鳳慶縣習(xí)謙蕁麻洼石場(chǎng)礦區(qū)水文地質(zhì)條件探討

李秀福

（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心云南總隊(duì)，云南 昆明 650000）

1 礦區(qū)概況

礦區(qū)地處橫斷山脈南段的滇西南中山寬谷亞區(qū)，位于瀾滄江南側(cè)，總體地勢(shì)南西高北東低，最高點(diǎn)位于礦區(qū)中部的豹子箐山頂，標(biāo)高1892.50m，最低點(diǎn)位于礦區(qū)北東角蕁麻洼箐內(nèi)，標(biāo)高1630m，相對(duì)高差262.50m。地形坡度一般15°～33°，局部坡度＞65°。由于地形坡度較大，有利于地表水的徑流排泄。礦區(qū)東、西部近南北向蜿蜒的山脊構(gòu)成了一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的水文單元。礦區(qū)內(nèi)沖溝發(fā)育，多為干溝，小支流流量較小。其中以礦區(qū)東部蕁麻洼箐為最大沖溝，即F5斷層所形成的沖溝，沿礦體東部邊緣由南向北自流，由于流量受季節(jié)性影響大，且受F5構(gòu)造影響，該溪溝內(nèi)水基本從斷層破碎帶內(nèi)滲流，以泉的方式排泄。通過(guò)觀(guān)測(cè)本次施工鉆孔的終孔靜止水位，均為干孔，對(duì)礦床開(kāi)采影響甚小。

礦區(qū)巖溶形態(tài)以溶溝、溶槽、石芽為主，頂?shù)装甯浇軜?gòu)造影響，發(fā)育少量落水洞、溶洞。礦區(qū)內(nèi)無(wú)泉、井分布，礦區(qū)北東部蕁麻洼箐內(nèi)有一泉點(diǎn)（標(biāo)高1630m），巖性為灰?guī)r，洞口呈半圓形，泉水呈股狀流出，泉水清澈、無(wú)味，三角堰測(cè)高5cm，流量0.794L/s（圖1）。

圖1 泉點(diǎn)

鳳慶縣蕁麻洼石場(chǎng)，采坑最低標(biāo)高為1530m，遠(yuǎn)低于本礦區(qū)的最低開(kāi)采標(biāo)高，開(kāi)采時(shí)沒(méi)有揭露地下水，雨季時(shí)也能快速疏干，采坑內(nèi)不會(huì)形成積水。可進(jìn)一步證實(shí)，礦區(qū)地下水埋深大于資源量估算最低標(biāo)高，礦床開(kāi)采無(wú)地下水及常年性地表水的充水影響，礦坑涌水的來(lái)源為季節(jié)性大氣降水。

2 礦區(qū)水文地質(zhì)

2.1 含水層 （組）

按礦區(qū)出露的地層巖性及含水介質(zhì)特征，可分為三個(gè)含水層，即孔隙含水層、碎屑巖裂隙含水層及碳酸鹽巖溶含水層。

2.1.1 孔隙含水層

主要賦存于人工填土（Qs）、第四系殘坡積層（Qedl）。

人工填土（Qs），僅分布于F3與F14交叉處附近，巖性為褐黃色粘土夾灰?guī)r、白云巖塊石，厚度0～4.5m。其結(jié)構(gòu)松散，孔隙比大，雨季含少量孔隙毛細(xì)水，旱季處于自然疏干狀態(tài)。富水性弱、透水性強(qiáng)，地下水與地表水水力聯(lián)系密切，但規(guī)模較小，對(duì)礦床充水影響小。

第四系殘坡積層（Qedl）褐黃色、褐紅色粘土、含礫粘土。厚0～17.20m，與下伏地層呈不整合接觸。一般分布于緩坡、沖溝及溶溝、溶槽等部位，厚度不均勻。結(jié)構(gòu)疏松，滯水性強(qiáng)，僅雨后偶見(jiàn)有滲水出露，滲水量＜0.01L/s，雨季含少量孔隙毛細(xì)水，旱季處于自然疏干狀態(tài)。孔隙比大，富水性弱、透水性強(qiáng)，地下水與地表水水力聯(lián)系密切，但規(guī)模較小，連續(xù)性差，對(duì)礦床充水影響較小。主要分布于礦區(qū)中部、中北部，范圍較大。

2.1.2 碎屑巖裂隙含水層

主要賦存于三疊系上統(tǒng)灣甸壩組下段(T3wn1)、泥盆系下統(tǒng)溫泉組上段(D1w2)地層中。

三疊系上統(tǒng)灣甸壩組下段(T3wn1)主要分布于礦區(qū)東部及外圍，巖性：上部為褐黃色、淺灰色中厚層狀粗砂巖，粉砂質(zhì)泥巖，薄-中層狀粉砂巖，中-厚層狀細(xì)砂巖夾砂礫巖；中部為灰色厚層狀砂礫巖夾風(fēng)化后呈褐黃色的粉砂質(zhì)泥巖，下部為黃、灰、灰黃、紫紅色中-厚層狀泥質(zhì)粉砂巖，砂巖，細(xì)砂巖，砂礫巖。巖石表面風(fēng)化裂隙較發(fā)育，受區(qū)域構(gòu)造的影響局部地段次級(jí)構(gòu)造裂隙較發(fā)育，主要接受大氣降水的補(bǔ)給，含裂隙水，富水性弱-中等，砂巖透水性較強(qiáng)、泥巖透水性較差；風(fēng)化裂隙及次級(jí)構(gòu)造裂隙多呈半閉合狀、裂隙內(nèi)多為泥質(zhì)物充填，透水性較差。地下徑流模數(shù)1.10～1.70L/s·km2，區(qū)內(nèi)未見(jiàn)泉點(diǎn)出露，地下水水質(zhì)類(lèi)型為HCO3-Ca·Mg型水。為區(qū)內(nèi)水泥用石灰?guī)r的間接頂板圍巖，是區(qū)內(nèi)次要充水含水層，分布地勢(shì)較低，對(duì)礦床充水影響較小。

泥盆系下統(tǒng)溫泉組上段(D1w2)主要分布于礦區(qū)西部及外圍，上部巖性為淺灰、淺灰黃、淺紫紅色白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，下部巖性淺紫紅、灰、淺灰色中-細(xì)粒砂巖，含巖屑云母砂巖夾板巖，以砂巖為主。巖石表面風(fēng)化裂隙較發(fā)育，受區(qū)域構(gòu)造的影響，局部地段次級(jí)構(gòu)造裂隙較發(fā)育，主要接級(jí)構(gòu)造裂隙多呈半閉合狀、裂隙內(nèi)多為砂泥質(zhì)物充填，透水性一般。地下徑流模數(shù)1～3L/s·km2，區(qū)內(nèi)可見(jiàn)少量滲漏，地下水水質(zhì)類(lèi)型為HCO3-Ca·Mg型水。位于石灰?guī)r下部，為石灰?guī)r的底板圍巖，是區(qū)內(nèi)次要充水含水層，對(duì)礦床充水有一定影響。

2.1.3 碳酸鹽巖溶含水層

主要賦存于二疊系下統(tǒng)（P1），呈帶狀分布于礦區(qū)，巖性為淺灰-灰白色微晶灰?guī)r、淺灰黃色細(xì)-中晶白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖。

該巖溶含水層多裸露分布，地表巖溶發(fā)育，主要表現(xiàn)為洼地、漏斗、落水洞，降雨可直接入滲，富水性較強(qiáng)、透水性中等。礦區(qū)北東部蕁麻洼箐內(nèi)有一泉點(diǎn)出露，流量12.200L/s，地下水水質(zhì)類(lèi)型為HCO3-Ca型，礦化度＜0.5%。該巖溶含水層位于礦區(qū)巖溶含水層（組）的補(bǔ)給-徑流區(qū)，構(gòu)造裂隙、溶隙內(nèi)多為砂泥質(zhì)物充填，山體緩坡相較陡坡處，地下水具垂直滲透、補(bǔ)給途徑長(zhǎng)、連通性好的特點(diǎn)補(bǔ)給，故裂隙、溶隙水對(duì)地下水的補(bǔ)給量有限，對(duì)礦床充水影響有限；尾礦區(qū)礦層亦為主要充水含水層。區(qū)內(nèi)石灰?guī)r多為第四系孔隙含水層覆蓋、部分裸露于地表，大氣降水對(duì)礦床充水影響較大。

2.2 構(gòu)造水文地質(zhì)特征

由于礦區(qū)部分構(gòu)造對(duì)巖溶含水層有明顯制約或影響，沿?cái)鄬影l(fā)現(xiàn)溶洞、落水洞等巖溶現(xiàn)象。沿?cái)鄬游窗l(fā)現(xiàn)泉水，僅在礦區(qū)外圍北東部有一排泄點(diǎn)。

構(gòu)造對(duì)含水層（組）地下水的埋藏、補(bǔ)給、徑流及排泄條件有一定的控制作用。區(qū)內(nèi)礦體沿山脊分布，大氣降水多形成地表徑流向坡下排泄，補(bǔ)給條件差。在山脊緩坡部位、斷層構(gòu)造等相對(duì)有利于降雨入滲補(bǔ)給，礦體位于徑流補(bǔ)給帶，排泄條件好，地下水徑流方向與含水層（組）走向基本一致，總體由南向北徑流。

2.3 地表水

該礦床所處位置較高，資源量估算范圍內(nèi)及附近無(wú)自然性地表水體分布，僅有季節(jié)性沖溝分布，不會(huì)對(duì)礦床造成充水影響。礦區(qū)各含水層均直接接受大氣降水的補(bǔ)給，即大氣降水是礦床充水的主要來(lái)源，將直接補(bǔ)給未來(lái)露天礦坑，對(duì)礦床充水影響較大。因此，大氣降水是礦床充水的直接因素。

3 礦區(qū)工程地質(zhì)構(gòu)造特征及其對(duì)礦床充水的影響

3.1 礦區(qū)工程地質(zhì)特征

3.1.1 工程地質(zhì)巖組

根據(jù)礦區(qū)出露地層的巖性組合特征、巖土體結(jié)構(gòu)類(lèi)型和巖石力學(xué)強(qiáng)度等特征，將礦區(qū)巖土體劃分為四個(gè)工程地質(zhì)巖組，即第四系松散巖組、較軟層狀碎屑巖組、堅(jiān)硬—半堅(jiān)硬碳酸鹽巖巖組、較軟層狀碎屑巖組。礦山采礦活動(dòng)主要在堅(jiān)硬層狀-塊狀碳酸鹽巖組(含礦層)中開(kāi)展。分述如下：

（1）第四系松散巖組。

主要分布于礦區(qū)中部、中北部及溝谷及緩坡地帶。由第四系沖殘坡積、洪積砂、礫石、粘土等組成，坡度變化大，一般厚0～17.20m。巖體結(jié)構(gòu)松散，孔隙比大，具中等壓碎性，力學(xué)強(qiáng)度低，所構(gòu)成的邊坡穩(wěn)定性差。易受沖蝕而變形。土石界面結(jié)構(gòu)面較軟，易形成滑塌體的破裂面。因分布于地表淺部，厚度變化大，礦山開(kāi)采時(shí)需完全剝離，對(duì)礦床開(kāi)采影響較小。若土層組成露天采坑最終邊坡，一般均在坡頂段，但因土層易受季節(jié)性降雨侵蝕，易發(fā)生坍塌、滑移，建議將其全部剝離，避免可能出現(xiàn)的侵蝕坍塌。

（2）較軟層狀碎屑巖組。

分布于礦區(qū)東部及外圍。為三疊系上統(tǒng)灣甸壩組下段（T3wn1）地層，上部為褐黃色、淺灰色中厚層狀粗砂巖，粉砂質(zhì)泥巖，薄-中層狀粉砂巖，中-厚層狀細(xì)砂巖夾砂礫巖；中部為灰色厚層狀砂礫巖夾風(fēng)化后呈褐黃色的粉砂質(zhì)泥巖，下部為黃、灰、灰黃、紫紅色中-厚層狀泥質(zhì)粉砂巖，砂巖，細(xì)砂巖，砂礫巖。巖體呈層狀結(jié)構(gòu)，較軟，力學(xué)強(qiáng)度較低、一般飽和抗壓強(qiáng)度10MPa～40MPa(參考值)，穩(wěn)定性較差，高陡處軟硬相間的結(jié)構(gòu)面附近產(chǎn)生易崩落、垮塌等現(xiàn)象。該層位于礦區(qū)東部及外圍，是構(gòu)成西側(cè)坡體的主要巖體，對(duì)礦床開(kāi)采有影響。

（3）堅(jiān)硬—半堅(jiān)硬碳酸鹽巖組。

呈帶狀分布于整個(gè)礦區(qū)。由二疊系下統(tǒng)(P1)致密塊狀、中—厚層狀灰?guī)r組成。巖體呈層狀結(jié)構(gòu)，堅(jiān)硬、中等—較完整，力學(xué)強(qiáng)度高、性脆、穩(wěn)定性較好。根據(jù)鉆孔揭露結(jié)果統(tǒng)計(jì)，RQD值大于65，巖心品質(zhì)好。據(jù)巖石物理力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果，其風(fēng)干單軸平均抗壓強(qiáng)度78MPa，平均軟化系數(shù)0.70。礦區(qū)構(gòu)造發(fā)育，構(gòu)造影響帶寬度不等，對(duì)礦床開(kāi)采穩(wěn)定性有一定影響。總體工程地質(zhì)條件中等，部分區(qū)域地下或隱伏溶洞，在機(jī)械重力作用下易造成崩塌、滑坡等工程地質(zhì)問(wèn)題，對(duì)礦床開(kāi)采影響較大。該巖組在構(gòu)造露天采坑最終邊坡（東側(cè)）。

（4）軟硬相間層狀碎屑巖組。

為泥盆系下統(tǒng)溫泉組（D1w2）灰綠、紫紅、灰色石英砂巖，粉砂巖、泥巖、板巖夾硅質(zhì)巖互層。

分布于礦區(qū)西部及外圍，巖性為灰綠、紫紅、灰色石英砂巖，粉砂巖、泥巖、板巖夾硅質(zhì)巖互層。巖層具不等粒結(jié)構(gòu)、中-細(xì)粒結(jié)構(gòu)、粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)、泥質(zhì)結(jié)構(gòu)。呈薄-中層狀構(gòu)造。巖石表面風(fēng)化裂隙較發(fā)育，受區(qū)域構(gòu)造的影響，局部地段次級(jí)構(gòu)造裂隙較發(fā)育。石英砂巖、硅質(zhì)巖堅(jiān)硬，力學(xué)強(qiáng)度高、飽和抗壓強(qiáng)度＞65MPa(參考值)，巖層較完整，穩(wěn)定性較好；粉砂巖、泥巖較軟，力學(xué)強(qiáng)度低、飽和抗壓強(qiáng)度15MPa～35MPa(參考值)，完整性一般，穩(wěn)定性較差。高陡處硬軟相間的結(jié)構(gòu)面附近易產(chǎn)生崩落、垮塌等現(xiàn)象。該層位于石灰?guī)r西側(cè)，為石灰?guī)r的底板圍巖，對(duì)礦床開(kāi)采有較大影響，建議在開(kāi)采過(guò)程中本著邊開(kāi)采邊監(jiān)測(cè)邊治理的原則，及時(shí)核對(duì)現(xiàn)有資料，預(yù)警不良地質(zhì)作用，放緩開(kāi)采臺(tái)階，注意維護(hù)臺(tái)階坡面，及時(shí)消除安全隱患。

3.1.2 構(gòu)造及工程地質(zhì)特征

礦區(qū)內(nèi)發(fā)育有Ⅱ級(jí)結(jié)構(gòu)面F3、F5斷層、Ⅲ級(jí)結(jié)構(gòu)面F8、F10、F12、F14、和Ⅳ級(jí)結(jié)構(gòu)面節(jié)理裂隙，其特征如下：

Ⅱ級(jí)結(jié)構(gòu)面：F3、F5均為近南北向破壞斷層，斷層所經(jīng)之處的巖體多呈碎裂狀，遠(yuǎn)離斷層的巖體完整性較好，說(shuō)明斷層的破壞對(duì)巖體完整性影響較大。F3東盤(pán)為二疊系下統(tǒng)（P1）堅(jiān)硬層狀碳酸鹽巖組，南西盤(pán)為D1w2較軟層狀碎屑巖組，斷層上盤(pán)為石灰?guī)r；F5東盤(pán)為三疊系上統(tǒng)灣甸壩組下段T3wn1較軟-較堅(jiān)硬層狀碎屑巖組，二疊系下統(tǒng)（P1）堅(jiān)硬層狀碳酸鹽巖組。未來(lái)開(kāi)采中，F(xiàn)3、F5斷層破碎帶附近形成的開(kāi)采邊坡穩(wěn)定性較差，對(duì)礦床開(kāi)采影響較大。

Ⅲ級(jí)結(jié)構(gòu)面：F8、F10、F12、F14均為近東向西破壞斷層，斷層所經(jīng)之處均破壞了石灰?guī)r的完整性，但規(guī)模較小，未來(lái)開(kāi)采過(guò)程中Ⅲ級(jí)結(jié)構(gòu)面形成的露采邊坡穩(wěn)定性較差，對(duì)礦床開(kāi)采影響較大，但不構(gòu)成露天采坑最終邊坡。

Ⅳ級(jí)結(jié)構(gòu)面：受區(qū)域構(gòu)造的影響，地表及淺部局部地段發(fā)育兩組裂隙，第一組276°～309°∠52°～71°，2～4條/m；為張性，半閉合狀、裂隙內(nèi)局部充填砂泥質(zhì)物；第2組產(chǎn)狀：120°～140°∠68°～88°，1～3條/m，為壓性，閉合狀，裂隙間距0.23m～0.40m。由于第一組為張性裂隙，局部裂隙密集發(fā)育地段巖體完整性中等，露天開(kāi)采形成的邊坡易沿軟弱夾層發(fā)生巖石剝落、局部垮塌等不良工程現(xiàn)象，應(yīng)注意防護(hù)。

3.2 礦坑涌水量預(yù)測(cè)

根據(jù)計(jì)算公式及參數(shù)取值，對(duì)該礦床資源量估算范圍內(nèi)的露天礦坑涌水量，分正常降雨和暴雨兩種狀態(tài)，坑內(nèi)和坑外兩部分，分別作了計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 露采礦坑涌水量計(jì)算參數(shù)取值一覽表

礦區(qū)露天礦坑涌水量計(jì)算公式，是在對(duì)本次工作獲得的有關(guān)資料進(jìn)行綜合研究、統(tǒng)計(jì)歸納、概化的基礎(chǔ)上建立的，基本反映了本礦床水文地質(zhì)條件，參數(shù)取值有一定的代表性。由于礦區(qū)地形地貌條件控制，區(qū)內(nèi)自然條件下大氣降水大部分通過(guò)沖溝及斜坡徑流排泄，少量經(jīng)各種巖溶通道以補(bǔ)給巖溶含水層（組）的方式排泄，礦床開(kāi)采后將部分改變礦區(qū)地形，同時(shí)也將影響原有的主要排泄通道的通暢，采坑內(nèi)、外地表徑流量難以截然分開(kāi)，因此，礦坑涌水量推薦值為采坑坑內(nèi)及坑外兩部分之和。上述礦坑涌水量推薦值是在露天礦坑基本形成時(shí)的涌水量值，在礦床開(kāi)采初期，礦坑涌水量將小于推薦值。

露天礦坑涌水量?jī)H為季節(jié)性大氣降水匯集，地形有自然排泄或滲漏條件，一般不會(huì)對(duì)礦床開(kāi)采造成較大影響。礦床資源量位于侵蝕基準(zhǔn)面、地下水位之上，礦床開(kāi)采可能對(duì)該含水層地下水埋藏條件有一定影響，如導(dǎo)致埋藏變淺，也能對(duì)含水層補(bǔ)給條件產(chǎn)生影響，如雨季可能增加含水層補(bǔ)給量，但對(duì)含水層地下水徑流及排泄條件影響不大。含水層主要排泄點(diǎn)為北西側(cè)泉水，建議對(duì)其作相應(yīng)長(zhǎng)期觀(guān)測(cè)，明確地下水排泄量與季節(jié)性變化的關(guān)系、自然狀態(tài)及人工狀態(tài)下的關(guān)系，以積累相應(yīng)的水文資料。

4 總結(jié)

該礦床位于區(qū)域巖溶含水層富水塊段的補(bǔ)給、徑流區(qū)部位，礦層屬巖溶含水層組，地下水位高程低于礦床資源量估算最低標(biāo)高（1660m），屬山坡露天開(kāi)采的礦床。礦床開(kāi)采無(wú)地下水及常年性地表水的充水影響，礦坑涌水的來(lái)源為季節(jié)性大氣降水，該礦床水文地質(zhì)條件屬大氣降水為主的簡(jiǎn)單類(lèi)型。

礦區(qū)構(gòu)造較發(fā)育，礦體屬可溶鹽巖類(lèi)堅(jiān)硬巖組。礦體巖石強(qiáng)度高，礦體節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體完整-中等；構(gòu)成露天礦坑最終邊坡的巖組為可溶鹽巖巖體、碎屑巖巖體，最終邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果均處于穩(wěn)定-基本穩(wěn)定狀態(tài)，最終邊坡的變形與破壞形式主要為局部性侵蝕坍塌、危巖滾落、坡頂拉裂為主，該礦床工程地質(zhì)條件屬以可溶鹽巖類(lèi)較堅(jiān)硬巖組與碎屑巖類(lèi)較軟弱巖組為主的中等類(lèi)型。

礦區(qū)所處區(qū)域次不穩(wěn)定區(qū)，地形相對(duì)高差屬中山，但礦區(qū)所處山體穩(wěn)定，礦區(qū)內(nèi)未見(jiàn)古滑坡，未見(jiàn)崩塌的跡象，不良地質(zhì)作用一般發(fā)育。區(qū)內(nèi)可溶鹽巖溶蝕以溶溝、溶槽、石芽為主，巖溶總體不發(fā)育。礦石及夾石化學(xué)組分穩(wěn)定，不易分解出有毒有害元素和組分，礦床開(kāi)采將破壞部分林木、耕地。剝離物有一定規(guī)模，隨意堆放可能誘發(fā)地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題。礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量中等。

綜上所述，據(jù)《固體礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范總則》（GB/T 13908-2020），該礦床開(kāi)采技術(shù)條件屬以工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)復(fù)合問(wèn)題為主的中等類(lèi)型（Ⅱ-4）。