澜沧铅矿棉絮铺尾矿库含水层特征及对库区影响分析

李金秀 艾兴洪 李应武

（云南冶金资源股份有限公司）

云南澜沧铅矿有限公司老厂选厂棉絮铺尾矿库隶属澜沧县竹塘乡管辖，整体位于高原地区高中山地形的天然岩溶洼地。澜沧铅矿于20 世纪80 年代开始在该岩溶洼地排放尾矿，在堆放前未对区域开展相关勘查工作，在暴雨作用下诱发了多次的渗漏事件［1-4］。鉴于尾矿库的安全运行，对于库区及坝区开展工程地质评价是十分必要的［5-9］。为确保该尾矿库的安全运营，本研究对该尾矿库库区及坝址区开展水文地质调查，并对水文地质特性进行分析评价，为尾矿库有序排放提供科学依据。

1 区域地质概况

澜沧铅矿老厂棉絮铺尾矿库处于高原的高中山区，海拔1 650～2 301 m，相对高差651.10 m，山脉近南北向分布，地势北西高南东低，其地形以岩溶侵蚀和构造侵蚀地貌为主。整个库区地形呈狭长的“新月形”，四周为中高山环绕封闭，库区洼地呈北东—南西向展布，宽300～500 m，长度约1 500 m。两侧山体陡峭，多有陡崖分布，地表岩溶发育，有溶沟、溶槽、石芽、溶洞、落水洞等形态。地区属于温暖潮湿的亚热带高原型季风气候，旱、雨季分明，年平均气温15.5 ℃，最高28.3 ℃，最低0.5 ℃。年平均降雨量2 151.90 mm，年蒸发量1 258.40 mm，历史最大日降雨量97.50 mm，50 a 一遇的最大小时降雨强度为82.9 mm，12 月至次年1月有霜，无冰冻。

区域大地构造位于昌宁—澜沧弧后的隆起带之上，隶属于三江印支褶皱系的南缘、次级构造澜沧裂谷的北段。区内主要出露上古界地层，依柳组火山岩广泛分布，构造极为复杂，伴随着中酸性岩脉的侵入，偶见基性岩脉。构造线总体受控于近SN 向澜沧弧形断裂褶系，堑垒构造、推覆构造也较为发育［10-12］。场区地处次级构造老厂褶断束部位，继承了区域构造地质特征，断裂构造发育。区内岩浆岩分布广泛，以火山岩为主，岩性较为复杂，以玄武岩、安山岩为主，并伴有相应的火山碎屑岩，侵入岩出露较少，多为中—酸性小侵入体及基—超基性岩脉［13］。澜沧裂谷以西出露西盟群，以东出露澜沧群，西盟群与澜沧群属元古界—前寒武变质岩系。中部澜沧裂谷内分布有泥盆系、石炭系、二叠系、侏罗系、白垩系、第三系、第四系等地层。

2 区域水文地质条件

库区总体地处云贵高原横断山脉的西南端，位于澜沧江一级支流黑河、南朗河及二级支流库杏河分水岭北东侧的上部斜坡地段，水文地质单元总体属澜沧江一级水文地质单元和怒江二级水文地质单元。区域地势北高南低，主要山脉呈南北向分布，与区内主构造线一致，最高点海拔2 458 m，最低点为库杏河谷，海拔749 m（图1），相对高差1 709 m，属深切割中山地形，地面坡度20°～35°，局部50°～90°，属高原地貌。地下水与地表水的分水岭一致，其东西两侧和南侧均为岩溶含水层，地下水则往南径流。由此可见，库区内岩溶侵蚀地貌发育，多发育溶洞、漏斗及石芽，山岭陡峭，偶见悬崖。此外，库区内还发育季节性短小溪流，由于区域最低侵蚀基准面为1 260 m，故在南朗河上游的天生桥以地下暗河的形式排泄，向东注入落水洞向黑河排泄，最终汇入澜沧江。向西经落水洞汇入库杏河，经南卡江再汇入怒江。

3 库区水文地质条件

3.1 地表水的补给、径流及排泄条件

库区位于老厂水文地质单元补给区，直接补给源主要为大气降雨。区内地形总体北高南低，最高点位于北侧海拔2 301 m 的雄狮山，地形坡度23°～50°，多处地形表现为陡坡、悬崖，多个地段发育溶槽、漏斗、溶沟、落水洞及石芽等。溶洞、落水洞多为裂隙状，多沿近东西、北北向扭性构造及非可溶岩接触线呈带状分布，海拔由北向南渐降，指示了地下伏流方向。区内无较大的地表水体，地表水以垂直运动为主，都流入低洼处落水洞中排出区外。

3.2 库区含（隔）水层

库区内大面积出露泥盆系、石炭系及二叠系地层，第四系覆盖层则主要分布于裂谷底部及裂谷两侧的谷坡地带，出露面积较小。库区地层划分为5个含（透）水层和1个隔水层，分述如下。

（1）第四系（Q、QLs）松散孔隙透水层。谷坡、沟谷地带以残坡积、冲洪积层为主，库区范围内夹杂人工堆积黏土、炉渣及泥沙等，厚度变化较大，最厚可达90 m，主要受大气降雨补给，并下渗补给岩溶水或基岩裂隙水，渗透性较好。在低洼封闭地带则形成小规模的上层滞水含水层，含水量随季节性变化较大。

（2）下二叠统（P1）、中上石炭统（C2+3）岩溶透（含）水层。该层岩性以白云岩、灰岩及灰质白云岩为主，厚度大于620 m。由于该层岩性总体属碳酸盐岩，易被溶蚀，故岩溶发育但分布不均。多见落水洞、石芽及漏斗，地表的岩溶率超30%，钻孔施工时多见掉块、冲洗液漏失现象，钻孔揭露溶洞率超95%。该含水层的水位埋藏很深，主要表现为岩溶裂隙水。

（3）下石炭统上段（C17-8）弱含水层。该层厚度达160 m，上部45 m 范围内以沉凝灰岩、火山角砾岩为主，偶夹砂页岩层，总体呈岛弧状分布于库区西北侧和南东侧；下部则以强蚀变、强风化的玄武岩、玄武质凝灰岩为主，裂隙中等发育，多被次生方解石、泥质充填，总体为弱裂隙含水层。据钻孔工程揭露，该层位的钻孔冲洗液消耗较好，水位集中于1 880.66 m（C18）～1 822.38 m（C17）。地下水多呈侵蚀下降泉的形式，泉水流量多为0.01～0.45 L/s，最大流量可达0.78 L/s，水化学类型为HCO3-CaMg型。

（4）下石炭统下段（C11-4）弱含水层。该层自上而下发育的岩性组合为鞍山凝灰角砾岩-集块岩、安山岩及玄武岩-玄武质熔结角砾岩，厚度变化较大，最薄处130 m，最厚可达400 m，总体为弱裂隙含水层，裂隙多被次生钙、泥质充填，渗水处附近发育絮状的Ca-Fe沉淀物，中部的安山岩干燥，偶见滴水现象，单位涌水量可达5.54×10-4L/（s·m）。地下水以侵蚀下降泉形式出露，流量0.01～0.513 L/s，水化学类型HCO3-Ca（雨季）或HCO3SO4-CaMg型（旱季）。

（5）泥盆系中上统（D2-3）弱裂隙含水层。硅质岩夹砂页岩，厚度大于70 m，零星分布于库区北东角及西部，偶见泉水，流量0.02 L/s。

（6）下石炭中段（C15+6）隔水层。岩性以粗面的安山凝灰岩、炭质凝灰岩为主，厚80～160 m，总体分布较稳定。岩石颗粒细，微裂隙发育，蚀变次生钙泥质充填，含水极弱，为隔水层。含风化裂隙潜水，泉流量0.01～0.33 L/s，最大0.51 L/s，季节泉常见，水化学类型为HCO3-CaNa 型。地下水位埋深大，岩石风化强，溶洞常见。

3.3 库区地下水类型及特征

（1）上层滞水、孔隙潜水。上层滞水主要分布于人工堆积尾矿层黏性土、残坡积等松散地层中，分布于库区两侧山坡、库内及主坝区。孔隙潜水主要分布于人工堆积尾矿层砂砾层等中，上层滞水与孔隙潜水在本场地无明显界限，一般统称为覆盖层松散介质孔隙水，均接受降雨及地表径流补给，其次为松散体之间沿地势的侧向补给，向下渗透补给基岩裂隙水或岩溶水，渗透性较好，在地势低洼封闭地带，形成滞水含水层，含水量一般随季节波动较大。现状条件下，该地下水系是影响坝基渗透稳定的主要因素，其次，该渗流途径系库区地下水下渗补给岩溶裂隙水的次要途径。

该地下水不具稳定的地下水面，水位和水量一般季节性变幅较大，雨季水量稍丰、水位较高，旱季水量相对贫乏，水位降低或消失，因该类型地下水的赋存条件，在场地后期使用过程中，尾矿堆填将造成该地下水大幅度上升，地下水浸泡对地基土性能影响不利，设计施工时应予以重视。勘察期间多降雨天气，钻探期间实测其水位埋深变化为3.50～9.80 m，高程变化为1 674.21～1 682.18 m。

（2）岩溶裂隙水。主要分布于石炭系中上统地层（C2+3）碳酸盐岩中，岩质较纯、厚度大、分布广，岩溶和孔隙发育，属强富（含）水地层，含较丰富的岩溶裂隙水，该含水层受控于地质构造和岩溶发育程度（库区有F3、F8、F29及F394条导水断层通过，将库区地层切割成渗漏方块，导致渗漏风险较高），主要接受大气降雨从周边裸露基岩的溶隙、孔及洞中向基岩深度入渗，部分接受上覆地层的入渗补给，沿裂隙、孔洞中呈管状、带状径流，向低洼的沟谷、坡地以泉、井及暗河等形式排泄于库外。库容外的地下水对库区稳定及环境影响不大，地下水水位受随季节的大小影响很大。

3.4 构造水文地质特征

库区主要褶皱老厂背斜走向近南北，由火山岩弱裂隙含水层组成，地下水向两翼及南部倾伏端径流，以侵蚀下降泉的形式出露，泉水流量0.01～0.203 L/s，富水性弱。断裂以近南北向F8及近东西向F29为主，多为高角度压性、压扭性构造，其中水文地质意义较大的是F8。

F8断裂为逆断层走向北西21°～25°，沿断裂分布的溶蚀现象有陡坎、漏斗、落水洞、溶蚀洼地、溶洞、溶隙等，岩石破碎，透水性好。形成库区内地下水自北向南的主要径流排泄通道，是库区西侧的无限排泄边界，对区域潜水位以上的矿床疏干起积极作用。此外，从北向南，西区深部地下水位有逐渐下降的趋势。F29断裂为正断层，近东西向切割大多数地层，与F3断层交汇，断面多向南倾，倾角较陡，为80°～85°。

3.5 地下水的补给、径流及排泄条件

地下水主要接受大气降水补给，补给通道以地表溶洞溶隙为主。除库区北部，其余地段的地表发育裸露型岩溶，多见落水洞、石芽、漏斗及溶洞等，北部岩溶发育程度低，注入式补给和渗入式补给均有，局部地段以渗入式补给为主。地下水总体自北向南径流。地下水径流特点表现为垂向岩溶发育，横向水力联系较差。地下水外界排泄方式多样，包括泉眼渗出、河流排泄及蒸发、蒸腾作用等。根据调查统计，库区内地下水以侵蚀的下降泉为主，除少量水被蒸发外，西侧的泉点经流东卡河汇流后进入地下暗河，北侧的泉点及基本汇流入老厂水库，通过蒸发方式或人工方式排泄，其他泉点则多经过地表径流汇入落水洞或漏斗，向南流入地下暗河排泄。

3.6 地层渗透性

为测得库区范围内主要地层的渗透性，对相关主要地层进行了压水、注水试验，结果显示，场地内尾矿层渗透性能不均，介于微透水—中等透水性，坡残积层渗透性能不均，介于弱透水—中等透水性，强、中风化白云质灰岩受岩溶、裂隙等影响，透水性不均，总体属强透水。

4 对库区的影响评价

4.1 地表水

棉絮铺尾矿库位于老厂水文地质单元南部，为其补给区，主要受大气降雨直接补给。无较大的地表水体，地表水以垂直运动为主水平运动为辅，一部分地表水流入低洼处落水洞中排出区外，少量赋存于独立的弱裂隙溶隙系统中。根据地表径流特征，对拟建尾矿库构成影响的汇水面积区定为尾矿库径流区，尾矿库径流区外的径流区地表水均沿地表径流向地势低洼地段汇聚，最终汇入各区落水洞并排出库区，对拟建尾矿库影响小。

4.2 地下暗河

据初勘资料认为，大气降水及后期尾矿废水可能将补给岩溶裂隙水，垂直下渗后汇聚于地下暗河并排出库区。该排水途径可能造成尾矿库区水体下渗后对外部水体环境造成污染，尤其库容范围内基岩裸露区，污染水体将沿裂隙直接渗漏至地下暗河，设计施工时应予以注意。但由于拟建库区库容范围内基岩岩溶发育程度极不均匀，受断层切割影响，岩溶连通性一般，钻孔点及控制深度内未见落水洞等大型岩溶现象，周边的岩溶、落水洞较多，理论上断层沿线可形成不同规模的隐伏暗河，但本次物探（高密度电法）测深范围内也未予以发现（图2）。

4.3 岩溶

库区及其周边基岩以碳酸盐岩为主，具岩溶侵蚀及构造侵蚀地貌特征，地表岩溶发育，有溶沟、溶槽、石芽、溶隙、溶洞、落水洞等形态，其中又以落水洞及竖向裂隙为主。

据本次钻探结果，场地岩溶发育，岩溶形态以溶蚀裂隙发育为主，大型溶洞、溶沟等次之，场地下伏灰岩，区域资料显示为区域富水性地层，本次勘察钻孔点共3 孔揭露溶洞，见溶率9.6%，属全—无充填型溶洞，由于场地地下水存在上下季节性波动，导致局部地段存在软土、浅层溶洞现象，属于岩溶稍发育地域。场地内钻孔揭露的溶洞发育情况见表1，岩溶的发育易导致库区渗漏的发生。

5 结论

（1）棉絮铺尾矿库位于溶蚀洼地内，其地形以岩溶侵蚀和构造剥蚀地貌为主，地形条件复杂，但基本稳定；场地构造地质条件复杂，断裂发育，新构造运动间歇抬升，部分早期断裂复活，沿断裂带地震活动频繁，温泉众多，区域稳定性较差。

（2）库区场地松散含水尾矿层空间分布不稳定，地下水补径排条件及动力特征复杂，尾矿库堆填区位于侵渗基准面以下，环境水文地质条件复杂。此外，库区地层多为中等—强透水地层，且地表存在渗漏点，应特别注意库区防渗处理。

（3）库区地层中强、中风化白云质灰岩强度相对较高，压缩性较低，但其溶沟、溶槽，风化溶蚀裂隙发育，属强透水地层，应根据上覆土层厚度及透水性采取注浆或高压喷浆等综合防治水措施，以防止尾矿废水下渗排出库外，造成环境污染。

（4）库区岩溶现象复杂，尾矿坝库位于岩溶发育区，场地及周边岩溶及地下暗河发育，主要表现为渗漏水、地面塌陷，但岩溶的发展是一个缓慢的地质历史过程，通过有效的工程治理，可以促使其稳定。