貴州麥壩鋁土礦區地質構造特征及控水作用

雷顯權

(長沙有色冶金設計研究院有限公司)

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貴州麥壩鋁土礦區地質構造特征及控水作用

雷顯權

(長沙有色冶金設計研究院有限公司)

摘要麥壩鋁土礦區水文地質條件復雜，井下巷道多次發生突發性涌水涌泥事故，嚴重影響了礦山生產建設。為此，從構造解析著手，分析了礦區地質構造及水文地質特征，探討了構造對礦區地下水系統的控制作用，結果表明：①礦區先后經歷了近EW向擠壓、近SN向擠壓和近SN向拉張等3期構造作用，由此形成的褶皺和斷裂構造為礦區水文地質結構的形成和發展奠定了基礎；②地質構造對礦區地下水系統具有重要控制作用，主要體現在控制水文地質單元、巖溶發育、隔水層、地下水流場等方面。

關鍵詞地質構造特征水文地質特征構造控水鋁土礦

麥壩鋁土礦位于貴州省清鎮市，是中鋁貴州分公司第一座自主生產的地下礦山，礦區包括龍灘壩和龍頭山2個礦段，含礦巖系為石炭系下統大塘組，覆于寒武系中統高臺組古侵蝕面之上，礦體呈層狀、似層狀，厚度變化大，大多為2～4 m。礦石類型有土狀鋁土礦、碎屑狀鋁土礦和致密狀鋁土礦，主要礦石礦物為一水硬鋁石。礦石w(Al2O3)平均68.08%，w(Si)/w(Al)為6.8[1-2]。麥壩礦區位于巖溶地區，水文地質條件復雜，采礦巷道施工過程中經常出現突發性涌水涌泥現象，前人曾對礦區水文地質特征進行了分析，并對巷道突發涌水進行了預測預報研究[2-3]，但成效不明顯。對于解決水文地質問題，準確認識地質構造與地下水的關系較為關鍵[3-7]，為此，本研究在分析麥壩礦區水文地質特征的基礎上，探討地質構造對礦區地下水系統的控制作用，為治理井巷突泥涌砂提供參考。

1地質構造特征

1.1地層

礦區地層特征見表1。

1.2構造1.2.1褶皺

(1)銅鼓壩背斜。為一不對稱傾伏背斜，軸向近SN，長約2.2 km。北端被F46斷層切斷，往南傾沒于下龍井附近。背斜西翼傾角70°～85°，局部倒轉，東翼為龍灘壩向斜西翼。

表1　礦區地層特征

(2)龍灘壩向斜。為一不對稱開闊向斜，軸向近SN，長約3 km。北端在中寨附近閉合，往南消失于高石坎附近。該向斜東翼傾角36°～43°，局部可達50°，西翼傾角5°～15°。在礦區南部，龍灘壩向斜西翼消失，僅余東翼呈單斜構造，單斜地層傾向近W，傾角45°～55°。

1.2.2斷層

礦區共發現20多條斷層，按走向大致可分近SN，近EW向2組。其中，規模較大且對礦體產狀有一定影響的斷層有7條，特征見表2。

表2　礦區主要斷層特征

1.3構造作用

礦區構造主要形成于燕山期[8-9]。褶皺、斷層發育特征、斷層效應及構造疊加、切割關系表明，礦區至少經歷了3期不同性質的構造作用，按發生先后順序依次為：第I期近EW向擠壓作用、第II期近SN向擠壓作用和第III期近SN向拉張作用。礦區構造作用與水文地質條件關系密切，特征見表3。

表3　礦區構造作用特征

2水文地質特征

2.1含水層和隔水層

礦區茅口組、棲霞組、擺佐組、高臺組地層為含水層，該類地層巖性主要為碳酸鹽巖，地下水類型主要為巖溶水。茅口組和棲霞組灰巖富水性不均勻；擺佐組白云巖巖溶發育較強，富水性中等—強；高臺組白云巖巖溶發育較弱，含水性也較弱。梁山組、大塘組為隔水層，梁山組砂、頁巖由于未受擾動，隔水性較好；大塘組為鋁土礦含礦巖系，自然狀態下隔水性較好，一旦發生采礦活動，地層完整性受到破壞，隔水能力便不復存在。

2.2水文地質單元

礦區位于區域上的龍頭山復背斜水文地質單元，為侵蝕淺切割中山區。受地形、構造和隔水層控制，礦區內還發育龍灘壩向斜、銅鼓壩背斜等次級水文地質單元及相應的地下強徑流帶。其中，龍灘壩向斜為礦區最主要的控水構造(圖1)，與之伴生的斷層和裂隙為礦區地下水運移的重要通道。

圖1　龍灘壩向斜地下水徑流橫剖面

2.3地下水補給、徑流和排泄

礦區地下水主要接受大氣降水補給，含水層地表裸露區即為補給區。大氣降水在補給區進入含水層轉化為地下水，在水力梯度作用下，地下水向低水位處運動，匯至地下強徑流帶，在排泄基準面標高(約1 200 m)附近以暗河或泉的形式排泄。無論是地表徑流還是地下潛流，最后均流入紅楓湖。由于受隔水層阻隔，礦區3組含水層具有各自的補給、徑流和排泄系統，相互之間的水力聯系較弱。

3構造對地下水系統的控制

(1)對水文地質單元的控制。地下水的補給、徑流、排泄過程與地形地貌、地質結構關系密切，構造對地形地貌、地質結構的形成有重要影響，控制著水文地質單元的發育。麥壩礦區水文地質單元明顯受第I期構造作用控制，主要表現為：近SN向大型褶皺為礦區水文地質結構發育的基礎，不僅控制著區域水文地質單元的發育，而且控制著區域水文地質單元內部次級水文地質單元的發育。前者體現在區域水文地質單元與區域構造變形區(龍頭山復背斜)具有良好對應關系，后者體現在區域水文地質單元內部因次級褶皺(龍灘壩向斜和銅鼓壩背斜)形成獨立的次級水文地質單元。

(2)對巖溶發育的控制。除石炭系下統大塘組和二疊系下統梁山組地層外，礦區其余地層主要為碳酸鹽巖。褶皺、斷裂構造為該類碳酸鹽巖地層發育巖溶提供了良好條件。在構造擠壓應力作用下，褶皺轉折端通常發育大量張裂隙，斷層附近往往形成構造破碎帶，巖層之間也可能發育層間破碎帶。與結構完整的巖石相比，初始結構受到破壞的碳酸鹽巖孔隙率更高，富水性更強，地下水運動更活躍，也更容易發生溶蝕。在麥壩礦區，龍灘壩向斜、銅鼓壩背斜的轉折端及各條斷層帶是巖溶發育的有利部位，構造交匯部位更有利于發育大型巖溶。

(3)對隔水層的控制。構造對隔水層的控制主要表現在：①斷層對隔水層的破壞作用，斷層兩盤發生差異運動，破壞了隔水層的連續性，導致隔水層的阻水能力在斷層附近減弱或喪失，如F8斷層使大塘組、梁山組隔水層在斷層附近隔水能力減弱，棲霞組、茅口組含水層與擺佐組含水層可能通過斷層相互導通(圖1)。②褶皺控制著隔水層的發育形態，影響地下水徑流，如褶皺使地下水僅能沿隔水層順勢流動，地下強徑流帶也主要形成于向斜軸部。

(4)對地下水流場的控制。地下水運動與含水層、隔水層的形態、結構、性質關系密切，后者明顯受控于地質構造。在麥壩礦區，對于龍灘壩向斜，地下水沿隔水層向核部匯流；而對于銅鼓壩背斜，地下水則沿隔水層向兩翼分流。此外，構造作用產生的附加應力疊加在自重應力場上改變了含水層的孔隙水壓力的分布狀態，從而影響了地下水流動的方向和速率。

4結語

在分析麥壩鋁土礦區地質構造特征及水文地質特征的基礎上，著重討論了構造對礦區對水文地質單元、巖溶發育、隔水層、地下水流場的控制作用，對于該礦區防治井巷突泥涌砂有一定的參考價值。

參考文獻

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(收稿日期2015-12-03)

雷顯權(1985—)，男，工程師，博士，410011 湖南省長沙市解放中路199號。