云南武定县朱家坝尾矿库渗漏原因浅析

周 南，李 卿，喻涌麒

(云南省有色地质局三〇六队，云南 昆明 650217)

云南省楚雄州武定县某新建尾矿库区域地形地貌属侵蚀、溶蚀低中山沟谷型地貌，山峦起伏，沟壑纵横，地形起伏较大。新建的尾矿库就建设在山体沟谷之内，尾矿库建成投入使用3个月后，就发生了尾矿渗漏，地下水携带尾矿粉下潜2.2km后，导致下游三家大沟泉点(q1)被污染。为查明渗漏原因，就此展开了水文地质调查，并辅以物探、工程勘察的手段进行论证、验证，查找渗漏原因。

1 库区地形地貌

区域上属侵蚀、溶蚀低中山沟谷型地貌，山峦起伏，沟壑纵横，地形起伏较大，总体地势为北高南低的斜坡地形。地形坡度一般15°～25°，局部较陡达35°。区域上最高点为北部朱家坝梁子顶，海拔高程2401.0m，最低点为南部鲁支河河沟，海拔高程1780.0m，最大高差621.0m，朱家坝尾矿库位于区域北侧，海拔高程2006.0m，渗漏排泄点位于区域南部，海拔高程1881.0m，高差125.0m，纵坡降56.8‰，该种地形条件下为地下水径流至大三家泉点提供了有利的水力条件，使得尾矿库发生渗漏后能够向南运移，并污染了2.2Km外的泉点(图1)。

朱家坝尾矿库呈南北向分布，平面投影南北长约500.0m，东西宽约20.0m，沟谷形态近似V字型。场地总体地势西北高东南低，场地附近最高点为北部的梁子坡，高程2353.0m，最低点位于场地南侧的初期坝下游，高程1964.5m，相对高差388.5m，两岸坡坡度介于30°～48°，局部可达90°，主沟纵坡降100‰～200‰。库区所在自然冲沟为一个闭合的分水岭，汇水面积1.5324km2，周边植被稍发育，但基岩裸露且岩溶作用中等发育。

2 库区地质

2.1 出露地层

库内出露地层除第四系人工堆积层(Qml4)尾矿粉、素填土、筑坝材料，坡洪积层(Qdl+pl)粉质粘土之外，大面积分布中元古界昆阳群绿汁江组(Pt2lz)白云岩，各地层单元岩性及其力学性质叙述如下：

(1)第四系人工堆积层(Qml4)

尾矿粉：灰白色、浅灰色，稍湿，松散状态，填筑时间约半年，主要由细砂、粉砂、粉土组成，为浮选铜矿后形成，目估厚度约3.0m～5.0m。

筑坝材料：主要为块石，块径一般20cm～40cm，稍密～密实，分布于初期坝坝体内。

(2)第四系坡洪积层(Qdl+pl)：含砾粉质粘土：褐黄色、褐红色，可塑状态，局部硬塑，硬质物含量约10%左右，硬质物主要为白云岩，棱角形，局部夹块石，主要分布于坡脚、冲沟沟心内，厚度约1.0m～5.0m

(3)侏罗系下统冯家河组(J1f)：分布于库区岸坡上部，紫红色、灰色、浅黄色厚层状泥岩夹石英砂岩，底部分布有一层厚1m～2m的紫色砾岩。近地表全～强风化，往地下风化强度逐渐减弱至中等风化，与下伏地层呈不整合接触，区域厚度17.5m～806m。

(4)中元古界昆阳群绿汁江组(Pt2lz)：分布于库区内，属库区主要地层，岩性为不等厚白云岩、白云质灰岩夹硅化条带白云岩、泥灰岩、板岩，溶蚀裂隙中等发育且较均匀，为可溶性碳酸盐岩石，碳酸盐岩化学性质活泼，在地下水作用下，易溶解、溶蚀常形成、裂隙、溶沟、溶槽、溶洞等岩溶地貌。

2.2 构造

通过物探资料及调查情况判别，推测该区内存在一条张性隐伏断层，区域上发育长度约2.9km，呈北东-南西向展布，断层产状倾向306°，倾角73°，由于为隐伏断层，且在通过朱家坝尾矿库后被侏罗系下统冯家河组(J1f)地层所覆盖。通过地表调查、物探解译、工程勘察验证的方法来判定断层通过的，主要依据有：

(1)水文地质调查

① 发现断层带有断层角砾岩，以硅质、泥质胶结为主。

2.3 ELISA法检测结果 与HC组相比，CE组血清中IL-10水平显著升高［（50.549±8.757）vs.（7.900±2.092）］，差异有统计学意义（P＜0.05）。

② 岩溶发育规律：库区内岩溶发育以垂直发育为主、在水平方向沿侵蚀基准面即地层产状延伸，一般向东部延伸，与地层产状基本吻合，测区内地层产状倾向140°～160°，倾角50°～70°，地层产状相对稳定，地表溶洞发育情况多出露于沟壁两岸，且洞口之间可连接为一条近乎笔直的连线，但区内地下水的径流通道并非往地层产状倾向方向发育，而是近似垂直于地层倾向方向往225°方向发育。

③ 泉点流量分析：发生尾矿渗漏时，下游的大三家泉点并非全部都被污染，泉点q1(泉流量77.948L/s)作为主要的涌出尾矿粉泉点，而紧邻q1的q2泉点(泉流量0.910L/s)则无尾矿粉涌出，两个泉点仅仅相邻5.0m，以此推测，泉点q1能够集中喷涌尾矿粉由于存在一条岩溶管道的关系，故而裂隙无法对水体进行过滤、净化，而能够形成该岩溶管道的原因就是受到了外力构造影响，故而在库外将隐伏断层F推延伸至大三家泉点处。

(2)物探资料显示

① 集中出现的物探低阻异常区：在库底、库岸处集中反映出带状或片状的物探低阻异常(图2)。

1-第四系人工堆积层；2-第四系坡洪积层；3-侏罗系冯家河组；4-昆阳群绿汁江组；5-地层界线;6-不整合接触地质界线；7-推测断层；8-渗漏区及编号；9-物探带状或片状低阻异常区及编号;10-岩溶洞、落水洞

② 深部岩溶洞的发育规律：为探明深部岩溶洞的发育情况，对多条物探剖面成果进行了解译(图3)，可以看出在深部岩溶洞的发育也是直接穿越沉积纹理而过的，与地表调查结果一致。故而得出的结论是：正常的岩溶发育难以穿过沉积纹理面进行发育，故而极大可能是在遭受到外力干扰才能够在较坚硬的白云岩内产生如此大、贯通的裂隙，使得岩溶发育的规律偏离正常发育方向，而能够提供如此错断力的原因，推测是断层。

(3)工程勘察验证：在水文地质调查及物探解译后，基本推测了断层的位置，为验证其可靠性，推测位置布置了6个勘探孔进行工作，6个钻孔在推测钻孔通过的位置集中发现破碎带，多个钻孔的RQD=0%，岩芯松散、破碎，验证了推测断层的存在。

3 岩溶发育情况的分析

(1)岩石的可溶性：库区内主要出露地层为昆阳群绿汁江组(Pt2lz)的不等厚白云岩、白云质灰岩夹硅化条带白云岩、泥灰岩、板岩，溶蚀裂隙中等发育且较均匀，根据区调资料，属可溶性碳酸盐岩石，碳酸盐岩化学性质活泼，在地下水作用下，易溶解、溶蚀常形成、裂隙、溶沟、溶槽、溶洞等岩溶地貌，根据本次调查结果，岩溶中等发育。

图3 物探低阻异常区与地层产状关系剖面图

1-侏罗系冯家河组；2-昆阳群绿汁江组；3-泥岩；4-白云岩；5-整合接触、不整合接触地质界线；6-推测断层；

7-物探低阻异常区;8-最终堆积标高

(2)岩溶水系统：现状库区总体形成了一个汇水面积1.5324km2的瓤型封闭空间，库区位于冲沟的上游位置，属汇水径流区，库区一般正常积雨量6897.9m3/d，能够有效的为下伏基岩充水，随着水与碳酸钙介质的互相作用不断循环交替、补充，导致了碳酸盐中Ca2+离子被溶解、侵蚀，随着溶解物、侵蚀残留物不断的被地下水掏蚀，原基岩中的裂隙被溶蚀作用溶蚀为了溶隙通道且随着时间推移越来越开阔。

(3)岩溶发育特征：地表库区内岩溶发育以垂直发育为主、在水平方向沿侵蚀基准面随地层产状延伸，但地下受推测的隐伏断层构造作用影响，沿断层周围控制了水的汇集与主要径流通道从而影响了地下水的流动，长此以往，形成了一条溶蚀裂隙通道，该通道使得下渗的尾矿粉在大三家泉点q1处集中排泄，这也是岩溶水排泄的最大特征之一。

4 渗漏原因浅析

4.1 渗漏区的圈定

通过水文地质调查，共发现4个渗漏区，8个岩溶作用点(溶洞)；通过物探高密度电法探测把尾矿库划分了6个物探带状或片状低阻异常区。水文地质调查结果与物探电法圈定的低阻异常区具有一定照应关系，详见表1。

表1 水文地表调查情况与物探异常区对应关系一览表

通过水文地质调查与物探低阻异常区对比分析后发现，凡是岩溶作用相对发育集中区，则物探资料反应就存在带状或片状异常情况，即可推断，本次库区渗漏的关键就在于“岩溶径流通道”，而通道的形成又与推测断层有关，由水文调查、物探资料分析，位于Ⅱ、Ⅲ号低阻异常区内的SL2、SL3区是本次发生地表渗漏的主要渗漏区，在结合现场尾矿库相关人员对渗漏时情况的介绍，可以得出本次渗漏的位置与水文地质调查结果是一致的结论。

4.2 库内渗漏的原因分析

库内东、西侧白云岩裸露，素填土与白云岩直接接触，而素填土未经过专门处理，在以流体方式排入尾矿后，由于库中水体长期浸泡素填土，使素填土处于饱和状态，力学强度大大降低，随着尾矿粉高度的不断抬升，上部荷重的不断增大，导致素填土发生剪切破坏，引发了填土的不均匀沉降，继而使防渗层开裂、破损，其后由于未经处理过的饱和填土呈软塑～流塑状态，其顺坡往下蠕动，使防渗层裂缝越来越宽，漏水越来越严重，也就是说主要渗漏因素是地表防渗膜的破裂，且库区内下伏基岩为昆阳群绿汁江组(Pt2lz)，其岩石裂隙发育，该地层属强透水层不具备天然防渗能力，加之受推测断层通过而产生的破碎带影响，导致了携带尾矿粉的地表水体在SL3号下渗区下渗污染了地下水(图4)。

图4 库区位置渗漏剖面图

1-第四系人工堆积层；2-第四系残积、洪积层；3-昆阳群绿汁江组；4-块石；5-尾矿粉；6-含砾粉质粘土；7-泥岩；8-白云岩；9-地质界线；10-推测断层；11-物探异常区；12-渗漏区；13-尾矿库堆积坝；14-地下水径流方向

4.3 库外径流分析

由于区内碳酸盐岩岩溶地下水条件易于改变、地下水活动强烈，因此在F推断层两侧形成了大量的溶洞，而地下则F推断层形成了岩溶管道，该管道一直延伸至大三家泉点q1处，正因为是有该地下水径流通道的原因，才使得库内携尾矿粉下渗的地表水在径流2.2Km后污染了大三家泉点(图5)。

图5 库外径流剖面图

1-侏罗系冯家河组；2-昆阳群绿汁江组；3-泥岩；4-白云岩；5-整合接触界线、不整合接触界线；6-推测断层；

7-尾矿库堆积坝；8-地下水径流方向；9-岩层产状

4.4 尾矿粉排泄分析

大三家泉点q1属上升泉，存在两方面的原因，其一是渗漏点与大三家泉点q1的高差124.50m、纵坡降为56.3‰，能够提供一定地下水径流水动力条件；其二是在渗漏泉点q1南部直距17.3m处存在一条阻水逆断层，在上部携尾矿粉的地下水径流至此时，由于该断层的阻隔导致了泉点自地下涌出，形成了现状的上升泉点，也证明了为何溶隙通道未能越过大三家村，致使本次渗漏污染继续往大三家村南西侧蔓延的原因。

5 结束语

本次以地表的水文地质调查结合物探解译、工程勘察的手段，对水体的渗漏进行了分析、论证，最终得出结论是：由于存在隐伏断裂的关系，造成了库区下方存在破碎带，继而形成了4个渗漏区，其中SL1、SL2、SL3渗漏区将会在尾矿库投入使用后造成渗漏影响，SL4渗漏区作为库外渗漏，尾矿库投入使用后不会遭受其影响，若是库内发生渗漏事件，则会沿由推测隐伏断层影响形成的岩溶管道径流至2.2km外的大三家泉点处排泄，随即造成尾矿渗漏污染。