礦區論文粘土礦區水文地質特征

　　礦區地下水文特征會影響挖礦工程，本篇礦區論文分析區域水文地質概況，及礦區水文地質特征，闡述礦床水文地質條件，分析礦區充水因素，為采礦提供地質數據�？梢园l表礦區論文的期刊有《煤礦現代化》(雙月刊)創刊于1992年，是由兗礦集團有限公司主辦。 本刊為綜合性技術期刊，主要欄目有戰略研究、生產建設等，于2003年創建編委會，歡迎投稿。

　　通過對區域水文狀況、區域構造、區域地下水補徑排和礦區水文地質條件、含隔水層特征等因素的分析，總結了礦床的充水因素，為礦山開采水害防治提供了參考資料和決策依據。

　　關鍵詞：

　　礦床水文地質;充水因素;鋁、粘土礦;河南

　　1區域水文地質概況

　　區域地處華北地臺南部嵩箕臺隆嵩山復背斜北翼，按照中國北方巖溶水系統劃分屬偃龍巖溶水系統，該系統西起平樂宜陽斷層，東至五指嶺斷層，南至萬安山、馬鞍山地表水分水嶺，北至奧灰深部滯流區，總面積566.18km2;五指嶺斷層把東部滎鞏巖溶水系統和偃龍巖溶水系統分隔成兩個獨立的水文單元;嵩山復背斜為黃河水系和淮河水系的地表分水嶺。

　　1.1自然地理區域位于鞏義市南，西接偃師，南隔嵩山與登封相望。區內地勢東南高，西北低，地形切割強烈，溝嶺相間，縱橫交錯，相對高差400m左右。區域屬暖溫帶大陸性季風氣候，四季分明，根據鞏義市氣象局多年資料，年平均氣溫14.6℃，最高氣溫42.3℃，最低氣溫-21.7℃。年最大降水量990.6mm，年平均降水量604.7mm，年平均蒸發量2136.2mm。蒸發量大于降水量。春季干燥多風少雨，夏季炎熱多雨，雨季多集中在七、八兩個月。年平均無霜期242天，12月至次年3月為霜凍期。

　　1.2地層區域內地層為華北地層區豫西分區嵩箕小區，南部基巖出露，北部黃土覆蓋;地層走向東西偏北，傾向北，傾角10°～30°，自下而上依次為下古生界寒武系、奧陶系灰巖;上古生界石炭系含鋁巖層，二疊系(含煤)砂泥質巖層;新生界新近系、第四系沖積層等。1.3構造區域內構造斷裂發育，大型褶皺有嵩山復背斜，展布于登封、鞏義、新密等地，構成了嵩山山脈主體，展布方向近東西，軸部由基底巖系組成，兩翼則為中—新元古界和古生代地層構成，是一個比較寬緩的大背斜，其間被五指嶺斷層、嵩山斷層兩次左行錯斷，總體控制了區內主要煤田、鋁和粘土礦分布。主要大斷層有以下幾種。

　　1.3.1五指嶺斷層。屬區域性大斷層，走向為北西南東，北西端起于南山口附近沒入黃土層下，南東端止于登封市的黃花嶺以東，延長達15km以上，斷層東北為仰側西南為俯側，斷層面傾向為南西，傾角60°左右，屬高角度的正斷層，垂直斷距約1000m，且有平移性質，將嵩山山脈東部向北西方向平移達5km;是東部滎鞏巖溶水系統和偃龍巖溶水系統的分界線。

　　1.3.2嵩山斷層。此斷層與五指嶺斷層近于平行，位于登封市城之西北，走向北西—南東，東南端起于登封市之中岳廟，西北端沒入鞏義市張莊附近之黃土層下，延長達18km，斷面傾向南西，傾角70°～80°，為—東仰西俯的高角度的正斷層，垂直斷距為400m～500m，東西兩側位移達2km，斷層帶硅泥膠結，以往曾有鉆孔揭露此斷層，但未發現涌(漏)水現象，斷層兩側太原組灰巖水水位相差大約150m，判定此斷層含水性和導水性弱，屬阻水斷層。

　　1.4區域地下水補給、徑流和排泄偃龍巖溶水該系統特征為一單斜順置型，巖溶地下水流向與地層傾向相同;區域南部為嵩山，有約176km2基巖裸露于地表，雨季接受大氣降水的直接補給，為巖溶裂隙地下水的入滲補給區;受地形和構造等影響，巖溶地下水總體由南向北向徑流，局部受溝谷切割以泉的形式排泄，如凌溝泉、申溝泉、羅漢寺泉等，另外，區域內人工開采和礦山開采也是地下水的主要排泄方式。

　　2礦區水文地質特征

　　礦區處于小秦嶺-嵩山東西向構造東段，嵩山復背斜北翼，五指嶺斷層和嵩山斷層之間;屬黃河流域，伊洛河水系，礦區呈一單斜構造，總體地勢東南高西北低，南部嵩山是黃河和準河的地表分水嶺，礦區內無大的地表水體，只有礦區北部(礦區外)有一條涉村河自東南向西北流入塢羅水庫，再經伊洛河，最后在鞏義北部匯入黃河。

　　2.1礦區所處水文地質單元礦區所在區域屬偃龍巖溶水系統，受中部近南北向嵩山斷層(阻水斷層)的切割，偃龍巖溶水系統又補分割為東西兩個亞單元，即東部的瑤嶺-上莊巖溶水系統和西部的龍門-夾溝巖溶水系統。鞏義粘土礦區正處于瑤嶺-上莊巖溶水系統東南部涉村-凌溝水文地質段。屬區域地下水補給徑流區。

　　2.2含水層、隔水層

　　2.2.1寒武-奧陶系(∈-O)灰巖巖溶裂隙含水層。由寒武系中上統和奧陶系中上統地層組成，廣泛出露于南部山區，在礦區隱伏于石炭系含礦地層以下;巖性主要為灰色、深灰色層狀灰巖、角礫狀灰巖、白云質灰巖等，巖溶裂隙、溶洞發育，含水層富水性較強，但不均勻，屬巖溶裂隙承壓水;地下水化學類型為HCO3-CaMg及HCO3-Ca型，礦化度350mg/l～600mg/l，水溫14℃～16℃，pH值7.3～7.55，水位標高在360m～426m之間，泉水流量2l/s～117.3l/s;涉村南溝泉、凌溝泉和涉村粘土礦廠的自流井均屬此含水層;凌溝泉為區域內大泉，流量50.58l/s，泉水四季不斷流;涉村自流井為20世紀80年代粘土礦廠施工的生活水井，施工中揭露到此含水層時，承壓水頭沖出地表約15m，現在水井仍在自流，開始時流量4000m3/d，現在流量500m3/d，附近煤礦多次較大突水均源于該含水層，此含水層是礦區地下水最主要含水層。

　　2.2.2二疊系太原組(Pt)灰巖巖溶裂隙含水層。廣泛分布在礦區中南部山前、山前丘陵，巖性主要由4～5層灰巖組成，厚度在10m～60m之間，巖溶裂隙、溶孔、小溶洞發育，富水性中等，但不均勻，屬巖溶裂隙承壓水;地下水化學類型為HCO3SO4-CaMg型，礦化度300mg/l～400mg/l，水溫14℃～22℃，pH值7.35～7.90，水位標高在361.40～366.00之間;一般情況下此含水層富水性中等，但局部構造斷裂發育地段，富水性較強，其中申溝泉、羅寺泉和河南煤田地質二隊在30年前施工的CK84涌水鉆孔，均屬此含水層，申溝泉和羅漢寺泉為區域內大泉，泉水四季不斷流，泉水流量20l/s～45l/s，CK84涌水鉆孔，單位涌水量16.259l/s.m，滲透系數154.20m/d。

　　2.2.3二疊系山西組(Ps)砂巖裂隙含水層。廣泛分布于礦區大部，主要由山西組中粒、中粗粒和粗粒砂巖構成，多發育于構造裂隙和風化裂隙附近，加上泥巖、砂質泥巖、碳質泥巖等相對隔水，為地下水的賦存創造了條件，形成層間水，但由于基巖山區地形起伏、溝谷深切，降水入滲形成的地下水總是速來速去，因此顯得較為貧乏，屬弱含水層，泉流量多小于1l/s，地下水化學類型為HCO3-KNa型水，礦化度160mg/l～300mg/l，水溫14℃～15℃，pH值7.3～7.5，水位標高受地形影響，變化較大，鉆孔單位涌水量0.003l/s.m～0.008l/s.m，滲透系數0.007m/d～0.04m/d。

　　2.2.4第四系(Q)含水層。第四系的沖積、洪積地層僅分布于河流和溝谷兩側，屬孔隙潛水，厚度0～27m，此含水層透水性強，含水較弱，為弱含水層。

　　2.2.5石炭系本溪組含鋁巖系隔水層。本隔水巖層由鐵質泥巖、鋁土礦、粘土礦、粘土巖及炭質泥巖等組成，在礦區廣泛發育，厚度一般在0～50m之間，厚度受古地形控制，構造影響微弱，巖體結構完整，具良好的隔水作用，不過礦山開采的即為此層，因此礦山開采后，直接揭露下部寒武-奧陶系灰巖，因此，此層也失去了隔水意義。

　　2.2.6二疊系含煤巖系、砂質泥巖、泥巖隔水層。主要由炭質泥巖、煤層、砂質泥巖、泥巖等組成，分布比較穩定，厚度不均勻，是將太原組含水層和石盒子砂巖含水層分割開來的隔水層。在無構造斷裂影響的情況下，隔水性能良好。

　　2.3礦區充水因素分析

　　影響礦床充水因素主要有以下幾個方面。

　　2.3.1大氣降水。礦區地形切割強烈、溝谷發育，地表大部分為黃土覆蓋，雨季大部分大氣降水都沿各溝谷順利排泄出，只有一少部分垂直向下入滲補給了礦區地下水，因此，大氣降水對礦床充水直接影響比較小。

　　2.3.2地表水。礦區內無大的地表水體，只有礦區北部涉村河自東南向西北流出，涉村河流量受季節影響明顯，且對其切割的基巖含水層補給量非常有限，因此，地表水對礦床充水影響不大。

　　2.3.3地下水。根據區域和礦區地下水特征，礦區第四系孔隙水和二疊系砂巖裂隙水，水量都非常有限，基本不會對礦床充水構成影響，對礦區礦床充水構成影響的主要為寒武-奧陶系灰巖巖溶裂隙水和二疊系太原組灰巖巖溶裂隙水，其影響如下：①寒武-奧陶系灰巖巖溶裂隙水：屬礦區礦體間接底板水，位于礦體下部，其間一般賦存鐵質泥巖、菱鐵礦等具有一定隔水性的巖層，局部也會出現缺失;礦區采礦過程破壞了本溪組隔水層，直接揭露下部寒武-奧陶系灰巖水，寒武-奧陶系灰巖巖溶裂隙水具有明顯的承壓性，且在礦區中北部其水位標高明顯高于礦體賦存標高，因此，其對礦床充水影響較大，此含水層是區域地下水的主要含水層，其特點是：富水性強，且極不均勻，如遇突水，一般突水量大，穩定且持續時間長，危害大，是礦區礦床充水主要預防對象。②二疊系太原組灰巖巖溶裂隙水：屬礦區礦體間接頂板水，位于礦體上部，其間存在碳質泥巖、粘土巖等隔水巖層，礦床開采時受其直接影響，此含水層也是區域地下水的主要含水層，其特點是：一般富水性中等，但不均勻，附近煤礦多見此含水層突水，不過單就此含水層突水，一般突水量不是特別大，易于控制;但是在構造斷裂發育地段，特別是該含水層與下伏的寒武-奧陶系含水層產生垂直水力聯系時，富水性明顯增強，局部富水性極強;其突水危害相當嚴重;因此，二疊系太原組灰巖巖溶裂隙水也是礦區礦床主要充水因素之一。綜上所述，礦區礦床主要受底部寒武-奧陶系灰巖巖溶裂隙水和頂部二疊系太原組灰巖巖溶裂隙水影響。

　　3礦床水文地質條件

　　本區屬侵蝕型低中山地貌，屬于區域地下水補給徑流區，地下水資源豐富，礦區礦體多賦存在侵蝕基準面以下;其中礦區南部礦體賦存較高，高于寒武-奧陶系灰巖水水位，中北部礦體位于寒武-奧陶系灰巖水水位以下;礦區無大的地表水體，礦區地下水寒武-奧陶系灰巖巖溶裂隙水和二疊系太原組灰巖巖溶裂隙水是未來礦床開采的主要充水因素。礦床水文地質條件屬以巖溶裂隙含水層充水為主、頂底板間接充水、南部條件簡單，北中部中等偏復雜類型礦床(第三類第二型)。

　　4結論與建議

　　①礦區位于偃龍巖溶水系統東南部，由于地形和構造影響，礦區地下水補給充足，礦床充水主要是礦體間接頂、底板巖溶裂隙水，其中最主要的是底板寒武-奧陶系灰巖巖溶裂隙水，因此，要做好寒武-奧陶系灰巖巖溶水動態水位觀測，特別是礦區中北部(寒武-奧陶系灰巖水水位高于礦體部分)，要加強觀測，確保寒武-奧陶系灰巖巖溶水不影響礦山正常開采。②根據礦區礦體特征和地下水特征，可先對南部埋深較淺進行開采，并對南部寒武-奧陶系灰巖巖溶水進行疏排，再通過中北部寒武-奧陶系灰巖水水位觀測結果，確保水位降到安全水頭以下再進行中北部開采。③雖然目前礦區內未發現大的構造斷裂，但由于區域構造斷裂發育，礦山開采過程中也應多重視小的構造斷裂影響，堅持“有疑必探”，在確保查清其影響后再進行施工。④根據礦區野外水文地質調查和分析研究，發現礦區及周邊礦井，寒武-奧陶系灰巖水和太原組灰巖水存在密切聯系，根據雨后各水位觀測點觀測情況，往往是寒武-奧陶系灰巖水水位變化滯后期要短于太原組灰巖水水位變化滯后期，也就是說寒武-奧陶系灰巖水雨后補給路徑較短，推測為雨季降水先補給下部寒武-奧陶系灰巖水，然后下部寒武-奧陶系灰巖水再通過導水通道補給上部太原組灰巖水。

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