白浪铝土矿区F2断层破碎带导水性质研究

曾文青

(河南省地矿局第一地质工程院,河南驻马店 463000)

白浪铝土矿区F2断层破碎带导水性质研究

曾文青

(河南省地矿局第一地质工程院,河南驻马店 463000)

构造运动破坏岩石的完整性,降低岩石的强度。沿构造破碎带容易形成地下水突入矿床的通道,直接威胁矿井安全。从已发生的矿床突水情况来看,绝大多数都发生在断裂构造附近,如断层密集带、交叉处、收敛处或尖灭端等部位。因此,断层的导水性质与矿床突水密切相关,往往成为矿床是否突水的主要因素。通过对矿区有关资料的统计分析,从水位观测、断层水力特征、水文地球化学特征三个方面,研究白浪矿区F2断层破碎带导水性质,为矿山生产设计提供依据。

白浪铝土矿区;断层破碎带;断层水力性质;导水性质

1 矿区地层

白浪铝土矿位于陕(县)—渑(池县)—新(安县)铝土矿带的西矿带,北部受鹿马断层控制,呈北东—南西向展布。本矿区出露地层有奥陶系、石炭系、石炭—二叠系、二叠系、古近系、第四系❶河南省渑池县白浪矿区详查报告,河南省有色金属地质矿产有限公司,2009年。,现分述如下:

(1)奥陶系(O2m) 主要是奥陶系中统马家沟组。上部为白云质灰岩;下部为青灰色灰岩,有时夹角砾状灰岩、薄层泥质灰岩。厚20～50 m。

(2)上石炭统本溪组(C2b) 下段为菱铁矿或菱铁质泥岩;中段为矿层,主要由铝土矿和耐火粘土(硬质粘土及高铝粘土)组成;上段为粘土页岩。该段厚0～30.56 m。

本组与下伏地层呈假整合接触。

(3)石炭—二叠系太原组(C2P1t) 下部主要由中细粒石英砂岩、粉砂岩和一1煤层组成;中部为中厚层状石灰岩,夹煤层;上部以深灰色页岩(粘土岩)、粉砂岩为主。本组厚0～36.73 m。

(4)下二叠统山西组(P1s) 下部为厚层状中细粒石英砂岩(大占砂岩);中部为炭质页岩、深灰色砂质泥岩;顶部为细粒砂岩。本组厚10～78 m。

(5)下、中二叠统石盒子组(P2s) 下部为灰白色中粗粒砂岩(砂锅窑砂岩);中部以杂色泥岩为主,夹灰绿色粉砂岩、中细粒砂岩等;上部以灰色、深灰色泥岩粉砂岩为主,夹浅灰色、绿色中细粒砂岩和砂质泥岩等。本组厚0～200 m。

(6)第四系(Q) 上部为黄土层,下部为红土层。其中夹有多层钙质结核。在沟谷中有近代河床冲积物及卵石层。厚度0～60 m。

2 断层

区内主要构造形式为断裂构造,分布在矿区的中部和东部。该区的断层对矿区的地层和矿体有一定的影响,但影响不是很大。本矿区有两条大断层:原上断层和西坡断层。

(1)原上断层(F1) 为区域大断裂,构成白浪铝土矿的南东部边界。东侧为寒武—奥陶系灰岩构成的陡崖,西侧有第四系粘性土覆盖,断层迹象明显。走向NE—S W,倾向NW,倾角>60°,落差>300 m。大落差导致煤系地层砂泥质岩类与奥陶系灰岩对接,这样的断层岩性组合为断层的阻水性创造了条件。因此该断层为阻水断层,构成了矿区南部的水文地质边界。

(2)西坡断层(F2) 是本矿区的第二大断层。钻探资料揭露显示,该断层南西段走向约35°,断距约125 m;北东段走向45°,断距约165 m,整体倾向SE,倾角75°。北东方向延伸应力集中释放,在F2主断层上盘方向分支形成一组扇形排列的断层束,伸入黄河。该断层为隐伏正断层,纵贯矿区中部,且伸入黄河,其导水性质在本区有着特殊的水文地质意义。具体位置见矿区水文地质图(图1)。

图1 矿区水文地质图Fig.1 Hydro-geologicalmap ofmining area

3 断层导水性分析

断层导水性研究近年来已发展了许多方法,有连通试验法、水位观测法、冲洗液消耗法、定性分析法等,笔者从水位观测、断层水力特征、水文地球化学特征三个方面,探讨白浪矿区F2断层破碎带导水性[1,2]。

3.1 水位观测

据矿区水文地质孔G1、G3和G4水位资料(见表1)显示:断层上下两盘石炭—二叠系含水层水位相差较大,奥陶系水位几近一致,断层上盘上下水位相差较小,断层下盘水位相差较大。

表1 F2断层两盘地下水位对比表Table 1 Comparative table of upper and lower side of F2fault underground water

矿区G3地下水位动态观测资料(见图2)也显示F2断层上盘上下两层水动态变化较为一致。矿区地下、地表水动态曲线图显示,黄河水位与原上断陷带上下层水位、F2断层下盘下部含水层水位具有同步变化的特征。

3.2 断层水力特征

钻探资料揭露显示,F2断层为具张扭性质的断层,依据其破碎带及上下两盘岩性特征、岩层厚度、岩层产状、地下、地表水动态观测等因素,可以做出F2断层水力特征示意图(见图3)。

图2 G3孔上、下层水位动态曲线Fig.2 Dynamic curve of the upper and lowerwater level of G3hole

图3 F2断层水力特征示意图Fig.3 Hydraulic characteristics diagram of F2fault

(1)该断层次级断裂(断层束)具有导通黄河与原上断陷带地下水的作用;

(2)该断层对下盘中的石炭—二叠系含水层与奥陶系含水层无导通作用;

(3)断层下盘奥陶系含水层与上盘奥陶系灰岩含水层对接,具水力联系;断层下盘奥陶系含水层与上盘石炭—二叠系含水层对接,具水力联系;故断层上盘奥陶系灰岩含水层和石炭—二叠系含水层具水力联系。

3.3 水文地球化学特征

断层带可以视为一个系统。按照水文地球化学原理,系统与周围环境之间存在着物质能量交换的,就是开放系统,即断层导水[3];反之即为封闭系统,断层不导水[4]。据矿区水质分析结果,断层上下两盘及黄河地表水水化学类型较为相似,多为弱碱性、重碳酸—硫酸—钾钠(钙)型水,总矿化度也相差不大(详见表2),由此可知该段层为一开放系统,是导水的。

4 结论与建议

(1)F2断层为具张扭性质的断层,依据其破碎带及上下两盘岩性特征、岩层厚度、岩层产状、地下、地表水动态观测、水文地球化学特征等因素分析,F2断层为一导水断层,是未来矿床开采的主要充水因素之一。

表2 水质分析结果表Table 2 Results ofwater quality analysis

(2)随着开采规模的扩大,水文地质条件的变化,其导水性将进一步增强。开采过程中要详细查明F2断层的导富水特征,一定要预留适当的防水矿柱,防止含水层与巷道对接,威胁矿床开采。

致谢:本文在拟写过程中,得到任鸿飞高级工程师的指导和帮助,图表制作睢栋超,在此一并致谢!

[1] 桂和荣,等.淮南煤田阜风推覆构造带水文地质特征研究[J].地球导报,2005,26(2):55-60.

[2] 李满洲,等.铝土矿床突水机理与防治技术[M].郑州:黄河水利出版社,2006:99-103.

[3] 房佩贤,等.专门水文地质学[M].北京:地质出版社,2005:192-197.

[4] 吴国昌,等.河南省矿山环境问题研究[M].北京:中国大地出版社,2007:97-102.

(责任编辑:张 娅)

Conductivity Property of F2Fault Fracture Zone in Bailang Bauxite District

ZENGWenqing
(The First Geology Engineering Institute,Henan Geology and M ineral Prospecting Developm entBureau,Zhum adian,Henan463000)

Tectonicmovements under mine the integrity of the rock,reduce the strength of the rock,easily forming deposits of groundwater gushing-out channels,so the safety of underground mine is threaten directly.The most water gushing-out from deposit occurred in the vicinity of faults,such as fault concentrated belt,intersect spot,convergence spot,pinch-out side and so on.From three aspects includingwater levelobservation,fault hydraulic characteristics and hydro-geochemical characteristics,conductivity property of F2fault fracture zone is discussed through statistical analysis.It provides a basis formine production design.

BailangBauxite District;fault fracture zone;fault hydraulic property;conductivity property

P641.4

A

1671-1211(2010)03-0289-04

2009-10-15;改回日期:2009-12-18

曾文青(1972-),女,工程师,水文地质与工程地质专业,从事地质矿产勘查、岩土工程勘察及矿山水文地质、工程地质、地质灾害工作。E-mail:zengwenqing0396@163.com