贵州省黔北大塘向斜铝土矿水文地质条件及探测方法研究

陈 川，杨秀德，吴志强，张 烨

贵州省地矿局117地质大队，贵州 贵阳 550018



贵州省黔北大塘向斜铝土矿水文地质条件及探测方法研究

陈 川，杨秀德，吴志强，张 烨

贵州省地矿局117地质大队，贵州 贵阳 550018

黔北大塘向斜铝土矿是典型的封闭式岩溶充水矿床，复杂富水性岩溶矿床大规模开发，地下水问题日益突出，同时由矿山开采引发的突水、突泥等安全事故越来越严重，今后随着矿山开采，出现的水文地质问题越来越多。在查清该类矿床水文地质条件，除在传统地质研究的基础上，还需要进一步运用新的理论和新的勘探技术与测试手段解决出现的各类水文地质问题，有效正确的选取最优适合该类矿床开发的技术手段，为了能够对下一部在该地区铝土矿勘探中水文地质工作有所指导。

铝土矿；水文地质条件 ；探测方法

0 引言

道真县大塘铝土矿勘查区中心位于道真仡佬族苗族自治县城北东直距约30 km，地处贵州省道真仡佬族苗族自治县与重庆市武隆县接合部之南贵州省境内，隶属道真县洛龙镇、阳溪镇管辖。地理坐标：东经107°39′00″～107°48′15″，北纬29°02′45″～29°11′00″。勘查区由东西长约15.4 km，南北宽约9.0 km，勘查面积103.57 km2。

1 水文地质特征

1.1 地下水的补、径、排条件

根据地下水赋存、水力条件及各地层岩性组合特点，将区内的地下水主要分为岩溶水、碎屑岩裂隙水二种类型。

1.1.1 岩溶水的补给、径流、排泄条件

大气降水和地表溪流水是本区岩溶水的主要补给来源。区内以志留系隔水层为垫托，向斜核部二叠系碳酸盐岩形成高悬的盾状台地，台地中地表和地下碳酸盐岩岩溶极为发育，地表多发育封闭的盲谷、岩溶洼地，汇集碎屑岩的地表溪流和碳酸盐分布区的大气降水，以落水洞，溶洞、岩溶漏斗、伏流入口的形式集中注入地下，大气降水和地表水几乎全部转为地下水，补给条件极好且极不均匀。

区内地下水大致以麻坝塘—马石坡—白岩尖—陈家湾—磨盘石—上湾—指母岩—牛拉门—团保一带为分水岭，由分水岭先以分散流，然后以集中流的方式通过断裂破碎带、溶洞、溶蚀裂隙、暗河等方式总体向大塘向斜轴部径流，然后向洛龙河径流，最后以泉、暗河的形式集中排泄，形成溪流水最终流入芙蓉江。

1.1.2 碎屑岩裂隙水的补给、径流、排泄条件

大气降水是本区碎屑岩裂隙水的主要补给来源。由于碎屑岩分布地区多为斜坡地带，且岩层的裂隙密度小，张开性差，其接受降水的补给条件差。区内的碎屑岩裂隙水主要赋存在风化裂隙带之中，其径流趋势主要决定地势的高低，在重力作用下，由高处向低处径流。区内的碎屑岩裂隙水在风化裂隙带被地形切割之处，以泉的方式进行排泄。

1.2 含水岩组特征

根据矿区内出露地层岩性组合、地下水赋存条件、水力性质及特征等自上而下，将第四系（Q）、上二叠统吴家坪组（P3w）、中二叠统茅口、栖霞组（P2q+m）、上石炭统黄龙组（C2h）、中、上奥陶统十字铺组至五峰组（O2-3s-w）、下奥陶统湄潭组划为含水层；将中二叠统梁山组（P2l）、上石炭统大竹园组（C2d）、下志留统韩家店群（S1hj）、石牛栏组（S1sh）、龙马溪组（S1l）划分为隔水岩组；主要为粘土岩、泥质砂岩、泥质粉砂岩、页岩及含粉砂质页岩等，分布在矿段西部。地表出露的地层大部分为二叠系碳酸盐岩，岩溶漏斗、落水洞、溶洞、暗河入口、岩溶封闭洼地等岩溶管道极其发育，呈串珠状分布，广泛接受大气降水和地表溪沟水的补给；大气降水和地表溪沟水几乎全部注入地下进而转为地下水，以集中注入为主、渗入为辅，补给条件极好，地下水以溶洞、溶蚀裂隙、暗河等岩溶管道总体向大塘向斜轴部方向径流，最后集中沿大塘向斜轴部从北向南径流向洛龙河，径流方向与地表水基本一致，以泉的方式少部分在勘查区内排泄，大部分以大泉和暗河出口的形式排泄于洛龙河中。

表 1 道真县大塘铝土矿勘查区含水岩组特征表Table 1 Water table rock group characteristics of Datang bauxite exploration area in Daozhen County

1.3 水文地质分区特征

按岩溶地貌、地表水系、含（隔）水岩组特征、构造特征，以地表分水岭火土梁子—大堡梁子—下金堡—上大塘—欠盆塘—上湾—水竹林—尖峰岭—猴子坪为界将该矿段划分为两个水文地质区，即Ⅰ和Ⅱ水文地质区。

（1）水文地质区：以地表分水岭大堡梁子—下金堡—上大塘—欠盆塘—上湾—水竹林—水井塘—下大塘—唐家梁子所圈定的范围，底部以志留系隔水岩层为界。出露的含水岩组主要有二叠系上统中统栖霞组+茅口组（P2q+m）、吴家坪（P3w），中至厚层、块状细晶灰岩、泥灰岩、泥质灰岩、生物灰岩，透水与含水层，分布该区大部，；隔水层为二叠系中统梁山组（P2l），志留系下统韩家店组（S1-2hj）、志留系下统石榴栏组（S1sh）主要为粘土岩、泥质砂岩、泥质粉砂岩、页岩及含粉砂质页岩等，分布该区小部。 该区发育一些季节性溪沟，地形坡度虽大，但地表出露的地层大部分为二叠系碳酸盐岩，落水洞、岩溶封闭洼地等岩溶管道较发育，以大塘封闭岩溶洼地为主，并伴随发育一些小型封闭岩溶洼地，该区溪沟水和大气降水大部分流入大塘封闭岩溶洼地（WD15）从溶洞（RD13）口进入地下，对地下水进行补给，其余溪沟水和大气降水流入岩溶洼地（WD16H和WD21）和落水洞中，以集中注入为主、渗入为辅，补给条件极好，地下水以溶洞、暗河等岩溶管道从北流向南，途中经过岩溶洼地（WD16H和WD21），最后汇入（Ⅱ）水文地质区。

（2）水文地质区：西以地表分水岭岩风坝—赤雄大山—肖洞梁子，火土梁子—下金堡—上大塘—欠盆塘—上湾—水竹林—尖峰岭—猴子坪为界，北到志留系（S1hj）隔水岩组，东至大塘向斜轴线，南以洛龙河为排泄界线，底部以志留系隔水岩层为界。出露的含水岩组主要有二叠系上统中统栖霞组+茅口组（P2q+m）、吴家坪（P3w）、奥陶系中上统五峰组（O2+3）和奥陶系下统桐梓、红花园组（O1t+h），中至厚层、块状细晶灰岩、泥灰岩、泥质灰岩、生物灰岩及白云岩透水与含水层，二叠系含水层分布在该区大部，奥陶系含水层分布在最西端；隔水层为二叠系中统梁山组（P2l），志留系下统韩家店组（S1-2hj）、志留系下统石榴栏、龙马溪组（S1sh+l）及湄潭组（O1m），主要为粘土岩、泥质砂岩、泥质粉砂岩、页岩及含粉砂质页岩等，分部在西部。该区地表溪流较发育，地表出露的地层大部分为二叠系碳酸盐岩，岩溶漏斗、落水洞、暗河入口、岩溶封闭洼地等岩溶管道极其发育，汇集碎屑岩的地表溪流和碳酸盐分布区的大气降水，以落水洞，溶洞、岩溶漏斗、暗河入口的形式集中注入地下，大气降水和地表水几乎全部转为地下水，以集中注入为主、渗入为辅，补给条件极好且极不均匀。地下水以溶洞、暗河等岩溶管道总体向大塘向斜轴部方向径流，最后集中沿大塘向斜轴部从北向南径流向洛龙河，径流方向与地表水基本一致。以泉的方式少部分在勘查区内排泄，大部分以大泉和暗河出口（AHCK4流量为150 L/s）的形式在勘查区外洛龙河附近排泄。

1.4 矿井充水特征

（1）充水水源：矿井充水水源主要为上覆岩层中所含的岩溶水、地表溪沟水及大气降水，其次为底板基岩裂隙水、断层水及矿层底板局部有黄龙组（C2h）出露的岩溶水。

（2）充水途径：①、铝土矿顶板冒落裂隙带是地下水充水的正常途径之一，通过铝土矿体顶板节理裂隙、采动裂隙、冒落裂隙和底板鼓胀裂隙破碎岩石向坑道渗水； ②、铝土矿体顶板岩溶溶洞、暗河发育，呈管状或树技状相贯通，且面积广、空间大、联通性好，是矿床充水的主要途径；③、遇断层时，地下水沿断层破碎带向矿坑涌、突水，主要为顶板地下水大量涌入。

（3）充水方式：上覆主要充水含水层之间有隔水层，但隔水层厚度较薄（厚0.5～8.0 m），变化较大，未来采矿活动易形成顶板冒落裂隙带、采动裂隙等通道，地下水通过顶板冒落裂隙带、采动裂隙等通道进入矿井；在局部有黄龙组（C2h）出露地段，该岩组所含岩溶水会直接对未来矿井充水，矿井的充水方式主要为顶板直接充水和局部有黄龙组（C2h）出露地段的底板直接充水。

图 1 道真县大塘铝土矿勘查区水文地质剖面Fig.1 Hydrogeological prof le of Datang bauxite exploration area in Daozhen County

1.5 小结

区内矿体均赋存于当地最低侵蚀基准面之上，控矿构造周边地形切割大，为地下水的自然排泄，开拓工程施工提供了十分有利的地形条件。地表无大的水体，与附近较大的地表水系无直接的水力联系，地下水主要由大气降水补给，补给量随季节变化而变化，丰水期水量较大，枯水季节少，局部区域甚至无水，因此，预测今后矿坑积（涌）水是有限。主要含水层富水性中等至强，矿床主要充水水源为顶板岩溶水，构造破碎带较发育，对矿床充水有一定的影响。矿区水文地质条件中等偏复杂。矿区矿体在部分地段虽然受断层破坏，但分块开采影响并不是很大。

2 探测方法研究

一般的勘探手段，对该充水类型的矿床的水文地质条件无法完全查清，今后的矿山基于一个没有完全查清水文地质条件和一些可靠程度不高的参数编制而成的开采设计方案，在开采的过程中降低了安全风险性，并可能加大开采成本，因此作该矿床的专项水文地质研究是有必要的。

2.1 岩溶含水层地下径流通道的探测研究

主要研究地下岩溶管道的形成、特征、发育主控因素及空间分布特征；查清研究区的水文地质边界；查清地下水流域系统的空间分布，为矿山防治水提供理论依据；地下径流通道探测主要方法有钻探和物探，其中钻探是最为直观的方法，但由于成本高，局限性很大。因此采用可控源音频大地电磁法（CSAMT）等物探方法及钻探验证来确定地下岩溶管道的空间特征。

2.2 地下水示踪研究

通过地下水溶质运移的基本理论，运用几种不同示踪剂进行各地下水流域系统的连通示踪试验，并对各流域系统进行抽水试验、地下水长期动态观测、取样测试等，研究各系统中地下径流通道中地下水径流类型、方向和强度，掌握地下径流通道中地下水流速、流量和矿化度的变化特点和变化规律，获得各地下水系统的水力联系及该区地下水流场信息。

2.3 矿坑涌水量预算研究

通过对研究区水文地质条件的分析及研究，运用抽水试验获取各含水层的水文地质参数，其所预测的矿坑涌水量对矿山的开采起到了积极的指导作用，但随着采矿深度的增加及水文地质条件越来越复杂，一些预测模型越来越难以满足。因此，未来涌水量预测方法研究可分为以下几个阶段：

第一定性分析阶段：主要通过探明地下水在含水层中的分布和它的赋存规律，分析开采的后的水文、工程及环境地质条件。

第二定量分析阶段：主要基于地下水特征通过数学演绎、推导出涌水量与地下水补给时间、空间等不同因素的定量关系。

第三系统研究阶段：该类岩溶地下水系统是一个复杂开放、非线性的系统， 一些传统的理论计算方法，在精度上已达不到要求，引入数值模拟、随机性的数学方法以及非线性理论等方法，是未来解决深部开采涌水量预测的新思路。

3 总结

贵州省黔北地区铝土矿资源丰富，随着贵州“工业强省”战略提出，将推进该地区铝土矿开发进程。黔北大塘向斜铝土矿是典型的封闭式岩溶充水矿床，复杂富水性岩溶矿床大规模开发，地下水问题日益突出，同时由矿山开采引发的突水、突泥等安全事故越来越严重，今后随着矿山开采，出现的水文地质问题越来越多。在查清该类矿床水文地质条件，除在传统地质研究的基础上，还需要进一步运用新的理论和新的勘探技术与测试手段解决出现的各类水文地质问题，有效正确的选取最优适合该类矿床开发的技术手段，为未来矿山开发出现的各类水文地质问题提供解决方案，其具有重大研究意义和巨大的社会和经济效益。

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Hydrogeological conditions and detection methods of Datang syncline

bauxite in North Guizhou
CHEN Chuan， YANG Xiu-de， WU Zhi-qiang， Zhang Ye
No. 117 Geology Team， Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development of Guizhou Province， Guiyang 550018

Datang syncline bauxite in North Guizhou is typically enclosed water-filled karst deposit. Large scale development of complex water-rich karst deposits， which caused the groundwater problems is becoming increasingly prominent. While the sudden water， mud and other accidents sudden caused by mining， are more and more serious in the future. With mining， hydrogeological problems appear more and more. In order to fi nd out the hydrogeological conditions of this kind of ore deposit， besides in the traditional geological studies， it is needed to use new theories， new exploration techniques and testing methods to solve various hydrogeological problems， effectively select the best fi t technology for the development of the deposit， in order to guide next hydrogeological work of bauxite exploration in the area.

bauxite； hydrogeological conditions； detection method

P618.45

A

1001—2427（2015）03 - 101 -4

2014-12-05；

2015-08-31

陈 川（1984—），男，贵州遵义人，贵州省地矿局117地质大队工程师.