周藝穎ZHOU Yi-ying；張世濤ZHANG Shi-tao；馮明剛FENG Ming-gang

（①昆明理工大學(xué)國土資源與工程學(xué)院，昆明650093；②云南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，昆明650093）

0 引言

南奔銅多金屬礦區(qū)位于老撾豐沙里省奔怒縣28°方向，平距約15km。自2009年至2012年，對本礦區(qū)區(qū)域內(nèi)的地表水、地下水的分布及其特征，礦體頂?shù)装鍑鷰r巖性進(jìn)行了調(diào)查，初步分析了礦區(qū)的水文地質(zhì)條件和特征，水文地質(zhì)工作程度較低。2012年底進(jìn)入詳查階段。我們依據(jù)最新的勘查資料，對KT1礦體各含水層，尤其是礦床充水含水層的空間分布特征、埋藏條件、富水性及礦床充水條件進(jìn)行了初步分析總結(jié)，用大井法預(yù)算了礦坑涌水量，為后續(xù)的地質(zhì)勘查工作和礦床開采提供依據(jù)。

1 地形地貌、地表水系與氣候

南奔銅多金屬礦區(qū)地處老撾豐沙里省西北部南布河、南桑河上游地區(qū)。區(qū)內(nèi)地貌總體西南高，東北低，最高點(diǎn)位于礦區(qū)的西南部的山頂，高程為1260m，最低點(diǎn)為南奔河面，為650m。山脈呈北東走向。區(qū)內(nèi)水系發(fā)育，主要河流為南桑河、南布河及其支流。河流近于平行山脈走向，從南西流向北東。兩河流量隨季節(jié)變化較大，旱季南布河流量為1.08m3/s，南桑河為3.24m3/s。兩河流出礦區(qū)處的水面標(biāo)高在635m至680m之間，為地表水的侵蝕基準(zhǔn)面。礦區(qū)屬于中等切割的中山地貌。礦區(qū)地處熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，每年5～10月為雨季，11月至次年4月為旱季。年降雨量一般1500-2200mm。

2 礦區(qū)水文地質(zhì)條件

2.1 地下水類型 根據(jù)含水介質(zhì)和儲水空間的類型，將地下水分為三大類型：松散巖類孔隙潛水、碎屑巖類孔隙裂隙水、斷裂帶裂隙水。松散巖類孔隙潛水分布于南桑河和南布河的河谷地帶。碎屑巖類孔隙裂隙水，含水介質(zhì)為下白堊統(tǒng)景星組砂巖，砂巖厚度均勻。據(jù)鉆孔揭露，砂巖厚度超過30m（ZKB301）。主要含水層位為地層上部的風(fēng)化裂隙帶和下部的受斷層影響的節(jié)理裂隙帶。斷裂帶裂隙水，含水介質(zhì)為下白堊統(tǒng)景星組斷裂帶影響的裂隙中。其分布面積不大，但沿F1斷層走向分布。

2.2 含（隔）水層水文地質(zhì)特征 礦區(qū)位于昌都-思茅-南邦陸塊中的思茅-豐沙里微陸塊內(nèi)。該區(qū)地層出露簡單，主要為下白堊統(tǒng)景星組（K1j），次為上侏羅統(tǒng)壩注路組（J3b），還有少許上三疊統(tǒng)（T3），第四系松散層散布在緩坡和河谷地帶。地層分布及剖面圖如圖1、圖2。

圖1 南奔礦區(qū)水文地質(zhì)圖

圖2 南奔礦區(qū)地層剖面圖

2.2.1 隔水層

2.2.1.1 上侏羅統(tǒng)壩注路組相對隔水層（J3b） 上侏羅統(tǒng)壩注路組（J3b）呈條帶狀出露于礦區(qū)東南部，為一套紅色陸源碎屑沉積，巖石組合以紫紅、淺紫紅色、灰綠色厚層-塊狀粉砂質(zhì)泥巖為主，夾少量細(xì)砂巖。該地層厚度＞600m[1]。該組含水性極弱，可視為隔水層。

2.2.1.2 上三疊統(tǒng)相對隔水層（T3） 上三疊統(tǒng)（T3）出露于礦區(qū)的東南角，巖性為灰黑色泥質(zhì)粉砂巖、黑色碳質(zhì)泥巖與灰白色中細(xì)粒砂巖夾煤層及煤線。該地層厚度＞1325m[1]。該組含水性極弱，可視為隔水層。

2.2.2 含水層

2.2.2.1 第四系松散堆積孔隙弱含水層（Q）該含水層主要由第四系沖洪積層和殘坡積層構(gòu)成。第四系沖洪積層主要分布于南桑河和南布河的河谷地帶，厚0～15m，為沖洪積礫石，砂礫及黏土混合組成，結(jié)構(gòu)較疏松，含孔隙潛水。地下水沿孔隙通道徑流，在河谷適宜地段散流排泄，與河水水力聯(lián)系密切。富水性較好。由于該層分布位置較低，對礦床充水無影響。

第四系殘坡積層分布于山頂及山腰緩坡地帶，由腐植土、亞黏土、碎石、碎塊組成，厚0～40m。該含水層結(jié)構(gòu)松散，透水性較好，富水性弱。大多數(shù)鉆孔靜止水位在殘坡積層以下，個別鉆孔揭露該含水層厚度可達(dá)10m。地下水接受大氣降水滲入補(bǔ)給，由高處向低處徑流，在沖溝等低洼處以散流的形式排泄?？傮w上看，該含水層厚度薄、規(guī)模小，對礦床充水影響小。

2.2.2.2 下白堊統(tǒng)景星組裂隙孔隙含水層（K1j） 下白堊統(tǒng)景星組（K1j）出露于礦區(qū)中部和西北部。該組以砂巖為主，是礦區(qū)的主要含水層，也是主要賦礦層位。據(jù)巖石組合，該組進(jìn)一步劃分為兩個巖性段。

①景星組第二段（K1j2）。景星組第二段（K1j2）主要出露于礦區(qū)西北部。巖石組合為淺紫紅、紫紅色厚層-塊狀粉砂質(zhì)泥巖為主，夾灰白、紫紅色中厚層狀細(xì)粒含長石石英砂巖，厚度大于300m[1]。該層含水性不均，大部分具隔水性，局部具弱富水性，含層間裂隙水。由于富水性弱，對礦床充水影響不大。

②景星組第一段（K1j1）。該層地表出露面積約占礦區(qū)面積的15%，主要含裂隙水。巖性以灰白色厚層狀—塊狀中細(xì)粒石英砂巖為主，夾紫紅色薄-中層狀粉砂質(zhì)泥巖，厚度大約236m[1]。該層是礦區(qū)含礦層位，也是礦區(qū)主要含水層，產(chǎn)狀為310°∠40°，其變化不大。該層巖石裂隙發(fā)育，淺部含風(fēng)化裂隙水，深部含構(gòu)造裂隙水。砂巖頂部強(qiáng)風(fēng)化帶厚度為2-14m，平均厚度為7.5m（表1）。根據(jù)礦區(qū)露頭和坑道的統(tǒng)計(jì)，平均裂隙率為0.0138。裂隙多為剪性，其填充物一般為泥質(zhì)，開啟性較差，連續(xù)性較好。

砂巖在風(fēng)化裂隙帶之下的部分，構(gòu)造裂隙發(fā)育。礦區(qū)受到至少3次構(gòu)造運(yùn)動影響，構(gòu)造裂隙主要發(fā)育于礦體圍巖（砂巖）。據(jù)礦區(qū)11個鉆孔地質(zhì)編錄統(tǒng)計(jì)，主要有4個節(jié)理裂隙發(fā)育的含水層，其厚度和RQD值如表1和表2。

1號含水層：規(guī)模較小，厚度在4-8米。節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙面平直光滑。巖心RQD值為48.38%。在鉆孔ZKB1101的61.17m處漏水。2號含水層：似層狀，厚度1.6-21.8米。節(jié)理裂隙發(fā)育，但被重晶石、黃鐵礦、方解石脈填充，脈寬為0.5-6mm。3號含水層：似層狀，厚度23.7-63.1米。節(jié)理被方解石，黝銅礦、石英脈膠結(jié)，脈寬為0.5-20mm。4號含水層：厚度9.9-78米。其中ZKB401在45米處全孔漏水?？傮w上看，各含水層傾角基本相等，厚度變化較均勻，巖心RQD平均值變化范圍為33.68%-54.14%，巖石完整性差[2]，節(jié)理發(fā)育，但多被填充，未被填充的裂隙表面光滑，可為水的流動提供良好的通道。該巖組靜止水位線與地形線的變化基本一致，且水位在地下45m左右。針對KT1礦體選取ZKB001勘探孔進(jìn)行抽水試驗(yàn)，取得測試成果如表3。

表1 1號2號3號4號含水層厚度及強(qiáng)風(fēng)化帶厚度

表2 1號2號3號4號含水層RQD統(tǒng)計(jì)表

表3 景星組第一段孔隙裂隙水測試成果

2.3 構(gòu)造破碎含水帶 南奔礦區(qū)F1斷層為5～50m寬的碎裂巖-構(gòu)造角礫巖帶。斷層面總體傾向南東，傾角50-65°，為南東盤向北西盤逆推的逆斷層。構(gòu)造帶內(nèi)巖石破碎，發(fā)育紫紅色、灰白色構(gòu)造角礫巖、碎裂巖，角礫呈棱角狀，大小一般3～15mm，成分復(fù)雜。局部斷層帶巖體呈劈理化破碎。斷層構(gòu)造帶地表風(fēng)化強(qiáng)烈，多為土狀，富水性極弱。深部裂隙發(fā)育，有不同程度的泥質(zhì)或方解石充填，膠結(jié)總體疏松，為地下水的運(yùn)移和富集創(chuàng)造了有利條件。坑道揭露顯示，礦區(qū)含水部位與斷層破碎帶關(guān)系密切。未受斷層破碎帶影響的地層，坑道一般只是潮濕，少見滴水。掘進(jìn)到斷層破碎帶時，股狀構(gòu)造裂隙水常沿?cái)嗔衙婊蛄严睹嬗砍觥蝹€涌水點(diǎn)流量一般0.05～0.2L/s，最大可達(dá)0.3L/s。

3 礦區(qū)主要含水層結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀和優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面分析

為了研究礦區(qū)含水層之間垂向上的水力聯(lián)系，對礦區(qū)地表人工開挖的露頭和地下坑道，選擇4個節(jié)理觀測點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)了391條裂隙，做出了節(jié)理統(tǒng)計(jì)傾角分布直方圖（圖3）和節(jié)理裂隙走向玫瑰花圖（圖4）。由圖3知，傾角小于30°為 2%，30°-60°的傾角為 30%，傾角為 60°-90°的占68%。礦區(qū)陡傾角節(jié)理裂隙占絕大部分。根據(jù)圖4，節(jié)理走向主要集中在273°-314°之間，與斷層平行或是小角度斜交。由圖5知，24條節(jié)理傾向3°方向，約占節(jié)理總數(shù)的6%。151條節(jié)理傾向南西方向，為151條，占節(jié)理總數(shù)的38%。由表4知，優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面有兩組，走向基本一致，為NW273°-283°，傾角很陡，但是傾向相反。從鉆孔情況看，在斷層北面的ZKB1101、ZKB901、和ZKB702和斷層南面的 ZKB701、ZKB501、ZKB301、ZKB101、ZKB001 均揭露斷層破碎帶和礦體，只是斷層南面的鉆孔破碎帶和礦體厚度較斷層北面大些。因此，可推知，礦區(qū)斷層及節(jié)理呈豎直的鋸齒狀向地下延伸，類似“Z”字形。產(chǎn)狀為185-193°∠76-80°和 3°∠83°。

圖3 礦區(qū)節(jié)理統(tǒng)計(jì)傾角分布直方圖

圖4 節(jié)理裂隙走向玫瑰花圖

圖5 礦區(qū)節(jié)理等密度圖

表4 優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果

通過以上結(jié)構(gòu)面的統(tǒng)計(jì)分析，礦區(qū)的節(jié)理傾角大部分很陡，可以切穿各含水層，為各含水層的水力聯(lián)系提供了通道。也使得各含水層與頂部的風(fēng)化化裂隙帶產(chǎn)生了密切的水力聯(lián)系。

4 地下水的的補(bǔ)給、徑流、排泄條件

4.1 第四系沖、洪積層主要沿南布河和南桑河兩岸分布，富水性較好，與大氣降水和地表水關(guān)系密切。一年四季接受大氣降水、河水滲入和風(fēng)化裂隙帶潛水的補(bǔ)給。潛水的流向主要與河流流向呈銳角相交，局部地段呈垂直相交。其排泄方式除蒸發(fā)外，多以泄流的形式補(bǔ)給南布河和南桑河。分布于礦體東南側(cè)的第四系坡積物中的孔隙潛水的唯一補(bǔ)給來源是大氣降水。由于受地形地貌控制，地下水自分水嶺處向河谷方向徑流，或下滲補(bǔ)給基巖風(fēng)化裂隙潛水。其特點(diǎn)是：就地補(bǔ)給，就地排泄，徑流途徑短，交替循環(huán)迅速。

4.2 碎屑巖類基巖地下水接受大氣降水及基巖風(fēng)化帶潛水的補(bǔ)給。地下水總體由分水嶺兩側(cè)向北西和南東沿砂質(zhì)巖層中的構(gòu)造裂隙運(yùn)移。在無斷裂破壞的情況下，地下水經(jīng)短距離運(yùn)移后，于溝谷處以散流的形式排入溪溝，具有就地補(bǔ)給、近源排泄的特點(diǎn)。在有斷裂破壞的情況下，切割不同含水層而具有較強(qiáng)徑流性質(zhì)的斷層破碎帶裂隙可溝通不同含水層，排泄破碎帶兩側(cè)含水層地下水而使水位與其它部位相比顯得較低。

5 礦床充水因素分析

5.1 礦床充水水源 大氣降水和地下水是礦床主要的兩大充水水源。

礦區(qū)有一個礦體，為KT1，分布于礦區(qū)的中部，埋深淺，礦體分布在+688m標(biāo)高以上，位于南桑河和南布河侵蝕基準(zhǔn)面以上，兩河河水對采礦不會造成影響。

大氣降水通過入滲補(bǔ)給地下水再通過井筒進(jìn)入礦坑，是礦井充水的間接水源。因此，礦井主要充水期與主要降水期基本一致，或是稍微延后一段時間。豐水年的豐水期是威脅采礦安全的主要時期。

礦體位于含水層砂巖中，礦體頂板是壩注路組隔水層，含水性極弱，對礦井影響不大。當(dāng)采用地下井采方式時，底板中，含礦層中的地下水會直接涌入井巷，構(gòu)成井巷直接充水水源。非含礦層的砂巖和斷層影響帶中儲存的地下裂隙水，當(dāng)采礦造成的突水系數(shù)超過臨界值時會造成礦井突水，是礦床間接的充水水源。涌水量以凈儲量為主，排水初期涌入量大，但之后水量逐漸減少。

5.2 充水通道 礦坑充水通道是礦坑充水的重要條件。根據(jù)礦區(qū)水文地質(zhì)條件、基巖風(fēng)化帶裂隙調(diào)查和鉆孔巖心分析，礦坑充水通道主要為構(gòu)造破碎帶及其影響帶和基巖風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙。

基巖風(fēng)化裂隙構(gòu)成降水入滲的主要通道，構(gòu)造裂隙構(gòu)成礦床充水的直接通道。F1斷層影響帶的構(gòu)造裂隙在垂向上可溝通各砂巖含水層中的裂隙水，如ZKB1101、ZKB401全孔漏水就是在構(gòu)造裂隙帶發(fā)生的。這條斷層分布在Kj1含水巖組中，起到匯水之作用，它同時也切割各隔水地層，破壞地層的隔水性，各含水層中的水力聯(lián)系得到加強(qiáng)，涌入井巷的水量也會增大。因此，在礦坑開采過程和井巷開拓中，應(yīng)特別注意這類導(dǎo)水通道。

總的來說，大氣降水通過強(qiáng)風(fēng)化帶的孔隙入滲到基巖風(fēng)化裂隙中，然后基巖風(fēng)化裂隙水沿構(gòu)造裂隙，滲入到各個砂巖含水層中和斷層破碎帶中。斷層破碎帶及其影響帶聯(lián)通各含水層，起到匯水和溝通管道的作用[3]。當(dāng)采礦時，受到擾動，地下水可通過這些通道進(jìn)入井巷、坑道中，造成涌水。

5.3 充水強(qiáng)度 影響礦區(qū)充水強(qiáng)度的因素概括起來有兩個：

5.3.1 充水巖組的出露面積和補(bǔ)給條件 充水巖組的頂部邊界是與大氣降水發(fā)生聯(lián)系的交換邊界，通過殘坡積層接受大氣降水補(bǔ)給。影響充水強(qiáng)度包括出露面積、蓋層的透水性、地形、植被覆蓋程度及地質(zhì)構(gòu)造條件等因素[4]。

礦區(qū)充水巖組出露面積約為3km2，占礦區(qū)面積的1/7。含水層上部為強(qiáng)風(fēng)化帶，為殘坡積層。其厚度一般2～14m，山脊處薄一些，坡地平緩處厚一些，最薄2m，最厚14m，平均厚度7.5m（表1）。該層最上部由腐植土組成，厚20～40cm，滲透性好；下部由亞砂土夾碎石組成，平均厚度3.7m，滲透性相對較好。但是中部由亞粘土組成，平均厚度4.1m，滲透性較差；雖然滲透性差的亞粘土層較厚，但分布不連續(xù)，所以總體上殘坡積層透水性較好。礦體位于分水嶺東南側(cè)的山腰上，坡度一般20°～35°，植被覆蓋好，腐植土層厚，利于降水入滲。

礦區(qū)北東走向的斷層F1位于下白堊景星組第一段含水巖組中部且平行該組地質(zhì)界線穿越礦區(qū)，其裂隙發(fā)育的影響帶將大大改善大氣降水的入滲。還加上大量前期地質(zhì)勘探施工的探槽、探坑，人為的改變了降雨入滲條件，有利于降水入滲。

綜合以上因素，礦區(qū)內(nèi)對大氣降水的入滲是有利的，所以，如遇降水期，充水強(qiáng)度會有所增強(qiáng)。

5.3.2 充水巖組的側(cè)向和頂?shù)撞窟吔鐥l件 礦床東南側(cè)為南布河，西北側(cè)為分水嶺，地下水由分水嶺流向南布河（如圖1）。且礦床開采深度位于河流侵蝕基準(zhǔn)面以上，又有厚度很大的壩注路組隔水層把南布河隔開，因此，地表水不會對礦床造成影響。在未開采情況下，水文邊界以地下分水嶺中間界線為界；在開采情況下，井巷涌水，水文邊界則會向北西偏移。

礦床及其直接頂、底板的隔水或透水條件，是影響礦床充水強(qiáng)度的關(guān)鍵性因素之一[6]。礦床的頂板邊界主要為壩注路組和一小部分景星組第一段（圖2），基本上不含水和不透水，構(gòu)成充水巖組的頂部隔水邊界。礦床的底板為統(tǒng)景星組第一段，以砂巖為主的含水巖組，其構(gòu)成礦床底部充水巖層。涌水強(qiáng)度主要是受景星組第一段砂巖含水層裂隙水和F1斷層影響帶中的裂隙水的影響，涌水量主要是裂隙中的靜儲存量。開始涌水時，強(qiáng)度會大些，但會衰減，若無降水補(bǔ)給，涌水強(qiáng)度會變小。

6 礦坑涌水量預(yù)測

6.1 引用計(jì)算公式 針對KT1礦體選取ZKB001勘探孔進(jìn)行抽水試驗(yàn)。選用的水泵，參數(shù)為：揚(yáng)程120m，流量6.0m3/h。根據(jù)該孔抽水試驗(yàn)所得參數(shù)，進(jìn)行礦坑涌水量的預(yù)測。

根據(jù)KT1號礦體水文地質(zhì)條件，適宜采用“大井”法預(yù)測礦坑涌水量。根據(jù)礦體分布的資料，對標(biāo)高821m中段進(jìn)行礦坑涌水量預(yù)測。計(jì)算采用潛水井的Dupuit公式[5]：

式中：Q—礦坑涌水量（m3/d）；K—滲透系數(shù)（m/d）；H—水頭高度，（m）；Sw—礦床設(shè)計(jì)疏干水位降深，（m）；R0—影響半徑，（m）。r0—引用半徑，（m）。

6.2 各參數(shù)的確定

L—過濾器長度，（m）。

經(jīng)計(jì)算得K=0.19m/d。

②水位降深(Sw)。設(shè)計(jì)水位降深為44m。

③水頭高度(H)。H為各勘查鉆孔的靜止水位標(biāo)高平均值與預(yù)算中段標(biāo)高的差，H=865-821=44m。

④引用半徑(r0)。采坑面積近似矩形，采用公式：

預(yù)算采坑投影為：長邊a=130m，短邊b=70m。η是與a/b比值有關(guān)的系數(shù)，查表求得為1.15。計(jì)算得r0=58m。

從礦區(qū)現(xiàn)有的平硐和鉆孔涌水量來看，由于補(bǔ)給有限，礦區(qū)地下水受到人工排泄后，涌水量將一直衰減，消耗的主要是靜儲量。故針對KT1估算的涌水量代表的應(yīng)該是最大涌水量，隨著礦山疏干排水的持續(xù)進(jìn)行，KT1礦坑涌水量也會逐步減小。

7 結(jié)論

①礦床的主要充水含水層為碎屑巖類孔隙裂隙含水層，礦床為裂隙充水型礦床。②礦床主要充水含水層與礦床直接接觸，地下水直接進(jìn)入礦坑，為直接充水型礦床。③礦體位于當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面以上，地形有利于自然排水，礦床主要充水含水層的富水性為弱-中等，滲透性差，水文地質(zhì)邊界簡單，礦床為水文地質(zhì)條件簡單的礦床。④大井法以地下水動力學(xué)原理為基礎(chǔ)的方法,是理想化的模型，計(jì)算公式適于均質(zhì)的含水層,而本區(qū)為非均質(zhì)的裂隙含水帶，而視為均質(zhì)層計(jì)算求得滲透系數(shù)，影響了預(yù)算的精度。

[1]朱延浙,吳軍,胡建軍,崔子良,黃曉琳,嚴(yán)城民.老撾地質(zhì)礦產(chǎn)概論[M].云南科技出版社，2009：33-47.

[2]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).（GB12719-1991），礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘查規(guī)范[S].

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[4]張恒志,李向文,王希才,馬治忠.黑龍江省砂寶斯金礦含水層特征及礦床充水條件研究[J].黃金科學(xué)與技術(shù)，2008，16（3）：21-25.

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