相山居隆庵21号带铀矿床水文地质条件及矿坑涌水量估算

谢国发，吴志坚，傅光华，邓标荣，马英英

(江西省核工业地质局261大队 江西 鹰潭 335001)



相山居隆庵21号带铀矿床水文地质条件及矿坑涌水量估算

谢国发，吴志坚，傅光华，邓标荣，马英英

(江西省核工业地质局261大队 江西 鹰潭 335001)

居隆庵菱形断块是相山地区重要铀资源基地，21号带地处居隆庵菱形断块的西部，水文地质条件属简单-中等类型，相对其它矿床更为复杂。笔者采用狭长水平坑道法和水文地质比拟法对该矿床进行矿坑涌水量估算，其钻孔单位涌水量<0.1 L·(s-1·m-1)，预测矿坑涌水量<29 m3·h-1。研究显示，矿床主要含水带(构造及裂隙)富水性弱且不均，导通性不强；而地下水补给条件好，水压高。在矿床开采过程中应加强监测，及时判断可能出现的涌水量变化情况，保证生产安全。

居隆庵21号带；水文地质；矿坑涌水量

居隆庵21号带是相山矿田西部发现较早的铀矿化带，位于居隆庵菱形断块西侧。居隆庵地区从1968年开始进行过1∶5万地质测量和地面伽玛测量，1∶1万及1∶2000的伽玛普查，1972年在21号带进行深部揭露评价，发现一个小型铀矿床。2010～2012年中核地勘基金投入3万余米钻探工作量，使居隆庵21号带由一个火山岩型小型铀矿床发展成为中型铀矿床。其工业平均品位由原来较低的品位发展到较高品位，矿体个数增加了一倍有余。在44-56线0.2～0.3 km2范围内获得的工业铀资源量，占总估算工业铀资源量的86%。因此，研究21号带铀矿床的水文地质条件，对于矿床开采具有现实意义。

1 矿床水文地质条件

1.1 概况

21号带铀矿床位于居隆庵菱形断块西侧芜头-小陂构造和河元背石洞构造夹持部位，铀矿体定位受芜头-小陂构造控制，其东侧是居隆庵铀矿床、李家岭铀矿床、书塘铀矿床，这些矿床呈EW向等间距展布，21号带铀矿床南部是石洞铀矿床(图1)。目前21号带铀矿床所处的菱形断块控制和推断的铀资源量已超万吨，是相山矿田又一超万吨级的铀资源基地。21号带铀矿床具有品位高、矿体集中、埋藏浅等特点，其水文地质条件相对区内其它矿床复杂。

图1 居隆庵地区地质略图Fig.1 The geologic sketch of Julong’an area1—碎斑熔岩；2—晶玻屑凝灰岩、砂岩；3—流纹英安岩；4—断裂构造及其编号；5—矿化裂隙带；6—铀矿床。

1.2 矿床地下水主要类型及其特征

居隆庵菱形断块位于相山矿田西部，是一个相对独立、完整的水文地质单元(戴民主等，2005)。区内中部高四周低，为火山岩中等切割剥蚀的中低山区。最高点龙巴岭海拔625 m，最低点位于北部稻田中，标高89.5 m，相对高差535.5 m，当地侵蚀基准面标高88.84 m。居隆庵菱形断块的地形南高北低，东高西低，坡度16°～42°。

地下水有如下3种类型：

(1) 第四系孔隙水。第四系孔隙水赋存在山坡及沟谷地带的残积、坡积、冲积物中，厚度1.25～10.70 m，泉流量0.011～0.079 L·s-1，水位季节性变化明显，接受大气降水补给，风化带网状裂隙水和地表水也可为其补给源。

(2)风化带网状裂隙水。风化带网状裂隙水赋存于基岩风化带网状裂隙中，厚度6～56 m，一般厚24～35 m，潜水位埋深1.60～11.90 m，泉流量一般在0.001～0.1 L·s-1，大者0.13 L·s-1。风化带网状裂隙水受大气降水补给，水位动态变化明显，天然状态下，径流后以下降泉的形式排泄于地表和下渗补给构造(次级构造)裂隙水。钻探施工过程中，补给区的钻孔随孔深的增加，钻进过程中水位常呈渐降的趋势，风化带网状裂隙水补给构造裂隙水。排泄区的钻孔钻进过程中的水位多呈渐升的趋势或出现突涌的现象，构造裂隙水补给风化带网状裂隙水。

(3)构造及次级构造裂隙水。矿床内主要构造为切穿盖层的F21断裂，全长2000余米，工程控制长度1600 m，走向近南北，倾向西或北西，最大垂深580 m，宽n～30 m，为正断层，具张性特征。F21断裂浅部规模大，深部规模小，表现为密集裂隙破碎带或网状裂隙带，因受热液活动影响，沿断裂带及其两侧形成一定幅度的蚀变带，这些构造裂隙往往既含矿又含水，F21与F23大致在48～50线间交会，交会部位地表有一塘坝(图2、3)。F21构造裂隙含水带沿走向主要参数见表1，52线以南随着所揭露的F21构造裂隙含水带标高降低，单位涌水量和渗透系数均增大较多，至44线往南又逐渐变小，正是处在交会区内的ZK52-26单位涌水量最大，沿构造走向钻孔水涌出孔口，形成一片涌水区，21号小溪和7号小溪的水向北西向流出。垂直F21走向，在44～54线区段，对照F21上盘和下盘次级构造裂隙含水带单位涌水量大小，发现F21上盘次级构造裂隙含水带的富水性要比下盘强(表2)。处在F21断裂上盘的ZK52-26、ZK46-25、ZK44-25单位涌水量平均值为0.0406 L·(s-1·m-1)，介于21号带上、下盘单位涌水量平均值之间，与F21单位涌水量的平均值相近(0.0493>0.0389≌0.0353>0.0045)，根据《居隆庵北部铀矿普查钻孔抽(扬)水试验成果表》均为弱富水性。

与 F21斜交的F23长约1200 m，宽5～10 m，总体走向NW，倾向SW，具张性特征。钻孔仅有ZK40-21揭露到它，钻孔单位涌水量0.0063 L·(s-1·m-1)，富水性微弱。

图2 居隆庵21号带50线水文和工程地质剖面图Fig.2 Diagram of hydrogeology and engineering in line 50 of zone 21，Julong’an1—钻孔静止水位标高(m)或流量(L·s-1)；2—简易水文地质观测与编录孔；3—井测测井孔；4—抽(扬)水试验孔；5—水动态长期观测孔；6—孔口涌水孔；7—地下水水位线；8—井温等值线及温度；9—实测及推测含水带界线；10—风化带网状裂隙水；11—构造次级构造裂隙水；12—水化学类型及参数；13—孔内涌水位置；14—孔内掉块坍塌位置；15—碎斑熔岩；16—晶玻屑凝灰岩、砂岩；17—流纹英安岩；18—熔结凝灰岩、凝灰岩、底砾岩；19—千枚岩。

图3 居隆庵21号带48线水文和工程地质剖面图Fig.3 Profile of hydrogeology and engineering in line 48 of zone 21 in Julong’an1—钻孔静止水位标高(m)或流量(L·s-1)；2—简易水文地质观测与编录孔；3—井测测井孔；4—抽(扬)水试验孔；5—水动态长期观测孔；6—孔口涌水孔；7—地下水水位线；8—井温等值线及温度；9—实测及推测含水带界线；10—风化带网状裂隙水；11—构造次级构造裂隙水；12—水化学类型及参数；13—孔内涌水位置；14—孔内掉块坍塌位置；15—碎斑熔岩；16—晶玻屑凝灰岩、砂岩；17—流纹英安岩；18—熔结凝灰岩、凝灰岩、底砾岩；19—千枚岩。

孔 号F21构造裂隙含水带标高(m)单位涌水量[L·(s-1·m-1)]渗透系数(m·d-1)ZK72⁃210005300157ZK68⁃2300696/ZK52⁃2677～930077010877ZK48⁃2984～1100052405674ZK44⁃250025301943ZK40⁃22109～10700039/平均值00389

表2 F21上盘、下盘次级构造裂隙含水带单位涌水量对比表

工作区内涌水孔孔口水温一般低于25℃，水循环深度不大，但是对ZK60-26孔简易水文地质观测发现随孔深的增加钻进过程中水位渐降，孔深480.65～544.9 m出现J3e2碎斑熔岩，其中514～528.79 m岩心上见溶蚀孔洞，水在孔深534.69 m处涌出孔口。除上述3种类型地下水外，本区还有可能存在深部花岗斑岩孔隙、裂隙承压水。

1.3 地下水和地表水之间的水力联系及动态变化规律

小溪水、塘坝与第四系孔隙水之间无明显的隔水层，有一定的水力联系，联系程度取决于含水层的渗透性能。

风化带网状裂隙水和构造裂隙水有直接的水力联系，天然状态下水力联系较差。

根据潜水位和混合水位判断，F21与F23交会部位涌水区的一些钻孔水头高出地表几米，说明天然状态下构造裂隙承压水与21号小溪无直接的水力联系。

次级构造裂隙水之间联通性能较好，ZK48-21和ZK48-23同处在F21的下盘，在涌水孔ZK48-21西侧40 m处施工ZK48-23时，ZK48-21流量减小，当ZK48-23开始涌水时，ZK48-21不再涌水。

地表水、地下水动态变化与降水量关系密切，丰水期一般在4～6月，枯水期一般在10月至次年1月。7号小溪和ZK50-25水动态观测资料表明，溪水流量和钻孔流量(水位)随降雨量的变化而变化，但地下水随降水量的变化比地表水在时间上稍滞后。

地下水水化学组分也表现出周期性的变化特征，导致侵蚀性的评价结果发生变化[1]。

1.4 矿床充水因素

大气降水是矿床地下水的重要补给源，区内地形切割强烈，地表径流条件好，大气降水部分汇入小溪，部分渗入地下直接补给第四系孔隙潜水和风化带网状裂隙水。

本矿床矿体围岩主要是碎斑熔岩，矿体受构造和次级构造裂隙控制，通常裂隙构造既含矿又含水，因此构造(次级构造)裂隙含水带是矿床的直接充水因素，风化带网状裂隙水可能是其主要补给源。21号带地表水与构造(次级构造)裂隙水无直接的水力联系，地表水体对采矿不会造成威胁。

2 矿坑涌水量估算

根据矿体的埋藏特征，考虑未来可能的采矿方法，选取-50 m、-210 m、-370 m 3个中段，采用狭长水平坑道法和水文地质比拟法进行矿坑涌水量估算[2]。主要参数如下：

开拓面积(F)：在中段图上依矿体边界外推10～20 m圈定；

静止水位：中段开拓范围内钻孔抽(扬)水试验孔静止水位算术平均值；

含水带厚度(M)：狭长水平坑道法为中段开拓范围内各含水带的平均厚度之和；

渗透系数(K)：地段内的抽(扬)水试验孔渗透系数的算术平均值。

开拓面积及开采范围内坑道长度取自矿坑涌水量估算图。

2.1 狭长水平坑道法

矿床内主要含水带——构造裂隙含水带在中段上呈长条形分布，并与矿带基本一致或平行，结合矿山开采的实际情况，选用狭长水平坑道法估算矿坑涌水量。

表3 狭长水平坑道法涌水量估算表

2.2 水文地质比拟法

用邻近的ШT-3的排水资料，采用比拟法估算中段设计坑道的涌水量。

式中： Q1——设计坑道的涌水量 (L·s-1)；F1——设计坑道的分布面积(m2)；S1——设计坑道的水位降深(m)；Q——开采坑道的涌水量 (L·s-1)；F——开采坑道的分布面积 (m2)；S——开采坑道的水位降深 (m)。计算结果见表4。

表4 水文地质比拟法涌水量估算表

-50m、-210m、-370m 3个中段采用狭长水平坑道法和水文地质比拟法进行矿坑涌水量估算(图4)。开拓面积及开采范围依据矿体中段平面图确定，矿坑涌水估算范围与F21构造空间展布一致。

3 结论

综合以上资料分析，21号带铀矿床的主要矿体位于当地侵蚀基准面以下，附近的塘坝对矿床充水不构成威胁，地质构造较复杂，富水性不均，导通性能不强；地下水补给条件好，水压高，但影响矿床充水的主要含水带(构造及次级构造裂隙含水带)富水性弱，钻孔单位涌水量<0.1 L·(s-1·m-1)，预测矿坑涌水量<29 m3·h-1，矿床水文地质条件属简单-中等类型。

图4 居隆庵21号带矿坑涌水量估算图Fig.4 Estimation of water inrush in mine of Zone No.21 in Julong’an1—碎斑熔岩；2—开采竖井；3—中段平面涌水量估算范围；4—勘探线。

F21构造的次级构造裂隙含水带是主要的水文地质问题。涌水孔多位于主要矿体附近，涌水量自浅部向深部逐渐增大，-370m中段涌水量达到最大，而后涌水变小。矿床内主要构造裂隙含水带在中段上呈长条形分布，并与矿带基本一致或平行。涌水的补给水源可能为风化带网状裂隙水。21号带铀矿床紧临芜头-小陂深大断裂，芜头-小陂断裂施工的个别钻孔也有涌水记录，F21及其次级构造

与深大断裂的水力联系有待进一步查证。建议矿床转入详查阶段后，设计专门的地质水文孔对涌水补给源进行研究。

[1]沈照理, 朱宛华, 钟佐桑.水文地球化学基础[M].北京：地质出版社，1999.

[2]薛禹群.地下水动力学[M].北京：地质出版社，1997.

Hydrogeological Condition and Water Inflow Estimation of Zone 21 Uranium Deposit in Julong’an of Xiangshan

XIE Guo-fa，WU Zhi-jian，FU Guang-hua，DENG Biao-rong，MA Ying-ying

(TeamNo.261ofJiangxiProvincialNuclearIndustryBureau,Yingtan,Jiangxi335001,China)

Julong’an rhombus block is an important uranium resources base and the zone 21 is located in west of the block,and its hydrogeology is of simple-middle type compared to the more complicated other ares.Narrow tunnel method and hydrogeologic analogy method was used for mine water inflow estimation,the drilling unit water inflow is lower than 0.1 L·s-1·m-1，and the perdiction of mine water inflow is less than 29m3·h-1，the main aquifer water of the deposit(structure fissure aquifer)is of weak and uneven capability,and conduction performance is not strong;but the groundwater is of good recharge condition and high water pressure.Monitorring should be strengthen in the mining process,so as to make in time judge of water inflow changes and to ensure the mining production.

Julong’an 21st zone;hydrological geology;mine water inflow

10.3969/j.issn.1000-658.2015.01.008

2013-05-27 [改回日期]2013-11-21

谢国发(1963—)，男，高级工程师，1984年毕业于华东地质学院，主要从事铀矿地质勘查与研究工作。E-mail：xgf261@sina.com

1000-0658(2015)01-0057-08

P641.4+1

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