贵州麦坝铝土矿区地质构造特征及控水作用

雷显权

(长沙有色冶金设计研究院有限公司)



贵州麦坝铝土矿区地质构造特征及控水作用

雷显权

(长沙有色冶金设计研究院有限公司)

摘要麦坝铝土矿区水文地质条件复杂，井下巷道多次发生突发性涌水涌泥事故，严重影响了矿山生产建设。为此，从构造解析着手，分析了矿区地质构造及水文地质特征，探讨了构造对矿区地下水系统的控制作用，结果表明：①矿区先后经历了近EW向挤压、近SN向挤压和近SN向拉张等3期构造作用，由此形成的褶皱和断裂构造为矿区水文地质结构的形成和发展奠定了基础；②地质构造对矿区地下水系统具有重要控制作用，主要体现在控制水文地质单元、岩溶发育、隔水层、地下水流场等方面。

关键词地质构造特征水文地质特征构造控水铝土矿

麦坝铝土矿位于贵州省清镇市，是中铝贵州分公司第一座自主生产的地下矿山，矿区包括龙滩坝和龙头山2个矿段，含矿岩系为石炭系下统大塘组，覆于寒武系中统高台组古侵蚀面之上，矿体呈层状、似层状，厚度变化大，大多为2～4 m。矿石类型有土状铝土矿、碎屑状铝土矿和致密状铝土矿，主要矿石矿物为一水硬铝石。矿石w(Al2O3)平均68.08%，w(Si)/w(Al)为6.8[1-2]。麦坝矿区位于岩溶地区，水文地质条件复杂，采矿巷道施工过程中经常出现突发性涌水涌泥现象，前人曾对矿区水文地质特征进行了分析，并对巷道突发涌水进行了预测预报研究[2-3]，但成效不明显。对于解决水文地质问题，准确认识地质构造与地下水的关系较为关键[3-7]，为此，本研究在分析麦坝矿区水文地质特征的基础上，探讨地质构造对矿区地下水系统的控制作用，为治理井巷突泥涌砂提供参考。

1地质构造特征

1.1地层

矿区地层特征见表1。

1.2构造1.2.1褶皱

(1)铜鼓坝背斜。为一不对称倾伏背斜，轴向近SN，长约2.2 km。北端被F46断层切断，往南倾没于下龙井附近。背斜西翼倾角70°～85°，局部倒转，东翼为龙滩坝向斜西翼。

表1　矿区地层特征

(2)龙滩坝向斜。为一不对称开阔向斜，轴向近SN，长约3 km。北端在中寨附近闭合，往南消失于高石坎附近。该向斜东翼倾角36°～43°，局部可达50°，西翼倾角5°～15°。在矿区南部，龙滩坝向斜西翼消失，仅余东翼呈单斜构造，单斜地层倾向近W，倾角45°～55°。

1.2.2断层

矿区共发现20多条断层，按走向大致可分近SN，近EW向2组。其中，规模较大且对矿体产状有一定影响的断层有7条，特征见表2。

表2　矿区主要断层特征

1.3构造作用

矿区构造主要形成于燕山期[8-9]。褶皱、断层发育特征、断层效应及构造叠加、切割关系表明，矿区至少经历了3期不同性质的构造作用，按发生先后顺序依次为：第I期近EW向挤压作用、第II期近SN向挤压作用和第III期近SN向拉张作用。矿区构造作用与水文地质条件关系密切，特征见表3。

表3　矿区构造作用特征

2水文地质特征

2.1含水层和隔水层

矿区茅口组、栖霞组、摆佐组、高台组地层为含水层，该类地层岩性主要为碳酸盐岩，地下水类型主要为岩溶水。茅口组和栖霞组灰岩富水性不均匀；摆佐组白云岩岩溶发育较强，富水性中等—强；高台组白云岩岩溶发育较弱，含水性也较弱。梁山组、大塘组为隔水层，梁山组砂、页岩由于未受扰动，隔水性较好；大塘组为铝土矿含矿岩系，自然状态下隔水性较好，一旦发生采矿活动，地层完整性受到破坏，隔水能力便不复存在。

2.2水文地质单元

矿区位于区域上的龙头山复背斜水文地质单元，为侵蚀浅切割中山区。受地形、构造和隔水层控制，矿区内还发育龙滩坝向斜、铜鼓坝背斜等次级水文地质单元及相应的地下强径流带。其中，龙滩坝向斜为矿区最主要的控水构造(图1)，与之伴生的断层和裂隙为矿区地下水运移的重要通道。

图1　龙滩坝向斜地下水径流横剖面

2.3地下水补给、径流和排泄

矿区地下水主要接受大气降水补给，含水层地表裸露区即为补给区。大气降水在补给区进入含水层转化为地下水，在水力梯度作用下，地下水向低水位处运动，汇至地下强径流带，在排泄基准面标高(约1 200 m)附近以暗河或泉的形式排泄。无论是地表径流还是地下潜流，最后均流入红枫湖。由于受隔水层阻隔，矿区3组含水层具有各自的补给、径流和排泄系统，相互之间的水力联系较弱。

3构造对地下水系统的控制

(1)对水文地质单元的控制。地下水的补给、径流、排泄过程与地形地貌、地质结构关系密切，构造对地形地貌、地质结构的形成有重要影响，控制着水文地质单元的发育。麦坝矿区水文地质单元明显受第I期构造作用控制，主要表现为：近SN向大型褶皱为矿区水文地质结构发育的基础，不仅控制着区域水文地质单元的发育，而且控制着区域水文地质单元内部次级水文地质单元的发育。前者体现在区域水文地质单元与区域构造变形区(龙头山复背斜)具有良好对应关系，后者体现在区域水文地质单元内部因次级褶皱(龙滩坝向斜和铜鼓坝背斜)形成独立的次级水文地质单元。

(2)对岩溶发育的控制。除石炭系下统大塘组和二叠系下统梁山组地层外，矿区其余地层主要为碳酸盐岩。褶皱、断裂构造为该类碳酸盐岩地层发育岩溶提供了良好条件。在构造挤压应力作用下，褶皱转折端通常发育大量张裂隙，断层附近往往形成构造破碎带，岩层之间也可能发育层间破碎带。与结构完整的岩石相比，初始结构受到破坏的碳酸盐岩孔隙率更高，富水性更强，地下水运动更活跃，也更容易发生溶蚀。在麦坝矿区，龙滩坝向斜、铜鼓坝背斜的转折端及各条断层带是岩溶发育的有利部位，构造交汇部位更有利于发育大型岩溶。

(3)对隔水层的控制。构造对隔水层的控制主要表现在：①断层对隔水层的破坏作用，断层两盘发生差异运动，破坏了隔水层的连续性，导致隔水层的阻水能力在断层附近减弱或丧失，如F8断层使大塘组、梁山组隔水层在断层附近隔水能力减弱，栖霞组、茅口组含水层与摆佐组含水层可能通过断层相互导通(图1)。②褶皱控制着隔水层的发育形态，影响地下水径流，如褶皱使地下水仅能沿隔水层顺势流动，地下强径流带也主要形成于向斜轴部。

(4)对地下水流场的控制。地下水运动与含水层、隔水层的形态、结构、性质关系密切，后者明显受控于地质构造。在麦坝矿区，对于龙滩坝向斜，地下水沿隔水层向核部汇流；而对于铜鼓坝背斜，地下水则沿隔水层向两翼分流。此外，构造作用产生的附加应力叠加在自重应力场上改变了含水层的孔隙水压力的分布状态，从而影响了地下水流动的方向和速率。

4结语

在分析麦坝铝土矿区地质构造特征及水文地质特征的基础上，着重讨论了构造对矿区对水文地质单元、岩溶发育、隔水层、地下水流场的控制作用，对于该矿区防治井巷突泥涌砂有一定的参考价值。

参考文献

[1]王跃，伍锡举，李勇刚，等.贵州麦坝铝土矿区水文地质特征分析[J].矿产勘查，2010(6)：519-524.

[2]李志成，李勇刚，伍锡举，等.贵州麦坝铝土矿区施工巷道突发性涌水预测预报[J].矿产勘查，2010(6)：530-535.

[3]尹政，赵艳娜，杨丽萍.甘肃西部北山区断裂构造对地下水的控制作用[J].地下水，2010(3)：12-14.

[4]杨会峰，张发旺，王贵玲，等.宁夏南部地下水系统控制构造及其系统划分[J].干旱区地理，2009，32(4)：558-565.

[5]王学平，李稳哲.地质构造对鄂尔多斯盆地南缘岩溶地下水的控制作用[J].西北地质，2010，43(3)：106-112.

[6]乔小娟，侯泉林，琚宜文，等.北京张坊地区岩溶地下水运移富集的构造控制分析[J].中国岩溶，2014，33(2)：184-191.

[7]潘晓东，梁杏，唐建生，等.黔东北高原斜坡地区4种岩溶地下水系统模式及特点——基于地貌和蓄水构造特征[J].地球学报，2015，36(1)：85-93.

[8]贵州省地质矿产局.贵州省区域地质志[M].北京：地质出版社，1987.

[9]戴传固，王敏，陈建书，等.贵州构造运动特征及其地质意义[J].贵州地质，2013，30(2)：119-124.

(收稿日期2015-12-03)

雷显权(1985—)，男，工程师，博士，410011 湖南省长沙市解放中路199号。