贵州煤矿污染区茅口组灰岩古岩溶水特征及勘查——以六盘水大河边、汪家寨地区为例

张 林，洪运胜，吉勒克补

（贵州省地质矿产勘查开发局一一四地质大队，贵州 遵义 563000）

贵州煤矿污染区茅口组灰岩古岩溶水特征及勘查
——以六盘水大河边、汪家寨地区为例

张 林，洪运胜，吉勒克补

（贵州省地质矿产勘查开发局一一四地质大队，贵州 遵义 563000）

贵州省六盘水地区素有江南“煤海之称”，是贵州省主要的煤化工基地之一，由于各类矿坑废水的排放，造成地表、地下水体污染严重，如何为区内寻找优质的水源地显得优为重要。以六盘水大河边、汪家寨地区实施的揭穿峨嵋山玄武岩至茅口组灰岩古岩溶的地下水勘查工程为例，总结了茅口灰岩古岩溶的发育特征、地下水富集规律，以期为类似地区进行找水提供参考。

地表水污染；古岩溶水；勘查；六盘水

贵州省六盘水地区素有江南“煤海之称”，是贵州省主要的煤化工基地之一，由于各类矿坑废水的排放，造成地表水体污染严重，如何为区内寻找优质的水源地显得优为重要。根据《贵州省矿井水利用规划》（表1）分析，预测2006-2010年间仅六盘水市境内的矿井总涌水量11 853.77×104m3/年， 2011~2020年间矿井总涌水量18 647.77×104m3/年。区内矿井水水质中，硫酸根离子（SO42-）含量一般400~750mg/L，最高可达1 000 mg/L以上；氟（F）含量0.2~1.2 mg/L。根据检测结果和矿井排水量，估算出未来随矿井排水排放出硫化物、氟总量为：2006~2010年，硫化物4.74~13.99万吨/年，氟（F）23.71~142.25吨/年；2011~2020年，硫化物7.46~13.99万吨/年，氟（F）37.30~223.77吨/年。并有大量的砷（As）、钒(V)、锰(Mn)等有害元素随矿井水排出。除矿坑排水外，尚有矸石场受大气降水淋滤排出大量的污染物质。矿渣、煤矸石的淋滤水通过岩石裂隙、塌坑等通道进入含水层，使附近地下水水体中SO-4、F-、及Pb、Zn、Mn等严重超标，地下水污染情况加剧，被污染范围扩大。同时工矿区大量废气的排放使区内部分地段大气降水pH值达3.6，并且雨水中含大量的重金属元素，也成为地下、地表水污染的源头之一。

表1 六盘水市未来矿井排水量预测表

为实现煤矿区饮水安全的目标，近年以国土资源大调查项目“贵州省重点岩溶流域水文地质与环境地质调查”为依托，在工作区进行了大胆探索，通过综合分析后，选择了大河边、汪家寨地区进行深部找水的构想，即穿过峨嵋山玄武岩至茅口灰岩古岩溶进行深部找水，并实现了找水突破。

1 地质背景条件

大河边、汪家寨位于六盘水市北面，距市区10~20km，交通方便。属大河边、汪家寨矿区在地形上位于云贵高原东部，贵州高原的一级台面各二级台面过渡的斜坡地带。受地层及岩性控制，形成沟谷，谷中地势平坦，两侧斜坡地形较陡，一般坡度角在 35°~70°之间，部分地段形成陡崖。地形总体上南低，西、北、东三面为厚大山体，地势较高，最高处为（锅底山，标高为）1 994.10m，最低处为图区溪沟出口（大河镇）处，标高为1 677.00m，相对高差327.1m。

在构造地处扬子准台六盘水断陷盆地之威水倒转背斜北东翼，岩层倾向南东、倾角一般为 20°左右。受新华夏系构造影响，中二迭系茅口灰岩与上二迭系峨嵋玄武岩呈正常接触。区内出露地层主要为三迭系、二叠系。

三迭系下下统夜郎组(T1y): 泥岩、砂岩夹泥灰岩、灰岩，厚度465～547m。

二叠系上统长兴大隆组(P3c～d)：泥灰岩、透镜状灰岩，厚小于100m。

二叠系上统龙潭组(P3l)：灰色、黄褐色粘土岩、页岩、砂质页岩、细砂岩、粉砂岩及煤层，有三个含煤组，含煤30～50余层；下部含有少量灰岩、泥灰岩。厚度147～360m。

二叠系上统峨嵋山玄武岩(P3β)：深灰、暗绿色隐晶至细晶玄武岩，夹粗玄武岩，杏仁拉斑玄武岩，火山角砾岩、泥岩、岩质页岩，厚度273～609m。

二叠系中统茅口组（P2m）：岩性为浅灰色中厚层－厚层状灰岩，厚454～698m。

2 茅口组顶部古岩溶的水文地质特征

照片1 P2m顶部古岩溶

自震旦纪以来，上扬子地台呈发生多次的沉积间断，受构造运动抬升而暴露于海平面上的扬子地台，在有利的暖湿气候和水文地质条件下发生了强烈的古岩溶化作用，形成了多层的古溶蚀和古岩溶带，由于在后期构造运动作用下发生了海进事件，这些古岩溶多被后期沉积物、熔塌角砾岩或地层深部岩浆喷发溢流所充填。流域内茅口组灰岩顶部古岩溶带是早二叠世开始的东吴运动沉积间断所形成的，在区内二叠系中统峨嵋山玄武岩底部的均见到坡积及残积成因的砾岩堆积，在砾岩堆积层下部的二叠系茅口组石灰岩顶部一定厚度内，岩溶作用强烈，溶洞、裂隙极为发育，即为古岩溶发育带。

2.1 古岩溶带发育特征

通过对大河边至汪家寨一带茅口组石灰岩与峨嵋山玄武岩接触一带的调查分析，在石灰岩顶部10~30m内，岩溶裂隙多为方方解石、角砾状玄武岩、熔塌角砾岩充填。其胶结紧密程度度具有从下至上逐渐递增的特点；在20~80m内，地表岩溶洼地、落水洞，地下河管道发育。

图1 大河边zk1号勘探孔结构示意图

大河边及汪家寨实施的ZK1号勘探孔，钻进至160m揭穿玄武岩进入茅口灰岩含水层后，160~175m段的岩芯被熔岩流或熔塌角砾岩所充填（照片1），而175以下岩溶发育强烈。为主要出水段（图1）。在汪家寨实施的ZK2井，设计孔深150m，钻进至80m揭穿玄武岩进入茅口灰岩含水层后，在80~85 m孔壁垮塌严重，钻井至105m时，孔内立即漏水、水位陡降至50m，在105~115m岩溶裂隙、溶洞极为发育，为主要出水段。从ZK1、ZK2号勘探资料分析（表2），在P3β底至P2m顶部的10~25m内，古岩溶胶结紧密，在15~35m内岩溶强裂发育。

2.2 地下水富集特征

2.2.1 古岩溶发育带为地下水的富集提供了场所

从上述古岩溶发育特征的表明，在茅口灰岩顶部古岩溶发育带中的一定范围内，岩溶作用十分强烈，溶洞、裂隙极为发育。为地下水运动提供了活动空间，为地下水富集、径流提供了场所。在大河边至汪家寨区域茅口灰岩与玄武岩接触带靠灰岩一侧，古岩溶发育极为强烈，富水性强，常分布有岩溶大泉及地下河出口，流量20～3 200L/s，平均356.8L/s。地下水枯季径流模数8.041～13.467 L/s.km2，富水性强,但含水极不均匀，如汪家寨岩溶大泉（图2）。

通过ZK1、ZK2号勘探孔抽水试验，ZK1钻孔地下水即以承压方式上升溢出地表，自流量为320m3/d，终孔抽水实验结果，涌水量达 760m3/d；ZK2单井涌水量达500m3/d。从而表了明确了茅口灰岩与峨眉山玄武岩接触的古岩溶面是地下水的有利富集地带。

2.2.2 地下水的富集已严格受地形貌控制

在峨嵋山玄武岩覆盖的茅口灰岩古岩溶带的地下水富集、径流特征受地形地貌控制特别明显，其地下水主径流带往往与玄武岩地区的地表溪流表现出一致的特点。本年度在大河边实施的zk1号、汪家寨镇吴家实施的zk2号钻孔均布置在小溪河床中，钻孔结果均较成功；而在吴家实施的zk3号钻孔布置在离吴家溪流河床仅30m处，钻探结果与zk2号孔大相径庭，钻孔于50m时揭穿峨嵋山玄武岩至P2m古岩溶带，古岩溶带岩芯胶结紧密，钻进至150m终孔时，岩芯完整，岩溶不发育。通过分析认为，在峨嵋山玄武岩覆盖区，由于地处封闭环境，古岩溶的发育特征与发生沉积间断事件前的古地形基本保持一致，即现在的峨嵋山玄武岩区的地形条件就表征了当时的地形地质条件。而在裸露的石灰岩区，由于受后期岩溶地质作用的控制，岩溶发育强烈，表现出的岩溶发育规律与发生沉积间断事件之前不一致的特点，如裸露石灰岩区的众多地下河管道发育的实际位置往往与地表表征的岩溶洼地中心位置均偏离几十米。

表2 ZK1、ZK2号勘探孔P2m顶部古岩溶发育特征

图2 汪家寨岩溶大泉水文地质平剖面图

3 茅口组顶部古岩溶的供水意义

可为煤矿区提供清洁的供水源。区内峨嵋山玄武岩具有分布、厚度大的特点，岩石坚硬致密、透水性极差，地表污水难以下渗污染古岩溶带中，通过机井开采隐伏型P2m古岩溶带中的岩溶水，一是不会产生地面塌陷等不良地质环境问题；二是地下水质良好，在大河边及汪家寨实施的ZK1、2机井的水质均为Ⅰ类。可为煤矿区提供清洁的供水源。

通过开采利用古岩溶地下水，可以降低龙潭组煤层下浮岩溶含水层水头压力，减少矿坑底部突水水害事件。该煤矿山区以往勘探中，不重视矿区水文地质勘查工作，特别是对底部茅口灰岩的勘探重视不够，对灰岩古岩溶带地下水富集特征认识不足。近年来矿区突水事件时有发生，给矿区生产带来安全隐患。因此，查清古岩溶带地下水富集特，通过井采地下水，即可以降降低龙潭组煤层下浮岩溶含水层水头压力，减少矿坑底部突水水害事件，达避害为利的作用。

4 结语及建议

1)大河边、汪家寨地区茅口灰岩顶部古岩溶在裸露地区近峨眉山玄武岩底的顶部 10~30m内，岩溶裂隙多为方方解石、角确状玄武岩、熔塌角砾岩充填。其胶结紧密程度度具有从下至上逐渐递增的特点；在20~80m内，地表岩溶洼地、落水洞，地下河管道强烈发育。从ZK1、ZK2号勘探资料分析，隐伏型P2m顶部的10~25m内，古岩溶胶结紧密，在15~35m内岩溶强裂发育。

2）在茅口灰岩顶部古岩溶发育带中的一定范围内，岩溶作用十分强烈，溶洞、裂隙极为发育。为地下水运动提供了活动空间，为地下水富集、径流提供了场所。

3）在峨嵋山玄武岩覆盖的茅口灰岩古岩溶带的地下水富集、径流特征受地形地貌控制特别明显，其地下水主径流带往往与玄武岩地区的地表溪流表现出一致的特点。

4）通过开采利用隐伏型茅口灰岩古岩溶地下水，一是不会产生地面塌陷等不良地质环境问题；二是地下水质良好，可为煤矿区提供清洁的供水源。同时可以降低龙潭组煤层下浮岩溶含水层水头压力，减少矿坑底部突水水害事件。达避害为利的作用。

5）由于矿区饮水安全问题十分突出，且近年矿区突水事件时有发生，建议相关部门建立专项资金，加大对煤矿区隐伏型P2m古岩溶的研究力度，进一步查清其岩溶发特征及岩溶水赋存规律。

[1] 张林，洪运胜，等. 贵州省三岔河上游岩溶流域地下水与环境地质调查报告[R]. 2007.

[2] 韩至钧，金占省，等. 贵州省水文地质志[M]. 北京：地质出版社，1996.

Paleokarstic Groundwater Exp loration in the M aokou Limestone, Coal-M ining Pollution Zone, West Guizhou

ZHANG Lin HONG Yun-sheng Jilekebu
(No. 4 Geological Party, Guizhou Bureau of Geology and M ineral Resources, Zunyi, Guizhou 563000)

The Liupanshui area of Guizhou province is known as the “sea of coal” of Jiangnan, bing one of major coal chem ical industry bases in Guizhou Province. Surface and underground waters here are seriously polluted by mine wastewater. This paper deals w ith palaeokarst and palaeokarstic groundwater concentration in the Maokou limestone by the example of palaeokarstic groundwater exploration projection order to provide references for searching for water in similar areas

Surface water pollution; paleokarstic water; exploration; Liupanshui area

P641.72

A

1006-0995（2014）01-0117-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2014.01.028

2013-11-7

贵州省岩溶地下水赋存规律研及找水关健技术研究(黔国土资发([2009]94号)

张林(1974-)，男，贵州思南人，高级工程师，长期从事水文地质工作