沙 410012)

对福建丁家山矿区气象、地形、地貌、地层、岩层富水性、地下水的补给、迳流和排泄、断裂构造裂隙特征及其透水性、开采后水文地质变化、矿坑目前涌水量几个方面的水文地质特征进行了论述,总结出矿区开采后的水文地质特征类型,为矿山进一步开采提出了新的水文地质依据。

丁家山矿区;岩层富水性;构造裂隙;水文地质特征

1 区域水文地质特征

1.1 地形、气候条件

福建丁家山铅锌矿矿区属于亚热带气候,温和湿润,年平均气温 18.9℃,每年 4～6月为雨季,年均降雨量 1550 mm,雨量充沛 (根据 1957～1994年气象资料)。

矿区周围地形三高一低,五岭四沟汇一洼。北部徐家山 (+779.70 m)有 3道山岭向南延展,中间1条山岭南端即为丁家山。西部髻山有北西～东南方向山岭延缓至此,南部有南北向山岭延展而至。5道山岭两侧形成 4条“V”型沟谷,沟谷溪水长流 (编号 XL1、XL2、XL3、XL4、XL5)。溪水 XL1、XL2在岩兜村汇流于 XL5,又与 XL4汇流于 (南洋村东)XL6,夺隘南下入尤溪河。

根据 1/5万地形图测算溪流 XL1、XL2汇水面积约 10.14 km2,年汇流量约 1571万 m3,XL5年日平均流量约 4.3万 m3,南洋村东溪流 XL6年日平均流量 7.91万 m3,年流量 1862.7万 m3,矿区总汇水面积约 18.63 km2。除去蒸发因素,观测值流量与计算的面积接受大气降水汇水量基本相符。

1.2 岩层富水性特征

区内基岩出露面积很小,主要在岩兜村以南,岩性为大理岩,因单面采石引起崩塌,溪床零星可见大理岩、安山岩出露。基岩绝大部分被第四系松散层覆盖,其上发育有早年期冲沟。植被茂盛,多树木、杂草,荆棘丛生,山岭坡脚多梯田,蓄水性好,地表无自然和人工形成的较大水体,地表水自然迳流排泄条件很好,大理岩地下采空区集中于岩兜 (约 80～100万 m3)及南洋龙洞。

矿区侵蚀基准面标高 110 m(南洋龙洞)。与矿床关系密切相对侵蚀基准面标高 150 m(岩兜村XL5)。

由于本区特殊的地理和地质构造条件,决定了其特殊的水文地质特征,按岩层性质及含水性质将其分为如下 4类。

(1)云母石英片岩 (Z1l2,下构造层)。夹薄层大理岩,丁家山矿床地表无出露,首采区坑道和详查区钻孔中均可见,厚度 1～15 m。为最下层矿体底板 ,裂隙 (密度 0～1.4条 /m,平均 0.5条 /m)不发育,绝大部分被方解石脉、石英脉充填闭合,未见透水裂隙,为隔水层。

(2)绿片岩、大理岩 (Z1l3,下构造层)。较少出露地表,仅在岩兜以南部分地段大理岩出露面积稍大,从坑道和钻孔资料可看出,该层为矿床内主要地层,矿体主要赋存于绿片岩中,大理岩与绿片岩交互出现,分别构成各矿层顶底板。两岩层本身为隔水层,局部溶洞、裂隙发育具透水性。

(3)砂岩安山岩 (J3c-Ss-An,上构造层)。砂岩 (J3c-Ss),分布于不整合面以上,厚度 0～80 m不等。南东部位,厚度 0～15 m不等,绝大部分已成水蚀氧化带 (强～微风化),形成弱富水性含水层。北西部位,砂岩厚度 15～80 m不等,朝北西向倾伏,以 30°～60°倾角向地下深部延伸。标高约 100 m以上岩层为裂隙含水层,其下为隔水层。安山岩(J3c-An),与下层砂岩整合接触,地表零星出露于河谷、较陡斜坡、采石坑口处,绝大部分被松散层覆盖。该层按水文地质特征可分为上、中、下 3段。下部为隔水段,厚 0～120 m不等。中部为裂隙透水段,厚 0～45 m不等,透漏水裂隙分布不均匀。裂隙漏水上部中微风化,裂隙不发育,根据坑道揭露,出水点流量为:0.99,1.04,0.72 L/s。抽水试验 q=0.009 L/s。砂岩与安山岩渗透系数 K=0.0395 m/d。

(4)强氧化蚀变带。该层在本矿区矿床之上大面积覆盖,厚度 4.44～70.23 m。厚度分布不均匀,各剖面上自北西至南东逐渐增厚。该层带的原岩岩性较杂,自上而下有凝灰岩、安山岩、铅锌矿石、砂岩、斜长云母片岩。氧化程度由上至下渐变,界限不明显,中上部近于土状,具塑性,渗水性极弱,中下部软、松、散,逐渐过渡为中风化。渗水性逐渐增强,地下水位潜水面形成于该层带中。6个钻孔于该层带中发生漏水,+170 m坑道 T22观测资料 Q=0.39 L/s,为弱～中富水性含水层带。地下水类型为孔隙空隙潜水。该层带局部出露地表 (北西方向)直接接受地表水补给,大部分接受第四系松散层渗水补给,地下水经由该层带补给基岩裂隙含水层。

(5)土层 (Q4)。岩性以第四系粉质土为主,覆盖于基岩强氧化带之上,分布于山脊及其两翼斜坡地带,厚度 0～33.10 m不等。有灰黄、棕黄色、棕红色,呈湿,软、可、硬塑状态。据一期详查试验资料,Q=0.00034～0.0014 L/s,渗透系数 K=0.312～1.311 m/d,渗透性差,富水性弱。在坡脚和谷底可见有少量洪、冲积物,岩性为粉质粘土混卵石、砾石、碎石,结构松散,厚度不等。

2 矿区水文地质特征

2.1 地下水的补给、迳流和排泄

自然状态下,大气降水、地形、地貌,地质构造,岩层之孔隙、空隙、构造裂隙构成地下水补给、径流、排泄自然条件。区内地形山高坡陡,沟谷发育,溪流河床坡度 0.06～0.08。大气降水绝大部分以地表径流为主,地表无自然水体集存。极少部分通过土层渗透于地下后沿强氧化带从浅部向深部运移。固结性岩层是不透水的,地下水通过构造裂隙在岩石中运移,在适合的部位排泄于河流中。

矿山在开采前,勘探报告中给出的开采条件是根据自然状态提出的,并设定了限制条件,如强风化带、基岩裂隙发育带、构造裂隙带、溪流流经地带等等,特别提出了浅部的矿体 (地质列为表外矿体)是不可随意开采的,并指出在有限开采条件下,是水文地质条件简单的小水量矿坑;在无限制条件下开采,则是中等 -复杂的中到大水量矿坑。矿山应力求不破坏矿区的自然状态。

矿山进入开采期后,矿区水文地质条件发生了巨大变化,情况极为复杂。采掘过程中,揭露了风化带、裂隙含水带、构造裂隙及破碎带,河水、地下水大量灌入坑道,造成 3次淹井事故。矿山在反反复复抽排地下水的过程中,地下水来回流动,清洗疏通了构造裂隙,增大了裂隙透水量。突水、涌水虽经堵排,但仍遗留分布不明的地下采空区,积存大量的地下水体。几家矿山在相邻边界处相互越界开采,形成局部混合开采的复杂局面。

2.2 断裂构造裂隙特征及其透水性

(1)前期断裂构造裂隙。在燕山运动晚期及其之前形成,属张性或压扭性,全被前期岩脉、岩墙、碳酸盐矿物充填,闭合,不具透水性。

(2)后期断裂构造裂隙。在燕山运动晚期之后形成,呈压扭性闭合状,规模很小,本身不具透水性。在这些断裂构造之间和旁侧有挤压破碎带及派生微细裂隙,在浅部具极弱透水性;深部渐趋闭合尖灭,无透水迹象。

因此,后期断裂构造派生裂隙是导引地下水进入矿坑的主要因素。

据 2009年水文地质调查情况分析,矿区内断裂构造比较发育,且透水性较强至极强。

(1)F34(产状 235°∠60°)及其派生断裂 F31、F36、F26、F45、F24、F35等透水性较强至极强。2000年7月至 2001年 3月,ZK2103钻孔附近地下开采时揭露了这一系列断裂构造,河水地下水沿断裂构造下渗灌入坑道中,最后发生地面塌陷 5处,造成一大理岩矿洞被淹停工。

(2)F39、F43,大理岩矿洞坑道揭露后,溪水下灌,引起地面塌陷,河水全部灌入坑道。可见其透水性极强。

(3)F30、F29,推测是 F34、F39派生的次级断裂。F24、F35受 F34、F39断裂切割。矿山在 +130 m中段ZK2103钻孔附近施工后,发生突水,突水量在200～61 m3/h。透水性极强。

2.3 开采后水文地质变化

(1)3～15线地段开采后水文地质条件的变化。随着开采中段的逐步下降,特别是随着开采范围逐渐往 15～23线转移,本地段的水文地质条件进一步趋于简单。1996年详查报告曾对主斜井 130 m标高以上涌水量 (影响半径按 359.27 m)以及 3～15线 130 m中段巷道系统涌水量 (影响半径按432.18 m)进行预测,计算结果分别为 538.18 m3/d和 938.48 m3/d。经开采后,3～15线坑道年平均日涌水量为 499 m3/d,比预测涌水量偏小,为小水量矿床。其涌水量来源于 4处涌水点:主斜井 25 m处裂隙水涌水点,199.41 m3/d;170 m中段上通风井巷道裂隙水涌水点,124.19 m3/d;11线 170 m中段采Ⅰ′裂隙水涌水点,89.86 m3/d;11线 170 m中段CM1掌子面裂隙水涌水点,85.54 m3/d。除上述 4处涌水点外,坑道范围内均为无水区,其内大理岩、片岩以及晚期脉岩均为隔水层。

(2)15～23线地段开采后水文地质条件的变化。该地段直到 2001年以后才逐步进入开采,开采标高有 130,110,90,70,50,30,10 m 7个中段,目前主要开采 30 m和 10 m 2个中段,-10 m和 -30 m 2个中段正在开拓。当开采对象为接近不整面风化层的矿体时,引发了一些不安全的水文地质因素,当坑道掘进到风化带孔隙裂隙含水层时,会发现涌水,并挟带有少量的泥土和碎石,但一般水量不大,数天后水量很小以致消失。另外在 21线 110 m中段采场可见矿体顶底板围岩为风化大理岩,并见有小溶洞。另一不安全因素来自外部,即 21线附近民采大理岩所遗弃的巨大采空区均被水体充填,形成地下水库,其标高在本矿采区之上,安全隐患极大。综上所述,本地段开采 (包括附近民采)后水文地质条件更趋于复杂。

综合来看,3～15线地段水文地质条件属简单～中等类型,15～23线地段水文地质条件属中等～复杂类型 (矿山目前开采地段主要在 15～21线)。

2.4 矿坑目前涌水量

2009年 8月在 -10～+160 m中段逐一观测,共实测 24个涌水、流水点,观测总流量为 2756 m3/d。除时间短及观测时刻不统一外,另一重要原因是坑道水流系统太复杂,在矿渣下、天井、暗道等流入水仓内的流量无法观测到。

由于和周围几家矿山坑道相互贯通,本次观测到丁家山矿山地下水主要来自北东、南西 2个方向。

北东方向主要来自 +160～+184 m中段,该段为丁家山矿山和另一公司共同开采的区段,其各自涌水量无法分开观测,水量平分,各自 628 m3/d(7.27 L/s)。实际上还有一部分水量暗流至 +150 m水仓,溢出后流至 +110 m水仓,已无法观测。

南西方向主要来自于 +60,+90,+110 m中段,其中 +60,+90 m中段涌水量来自一大理岩采场和斜坡巷道,日流量 664 m3/d(7.68 L/s)。

本次金东公司坑道观测涌水量实际为 1464 m3/d(16.95 L/s)。如按水泵排水量计算,坑道涌水量为日平均 3253 m3/d。

3 结 论

丁家山矿区周围地形三高一低,五岭四沟汇一洼。大气降水绝大部分以地表径流为主,地表无自然水体集存。自然状态下,极少部分通过土层渗透于地下后沿强氧化带从浅部向深部运移。区内岩层主要为弱富水性岩层,是不透水的,地下水主要通过构造裂隙在岩石中运移,在适合的部位排泄于河流中。矿区侵蚀基准面标高 110 m。大部分矿体位于侵蚀基准面以下,矿坑涌水要靠中段水仓内的水泵阶梯式排至地表。矿山进入开采期后,矿区水文地质条件发生了巨大变化,情况极为复杂。采掘过程中,揭露了风化带、裂隙含水带、构造裂隙及破碎带,河水、地下水大量灌入坑道,造成 3次淹井事故。在矿山反复抽排地下水的过程中,地下水来回流动,清洗疏通了构造裂隙,增大了裂隙透水量。而且其后期断裂构造派生裂隙是导引地下水进入矿坑的主要因素。通过实测涌水量,测算坑道总涌水量为日平均3253 m3/d。

综上所述,该矿区是以断裂构造裂隙充水为主,开采后按勘探线划分,3～15线地段水文地质条件属简单～中等类型,15～23线地段水文地质条件属中等～复杂类型。

[1] 卢金凯.基岩裂隙水的野外调查方法[M].北京:地质出版社,1985.

[2] 房佩贤,等.专门水文地质学[M].北京:地质出版社,1996.

[3] 王成国,等.福建省尤溪县丁家山矿区铅锌矿 3～29线矿段资源储量核实报告 [R].济南:山东省第一地质矿产勘查院,2008.

[4] 曹德林,等.福建省尤溪县丁家山及其周边矿山坑道地下水调查报告[R].南京:华东有色地质矿产勘查开发院,2009.

2010-06-11)

王补峰 (1980-),男,主要从事矿山地质工作,Email:laowang1111@qq.com。