張學(xué)東，林日松

木耳溪錳礦區(qū)內(nèi)地質(zhì)研究程度較高，成果豐碩，如周琦、杜遠(yuǎn)生、袁良軍等專家學(xué)者從地質(zhì)特征、成礦作用、成礦規(guī)律、成礦模式、找礦方向、礦床成因等地質(zhì)角度對(duì)該礦床進(jìn)行研究，但對(duì)開采技術(shù)條件方面的研究較少。

本次研究工作通過水文地質(zhì)調(diào)查及水文地質(zhì)鉆探、抽水試驗(yàn)等方法，結(jié)合前人研究成果，從水文地質(zhì)角度，對(duì)木耳溪錳礦水文地質(zhì)條件進(jìn)行研究，豐富了該方面的研究成果；對(duì)該區(qū)水文地質(zhì)工作具有較大的參考價(jià)值。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域地質(zhì)概況

木耳溪錳礦大地構(gòu)造位置屬于揚(yáng)子陸塊江南復(fù)合造山帶黔南坳陷區(qū)銅仁復(fù)式褶皺變形區(qū)內(nèi)，它是一個(gè)以中、新元古界淺變質(zhì)巖系為基底的復(fù)雜褶皺帶。

區(qū)域內(nèi)出露地層由老到新主要有青白口系下江時(shí)期、南華系、震旦系及寒武系等，區(qū)內(nèi)錳礦賦存于南華系下統(tǒng)大塘坡組第一段含錳巖系底部黑色薄層炭質(zhì)頁巖中。

區(qū)域地層分述如下：

青白口系清水江組?？煞炙亩危旱谝弧⒍螢橐惶谆?、灰綠色夾大量火山碎屑巖的變質(zhì)砂巖、變質(zhì)粉砂巖及粉砂質(zhì)板巖；二段底部以一層厚約30m巖性穩(wěn)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(zhì)粉砂巖及火山灰凝灰?guī)r，見大型交錯(cuò)層，該段石英巖狀砂巖為穩(wěn)定標(biāo)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(zhì)粉砂巖、板巖夾少許石英巖狀砂巖、灰綠色凝灰?guī)r，厚度：60m～121m。

南華系中統(tǒng)：本區(qū)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(zhì)粘土巖、含礫砂巖及層紋狀娟云母細(xì)砂巖間夾細(xì)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(xì)砂巖及含礫巖屑雜砂巖等，顆粒有向上變粗之趨勢(shì)；頂部為深灰色含礫砂巖夾薄層炭質(zhì)頁巖、含礫紋層粘土巖、粉砂質(zhì)粘土巖、巖屑雜砂巖及含長石英砂巖，該組地層橫向上可變?yōu)樯暗[質(zhì)白云巖或白云質(zhì)砂礫巖。厚度：1.17m～416.34m。

大塘坡組：根據(jù)巖性特征，分為二段。

第一段：習(xí)稱“含錳巖系”。為黑色炭質(zhì)頁巖，有時(shí)夾炭質(zhì)菱錳礦、白云巖、硅質(zhì)巖及凝灰?guī)r透鏡體。厚度：0m～56.53m。

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

南華系上統(tǒng)南沱組：下部為灰綠色、黃灰色塊狀含礫粉砂巖、含礫粉砂質(zhì)粘土巖、含礫粉砂質(zhì)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(zhì)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(shí)夾粘土巖薄層，礫石少而細(xì)。厚度：44.91m～339.27m。

震旦系下統(tǒng)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(guī)則團(tuán)塊及網(wǎng)脈發(fā)育；中部為灰色、淺灰色薄-中層含砂質(zhì)、泥質(zhì)條帶狀泥晶白云巖；中上部為黃灰色薄層含砂質(zhì)、泥質(zhì)、硅質(zhì)帶狀粘土巖；上部為灰色中-厚層微-細(xì)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(tǒng)—寒武系紐芬蘭統(tǒng)：

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

寒武系紐芬蘭統(tǒng)—寒武系第二統(tǒng)牛蹄塘組：

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

寒武系第二統(tǒng)：九門沖組和變馬沖組；

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

變馬沖組：下部為深灰色、灰黑色炭質(zhì)頁巖夾灰色薄層細(xì)粒云母質(zhì)砂巖，炭質(zhì)頁巖中含星點(diǎn)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(qū)地質(zhì)特征

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

（2）區(qū)域構(gòu)造。研究區(qū)的大地構(gòu)造位置屬于揚(yáng)子陸塊江南復(fù)合造山帶黔南坳陷區(qū)銅仁復(fù)式褶皺變形區(qū)內(nèi)，區(qū)內(nèi)經(jīng)歷多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，褶皺、斷裂較發(fā)育，主構(gòu)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(qū)北西角穿過。

2 區(qū)域水文地質(zhì)概況

區(qū)內(nèi)氣候?qū)僦衼啛釒Ъ撅L(fēng)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(jù)氣象資料，區(qū)內(nèi)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(dá)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(qū)內(nèi)位于貴州高原北東部，地勢(shì)總體南西高，北東低，地形切割中等，為中低山地貌，區(qū)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(qū)，流經(jīng)礦區(qū)的河流有木耳河和大屋河，最后匯集到礦區(qū)中部的道塘水庫。

根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)圖，區(qū)內(nèi)地下水從南西向北東方向徑流。

3 研究區(qū)水文地質(zhì)特征

根據(jù)地層、巖性、構(gòu)造、地下水形成條件及賦存特征，將區(qū)內(nèi)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(zhì)砂巖、冰磧礫巖及黑色炭質(zhì)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(biāo)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(xí)稱為“含錳巖系”，下部為黑色含錳炭質(zhì)頁巖，中上部為灰黑色、黑色炭質(zhì)頁巖，夾1層～3層灰綠—深灰色含黃鐵礦、炭質(zhì)有機(jī)質(zhì)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(biāo)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(zhì)粉砂質(zhì)粘土巖，以密集平直層紋及黑灰相間的條帶狀構(gòu)造發(fā)育為特征;中部為灰色薄層夾中厚層粉砂質(zhì)粘土巖、層紋狀粉砂質(zhì)粘土巖。上部為灰色、深灰色薄層層紋狀粉砂質(zhì)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(biāo)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(zhì)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(biāo)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(fā)育；中部為炭質(zhì)頁巖、含硅質(zhì)巖、砂質(zhì)頁巖及黃灰色、黃色砂質(zhì)粘土巖；上部為灰色薄～中層泥粉晶白云巖間夾砂泥質(zhì)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(xì)晶白云巖、粉晶白云巖，頂部偶夾炭質(zhì)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(zhì)頁巖夾灰綠色含炭質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖；下部主要為黑色炭質(zhì)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(zhì)頁巖，含星點(diǎn)狀細(xì)粒黃鐵礦；中部為灰、黃灰色粉砂質(zhì)頁巖、薄層粉砂巖；上部為灰、深灰色中至厚層粉晶灰?guī)r、夾粉砂質(zhì)頁巖、粘土巖和炭質(zhì)粘土巖。

變馬沖組（?2b）：下部為深灰色、灰黑色炭質(zhì)頁巖夾灰色薄層細(xì)粒云母質(zhì)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(diào)查區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)泉點(diǎn)。

3.2 構(gòu)造水文地質(zhì)特征

研究區(qū)斷層發(fā)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(qū)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(jié)較好，導(dǎo)水性弱。該斷層位于礦區(qū)中部，深部距離礦體最近距離342m，未切割錳礦層，對(duì)礦床充水的可能性小。

木耳斷層（F2）：該斷層為研究區(qū)內(nèi)的一級(jí)斷裂，從礦區(qū)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(qū)的北西角，遠(yuǎn)離礦床，對(duì)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(qū)內(nèi)地形切割中等，溝谷發(fā)育，在雨季，溝谷溪流水主要匯入礦區(qū)中部的道塘水庫。大氣降水有小部分沿基巖裂隙補(bǔ)給地下水，另外大部分補(bǔ)給地表水。河水、溪溝水一般在暴雨后短時(shí)間內(nèi)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(qū)內(nèi)地下水主要以基巖裂隙水的形式存在，在低洼、裂隙發(fā)育地帶，以泉點(diǎn)出露。

3.4 礦體與當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面及地下水位的關(guān)系

為當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面為480m，資源儲(chǔ)量算量標(biāo)高465m，研究區(qū)內(nèi)大部分礦體位于當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面以上。

3.5 地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄

研究區(qū)內(nèi)地下水補(bǔ)給來源主要為大氣降水及研究區(qū)中部的道塘水庫，地表水經(jīng)地下徑流之后，以泉點(diǎn)形式排出地表，再補(bǔ)給地表水。道塘水庫是礦區(qū)的補(bǔ)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(qū)內(nèi)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(qū)的中部，資源估算范圍邊界與水庫的達(dá)到正常蓄水位時(shí)，距礦床最近距離為93m，開采深部的礦體時(shí)，水庫的水將會(huì)通過構(gòu)造、裂隙向礦床充水。老窯、采空區(qū)積水：研究區(qū)內(nèi)目前無老窯及采空區(qū)。

4.2 充水通道

對(duì)錳礦床起充水作用的通道主要構(gòu)造裂隙、冒落帶裂隙及巖石裂隙。

構(gòu)造裂隙：對(duì)錳礦充水有明顯影響的構(gòu)造裂隙主要發(fā)育在大塘坡組第二段（Pt32bd2），受風(fēng)化程度的影響，其導(dǎo)水性隨深度的加大而變?nèi)?，因此為淺部錳礦礦床充水的直接通道。

冒落帶：開采時(shí)產(chǎn)生的冒落帶裂隙起到主要的導(dǎo)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(qū)，巖石裂隙中的水體對(duì)礦床充水。

按《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范》中的“冒落帶、導(dǎo)水裂隙帶最大高度經(jīng)驗(yàn)公式”估算：錳礦層平均厚度0.84m，假定其累計(jì)采厚為2.0m。錳礦層的傾角小于54°，頂板為炭質(zhì)頁巖、炭質(zhì)粘土巖，計(jì)算得出：冒落帶最大高度為8.0m，導(dǎo)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(jù)鉆孔資料，上覆隔水層厚度大于130m，遠(yuǎn)大于導(dǎo)水裂隙帶的高度，地表水體不會(huì)通過導(dǎo)水裂隙帶直接對(duì)礦坑充水。

4.3 充水方式

研究區(qū)主要充水層富水性弱，充水通道以巖石原生節(jié)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(zhì)類型

根據(jù)資料，區(qū)內(nèi)礦體大部分位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以上，小部分礦體位于最低侵蝕基準(zhǔn)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(jù)規(guī)范，將礦床水文地質(zhì)勘探類型劃分為：以頂板直接進(jìn)水為主的裂隙充水礦床，水文地質(zhì)類型屬第二類，水文地質(zhì)條件為第二型，水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度為中等。

6 涌水量預(yù)測(cè)

6.1 涌水量預(yù)測(cè)的原則、范圍及邊界條件

研究區(qū)勘查礦體產(chǎn)出標(biāo)高為+465m～+690m，結(jié)合鉆探實(shí)際情況，Mn-1礦體+465m標(biāo)高以上錳礦層的開采面積（資源估算范圍0.576491km2）來計(jì)算礦井涌水量。

6.2 預(yù)測(cè)方法及預(yù)測(cè)結(jié)果

（1）大井法根據(jù)礦區(qū)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)，未來開采中地下水向礦井的充水定為潛水運(yùn)動(dòng)，故礦井涌水量預(yù)算公式采用無壓“大井”公式計(jì)算：研究區(qū)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(chǎn)礦山的抽排水資料，預(yù)測(cè)水文地質(zhì)條件相似的研究區(qū)涌水量。

白石溪錳礦與研究區(qū)相鄰，水文地質(zhì)條件相似，因此采用“水文地質(zhì)類比法”進(jìn)行礦井涌水量計(jì)算。

比擬法預(yù)測(cè)礦坑涌水量結(jié)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(yù)算結(jié)果：研究區(qū)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(yù)測(cè)結(jié)果及評(píng)述

經(jīng)過預(yù)測(cè)，用“大井法”計(jì)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(jì)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(yù)測(cè)結(jié)果來自含水層抽水試驗(yàn)成果，有一定的局限性；“比擬法”預(yù)測(cè)建立在水文地質(zhì)條件相似的生產(chǎn)礦井實(shí)際資料，更貼合實(shí)際。建議采用“比擬法” 預(yù)測(cè)結(jié)果作為未來礦山總體建設(shè)規(guī)劃和礦井設(shè)計(jì)的依據(jù)。

7 結(jié)論

通過本次對(duì)研究區(qū)的分析計(jì)算，得到如下認(rèn)識(shí)：

（1）木耳溪錳礦處于水文地質(zhì)單元的補(bǔ)給、徑流區(qū)，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(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面以上，礦區(qū)中部有地表水體道塘水庫，但是大塘坡組第二段（Pt32bd2）的相對(duì)隔水層較厚，地表水不直接對(duì)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(qū)內(nèi)主要礦體的大部分位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)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(fā)育，礦層周邊無碳酸鹽巖，研究區(qū)是以頂板直接進(jìn)水為主的裂隙充水礦床。

（4）預(yù)測(cè)+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(shí)際，相關(guān)排水系統(tǒng)可按正常涌水量為1695.99m3/d，最大涌水量為3612.46m3/d設(shè)計(jì)。