貴州福泉市大灣磷礦區水文地質特征

曾牡丹，向剛

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貴州福泉市大灣磷礦區水文地質特征

曾牡丹，向剛

（貴州省地質礦產勘查開發局一○四地質大隊，貴州都勻 558000）

在大灣磷礦區多孔抽水試驗的基礎上，結合礦床水文地質條件和地質資料，完成對礦床水文地質條件的概化，建立了概念模型，并以多孔抽水試驗場的地下水流場演變過程為信息，以礦床地下水流數學模型檢驗為手段，建立了礦區地下水運動的分布參數系統仿真模型，并在檢驗數學模型的過程中，實現了對F1斷層性質的查明，對后期開采階段礦區涌水量預測提供了依據。

磷礦；礦區邊界；水文地質；大灣

福泉市大灣磷礦區位于福泉市與甕安縣交界處，該區是貴州省規模最大的聚磷區塊之一，讓福泉市在亞洲享有“磷都”之稱。大灣礦區面積為11.22km2，礦區為溶蝕-侵蝕地貌，礦區最高點位于礦區南西部，海拔1 463.5m，最低點為北東部巖根河河床，海拔1 047.5m，最大高差416m，屬于低中山類型。主要水系巖根河從南向北東流過礦區，巖根河流經礦區標高為1 111.5～1 047.5m，為礦區最低排泄基準面。

1 礦區所在水文地質單元邊界

礦區所在水文地質單元南部以攔馬坳到扁擔山一線為分水嶺，分水嶺以南地表水和地下水向南徑流，匯入烏江水系清水河；分水嶺以北地表水、地下水向北徑流，匯入烏江水系馬頸河。北部邊界位于白巖背斜軸部轉背巖一帶，∈1n+∈1m組炭質頁巖、粉砂巖富水性弱，為地下水隔水邊界。單元西部以∈1n+∈1m組隔水巖層為隔水邊界；單元東部有一條南北向的小壩斷層（F1）。礦區位于白巖背斜西翼，位于水文地質單元徑流區，礦區地下水從南往北西方向徑流，流經礦區的巖根河為地下水最低排泄基準面。

圖1 礦區概況圖

2 問題的提出

礦區磷礦層埋藏較深（垂深大于500m），礦層直接頂板為較厚的燈影組白云巖，巖溶裂隙發育，涌水量較大，水文地質條件復雜。在未來開采過程中，在區域上會形成一個大降深的漏斗，影響范圍內的地下水會對漏斗中心形成補給。礦區南部、西部、北部的邊界條件較為清楚，補給范圍較為明確。由于中部的F2斷層斷距較大，首采區確定為F2斷層以西的部分，F2斷層通過抽水試驗確定為導水斷層，東部存在一條南北向的小壩斷層F1，目前F1斷層導水性不明，其性質直接關系到礦山后續開采過程中的涌水量大小。

3 大灣礦區水文地質結構

礦區主要含水層為震旦系上統燈影組和陡山沱組，上覆有較厚的寒武系下統金頂山組和寒武系下統牛蹄塘組，富水性均較差；下伏有含水性差的震旦系下統南沱組粘土巖及青白口系板溪群的粘土質粉砂巖。燈影組和陡山沱組組成相對封閉的含水系統，且為深部隱伏地層。區內斷裂較發育，地下溶孔溶隙發育，為溶孔、細小溶隙和溶蝕裂隙等細而窄的裂隙狀溶洞。因此該區地下水系統為孔隙—裂隙型巖溶含水系統。

4 東部F1斷層性質的確定

F1小壩斷層為區域性大斷裂，位于礦區東部靠背斜軸部。斷層走向近南北，傾向75°～105°，斷層傾角為78°~86°，該斷層切割了板溪群至明心寺組地層，對礦層鉛垂斷距為80~260m，破碎帶寬6~15m，該斷層破壞了區內礦層的完整性和連續性。

圖2 水文地質剖面圖

勘查期間在礦區東部開展一組多孔抽水試驗，設置1個主孔抽水，6個觀測孔進行觀測，觀測孔布置大致呈十字交叉型，即大致呈平行地下水主徑流方向和垂直地下水主徑流方向。對F1斷層在不同條件下，觀測孔模擬值與實際觀測值擬合情況，來判斷F1斷層導水性強弱。

1）采用的數學模型

a）當斷裂F1為隔水邊界時，建立隔水邊界旁地下水向干擾井運動數學模型：

采用有限余弦變換和無限變換，經離散后，得區內任意一點的地下水動水位降深方程：

K—主徑流方向的滲透系數；K—次徑流方向的滲透系數；—地下水徑流方向與主徑流方向的夾角；—地下水徑流方向與次徑流方向的夾角

b）當斷裂F1為透水邊界，地下水可通過斷層連通東部含水層則建立補給邊界旁地下水向干擾井運動數學模型：

經離散后，得區內任意一點的地下水動水位降深方程：

2）分別假設F1斷層為透水、隔水邊界對試驗過程的流場進行擬合。

擬合結果反映，在透水邊界情況下，實驗場中鉆孔計算的水位降深過程曲線與實測曲線整體擬合得較好，特別是ZK510，ZK1304；在隔水邊界情況下，實驗場中離zk908較近的孔擬合結果較好。

在設定F1為透水邊界情況下和隔水邊界情況下各孔擬合情況見圖3、4。

圖3 抽水試驗觀測孔擬合曲線(透水邊界)

c）假設研究區東部F1斷層為透水邊界，實驗場中離主孔ZK908較近的ZK907和ZK709各觀測孔在三種不同邊界條件下擬合誤差見表1。

圖4 抽水試驗觀測孔擬合曲線(隔水邊界)

通過上述擬合情況來分析，斷層F1在ZK907附近顯示一定的阻水性，是導致該處降深較大的原因，另外在透水邊界條件下，各觀測孔的計算值和實際值吻合較好，因此，F1斷層總體表現為透水性質。長期觀測資料顯示，在F1斷層以東各個礦山持續排水疏干的情況下，F1斷層以西的各個觀測孔水位有緩慢下降的趨勢，也在一定程度上證明F1斷層呈現一定的透水性。

不同邊界條件擬合誤差對比分析表

邊界條件誤差ZK907ZK900ZK902ZK510ZK709ZK1304平均值 透水邊界△∣S1∣0.0720.0270.2240.0780.0840.0540.090 隔水邊界△∣S2∣0.0360.1550.3050.7240.0590.2050.247

5 結論

本文在礦區多孔抽水試驗的基礎上，結合礦區的礦床水文地質條件和地質資料，完成了對礦床水文地質條件的概化，建立了概念模型，并以大灣磷礦多孔抽水試驗場的地下水流場演變過程為信息，以礦床地下水流數學模型檢驗為手段，建立了大灣磷礦礦區地下水運動的分布參數系統仿真模型，并在檢驗數學模型的過程中，證明F1斷層具有透水性質，F1斷層性質的查明對大灣礦區后期開采階段礦區涌水量預測具有指導作用，具有較大的現實意義。

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Hydrogeological Features of the Dawan Phosphorite District in Fuquan, Guizhou

ZENG Mu-dan XIANG Gang

(No. 104 Geological Team, Guizhou Bureau of Geology and Mineral Resources, Duyun, Guizhou 558000)

This paper establishes a conceptual model for hydrogeological features and a simulation model for distribution parameter system of the Dawan phosphorite district in Fuquan, Guizhou based on multiple-well pumping test and hydrogeological conditions generalized. Property of fault F1 is found out in the process of mathematical model test.

multiple-well pumping test; hydrogeological feature; Dawan phosphorite district

P619.21+3

A

1006-0995（2017）03-0478-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2017.03.029

2017-02-24

曾牡丹（1985-），女，貴州羅甸人，水工環工程師，長期從事礦山水工環地質勘查及評價工作