貴州省松桃縣孟溪鎮木耳溪錳礦水文地質條件研究及涌水量預測

張學東，林日松

木耳溪錳礦區內地質研究程度較高，成果豐碩，如周琦、杜遠生、袁良軍等專家學者從地質特征、成礦作用、成礦規律、成礦模式、找礦方向、礦床成因等地質角度對該礦床進行研究，但對開采技術條件方面的研究較少。

本次研究工作通過水文地質調查及水文地質鉆探、抽水試驗等方法，結合前人研究成果，從水文地質角度，對木耳溪錳礦水文地質條件進行研究，豐富了該方面的研究成果；對該區水文地質工作具有較大的參考價值。

1 區域地質背景

1.1 區域地質概況

木耳溪錳礦大地構造位置屬于揚子陸塊江南復合造山帶黔南坳陷區銅仁復式褶皺變形區內，它是一個以中、新元古界淺變質巖系為基底的復雜褶皺帶。

區域內出露地層由老到新主要有青白口系下江時期、南華系、震旦系及寒武系等，區內錳礦賦存于南華系下統大塘坡組第一段含錳巖系底部黑色薄層炭質頁巖中。

區域地層分述如下：

青白口系清水江組。可分四段：第一、二段為一套灰、灰綠色夾大量火山碎屑巖的變質砂巖、變質粉砂巖及粉砂質板巖；二段底部以一層厚約30m巖性穩定，顏色特殊的紫紅色板巖與一段分界，一段厚488m，二段厚222m；第三段為淺灰色塊狀石英巖狀砂巖，含礫石英砂巖夾薄層灰綠色、紫紅色變質粉砂巖及火山灰凝灰巖，見大型交錯層，該段石英巖狀砂巖為穩定標志層，厚80m～100m；第四段為暗綠色厚層綠泥含長砂巖、次硬砂巖及灰色薄-中層變質粉砂巖、板巖夾少許石英巖狀砂巖、灰綠色凝灰巖，厚度：60m～121m。

南華系中統：本區分為富祿組、大塘坡組；富祿組下部為灰-淺灰色中厚層狀礫砂質粘土巖、含礫砂巖及層紋狀娟云母細砂巖間夾細晶白云巖透鏡體；底部以白云巖或礫巖與下伏清水江組，呈角度不整合接觸；中上部為灰色、灰綠色厚層塊狀長石巖屑雜砂巖、石英細砂巖及含礫巖屑雜砂巖等，顆粒有向上變粗之趨勢；頂部為深灰色含礫砂巖夾薄層炭質頁巖、含礫紋層粘土巖、粉砂質粘土巖、巖屑雜砂巖及含長石英砂巖，該組地層橫向上可變為砂礫質白云巖或白云質砂礫巖。厚度：1.17m～416.34m。

大塘坡組：根據巖性特征，分為二段。

第一段：習稱“含錳巖系”。為黑色炭質頁巖，有時夾炭質菱錳礦、白云巖、硅質巖及凝灰巖透鏡體。厚度：0m～56.53m。

第二段：下部為灰色薄層含炭質、粉砂質條帶狀頁巖，含星點狀黃鐵礦，上部為灰色薄層粘土巖、層紋狀粉砂質頁巖夾少許粉砂巖，產藻類、凝源類和菌類化石。厚度：100m～300m。

南華系上統南沱組：下部為灰綠色、黃灰色塊狀含礫粉砂巖、含礫粉砂質粘土巖、含礫粉砂質頁巖，間夾1層～2層層紋狀粘土巖，局部夾白云巖透鏡體；中部為灰綠色、黃綠色塊狀含礫砂巖、砂質礫巖，礫石多，礫徑大；上部主要為黃灰綠色含礫粘土巖、含礫粉砂巖，時夾粘土巖薄層，礫石少而細。厚度：44.91m～339.27m。

震旦系下統陡山沱組：下部灰色厚層-塊狀微晶白云巖、石英、白云石及方解石等不規則團塊及網脈發育；中部為灰色、淺灰色薄-中層含砂質、泥質條帶狀泥晶白云巖；中上部為黃灰色薄層含砂質、泥質、硅質帶狀粘土巖；上部為灰色中-厚層微-細晶白云巖及厚層條帶狀泥晶白云巖；頂部偶見礫屑白云巖。厚度：24.74m～42.02m。

震旦系下統—寒武系紐芬蘭統：

燈影組：淺灰色至深灰色厚層狀細晶白云巖、粉晶白云巖，頂部偶夾炭質頁巖、條帶狀泥晶粉晶白云巖。厚度：24m～136m。

寒武系紐芬蘭統—寒武系第二統牛蹄塘組：

中上部為黑色炭質頁巖夾灰綠色含炭質粉砂巖和粉砂質泥巖；下部為黑色炭質頁巖，偶夾黑色硅質頁巖，且底部產0m～0.39m厚磷塊巖。厚度：57m～170m。

寒武系第二統：九門沖組和變馬沖組；

九門沖組：下部為黑色炭質頁巖，含斷線狀、星點狀黃鐵礦；中部為灰-黃灰色薄層粉砂質頁巖、粉砂質粘土巖，粉砂巖夾薄層泥晶灰巖透鏡體；上部為灰-深灰色中至厚層粉晶灰巖、夾粉砂質頁巖及粉砂質炭質粘土巖。厚度：20m～78.11m。

變馬沖組：下部為深灰色、灰黑色炭質頁巖夾灰色薄層細粒云母質砂巖，炭質頁巖中含星點狀、線狀黃鐵礦，具水平層理，含海棉骨針化石；上部為黃灰色、黃色中至厚層砂巖、石英砂巖。厚度：170.18m～180.45m。

1.2 礦區地質特征

（1）地層。研究區內出露的地層有南華系中統富祿組、大塘坡組、南華系上統南沱組；震旦系陡山沱組、寒武系紐芬蘭統至震旦系上統燈影組；寒武系牛蹄塘組、九門沖組、寒武系第二統變馬沖組及第四系。南華系中統大塘坡組為錳礦含礦層。

（2）區域構造。研究區的大地構造位置屬于揚子陸塊江南復合造山帶黔南坳陷區銅仁復式褶皺變形區內，區內經歷多次構造運動，褶皺、斷裂較發育，主構造線方向呈北北東向、北東向展布。主要斷裂為木耳壓扭性斷層，該斷層從礦區北西角穿過。

2 區域水文地質概況

區內氣候屬中亞熱帶季風氣候，冬冷夏熱，春溫秋爽，四季分明，氣候宜人，雨量充沛，熱量豐富。據氣象資料，區內年均降水量為1386.45mm，月最大降水量為1194mm，日最大降水量為101mm，5月份～7月份為雨季，降水量達898mm，12月至翌年2月為旱季。年均氣溫為10℃，月均最高氣溫為25℃，月均最低氣溫為2℃，1月～2月有霜凍。全年無霜期大約291天。

區內位于貴州高原北東部，地勢總體南西高，北東低，地形切割中等，為中低山地貌，區域上屬于長江流域沅江水系松桃河干流坪南河支流的徑流區，流經礦區的河流有木耳河和大屋河，最后匯集到礦區中部的道塘水庫。

根據區域水文地質圖，區內地下水從南西向北東方向徑流。

3 研究區水文地質特征

根據地層、巖性、構造、地下水形成條件及賦存特征，將區內地下水劃分為基巖裂隙水、碳酸鹽巖巖溶裂隙水及第四系孔隙水三種類型。

3.1 地層的含（隔）水性

（1）南華系（Pt32）。富祿組（Pt32bf）：頂部為黑灰色中厚層含炭質砂巖、冰磧礫巖及黑色炭質頁巖；底部為中層含礫綠泥石夾長石砂巖，厚度＞100m，未見底。含基巖裂隙水，富水性弱，該地層中地下水水位標高813.60m～845.98m，地下水埋深50.70m～66.85m，該層位于錳礦體之下，為礦層的底板直接充水含水層。

大塘坡組第一段（Pt32bd1）：習稱為“含錳巖系”，下部為黑色含錳炭質頁巖，中上部為灰黑色、黑色炭質頁巖，夾1層～3層灰綠—深灰色含黃鐵礦、炭質有機質粘土巖。厚0m～25m。含基巖裂隙水，富水性極弱，該地層中地下水水位標高824.98m～839.32m，地下水埋深275.44m～289.78m，位于錳礦體之上，為礦層的頂板直接充水含水層。

大塘坡組第二段（Pt32bd2）：下部為灰色、深灰色薄層夾中厚層含炭質粉砂質粘土巖，以密集平直層紋及黑灰相間的條帶狀構造發育為特征;中部為灰色薄層夾中厚層粉砂質粘土巖、層紋狀粉砂質粘土巖。上部為灰色、深灰色薄層層紋狀粉砂質粘土巖，頂面起伏不平。厚170m～217m。該層含基巖裂隙水，富水性弱。該地層中地下水水位標高428.12m～824.98m，地下水埋深7.46m～275.44m，位于錳礦體之上。

南沱組（Pt32cn）：下部為黃綠、黃灰色塊狀含礫粉砂巖、含礫粉砂質頁巖；中部為灰綠、黃綠色含礫砂巖；上部為灰綠、黃灰色含礫粘土巖、含礫砂巖夾黃灰色、深灰色粘土巖。該層含基巖裂隙水，富水性弱。該地層中地下水水位標高813.60m～845.98m，地下水埋深50.70m～66.85m，位于錳礦體之上。

（2）震旦系（Pt3

3）。陡山沱組（Pt33d）：下部灰色厚層塊狀微晶白云巖，石英及方解石脈發育；中部為炭質頁巖、含硅質巖、砂質頁巖及黃灰色、黃色砂質粘土巖；上部為灰色薄～中層泥粉晶白云巖間夾砂泥質粘土巖，白云巖稍有硅化。該層為碳酸鹽巖巖溶裂隙水及基巖裂隙水組合，富水性中等。

燈影組（Pt33b?dy）：淺灰色至深灰色厚層狀細晶白云巖、粉晶白云巖，頂部偶夾炭質頁巖、條帶狀泥晶粉晶白云巖。該層為碳酸鹽巖巖溶裂隙水及基巖裂隙水組合，富水性中等。

（3）寒武系（?）。牛蹄塘組（?1-2n）：中上部為黑色炭質頁巖夾灰綠色含炭質粉砂巖和粉砂質泥巖；下部主要為黑色炭質頁巖。該層含基巖裂隙水，富水性弱。

九門沖組（?2jm）：底部為磷礦層，厚一般0.15m～0.40m；下部為黑色炭質頁巖，含星點狀細粒黃鐵礦；中部為灰、黃灰色粉砂質頁巖、薄層粉砂巖；上部為灰、深灰色中至厚層粉晶灰巖、夾粉砂質頁巖、粘土巖和炭質粘土巖。

變馬沖組（?2b）：下部為深灰色、灰黑色炭質頁巖夾灰色薄層細粒云母質砂巖；上部為黃灰色、黃色中至厚層砂巖、石英砂巖，該層含基巖裂隙水，富水性弱。

（4）第四系（Q）。主要分布在斜坡、河谷及山間低洼地帶，巖性為粘土、亞粘土、礫等。地下水類型主要為孔隙水，在調查區內未發現泉點。

3.2 構造水文地質特征

研究區斷層發育按走向劃分，為北東向、北西向及近南北向斷層，主要斷層有道塘正斷層（F1）及木耳斷層（F2）等。

道塘正斷層（F1）：位于礦區中部斜穿道塘水庫，總體呈北東向（45°～225°）延伸，傾向南東，傾角83°，長約1.8km，為正斷層，斷距20m～35m。破碎帶寬約8m，膠結較好，導水性弱。該斷層位于礦區中部，深部距離礦體最近距離342m，未切割錳礦層，對礦床充水的可能性小。

木耳斷層（F2）：該斷層為研究區內的一級斷裂，從礦區北西角干田灣附近穿過，總體呈北東向（64°～244°）延伸，傾向南東，傾角74°，為正斷層，該斷層位于礦區的北西角，遠離礦床，對礦床充水的可能性小。

3.3 地表水與地下水的變化特征

（1）地表水：礦區內地形切割中等，溝谷發育，在雨季，溝谷溪流水主要匯入礦區中部的道塘水庫。大氣降水有小部分沿基巖裂隙補給地下水，另外大部分補給地表水。河水、溪溝水一般在暴雨后短時間內流量暴漲，雨后水位迅速下降，枯水期流量明顯變小，流量變幅較大。

（2）地下水：礦區內地下水主要以基巖裂隙水的形式存在，在低洼、裂隙發育地帶，以泉點出露。

3.4 礦體與當地最低侵蝕基準面及地下水位的關系

為當地最低侵蝕基準面為480m，資源儲量算量標高465m，研究區內大部分礦體位于當地最低侵蝕基準面以上。

3.5 地下水的補給、徑流、排泄

研究區內地下水補給來源主要為大氣降水及研究區中部的道塘水庫，地表水經地下徑流之后，以泉點形式排出地表，再補給地表水。道塘水庫是礦區的補給來源也是排泄通道。

4 礦床充水因素分析

4.1 充水水源

（1）直接充水來源。研究區內的直接充水水源是礦體頂板大塘坡組第一段（Pt32bd1）的基巖裂隙水，是礦床充水的直接含水層。

（2）間接充水水源。地下水：大塘坡組第二段（Pt32bd2）的基巖裂隙水是礦床的間接充水水源。地表水：道塘水庫位于礦區的中部，資源估算范圍邊界與水庫的達到正常蓄水位時，距礦床最近距離為93m，開采深部的礦體時，水庫的水將會通過構造、裂隙向礦床充水。老窯、采空區積水：研究區內目前無老窯及采空區。

4.2 充水通道

對錳礦床起充水作用的通道主要構造裂隙、冒落帶裂隙及巖石裂隙。

構造裂隙：對錳礦充水有明顯影響的構造裂隙主要發育在大塘坡組第二段（Pt32bd2），受風化程度的影響，其導水性隨深度的加大而變弱，因此為淺部錳礦礦床充水的直接通道。

冒落帶：開采時產生的冒落帶裂隙起到主要的導水作用，使錳礦巷道與上覆含水層、地表水等溝通，從而使各類水源滲入或涌入礦井。

巖石裂隙：開采過程中，形成采空區，巖石裂隙中的水體對礦床充水。

按《礦區水文地質工程地質勘探規范》中的“冒落帶、導水裂隙帶最大高度經驗公式”估算：錳礦層平均厚度0.84m，假定其累計采厚為2.0m。錳礦層的傾角小于54°，頂板為炭質頁巖、炭質粘土巖，計算得出：冒落帶最大高度為8.0m，導水裂隙帶最大高度為35.53m，采礦影響頂板總高度為43.53m。根據鉆孔資料，上覆隔水層厚度大于130m，遠大于導水裂隙帶的高度，地表水體不會通過導水裂隙帶直接對礦坑充水。

4.3 充水方式

研究區主要充水層富水性弱，充水通道以巖石原生節理、裂隙、斷裂裂隙及開采造成的冒落帶裂隙為主，充水方式以頂板滲水、滴水、淋水為主。

5 水文地質類型

根據資料，區內礦體大部分位于當地侵蝕基準面以上，小部分礦體位于最低侵蝕基準面以下，上覆層較厚且地形有利于自然排水，直接充水含水層為大塘坡組第一段（Pt32bd1）所含的基巖裂隙水，其富水性較弱，間接充水含水層為大氣降水的入滲，根據規范，將礦床水文地質勘探類型劃分為：以頂板直接進水為主的裂隙充水礦床，水文地質類型屬第二類，水文地質條件為第二型，水文地質條件復雜程度為中等。

6 涌水量預測

6.1 涌水量預測的原則、范圍及邊界條件

研究區勘查礦體產出標高為+465m～+690m，結合鉆探實際情況，Mn-1礦體+465m標高以上錳礦層的開采面積（資源估算范圍0.576491km2）來計算礦井涌水量。

6.2 預測方法及預測結果

（1）大井法根據礦區水文地質結構，未來開采中地下水向礦井的充水定為潛水運動，故礦井涌水量預算公式采用無壓“大井”公式計算：研究區正常涌水量為554.73m3/d，雨季最大涌水量1181.57m3/d。

（2）比擬法。利用已生產礦山的抽排水資料，預測水文地質條件相似的研究區涌水量。

白石溪錳礦與研究區相鄰，水文地質條件相似，因此采用“水文地質類比法”進行礦井涌水量計算。

比擬法預測礦坑涌水量結果如下：正常礦坑涌水量1695.99m3/d；雨季最大礦坑涌水量3612.46m3/d。

預算結果：研究區的正常涌水量為1695.99m3/d，雨季最大涌水量平均為3612.46m3/d。

6.3 涌水量預測結果及評述

經過預測，用“大井法”計算得未來礦井一般涌水量為554.73m3/d，最大涌水量為1181.57m3/d；用“比擬法”計算得未來礦井一般涌水量為1695.99m3/d，最大涌水量為3612.46m3/d。

“大井法”預測結果來自含水層抽水試驗成果，有一定的局限性；“比擬法”預測建立在水文地質條件相似的生產礦井實際資料，更貼合實際。建議采用“比擬法” 預測結果作為未來礦山總體建設規劃和礦井設計的依據。

7 結論

通過本次對研究區的分析計算，得到如下認識：

（1）木耳溪錳礦處于水文地質單元的補給、徑流區，大氣降水、礦體頂板大塘坡組第一段（Pt32bd1）的基巖裂隙水是礦床的主要充水因素。

（2）礦體大部分位于當地最低侵蝕基準面以上，礦區中部有地表水體道塘水庫，但是大塘坡組第二段（Pt32bd2）的相對隔水層較厚，地表水不直接對礦井充水，所以大塘坡組第一段（Pt3

2bd1）的地下水是礦床充水的直接水源。

（3）研究區內主要礦體的大部分位于當地侵蝕基準面以上，上覆層較厚且地形有利于自然排水，直接充水含水層為大塘坡組第一段（Pt32bd1）所含的基巖裂隙水，其富水性較弱，巖石裂隙不發育，礦層周邊無碳酸鹽巖，研究區是以頂板直接進水為主的裂隙充水礦床。

（4）預測+465m段的正常礦坑涌水量及最大涌水量，較為合理、可靠，基本符合實際，相關排水系統可按正常涌水量為1695.99m3/d，最大涌水量為3612.46m3/d設計。