滇西金厂河矿区岩溶发育特征及控制因素分析

2021-02-11陈朝稳宰家宪

云南地质 2021年4期

陈朝稳，和祥，宰家宪

(云南黄金矿业集团股份有限公司，云南昆明 650299)

金厂河矿区位于云南保山市360°平距24km瓦窑镇阿依寨村、旧寨村境内，为铜锌铁多金属中型矿床。区内广泛分布碳酸盐岩，且多期次构造断裂发育，水文地质条件复杂，属大水矿床。多次发生溶洞突水，如副竖井码头门1810m标高溶洞涌水，涌水量321m3/h；地表斜坡道1835m标高溶洞涌水，最大涌水量2100m3/h，均造成淹井事故，对施工人员生命安全造成严重威胁，矿山生产建设进度严重影响，造成较大的经济损失。本文根据矿区以往勘查水文地质资料，结合生产揭露实际情况，通过岩溶发育特征研究，分析控制影响因素，本文为矿山生产过程中岩溶水害预测与防治提供参考依据。

1 矿区概况

1.1 矿区地质特征

矿区位于云南高原西部横断山脉中南段，冈底斯-念青唐古拉褶皱系南段，福贡-镇康褶皱带，保山-永德褶皱束北段之核桃坪复背斜东翼。出露地层主要有第四系全新统(Qalp+eld+col)松散岩土体、奥陶系中-上统蒲缥组(Op)碎屑岩建造、寒武系上统沙河厂组(∈3h)碳酸盐岩建造、核桃坪组(∈3h)碎屑岩夹碳酸盐岩建造及辉绿岩体(βμ)。图1。褶皱主体为保山复背斜之核桃坪次级背斜倾伏端，次为岔沟-金厂河背斜；断裂主要发育近南北向、北西向、北东向、东西向四组；受构造切割，岩体支离破碎，分布连续性差[4]。

图1 金厂河矿区水文地质简图

1.2 矿区水文地质特征

矿区地处澜沧江与怒江一级水系魏家大山-大风口分水岭的东坡与W1090岩溶大泉以西的斜坡地带。地势总体西高东低，北高南低。最高点为魏家大山，标高3048.60m；最低点为矿区北东部金厂河源头岩溶大泉，标高1832.87m，最大相对高差1215.73m，属构造侵蚀-溶蚀中山-高中山地貌区内。区内降雨量丰富，地形利于地表水的自然排泄，地表径流入渗迅速，地表水、地下水汇水面积大。矿体均位于当地侵蚀基准面及地下水位以下地下径流的中偏下游汇水区域，埋藏含矿岩系地下水储蓄区寒武系上统核桃坪组二段一层(∈3h2-1)矽卡岩带内。岩溶裂隙含水层富水性弱-中等，为矿床开采直接充水含水层；上覆沙河厂组一段(∈3h1)岩溶含水层岩溶发育，富水性强，构成矿床开采间接充水含水层；F2、F9、F10、F11等控水、富水断裂构造及核桃坪组二段二层(∈3h2)地层中次级小构造构成裂隙网络。地下水赋存于主要构造裂隙、次级小构造裂隙系统及微细裂隙中，致使矿区地层富水性极不均匀，地下水分布复杂、丰富，矿坑充水方式复杂。

2 矿区岩溶发育特征

矿区属裸露型岩溶区，溶洞发育分布受地形及碳酸盐岩埋藏条件制约，由西向东随碳酸盐岩底板由高变低。溶洞分布最高达地表分水岭附近，最高标高3070m，最低标高1810m。受地壳间歇性抬升影响，地下可见多层岩溶，且被溶洞充填物半-全充填。浅部岩溶发育，深部逐渐减弱，矿区纯碳酸盐岩底板控制标高1800m～2263.03m，推测矿区范围内1800m标高以下见大型岩溶管道可能性不大，岩溶现象主要以溶蚀裂隙和小型岩溶管道为主。

2.1 地表岩溶发育特征

矿区地表出露岩溶形态主要有溶隙、溶洞、落水洞、岩溶洼地等。调查溶洞78个，分布标高1860m～3070m(见图2)；洞口呈圆形或不规则形状，大小0.3m×0.5m～5.6m×8.0m，以中小型溶洞为主，多顺层分布，以竖直发育为主，多无水流；其中寒武系上统沙河厂组三段(∈3h3)溶洞25个，一般发育深度5m～10m，最深为70m，沙河厂组一段(∈3h1)溶洞23个，一般发育深度6m～20m，最深为200m(图2)。与矿区关系密切的代表性岩溶为位于矿区南西角外围金厂河源头的岩溶漏斗，岩性为寒武系上统沙河厂组一段(∈3h1)泥质灰岩，为金厂河源头地表水、地下水排泄通道。

图2 地表溶洞分布高程图

2.2 地下岩溶发育特征

矿区施工钻孔岩心常见的岩溶现象以溶蚀裂隙、溶孔为主，揭露溶洞44个/19孔，其中ZK0-1、ZK0-13、ZK26-5、ZK3-3、ZK4-1、ZK4-6、ZK7-1、ZK8-13、ZK9-7、ZK14-11钻孔均见多层溶洞(表1)，主要发育于寒武系上统沙河厂组一段(∈3h1)大理岩化灰岩中，标高1821.56m～2351.80m，以1900m～2200m标高为主(图3)，溶洞高度0.08m～32.54m，均由大理岩化灰岩碎块、粉砂及粘土等充填。井巷施工中仅副竖井及斜坡道揭露了溶洞，副竖井掘进标高1810m码头门揭露一个陡倾向溶洞，溶洞高>32m，深>16m，宽>16m，洞内充填粘土、泥沙及大理岩化灰岩碎石、大块石等，块石最大直径2.2m；斜坡道K395m处揭露溶洞，标高1835m。

图3 地下溶洞高程分布图

表1 矿区钻孔揭露溶洞统计表

3 岩溶发育影响因素

3.1 岩性影响因素

岩石可溶性是岩溶发育的一个必要条件，层厚质纯的碳酸盐岩利于溶蚀[5～6]。岩石化学成分含量的不同，岩溶发育差异性大，氧化钙含量较高，岩溶发育，反之岩溶不发育。矿区可溶岩为大理岩化灰岩及大理化含泥质灰岩，氧化钙含量40.30%～50%，矿物成分以方解石为主，方解石含量(55%～99%，多数大于90%)，溶解度高，有利于岩溶发育；但受地层结构、变质作用等因素影响，岩溶率相对较低，且受底板板岩影响，深部岩溶发育受限。

3.2 地质构造影响因素

印支期和燕山期强烈的地质运动使得本区褶皱、断层及节理等构造形迹大量发育，并对岩溶的发育和控制有着不可忽视的影响因素。

褶皱决定了碳酸盐岩的分布及产状，同时控制裂隙发育，从而影响岩溶展布特征和变化规律。本区褶皱主体为核桃坪次级背斜，次为岔沟-金厂河背斜，背斜轴部发育张裂隙，78个地表岩溶，仅7个为水平岩溶，其他均为垂向岩溶，以漏斗和竖井等垂向形态为主。

矿区北西、北东向断裂对岩溶发育和地下水富集起着重要的主导作用。北西向为晚期断层，规模较大，构造破碎带宽5m～15.8m，破碎带内发育角砾岩，角砾成分为钙质板岩及泥灰岩，以次棱角状为主，旁侧断层影响带岩石裂隙发育，多破碎成块体，是地下水运移富集的良好场所。可见泉点沿该断裂带呈“线状”发育，溶洞、漏斗呈“窝状”分布。北东向与北西断层为共轭同期发育，以矿区关系最密切的F10为例，具张扭性断裂活动特征，切割沙河厂组一段(∈3h1)岩溶裂隙含水层和下伏地层，沿断裂南东侧陡崖线状分布，抬升溶蚀地貌明显，据野外调查及钻孔揭露，断层见泉点，经岩溶漏斗变为浅伏流，北西盘钻孔ZK0-1、ZK4-1揭露多层溶洞，南东盘揭露副竖井及斜坡道溶洞，呈线状分布。整体显示断层两侧地下水进入断层带后分别沿断层带两侧向东径流，北西向与北东向断裂复合部位以岩溶下降泉形式排泄(W1090)。

3.3 侵蚀基准面与地壳抬升影响因素

矿区岩溶作用受当地侵蚀基准面控制，地下水侵蚀基准面1832.70m标高以上，岩溶水以垂直下渗为主；基准面附近，岩溶水以水平流动为主；基准面以下，水滞缓流向更低排水基准面，愈向深部，水交替十分滞缓，岩溶发育程度较弱，目前矿区井巷最低控制标高1660m，施工揭露1800m标高以下主要以溶蚀裂隙为主。随着岩溶地块抬升、稳定、再抬升的交替变化，地表多个钻孔揭露多层溶洞，呈现出岩溶发育的成层性。

3.4 水动力条件对岩溶发育的影响

地下水流动性不仅控制地下水侵蚀能力，也控制其搬运能力，地下水流动性越好，对裂隙及溶洞中泥质和碎屑颗粒搬运转移能力也越强。矿区岩溶水主要接受大气降水补给，通过垂直入渗带到达潜水面后以W1090岩溶大泉排泄。根据地下水位动态特征分析，地下水位季节变化大，如ZKA-1、ZKA-2、ZKB-1、ZK14-4、ZK14-2等5个钻孔水位年变幅达50m以上，最大变幅217.00m(ZK14-4)，季节变动带相对厚度较大。根据矿区岩溶发育特征及地下水动力条件分析，岩溶水主要分潜水面以上的垂直入渗带和潜水面随季节变化升降产生的季节变动带两个带。另受矿山开采疏干排水影响，局部形成较大的降落漏斗，增加了水力坡度，地下水位大幅度下降的同时，地下水的流速增大，使地下水对裂隙及溶洞中泥质和碎屑颗粒搬运能力增强，对碳酸盐岩地层中岩溶洞穴塌陷具有加速作用，一旦导通巷道，易发生突水事故。