礦區(qū)論文粘土礦區(qū)水文地質(zhì)特征

　　礦區(qū)地下水文特征會影響挖礦工程，本篇礦區(qū)論文分析區(qū)域水文地質(zhì)概況，及礦區(qū)水文地質(zhì)特征，闡述礦床水文地質(zhì)條件，分析礦區(qū)充水因素，為采礦提供地質(zhì)數(shù)據(jù)�？梢园l(fā)表礦區(qū)論文的期刊有《煤礦現(xiàn)代化》(雙月刊)創(chuàng)刊于1992年，是由兗礦集團有限公司主辦。 本刊為綜合性技術(shù)期刊，主要欄目有戰(zhàn)略研究、生產(chǎn)建設(shè)等，于2003年創(chuàng)建編委會，歡迎投稿。

　　通過對區(qū)域水文狀況、區(qū)域構(gòu)造、區(qū)域地下水補徑排和礦區(qū)水文地質(zhì)條件、含隔水層特征等因素的分析，總結(jié)了礦床的充水因素，為礦山開采水害防治提供了參考資料和決策依據(jù)。

　　關(guān)鍵詞：

　　礦床水文地質(zhì);充水因素;鋁、粘土礦;河南

　　1區(qū)域水文地質(zhì)概況

　　區(qū)域地處華北地臺南部嵩箕臺隆嵩山復背斜北翼，按照中國北方巖溶水系統(tǒng)劃分屬偃龍巖溶水系統(tǒng)，該系統(tǒng)西起平樂宜陽斷層，東至五指嶺斷層，南至萬安山、馬鞍山地表水分水嶺，北至奧灰深部滯流區(qū)，總面積566.18km2;五指嶺斷層把東部滎鞏巖溶水系統(tǒng)和偃龍巖溶水系統(tǒng)分隔成兩個獨立的水文單元;嵩山復背斜為黃河水系和淮河水系的地表分水嶺。

　　1.1自然地理區(qū)域位于鞏義市南，西接偃師，南隔嵩山與登封相望。區(qū)內(nèi)地勢東南高，西北低，地形切割強烈，溝嶺相間，縱橫交錯，相對高差400m左右。區(qū)域?qū)倥瘻貛Т箨懶约撅L氣候，四季分明，根據(jù)鞏義市氣象局多年資料，年平均氣溫14.6℃，最高氣溫42.3℃，最低氣溫-21.7℃。年最大降水量990.6mm，年平均降水量604.7mm，年平均蒸發(fā)量2136.2mm。蒸發(fā)量大于降水量。春季干燥多風少雨，夏季炎熱多雨，雨季多集中在七、八兩個月。年平均無霜期242天，12月至次年3月為霜凍期。

　　1.2地層區(qū)域內(nèi)地層為華北地層區(qū)豫西分區(qū)嵩箕小區(qū)，南部基巖出露，北部黃土覆蓋;地層走向東西偏北，傾向北，傾角10°～30°，自下而上依次為下古生界寒武系、奧陶系灰?guī)r;上古生界石炭系含鋁巖層，二疊系(含煤)砂泥質(zhì)巖層;新生界新近系、第四系沖積層等。1.3構(gòu)造區(qū)域內(nèi)構(gòu)造斷裂發(fā)育，大型褶皺有嵩山復背斜，展布于登封、鞏義、新密等地，構(gòu)成了嵩山山脈主體，展布方向近東西，軸部由基底巖系組成，兩翼則為中—新元古界和古生代地層構(gòu)成，是一個比較寬緩的大背斜，其間被五指嶺斷層、嵩山斷層兩次左行錯斷，總體控制了區(qū)內(nèi)主要煤田、鋁和粘土礦分布。主要大斷層有以下幾種。

　　1.3.1五指嶺斷層。屬區(qū)域性大斷層，走向為北西南東，北西端起于南山口附近沒入黃土層下，南東端止于登封市的黃花嶺以東，延長達15km以上，斷層東北為仰側(cè)西南為俯側(cè)，斷層面傾向為南西，傾角60°左右，屬高角度的正斷層，垂直斷距約1000m，且有平移性質(zhì)，將嵩山山脈東部向北西方向平移達5km;是東部滎鞏巖溶水系統(tǒng)和偃龍巖溶水系統(tǒng)的分界線。

　　1.3.2嵩山斷層。此斷層與五指嶺斷層近于平行，位于登封市城之西北，走向北西—南東，東南端起于登封市之中岳廟，西北端沒入鞏義市張莊附近之黃土層下，延長達18km，斷面傾向南西，傾角70°～80°，為—東仰西俯的高角度的正斷層，垂直斷距為400m～500m，東西兩側(cè)位移達2km，斷層帶硅泥膠結(jié)，以往曾有鉆孔揭露此斷層，但未發(fā)現(xiàn)涌(漏)水現(xiàn)象，斷層兩側(cè)太原組灰?guī)r水水位相差大約150m，判定此斷層含水性和導水性弱，屬阻水斷層。

　　1.4區(qū)域地下水補給、徑流和排泄偃龍巖溶水該系統(tǒng)特征為一單斜順置型，巖溶地下水流向與地層傾向相同;區(qū)域南部為嵩山，有約176km2基巖裸露于地表，雨季接受大氣降水的直接補給，為巖溶裂隙地下水的入滲補給區(qū);受地形和構(gòu)造等影響，巖溶地下水總體由南向北向徑流，局部受溝谷切割以泉的形式排泄，如凌溝泉、申溝泉、羅漢寺泉等，另外，區(qū)域內(nèi)人工開采和礦山開采也是地下水的主要排泄方式。

　　2礦區(qū)水文地質(zhì)特征

　　礦區(qū)處于小秦嶺-嵩山東西向構(gòu)造東段，嵩山復背斜北翼，五指嶺斷層和嵩山斷層之間;屬黃河流域，伊洛河水系，礦區(qū)呈一單斜構(gòu)造，總體地勢東南高西北低，南部嵩山是黃河和準河的地表分水嶺，礦區(qū)內(nèi)無大的地表水體，只有礦區(qū)北部(礦區(qū)外)有一條涉村河自東南向西北流入塢羅水庫，再經(jīng)伊洛河，最后在鞏義北部匯入黃河。

　　2.1礦區(qū)所處水文地質(zhì)單元礦區(qū)所在區(qū)域?qū)儋三垘r溶水系統(tǒng)，受中部近南北向嵩山斷層(阻水斷層)的切割，偃龍巖溶水系統(tǒng)又補分割為東西兩個亞單元，即東部的瑤嶺-上莊巖溶水系統(tǒng)和西部的龍門-夾溝巖溶水系統(tǒng)。鞏義粘土礦區(qū)正處于瑤嶺-上莊巖溶水系統(tǒng)東南部涉村-凌溝水文地質(zhì)段。屬區(qū)域地下水補給徑流區(qū)。

　　2.2含水層、隔水層

　　2.2.1寒武-奧陶系(∈-O)灰?guī)r巖溶裂隙含水層。由寒武系中上統(tǒng)和奧陶系中上統(tǒng)地層組成，廣泛出露于南部山區(qū)，在礦區(qū)隱伏于石炭系含礦地層以下;巖性主要為灰色、深灰色層狀灰?guī)r、角礫狀灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r等，巖溶裂隙、溶洞發(fā)育，含水層富水性較強，但不均勻，屬巖溶裂隙承壓水;地下水化學類型為HCO3-CaMg及HCO3-Ca型，礦化度350mg/l～600mg/l，水溫14℃～16℃，pH值7.3～7.55，水位標高在360m～426m之間，泉水流量2l/s～117.3l/s;涉村南溝泉、凌溝泉和涉村粘土礦廠的自流井均屬此含水層;凌溝泉為區(qū)域內(nèi)大泉，流量50.58l/s，泉水四季不斷流;涉村自流井為20世紀80年代粘土礦廠施工的生活水井，施工中揭露到此含水層時，承壓水頭沖出地表約15m，現(xiàn)在水井仍在自流，開始時流量4000m3/d，現(xiàn)在流量500m3/d，附近煤礦多次較大突水均源于該含水層，此含水層是礦區(qū)地下水最主要含水層。

　　2.2.2二疊系太原組(Pt)灰?guī)r巖溶裂隙含水層。廣泛分布在礦區(qū)中南部山前、山前丘陵，巖性主要由4～5層灰?guī)r組成，厚度在10m～60m之間，巖溶裂隙、溶孔、小溶洞發(fā)育，富水性中等，但不均勻，屬巖溶裂隙承壓水;地下水化學類型為HCO3SO4-CaMg型，礦化度300mg/l～400mg/l，水溫14℃～22℃，pH值7.35～7.90，水位標高在361.40～366.00之間;一般情況下此含水層富水性中等，但局部構(gòu)造斷裂發(fā)育地段，富水性較強，其中申溝泉、羅寺泉和河南煤田地質(zhì)二隊在30年前施工的CK84涌水鉆孔，均屬此含水層，申溝泉和羅漢寺泉為區(qū)域內(nèi)大泉，泉水四季不斷流，泉水流量20l/s～45l/s，CK84涌水鉆孔，單位涌水量16.259l/s.m，滲透系數(shù)154.20m/d。

　　2.2.3二疊系山西組(Ps)砂巖裂隙含水層。廣泛分布于礦區(qū)大部，主要由山西組中粒、中粗粒和粗粒砂巖構(gòu)成，多發(fā)育于構(gòu)造裂隙和風化裂隙附近，加上泥巖、砂質(zhì)泥巖、碳質(zhì)泥巖等相對隔水，為地下水的賦存創(chuàng)造了條件，形成層間水，但由于基巖山區(qū)地形起伏、溝谷深切，降水入滲形成的地下水總是速來速去，因此顯得較為貧乏，屬弱含水層，泉流量多小于1l/s，地下水化學類型為HCO3-KNa型水，礦化度160mg/l～300mg/l，水溫14℃～15℃，pH值7.3～7.5，水位標高受地形影響，變化較大，鉆孔單位涌水量0.003l/s.m～0.008l/s.m，滲透系數(shù)0.007m/d～0.04m/d。

　　2.2.4第四系(Q)含水層。第四系的沖積、洪積地層僅分布于河流和溝谷兩側(cè)，屬孔隙潛水，厚度0～27m，此含水層透水性強，含水較弱，為弱含水層。

　　2.2.5石炭系本溪組含鋁巖系隔水層。本隔水巖層由鐵質(zhì)泥巖、鋁土礦、粘土礦、粘土巖及炭質(zhì)泥巖等組成，在礦區(qū)廣泛發(fā)育，厚度一般在0～50m之間，厚度受古地形控制，構(gòu)造影響微弱，巖體結(jié)構(gòu)完整，具良好的隔水作用，不過礦山開采的即為此層，因此礦山開采后，直接揭露下部寒武-奧陶系灰?guī)r，因此，此層也失去了隔水意義。

　　2.2.6二疊系含煤巖系、砂質(zhì)泥巖、泥巖隔水層。主要由炭質(zhì)泥巖、煤層、砂質(zhì)泥巖、泥巖等組成，分布比較穩(wěn)定，厚度不均勻，是將太原組含水層和石盒子砂巖含水層分割開來的隔水層。在無構(gòu)造斷裂影響的情況下，隔水性能良好。

　　2.3礦區(qū)充水因素分析

　　影響礦床充水因素主要有以下幾個方面。

　　2.3.1大氣降水。礦區(qū)地形切割強烈、溝谷發(fā)育，地表大部分為黃土覆蓋，雨季大部分大氣降水都沿各溝谷順利排泄出，只有一少部分垂直向下入滲補給了礦區(qū)地下水，因此，大氣降水對礦床充水直接影響比較小。

　　2.3.2地表水。礦區(qū)內(nèi)無大的地表水體，只有礦區(qū)北部涉村河自東南向西北流出，涉村河流量受季節(jié)影響明顯，且對其切割的基巖含水層補給量非常有限，因此，地表水對礦床充水影響不大。

　　2.3.3地下水。根據(jù)區(qū)域和礦區(qū)地下水特征，礦區(qū)第四系孔隙水和二疊系砂巖裂隙水，水量都非常有限，基本不會對礦床充水構(gòu)成影響，對礦區(qū)礦床充水構(gòu)成影響的主要為寒武-奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙水和二疊系太原組灰?guī)r巖溶裂隙水，其影響如下：①寒武-奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙水：屬礦區(qū)礦體間接底板水，位于礦體下部，其間一般賦存鐵質(zhì)泥巖、菱鐵礦等具有一定隔水性的巖層，局部也會出現(xiàn)缺失;礦區(qū)采礦過程破壞了本溪組隔水層，直接揭露下部寒武-奧陶系灰?guī)r水，寒武-奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙水具有明顯的承壓性，且在礦區(qū)中北部其水位標高明顯高于礦體賦存標高，因此，其對礦床充水影響較大，此含水層是區(qū)域地下水的主要含水層，其特點是：富水性強，且極不均勻，如遇突水，一般突水量大，穩(wěn)定且持續(xù)時間長，危害大，是礦區(qū)礦床充水主要預防對象。②二疊系太原組灰?guī)r巖溶裂隙水：屬礦區(qū)礦體間接頂板水，位于礦體上部，其間存在碳質(zhì)泥巖、粘土巖等隔水巖層，礦床開采時受其直接影響，此含水層也是區(qū)域地下水的主要含水層，其特點是：一般富水性中等，但不均勻，附近煤礦多見此含水層突水，不過單就此含水層突水，一般突水量不是特別大，易于控制;但是在構(gòu)造斷裂發(fā)育地段，特別是該含水層與下伏的寒武-奧陶系含水層產(chǎn)生垂直水力聯(lián)系時，富水性明顯增強，局部富水性極強;其突水危害相當嚴重;因此，二疊系太原組灰?guī)r巖溶裂隙水也是礦區(qū)礦床主要充水因素之一。綜上所述，礦區(qū)礦床主要受底部寒武-奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙水和頂部二疊系太原組灰?guī)r巖溶裂隙水影響。

　　3礦床水文地質(zhì)條件

　　本區(qū)屬侵蝕型低中山地貌，屬于區(qū)域地下水補給徑流區(qū)，地下水資源豐富，礦區(qū)礦體多賦存在侵蝕基準面以下;其中礦區(qū)南部礦體賦存較高，高于寒武-奧陶系灰?guī)r水水位，中北部礦體位于寒武-奧陶系灰?guī)r水水位以下;礦區(qū)無大的地表水體，礦區(qū)地下水寒武-奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙水和二疊系太原組灰?guī)r巖溶裂隙水是未來礦床開采的主要充水因素。礦床水文地質(zhì)條件屬以巖溶裂隙含水層充水為主、頂?shù)装彘g接充水、南部條件簡單，北中部中等偏復雜類型礦床(第三類第二型)。

　　4結(jié)論與建議

　　①礦區(qū)位于偃龍巖溶水系統(tǒng)東南部，由于地形和構(gòu)造影響，礦區(qū)地下水補給充足，礦床充水主要是礦體間接頂、底板巖溶裂隙水，其中最主要的是底板寒武-奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙水，因此，要做好寒武-奧陶系灰?guī)r巖溶水動態(tài)水位觀測，特別是礦區(qū)中北部(寒武-奧陶系灰?guī)r水水位高于礦體部分)，要加強觀測，確保寒武-奧陶系灰?guī)r巖溶水不影響礦山正常開采。②根據(jù)礦區(qū)礦體特征和地下水特征，可先對南部埋深較淺進行開采，并對南部寒武-奧陶系灰?guī)r巖溶水進行疏排，再通過中北部寒武-奧陶系灰?guī)r水水位觀測結(jié)果，確保水位降到安全水頭以下再進行中北部開采。③雖然目前礦區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)大的構(gòu)造斷裂，但由于區(qū)域構(gòu)造斷裂發(fā)育，礦山開采過程中也應多重視小的構(gòu)造斷裂影響，堅持“有疑必探”，在確保查清其影響后再進行施工。④根據(jù)礦區(qū)野外水文地質(zhì)調(diào)查和分析研究，發(fā)現(xiàn)礦區(qū)及周邊礦井，寒武-奧陶系灰?guī)r水和太原組灰?guī)r水存在密切聯(lián)系，根據(jù)雨后各水位觀測點觀測情況，往往是寒武-奧陶系灰?guī)r水水位變化滯后期要短于太原組灰?guī)r水水位變化滯后期，也就是說寒武-奧陶系灰?guī)r水雨后補給路徑較短，推測為雨季降水先補給下部寒武-奧陶系灰?guī)r水，然后下部寒武-奧陶系灰?guī)r水再通過導水通道補給上部太原組灰?guī)r水。

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