安溪县湖上石灰岩矿水文地质条件及开采问题的探讨

俞解星

[摘要]：石灰岩是水泥的主要原料，由于石灰岩是可溶性岩石，其开采中水文地质条件至关重要，因为溶洞的存在，常常造成矿井突水。分析石灰岩矿的水文地质条件，预测石灰岩开采中可能遇到的水文地质问题，对于以后石灰岩开采具有重要意义。

[关键词]：石灰岩水文地质条件开采

1、区域概况

安溪县湖上石灰岩矿区属南岭纬向构造带的东延部分，位于感德~长坑背斜之东翼。矿区主要地层由老至新有：上石炭统船山组、下二叠统栖霞组、二叠统童子岩组、第四系。

地貌属侵蚀构造类型，山脉属中低山，山体总体走向为南北向，中部高，东西两侧低。

区内水系呈树枝状分布，主要地表水体为雪山溪，为常年流水；矿区位于雪山溪的上游，主要为雪山溪上游季节性流水的三条支流（支沟）。

2、矿区水文地质条件

2.1岩性、岩组、含水性

地表浅部主要为第四系黄土、黄土状粘土等组成。厚度一般在30m左右，钻孔一般揭露为岩芯缺失或少岩芯。雨季常以泉点出露，流量0.005~0.2l/s,旱季时有干枯。

矿区北部为南园组相对隔水岩组，厚度大于800m。岩性为凝灰质含砾砂岩，角砾凝灰岩、流纹质晶屑凝灰熔岩等，是矿区北部的隔水边界。

长林组弱裂隙含水岩组仅出露于矿区南部悬钟岩一带，分布面积较小。

翠屏山组裂隙含水岩组分布于矿区南东角及外围，上部受风化影响，裂隙较深部发育，富水性中等，为裂隙含水岩组。

童子岩组弱裂隙含水岩组，大面积分布于矿区地表，厚度大于500m，岩性为粉砂岩、细砂岩、夹薄层炭质泥岩、薄煤层及煤线，中厚层状、层状。地表揭露的泉流量小，一般小于0.01l/s，流量受季节影响，以下降泉形式出露，水质类型为Ca-HCO3，矿化度在100左右。为弱裂隙含水岩组。

受F1 断层的影响，栖霞组地层与童子岩组地层直接接触。地表在矿区的西部外围的雪山溪溪床有出露，栖霞组岩性以硅质岩、灰岩为主，船山组岩性以灰岩、大理岩化灰岩、硅质岩为主，局部夹薄层角岩。据邻区地质资料反映，栖霞组灰岩岩溶率为2.1%，主要分布于靠近地表处，雪山溪两侧硐井揭露上部近地表处见有小溶洞、小溶沟，而在硐井深部岩性完整。从矿区钻孔揭露的岩性情况，仅有ZK4-1及ZK8-4（矿区外）见有溶洞，而其它钻孔仅在灰岩顶底板见有裂隙溶蚀现象，灰岩裂隙不很发育，局部见有溶蚀现象。水质类型为水质类型为Ca-HCO3，矿化度在200左右，为弱溶裂隙含水岩组。

林地组岩性为灰绿～灰黑色石英片岩、石英云母片岩等，为花岗岩体所吞蚀，裂隙不发育，为相对隔水岩组。

岩浆岩在矿区西南外围有出露，深部为矿体底板，岩浆岩为花岗岩、辉绿岩、花岗斑岩等，花岗岩主要分布于矿区西南地表及矿体底板，辉绿岩、花岗斑岩分布于矿区深部地层，以岩脉形式侵入。花岗斑岩局部裂隙发育见有溶蚀孔隔水性差，花岗岩、辉绿岩裂隙不发育，岩石质量较好，隔水性好，矿区内岩浆岩整体为隔水岩组。

2.2断层含水性

矿区内主要断层有F16、F2、F1断层。F16、F2断层位于矿体上部，对矿体影响极弱。F1断层，地表出露于矿区西部外围，近南北向，向东延伸至矿区深部，区内钻孔揭露断层宽0~1.6m，断层带破碎，局部石英充填，见有溶蚀孔， F1断层为局部充导水断层。

2.3矿区补、迳、排条件

矿区地表水体不发育，雪山溪位于矿区西部外围，在矿区内主要为雪山溪上游的三条支流，径流短并且为季节性沟谷，因此地表水体不是本区的主要补给来源，矿区地下水的补给来源主要为大气降水，其次为层间裂隙水。

大气降水是本区地下水补给的主要来源，按照本区气候，年平均降水量1516mm，区内一般从每年的3月份后开始进入雨季，每年的5-9月份为降雨集中期，10月份后进入旱季。地表径流大致与季节一致，雨季流量大，旱季甚是断流，大气降水大部分沿沟谷以地表径流排泄，部分入渗补给潜水，少数入渗运移补给承压水。

层间裂隙水是深部地下水的补给来源，童子岩组弱裂隙水及灰岩裂隙水是深部矿坑水的两大补给来源，由于F1局部充导水断层的影响，童子岩组弱裂隙水与灰岩顶板水有水力联系，补给矿坑主要以消耗童子岩组弱裂隙水及灰岩裂隙水的静储量。

区内地表径流为大气降水大部分汇集于沟谷，北部为其头尾沟、中部为岭尾沟、南部为珍地沟，三条沟谷流水最终汇集于矿区西部的雪山溪。地下径流为大气降水少部分入渗补给第四系孔、裂隙水，在重力的作用下沿岩层面渗透，在低洼地或切割面揭露成泉，这种地下径流路程短；另一种为大气降水或沟谷水入渗，沿层间裂隙、断层破碎带或受工程影响的不良钻孔、采空裂隙等下渗补给更深层的地下水，成为半承压或承压水，在远处或受工程坑硐揭露排泄，这种地下径流路程长。

矿区地表排泄直接沿沟谷排泄，地下以泉点排泄，矿区开采后，主平硐将成为主要排泄通道，地下水沿不良钻孔及断层破碎带补给深层地下水，深层地下水沿采空裂隙补给矿坑水，从主平硐向外排泄。

3矿区开采的水文地质问题

3.1水文地质条件边界

矿区水文地质条件为一夹长型条带，如图1所示，北部以F16断层为隔水边界，东西两侧以接触界线为隔水边界，表明矿坑补给来源以消耗岩层裂隙水静储量为主。

3.2水力联系分析

对区内南部的珍地沟、北部的其头尾沟、泉点及外围集安矿主平硐硐口进行采集水样，分析区内地下水相关性。

运用piper三线图对水质进行分析，见图2，珍地沟水质为Ca-Mg - HCO3型，其头尾沟水质为Ca-Na - HCO3型，泉点水质为Ca - HCO3型，集安硐口水质为Ca - HCO3型。矿化度100～200，中性或偏碱性，PH值6.9～7.7；阳离子以Ca2+为主，阴离子HCO3- 为主。表明区内地下水与地表水关系较为密切。

珍地沟其头尾沟

泉点集安硐口

3.3溶洞分布规律

矿区施工40多个钻孔，仅有2个（其中1个位于矿区西部外围）见有溶洞，而其它钻孔仅在灰岩顶底板见有裂隙溶蚀现象，灰岩裂隙不很发育，局部见有溶蚀现象。

从钻孔揭露的岩溶分析，本区岩溶整体不发育。结合西部邻近矿区石灰岩揭露情况，分析岩溶分布规律：

岩溶主要分布于矿体顶板。由于F1局部充导水断层的影响，矿体顶板直接与童子岩组接触，地下水活动相对较活跃，钻孔揭露石灰岩顶板有较多溶蚀孔，石英细脉充填，溶裂隙发育处见条带状、串珠状溶蚀孔；但部分钻孔F1断层不明显，童子岩组地层与栖霞组地层呈假整合接触，栖霞组地层岩性以泥质灰岩、硅质灰岩为主，含水现象不明显。

岩溶主要可溶岩与不可溶岩接触部位。灰岩与岩浆岩、硅质岩或燧石层接触部位岩溶亦较发育。地下水在这一带活动，一侧易溶，另一侧不易溶，故此部位岩溶较发育。沿溶洞发育方向，一般受岩浆岩及不可溶岩层产状控制。

3.4矿坑流量

西部邻区集安矿井多年矿坑流量观测，硐内矿坑流量为41.7～58.9L/S，主平硐硐口流量111.3～236.8 L/S；硐内流量受季节影响不明显，硐口流量受季节影响较大，硐内流量占总流量的1/3左右。主平硐流量是矿坑总流量的主要组成部分。