贵州福泉市大湾磷矿区水文地质特征

曾牡丹，向刚



贵州福泉市大湾磷矿区水文地质特征

曾牡丹，向刚

（贵州省地质矿产勘查开发局一○四地质大队，贵州都匀 558000）

在大湾磷矿区多孔抽水试验的基础上，结合矿床水文地质条件和地质资料，完成对矿床水文地质条件的概化，建立了概念模型，并以多孔抽水试验场的地下水流场演变过程为信息，以矿床地下水流数学模型检验为手段，建立了矿区地下水运动的分布参数系统仿真模型，并在检验数学模型的过程中，实现了对F1断层性质的查明，对后期开采阶段矿区涌水量预测提供了依据。

磷矿；矿区边界；水文地质；大湾

福泉市大湾磷矿区位于福泉市与瓮安县交界处，该区是贵州省规模最大的聚磷区块之一，让福泉市在亚洲享有“磷都”之称。大湾矿区面积为11.22km2，矿区为溶蚀-侵蚀地貌，矿区最高点位于矿区南西部，海拔1 463.5m，最低点为北东部岩根河河床，海拔1 047.5m，最大高差416m，属于低中山类型。主要水系岩根河从南向北东流过矿区，岩根河流经矿区标高为1 111.5～1 047.5m，为矿区最低排泄基准面。

1 矿区所在水文地质单元边界

矿区所在水文地质单元南部以拦马坳到扁担山一线为分水岭，分水岭以南地表水和地下水向南径流，汇入乌江水系清水河；分水岭以北地表水、地下水向北径流，汇入乌江水系马颈河。北部边界位于白岩背斜轴部转背岩一带，∈1n+∈1m组炭质页岩、粉砂岩富水性弱，为地下水隔水边界。单元西部以∈1n+∈1m组隔水岩层为隔水边界；单元东部有一条南北向的小坝断层（F1）。矿区位于白岩背斜西翼，位于水文地质单元径流区，矿区地下水从南往北西方向径流，流经矿区的岩根河为地下水最低排泄基准面。

图1 矿区概况图

2 问题的提出

矿区磷矿层埋藏较深（垂深大于500m），矿层直接顶板为较厚的灯影组白云岩，岩溶裂隙发育，涌水量较大，水文地质条件复杂。在未来开采过程中，在区域上会形成一个大降深的漏斗，影响范围内的地下水会对漏斗中心形成补给。矿区南部、西部、北部的边界条件较为清楚，补给范围较为明确。由于中部的F2断层断距较大，首采区确定为F2断层以西的部分，F2断层通过抽水试验确定为导水断层，东部存在一条南北向的小坝断层F1，目前F1断层导水性不明，其性质直接关系到矿山后续开采过程中的涌水量大小。

3 大湾矿区水文地质结构

矿区主要含水层为震旦系上统灯影组和陡山沱组，上覆有较厚的寒武系下统金顶山组和寒武系下统牛蹄塘组，富水性均较差；下伏有含水性差的震旦系下统南沱组粘土岩及青白口系板溪群的粘土质粉砂岩。灯影组和陡山沱组组成相对封闭的含水系统，且为深部隐伏地层。区内断裂较发育，地下溶孔溶隙发育，为溶孔、细小溶隙和溶蚀裂隙等细而窄的裂隙状溶洞。因此该区地下水系统为孔隙—裂隙型岩溶含水系统。

4 东部F1断层性质的确定

F1小坝断层为区域性大断裂，位于矿区东部靠背斜轴部。断层走向近南北，倾向75°～105°，断层倾角为78°~86°，该断层切割了板溪群至明心寺组地层，对矿层铅垂断距为80~260m，破碎带宽6~15m，该断层破坏了区内矿层的完整性和连续性。

图2 水文地质剖面图

勘查期间在矿区东部开展一组多孔抽水试验，设置1个主孔抽水，6个观测孔进行观测，观测孔布置大致呈十字交叉型，即大致呈平行地下水主径流方向和垂直地下水主径流方向。对F1断层在不同条件下，观测孔模拟值与实际观测值拟合情况，来判断F1断层导水性强弱。

1）采用的数学模型

a）当断裂F1为隔水边界时，建立隔水边界旁地下水向干扰井运动数学模型：

采用有限余弦变换和无限变换，经离散后，得区内任意一点的地下水动水位降深方程：

K—主径流方向的渗透系数；K—次径流方向的渗透系数；—地下水径流方向与主径流方向的夹角；—地下水径流方向与次径流方向的夹角

b）当断裂F1为透水边界，地下水可通过断层连通东部含水层则建立补给边界旁地下水向干扰井运动数学模型：

经离散后，得区内任意一点的地下水动水位降深方程：

2）分别假设F1断层为透水、隔水边界对试验过程的流场进行拟合。

拟合结果反映，在透水边界情况下，实验场中钻孔计算的水位降深过程曲线与实测曲线整体拟合得较好，特别是ZK510，ZK1304；在隔水边界情况下，实验场中离zk908较近的孔拟合结果较好。

在设定F1为透水边界情况下和隔水边界情况下各孔拟合情况见图3、4。

图3 抽水试验观测孔拟合曲线(透水边界)

c）假设研究区东部F1断层为透水边界，实验场中离主孔ZK908较近的ZK907和ZK709各观测孔在三种不同边界条件下拟合误差见表1。

图4 抽水试验观测孔拟合曲线(隔水边界)

通过上述拟合情况来分析，断层F1在ZK907附近显示一定的阻水性，是导致该处降深较大的原因，另外在透水边界条件下，各观测孔的计算值和实际值吻合较好，因此，F1断层总体表现为透水性质。长期观测资料显示，在F1断层以东各个矿山持续排水疏干的情况下，F1断层以西的各个观测孔水位有缓慢下降的趋势，也在一定程度上证明F1断层呈现一定的透水性。

不同边界条件拟合误差对比分析表

边界条件误差ZK907ZK900ZK902ZK510ZK709ZK1304平均值 透水边界△∣S1∣0.0720.0270.2240.0780.0840.0540.090 隔水边界△∣S2∣0.0360.1550.3050.7240.0590.2050.247

5 结论

本文在矿区多孔抽水试验的基础上，结合矿区的矿床水文地质条件和地质资料，完成了对矿床水文地质条件的概化，建立了概念模型，并以大湾磷矿多孔抽水试验场的地下水流场演变过程为信息，以矿床地下水流数学模型检验为手段，建立了大湾磷矿矿区地下水运动的分布参数系统仿真模型，并在检验数学模型的过程中，证明F1断层具有透水性质，F1断层性质的查明对大湾矿区后期开采阶段矿区涌水量预测具有指导作用，具有较大的现实意义。

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Hydrogeological Features of the Dawan Phosphorite District in Fuquan, Guizhou

ZENG Mu-dan XIANG Gang

(No. 104 Geological Team, Guizhou Bureau of Geology and Mineral Resources, Duyun, Guizhou 558000)

This paper establishes a conceptual model for hydrogeological features and a simulation model for distribution parameter system of the Dawan phosphorite district in Fuquan, Guizhou based on multiple-well pumping test and hydrogeological conditions generalized. Property of fault F1 is found out in the process of mathematical model test.

multiple-well pumping test; hydrogeological feature; Dawan phosphorite district

P619.21+3

A

1006-0995（2017）03-0478-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2017.03.029

2017-02-24

曾牡丹（1985-），女，贵州罗甸人，水工环工程师，长期从事矿山水工环地质勘查及评价工作