贵州省福泉市大湾磷矿地下水动态研究

2022-07-26王嘉铭陈体云

贵州地质 2022年2期

向刚，王嘉铭，陈体云

(贵州省地质矿产勘查开发局104地质大队，贵州都匀 558000)

1 引言

贵州省福泉市大湾磷矿是一个超大型磷矿床，矿区相邻区域分布较多的磷矿开采矿山，开采历史悠久，复杂的地质及岩溶条件和强烈的矿山开采活动相互叠加，导致了区内矿床水文地质条件极为复杂(曾凡祥等，2021)。矿井排水、矿井水害成为制约该矿区磷矿资源开采经济和安全的“瓶颈”，详细掌握区内矿床水文地质条件并预测未来的演化趋势极为重要(周亚醒等，2021)。

地下水动态特征则是矿床水文地质结构、地下水补径排条件演化的信息反映，研究地下水动态特征，不仅有助于了解地下水的形成机制、运动与变化规律，也对预测预报地下水水量具有重要意义(张士杰等，2019；唐春雷等，2020)。研究工作以贵州省福泉大湾磷矿大精查项目为支撑，采用钻孔地下水位动态长期监测，典型矿山开采排水动态数据采集、同期气象资料的收集，通过综合分析，揭示了研究区不同条件下的地下水动态特征及演化趋势。研究成果对未来磷矿区矿产资源勘查、矿山开采排水设计以及矿井水害防治具有指导意义，对类似矿山的生产也有较强的借鉴作用。

2 研究区基本特征

福泉大湾磷矿勘查区位于白岩背斜西翼，矿体赋存在震旦系陡山沱组中，磷矿资源量大，矿体深埋地下，断裂构造发育，东侧紧邻开采矿山，矿床水文地质条件较复杂(图1)。

图1 大湾磷矿区域水文地质图(据贵州省地矿局104地质大队，2021改编)Fig.1 Regional hydrogeological map of phosphate deposits in Dawan(modified from 104 Geological Party，Guizhou Bureau of Geology and Mineral，2021)1—吴家坪长兴组；2—栖霞茅口组；3—娄山关组；4—清虚洞组；5—石冷水高台组；6—金顶山至牛蹄塘组；7—灯影组至陡山沱组；8—南陀组；9—断层；10—地质界线；11—地层产状；12—大湾磷矿区范围；13—相邻矿山；14—水文地质单元界线

充水层中地下水主要来自含水层上游的侧向径流补给，其次为区内大气降水通过上覆岩层的垂直入渗，受地形及地质构造的控制，天然条件下，地下水沿地层走向从南西往北东径流(宁黎元，2012；曾牡丹等，2017)。研究区地下水位高程从南西往北东方向逐渐下降(表1)，地下水径流方向为南西往北东(图2)。地下水径流通道主要为岩石中发育的溶孔溶隙，在靠近断层带附近岩石破碎，节理发育，径流通道为断层节理裂隙。地下水径流形式主要表现为隙流，断层带附近表现为股状涌入。(王明章等，1991；王明章等，2015)。

表1 研究区代表性钻孔地下水位高程值Table 1 Groundwater level elevation value of representative boreholes in the study area

图2 研究区水文地质及地下水动态监测网布置图(据贵州省地矿局104地质大队，2021改编)Fig.2 Layout of hydrogeology and groundwater dynamic monitoring network in study area(modified from 104 Geological Party，Guizhou Bureau of Geology and Mineral，2021)1—抽水试验钻孔；2—钻孔；3—长观点；4—断层；5—地层界线及代号；6—河流；7—先期开采范围；8—地下水流向

3 研究方法

采用研究与生产相结合、典型矿区解剖：以贵州省重点矿产资源大精查项目为支撑，以代表性强的大湾磷矿为研究场地；前人资料“二次开发”与现场勘探相结合、综合分析研究的工作方法。

3.1 长观点布置

地下水位动态长期观测网主要布置在研究区下坝山一带，从上游至下游分别由ZK603、ZK510、ZK709、ZK908、ZK907、ZK900、ZK902、ZK1304、ZK1305构成，监测周期为一个水文年(图2)。

3.2 数据采集途径

矿区基础地质条件(地层、构造、水文地质)数据采集主要根据地面调查、地面地球物理勘查获取。

长期观测点数据采用测绳、万用电表进行水位测量，地下水动态监测频率原则上一周一次，雨季加密观测，观测方法和频率符合规范要求，采集的数据可靠，获取的数据丰富翔实，为本次研究奠定了坚实的基础。

4 数据分析与结果

4.1 地下水动态成因

研究区灯影组含水介质为溶孔、溶隙、裂隙，地下水以分散径流为主。ZK603位于研究区最西部，距离东部的开采区较远，其钻孔观测资料显示，钻孔水位值与降雨量存在一定的相关性，存在雨季期间钻孔水位上升，枯水期间钻孔水位下降的趋势(图3)。ZK603动态资料说明远离开采区的地下水动态与气象密切相关，成因属气象型。

图3 研究区长观孔(ZK603)地下水位动态曲线图(据贵州省地矿局104地质大队，2021)Fig.3 Groundwater level dynamic curve of long-time observation hole ZK603 in the study area(modified from 104 Geological Party，Guizhou Bureau of Geology and Mineral，2021)

ZK907、ZK900、ZK902、ZK1304等观测孔位于研究区最东部，距离东部的开采区较近，其水位动态观测资料显示，观测期间水位值呈逐渐下降的趋势(图4)，且进入丰水期后地下水位仍在不断下降，说明该区地下水动态受东部开采区影响较大，其动态成因主要受相邻矿山开采排水影响，与降雨量关系不大。

图4 研究区观测孔水位动态曲线(据贵州省地矿局104地质大队，2021)Fig.4 Water level dynamic curve of observation hole in the study area(modified from 104 Geological Party，Guizhou Bureau of Geology and Mineral，2021)

瓮安磷矿位于集中开采区，其矿井及周边矿井均在不同程度排水，通过收集瓮安磷矿2018年8月至2019年9月期间的矿井抽排水序列资料(图5)，其矿井排水量总体上变幅不大，矿井排水量与降雨量值相关性较低，说明瓮安磷矿地下水动态成因受集中开采区影响，与降雨关系不大。

图5 瓮安磷矿排水量动态曲线图(据贵州省地矿局104地质大队，2021改编)Fig.5 Dynamic curve of phosphate mine drainage in Weng’an County(modified from 104 Geological Party，Guizhou Bureau of Geology and Mineral，2021)1—瓮安磷矿排水量值序列曲线；2—瓮安磷矿排水量趋势线；3—降雨量趋势线

综上，大湾磷矿区远离开采区的地下水动态与气象密切相关，成因仍属气象型，但矿山集中开采区及相邻地带区域地下水逐年持续下降，地下水动态成因为开采型，气象因素对其影响较小。

4.2 地下水动态特征

ZK603钻孔水位观测期间，最高水位值为1 081.21 m，最低水位值为1 074.01 m，最大变幅为7.2 m，变幅总体上较小，表现为承压水性质，且地下水呈现深部径流运移的特征，富水性较均一(图3)。

瓮安磷矿位于东部集中开采区，其最低采高为900 m，采空区面积约60 000 m2，期间矿井最大抽排水量为7 263.1 m3/d，正常抽排水量为4 656.5 m3/d，变化率为1.56。矿井排水变化率较低，灯影组地下水位和水量总体较稳定，含水较均匀，含水层地下水具有较强的调蓄能力。其动态资料说明相邻开采矿山排水量已经大于充水含水层的补给量，矿井排水除了排出天然条件下的地下水补给量以外，已经表现出对含水层中地下水的储存量持续疏干。