安徽庐枞盆地地下水系统特征及其对矿山开采影响研究

2018-08-03，，

地下水 2018年4期

，，

(1.安徽省地质调查院，安徽合肥 230001；2.安徽省地矿局326地质队，安徽安庆 246003)

庐枞盆地位于扬子板块的北缘，东邻郯庐断裂带，西与大别造山带比邻。燕山期，该区域发生了强烈的构造、岩浆活动，形成了一系列的北北东-北东向构造岩浆带，并形成了丰富的黑色、有色金属等矿产。在矿山开采的过程中，不可避免的会遇到矿坑充水问题，弄清楚庐枞地区地下水系统[1-2]的含水特征对区内矿产资源的开发具有重要的意义。

1 研究区概况

1.1 地理地貌

本地区属亚热带季风气候区，四季分明，降雨充沛，气候温暖湿润。区内降水年内、年际分布不均，降水主要集中在每年的5-8月。年平均降水量1 069.4 mm。地貌单元属沿江丘陵平原的江北丘陵波状平原区。以罗河～缺口断裂为界，其东南为丘陵区，西北部为波状平原区。地貌成因以侵蚀、剥蚀为主，山坡坡度多在10°～25°之间，最高海拔674 m。

1.2 区域地层特征

庐枞火山岩盆地北部出露的地层以白垩系下统火山岩地层为主，自下而上分别为龙门院组、砖桥组、双庙组及浮山组，岩性主要为一套橄榄安粗岩系火山熔岩与火山碎屑岩，总厚约2 000 m，地层总体倾向北西。侏罗系中、下统罗岭组、磨山组，三叠系中统东马鞍山组、铜头尖组，三叠系上统拉犁尖组围绕火山岩盆地边缘分布，构成火山岩盆地的直接基底。白垩系下统杨湾组红层仅在盆地局部洼地分布，主要分布于罗河-缺口断裂以西[3-7]。

2 区域水文地质特征

依据水文地质普查及区内矿床勘查资料，将区内地下水类型分为松散岩类孔隙水、红层孔隙裂隙水、火山岩类孔洞裂隙水、碎屑岩类裂隙水、侵入岩类裂隙水等类型(图1)。

2.1 松散岩类孔隙水

岩性为第四系全新世以及晚更新世冲积、坡洪积成因的粉质粘土、含碎石粘土，河谷地带下部分布有砂砾石层。厚一般5～10 m，局部达20余 m。赋存孔隙潜水，单位涌水量0.003 6～0.51 L/s·m，渗透系数0.023 2 m/d。水质类型主要为HCO3-Ca·Na型，矿化度<0.5 g/L，pH值6.7～7.1。

2.2 红层孔隙裂隙水

岩性为白垩系下统杨湾组紫红色粉砂岩、砂砾岩，分布在区内西北部，厚度10～700 m，向北西延伸厚度逐渐变大。该岩组结构松散，具有一定的孔隙，含少量孔隙裂隙水。单位涌水量0.002 1～0.085 L/s·m，渗透系数0.006 24～0.014 6 m/d。水质以HCO3-Ca·Na型为主，矿化度0.14～0.92 g/L，pH值6.5～7.7。

2.3 火山岩类孔洞裂隙水

该类型地下水于庐枞盆地分布较为广泛，赋水地层为白垩系下统浮山组、双庙组、砖桥组及龙门院组，主要岩性为粗面岩、安山岩、粗安岩、凝灰角砾岩、凝灰质粉砂岩、凝灰岩及粗面质角砾熔岩等。受不同时期岩浆活动的影响，区内岩石蚀变强烈，具次生石英岩化、硅化、绿泥石化、高岭土化等，其中次生石英岩化蚀变对赋水性影响较大。火山岩浅部多发育有微弱的裂隙水，下部主要以次生石英岩化岩石含水为主，埋深一般大于150 m。两者之间普遍分布相对隔水的凝灰质粉砂岩、凝灰岩等，这就决定了区内火山岩类孔洞裂隙水典型的双层结构特点。

上部裂隙水主要赋存于火山熔岩地层中，岩石具硬脆性，裂隙普遍发育，部分为张性裂隙，宽1～3 mm，裂隙面见水蚀锈染迹象。泉流量一般小于1 L/s，水量贫乏，单位涌水量0.001 2～0.022 6 L/s·m，渗透系数0.002 20～0.020 4 m/d。水质类型多为HCO3-Na·Ca型，矿化度0.03～0.41 g/L，pH值6.5～8.0。局部火山碎屑岩分布区裂隙发育较少，且多被泥质矿物充填，水量极贫乏。

下部孔洞裂隙水主要赋存于次生石英岩化岩石，岩石蚀变特征受热液控制，进而影响其赋水性。矾山镇小矾山一带、罗河镇东侧附近岩石次生石英岩化程度较高，裂隙发育较密集，纵横交错，并发育连通性较好的孔洞，局部呈蜂窝状，形成了良好的储水空间及地下水运移通道。地下水具承压性质，水量中等，单位涌水量0.012～0.16 L/s·m，渗透系数0.11～0.43 m/d。其它地区岩石次生石英岩化较弱，孔洞发育较少，甚至不发育，水量贫乏。由于赋水地层中黄铁矿含量普遍较高，该类地下水中SO42+离子含量普遍较高，水质类型主要为SO4-Ca型，矿化度0.50～1.50 g/L，pH值6.4～7.8。

图1 庐枞地区水文地质图

2.4 碎屑岩类裂隙水

主要分布于盆地边缘，赋水地层主要为三叠系黄马青组长石砂岩、侏罗系磨山组及罗岭组石英长石砂岩、粉砂岩等。“X”型节理发育，岩石破碎，赋存裂隙水，于地形有利处溢出成泉。泉流量一般0.1～0.5 L/s 。矿化度0.30～0.58 g/L，水质类型多为HCO3-Na·Ca型。

2.5 侵入岩类裂隙水

区内侵入岩分布较为普遍，形成于燕山期，呈岩株、岩盘状产出。岩性主要为闪长玢岩、粗安斑岩、正长岩、二长岩等，浅部风化裂隙较发育，含风化带网状裂隙水，富水性弱。水质类型以HCO3-Ca·Na型为主，矿化度0.10～0.30 g/L。

3 地下水动态特征

区内地形切割强烈，沟谷纵横。研究区大面积为火山岩覆盖，主要地下水类型为火山岩类孔洞裂隙水。地下水总体流向为北西向。浅部火山岩地层赋存少量裂隙潜水，其主要补给来源为大气降水的入渗补给，于构造有利部位溢出成泉。泉点出露较多，但流量一般较小。部分埋藏于白垩系红层之下的火山岩孔洞裂隙水，其补给来源为附近基岩裸露区地下水的侧向径流补给，地下水径流缓慢，水位较稳定。如图2所示，钻孔ZK0701、ZK0904长期观测目标含水层为双庙组火山岩地层，埋深约20 m，地下水动态较为稳定，水位年变幅小于2 m。

图2 泥河铁矿地下水位长期观测曲线图

下部次生石英岩类孔洞裂隙水一般埋藏较深，属承压水，地下水补给来源较少，地下水位随季节变化不明显。庐江县泥河铁矿ZK0105、ZK0507、ZK0513针对次生石英岩孔洞裂隙水进行水位长期监测，前期受附近相邻钻孔施工影响，水位变化幅度较大，钻探施工结束后水位基本趋于稳定，且各钻孔变化趋势基本一致(图2)，说明含水层连通性较好。地下水位年变幅一般小于1 m，随季节变化影响不明显，说明该含水层受大气降水影响较小。据泥河铁矿ZK1101自流孔长期观测资料，钻孔涌水量逐渐减小(图3)，地下水虽然具承压性，静水压力约5 MPa，但其补给来源不充分，以消耗静储量为主。

图3 ZK1101自流井长期观测曲线图

4 断裂构造的导水性

庐枞地区断裂构造发育，多形成于燕山期，以北北东向断裂为主，断裂性质多为压扭性，多切割火山岩地层[8-13]。由于断裂性质的不同致其导水性各异。

罗河-缺口断裂为区域规模最大的断裂，走向北东，倾向南东，倾角50°～80°，断距可达250 m，断层破碎带宽达50～150 m。断层具压扭性，断层角砾为粗安岩，由泥质或碳酸盐岩胶结。断裂带内裂隙发育，形成微弱的含水带，钻孔单位涌水量0.006 5 L/s·m，渗透系数0.005 15 m/d，导水性弱。

黄屯地区发育走向近南北断裂带，隐伏于冲沟之下，于黄屯河河床见局部出露[11]。断裂带裂隙密集发育，呈网状，且延伸长，宽度大。据黄屯硫铁矿SK1451资料，断裂带岩石硅化强烈，碳酸盐岩脉状充填，孔洞发育，连通性好，富水性强。钻孔单位涌水量4.88 L/s·m，渗透系数可达10.91 m/d，导水性极强。

5 地下水对矿山生产的影响

区内矿床较多，以铁矿、硫铁矿为主。矿床多为埋藏型，埋深400～600 m不等。矿体受热液蚀变控制，与次生石英岩化蚀变关系密切，多分布于次生石英岩孔洞裂隙水含水层之下，故庐枞地区地下水问题直接制约了当地矿业经济的发展。据罗河铁矿主井掘砌施工资料，于-299 m揭露次生石英岩含水层，裂隙发育，岩石破碎，瞬时涌水量达数百立方米每小时，静水压力3～4 MPa。针对水量大、水压高的现象，施工单位轮番采取了各种注浆止水措施，最终历时2年多才得以完工。后期施工的副井、回风井等竖井工程也面临了同样的治水难题。地下水问题严重阻碍了矿山的建设进度。

黄屯地区马鞭山铁矿于2006年开工建设，地下水问题十分突出。副井井筒于2011年3月施工至400 m附近发生井壁突水，涌水量达430 m3/h，造成淹井事故。受制于地下水涌水量大的影响，矿山建设工作已持续了10 a之久，这对企业造成了巨大的经济损失。