豫西三門峽—洛陽(yáng)成礦帶區(qū)域水文地質(zhì)特征淺析

馬志永

(河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第六地質(zhì)大隊(duì)，河南 鄭州 450016)

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豫西三門峽—洛陽(yáng)成礦帶區(qū)域水文地質(zhì)特征淺析

馬志永

(河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第六地質(zhì)大隊(duì)，河南 鄭州 450016)

河南省西部三門峽—洛陽(yáng)(主要為陜縣、澠池、新安三縣)之間，面積約3 000 km2，是河南省最重要的鋁土礦資源產(chǎn)地。通過(guò)對(duì)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、礦產(chǎn)分布概況論述，對(duì)區(qū)域水文地質(zhì)條件，包括區(qū)域水文地質(zhì)分區(qū)、區(qū)域地下水系統(tǒng)、區(qū)域構(gòu)造水文地質(zhì)特征、區(qū)域含水層、區(qū)域地下水補(bǔ)徑排條件進(jìn)行分析，結(jié)果顯示，豫西區(qū)域地下水主要為寒武-奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙水，受地形、構(gòu)造等因素作用影響，富水性不均，一般富水性中等偏弱，局部強(qiáng)富水，是區(qū)域鋁土礦開(kāi)采最主要充水因素，也是豫西地區(qū)主要生活用水，若鋁土礦開(kāi)采過(guò)多，不僅會(huì)造成區(qū)域地下水水位持續(xù)下降，還會(huì)嚴(yán)重污染區(qū)域地下水的水質(zhì)，特別是鋁土礦底板奧灰水，其在大部分地區(qū)具有承壓性，鋁土礦開(kāi)采直接破壞了其隔水頂板，因此其對(duì)地下水的破壞是不可逆的，也是無(wú)法補(bǔ)救的；因此，在未來(lái)鋁土礦的開(kāi)采過(guò)程中，特別是下部奧灰水承壓地段，一定要評(píng)估其開(kāi)采對(duì)地下水造成的危害程度，權(quán)衡利弊，做到科學(xué)合理開(kāi)采。

鋁土礦；區(qū)域水文地質(zhì)；巖溶水

河南省西部三門峽—洛陽(yáng)(主要為陜縣、澠池、新安三縣)之間，面積約3 000 km2，是河南省最重要的鋁土礦資源產(chǎn)地，累積探明鋁土礦資源儲(chǔ)量超過(guò)5億 t。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

區(qū)域構(gòu)造受中朝準(zhǔn)地臺(tái)華熊臺(tái)緣拗陷控制，具“一穹、三向、三組”交錯(cuò)的扇形地壘式拱斷特點(diǎn)。即北段村穹窿、陜縣斷陷盆地、澠池向斜盆地，新安向斜盆地；“三組”指西部發(fā)育的北北東或北東向斷裂，東部發(fā)育的北西向斷裂，南部發(fā)育的東西向斷裂。 三者呈三角形交錯(cuò)，將穹窿和向斜分割成以扣門山斷層和龍?zhí)稖蠑鄬訛榻绲娜笊刃螖鄩K。

區(qū)域鋁土礦資源豐富，至西向東，以扣門山斷層和龍?zhí)稖蠑鄬訛榻鐚^(qū)域分為西、中、東三個(gè)鋁土礦成礦帶(圖1)。(1)西礦帶:位于扣門山斷層以西的陜縣斷陷盆地北緣，分布的主要礦區(qū)如支建、崖底、水泉洼等；(2)中礦帶：位于扣門山斷層和龍?zhí)稖蠑鄬又g的澠池向斜，分布的主要礦區(qū)如賈家洼、曹窯、段村-雷溝、坻塢等；(3)東礦帶：位于龍?zhí)稖蠑鄬右詵|的新安向斜北緣為東礦帶，分布的主要礦區(qū)如張窯院、賈溝、石寺、馬行溝等(見(jiàn)圖1)。

圖1 河南省洛陽(yáng)—三門峽區(qū)域地質(zhì)略圖

2 區(qū)域水文地質(zhì)狀況分析

區(qū)域?qū)僭ノ鲙r溶水系統(tǒng)，寒武-奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙水為區(qū)域主要地下水；區(qū)域總體地勢(shì)中北部高，西部、南部、北部偏低；西北部扣門山斷裂形成的一系列近北東向的山脈，組成了區(qū)域西部分水嶺；東部龍?zhí)稖蠑嗔研纬傻囊幌盗薪蔽魃矫}，組成了區(qū)域東部分水嶺；南部義馬斷裂構(gòu)成了區(qū)域南部邊界；受地形構(gòu)造影響，區(qū)域溝谷發(fā)育，地表徑流良好。

參照《中國(guó)北方巖溶水系統(tǒng)》和區(qū)域構(gòu)造斷裂、成礦帶分布等特征，自西向東將區(qū)域分三個(gè)水文地質(zhì)單元，即西部白浪巖溶水系統(tǒng)、中部龍澗泉(澠池)巖溶水系統(tǒng)、東部新安巖溶水系統(tǒng)。

2.1 區(qū)域水文地質(zhì)分區(qū)

1)白浪巖溶水系統(tǒng)(西礦帶)：西起三門峽市七里溝、北以黃河為西北部邊界，東以扣門山大斷裂為邊界，長(zhǎng)約30 km；主要受近北東向的斷裂構(gòu)造影響，形成一系列臺(tái)階狀的次級(jí)水文地質(zhì)斷塊，東部近北東向基巖山區(qū)是該系統(tǒng)地下水的補(bǔ)給區(qū)，巖溶地下水受構(gòu)造斷裂、向斜和巖溶裂隙的控制，總體向北西徑流。

2)龍澗泉(澠池)巖溶水系統(tǒng)(中礦帶)：北、西以扣門山大斷裂為邊界，北、東以龍?zhí)稖洗髷嗔褳檫吔?，南以硤石義馬斷裂為邊界；東西長(zhǎng)近60 km；北部山區(qū)是地下水的補(bǔ)給區(qū)，該系統(tǒng)地下水總體向南東方向徑流，于東南部以泉(龍澗泉)形式排泄出地表。

3)新安巖溶水系統(tǒng)(東礦帶)：西以龍?zhí)稖洗髷嗔褳檫吔?，南北長(zhǎng)約250 km，西北部基巖山區(qū)是地下水的補(bǔ)給區(qū)，受區(qū)域地形和構(gòu)造斷裂控制，地下水自西北向南東，遇近東西向斷裂構(gòu)造阻斷后總體向東徑流(見(jiàn)圖2)。

2.2 區(qū)域地下水系統(tǒng)

1)白浪巖溶水系統(tǒng)：(1)該系統(tǒng)構(gòu)造斷裂發(fā)育，地下水受構(gòu)造影響作用明顯，次級(jí)水文地質(zhì)斷塊較多，一系列近北東向的構(gòu)造斷裂淺部多不透水，深部局部透水；(2)系統(tǒng)西部，沿黃河的次級(jí)水文地質(zhì)斷塊，由于黃河側(cè)向補(bǔ)給，礦體大都位于巖溶水以下，水文地質(zhì)條件復(fù)雜；系統(tǒng)中部、東部的次級(jí)水文地質(zhì)斷塊地下水補(bǔ)給較差，地下水資源貧乏，水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單；(3)該系統(tǒng)巖溶水突水事故較少，系統(tǒng)內(nèi)煤礦未見(jiàn)特別大的巖溶水突水事故。

2)龍澗泉(澠池)巖溶水系統(tǒng)特點(diǎn)：(1)受區(qū)域構(gòu)造等影響，本系統(tǒng)被分成三個(gè)相對(duì)獨(dú)立的水文地質(zhì)斷塊，自西向東依次為觀音堂水文斷塊、曹窯水文斷塊和仁村水文斷塊， 該系統(tǒng)巖溶地下水資源豐富，特別是系統(tǒng)東南部，最大流量(龍澗泉)307.46 L/s，該系統(tǒng)因此得名；(2)系統(tǒng)自西向東，巖溶水由無(wú)壓逐漸向承壓過(guò)度，因此，自西向東，礦區(qū)水文地質(zhì)條件由簡(jiǎn)單逐漸變?yōu)閺?fù)雜， (3)巖溶水突水事故頻發(fā)，如2006年，曹窯東井奧灰水突水，最大突水量達(dá)1 693 m3/h，其危害相當(dāng)嚴(yán)重；(4)由于該系統(tǒng)內(nèi)企業(yè)和礦山對(duì)地下水的過(guò)渡開(kāi)采，導(dǎo)致地下水水位下降迅速，1985年至今，水位平均下降超過(guò)100 m。

3)新安巖溶水系統(tǒng)特點(diǎn)：(1)系統(tǒng)受近東西向構(gòu)造(許村斷層、土爺廟斷層)作用影響，次級(jí)水文地質(zhì)斷塊大致呈南北分布；(2)受地形和構(gòu)造斷裂影響，系統(tǒng)巖溶水分布不均勻，如石寺鎮(zhèn)和北冶鄉(xiāng)南部，巖溶地下水富集；(3)常見(jiàn)巖溶水突水事故，如1995年，新安煤礦奧灰水突水，最大突水量4 260 m3/h ，經(jīng)濟(jì)和財(cái)產(chǎn)損失嚴(yán)重；(4)系統(tǒng)北東部小浪底水庫(kù)，由于水庫(kù)蓄水，地表水側(cè)向補(bǔ)給系統(tǒng)地下水，致使水庫(kù)周邊地下水水位抬升。

圖2 三大水文地質(zhì)單元示意圖

2.3 區(qū)域構(gòu)造水文地質(zhì)特征

1)扣門山斷層：從坡頭北到觀音堂煤礦西2 km，為區(qū)域大斷層，也是區(qū)域水文地質(zhì)分區(qū)邊界，其將白浪巖溶水系統(tǒng)和龍澗泉(澠池)巖溶水系統(tǒng)隔開(kāi)(見(jiàn)圖3)，走向N50°E，傾向NW，傾角75°～80°，總長(zhǎng)度約27 km，斷距150～900 m，東北段北盤與南盤見(jiàn)∈2、∈3與Jx、∈1地層接觸，西南段見(jiàn)p與∈地層相接觸，構(gòu)成相對(duì)阻水邊界。在柏樹(shù)山一帶斷層帶寬10～50 m斷裂帶及其兩側(cè)有泉水出露，推測(cè)斷層兩側(cè)充水為張性導(dǎo)水?dāng)鄬印?/p>

2)龍?zhí)稖蠑鄬樱荷缴駨R-石溝一帶，區(qū)域上稱岸上-襄郟斷層，為區(qū)域大斷裂，也是區(qū)域水文地質(zhì)分區(qū)邊界，其將新安巖溶水系統(tǒng)和龍澗泉(澠池)巖溶水系統(tǒng)隔開(kāi)，走向N30°W，傾向NE，傾角近陡立，區(qū)內(nèi)長(zhǎng)度約22 km，斷距大于500 m，在山神廟附近見(jiàn)Jx地層∈地層接觸，斷層角礫明顯，破碎帶寬3～5 m；為張性導(dǎo)水?dāng)鄬?，推測(cè)局部地段斷層兩側(cè)充水，在新安縣暖泉溝有溫泉出露。

3)硤石義馬斷層：西起硤石、東延常村礦南，走向近EW，傾向S，傾角70°～90°，總長(zhǎng)度超過(guò)50 km，斷距500～1 000 m，西段Ch、Jx與∈、O地層接觸，東段煤系與Jx、Ch呈斷層接觸，構(gòu)成區(qū)域南部水文地質(zhì)邊界，構(gòu)造角礫斷層泥，擠壓透鏡體發(fā)育，巖層陡立倒轉(zhuǎn)，顯示強(qiáng)烈擠壓特征。

圖3 區(qū)域水文地質(zhì)分區(qū)邊界

2.4 區(qū)域主要含水層

2.4.1 寒武-奧陶系(∈-O)灰?guī)r巖溶裂隙含水層

此含水層為區(qū)域地下水主要含水層，一般厚度大，在區(qū)域中北部分水嶺一帶裸露于地表，巖性主要為寒武-奧陶系灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r等，富水性極不均勻，一般富水性中等偏弱，但在構(gòu)造、巖溶發(fā)育地段，富水性可能極強(qiáng)，地下水化學(xué)類型多為HCO3-CaMg型，水位標(biāo)高相差不大，滲透系數(shù)0.2～570 m/d，單位涌水量0.01～71 L/(s·m)。地表泉水少見(jiàn)，若遇泉水則水量大。如柏樹(shù)山泉及海眼坡根泉群、龍澗泉等。

2.4.2 石炭系太原組(C2t)灰?guī)r巖溶裂隙含水層

此含水層主要由太原組灰?guī)r、砂巖組成。其中灰?guī)r厚度及層數(shù)變化較大，有時(shí)尖滅，有時(shí)多達(dá)7層，總厚30 m以上，其巖溶裂隙有一定發(fā)育；水質(zhì)類型為HCO3·SO4-Ca·Mg型水，水位標(biāo)高不穩(wěn)定，因補(bǔ)給源不足，一般富水性差，屬弱富水性含水層；但是，在有導(dǎo)水?dāng)鄬訙贤ɑ驑?gòu)造發(fā)育地段，富水性和導(dǎo)水性增強(qiáng)。

2.4.3 二疊系(P)砂巖裂隙含水層

此含水巖層主要由大占砂巖、香炭砂巖、砂鍋窯砂巖組成，它們被厚度較大的頁(yè)巖夾煤層間斷，均成為孤立狀態(tài)，彼此一般無(wú)水力聯(lián)系。水位相差較大，在煤井中此含水層多以滴水和淋水的形式向礦井充水，水量一般較小，屬弱富水性含水層，溝谷切割到此含水層，形成侵蝕泉，流量較小。

2.5 區(qū)域地下水補(bǔ)給、徑流和排泄條件

補(bǔ)給：在中北部碳酸鹽巖地層的裸露區(qū)，地下水接受大氣降水直接補(bǔ)給；在中南部碳酸鹽巖地層深埋區(qū)，大氣降水首先補(bǔ)給上部孔隙水和裂隙水，然后上部地下水通過(guò)斷裂導(dǎo)水構(gòu)造補(bǔ)給或接受下部巖溶地下水補(bǔ)給；西部沿黃河和東部小浪底水庫(kù)周邊地段，地表水(黃河)也對(duì)區(qū)域地下水進(jìn)行側(cè)向補(bǔ)給。

徑流：受區(qū)域地形和構(gòu)造影響，區(qū)域地下水由高水位向低水位徑流，西部白浪巖溶水系統(tǒng)和東部新安巖溶水系統(tǒng)，地下水總體上是向北西，北東徑流，最后匯入黃河；中部龍澗泉(澠池)巖溶水系統(tǒng)主要由北西向南東徑流。

排泄：區(qū)域地下水的排泄分為人工排泄和天然排泄兩種；天然排泄主要以泉、向黃河泄流，蒸發(fā)等，人工排泄主要是區(qū)域內(nèi)礦山企業(yè)開(kāi)采和居民生活用水開(kāi)采等。

3 區(qū)域礦山突水特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)

區(qū)域內(nèi)礦山主要為煤礦和鋁土礦礦山，其中煤礦為井下開(kāi)采；截至目前，鋁土礦礦山井下開(kāi)采(澠池段村-雷溝)的只占少數(shù)，多為露天開(kāi)采，由于這些地區(qū)鋁土礦埋深較淺，水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，一般不會(huì)出現(xiàn)突水事故，因此，區(qū)域內(nèi)現(xiàn)階段礦山突水主要是煤礦礦井突水。

煤礦礦井突水多為二1煤層頂、底板砂巖水和灰?guī)r水突水，突水量不大，一般每小時(shí)幾立方米到幾十立方米，易于控制；但是當(dāng)存在構(gòu)造斷裂導(dǎo)水，特別是當(dāng)導(dǎo)水通道導(dǎo)通下部寒武-奧陶系灰?guī)r水時(shí)，突水量往往相當(dāng)大，每小時(shí)突水量高達(dá)幾千立方米，如表1區(qū)域內(nèi)幾次大的突水事故：

表1 豫西巖溶水系統(tǒng)礦井突水事故統(tǒng)計(jì)表

從上述這些突水事故可以看出：除2007年7月份陜縣支建煤礦突水外，剩下的幾次大的突水事故都是裂隙、斷層導(dǎo)通下部奧陶系灰?guī)r水所致，因此，奧灰水突水，是區(qū)域內(nèi)煤礦礦山突水的重要隱患。

近年來(lái)，隨著煤下鋁資源勘查力度不斷加大，區(qū)域內(nèi)新增鋁土礦資源量幾億噸，隨著鋁土礦的開(kāi)采深度不段增加，礦山的開(kāi)采技術(shù)條件也逐漸變復(fù)雜；煤礦礦井中偶見(jiàn)的奧灰水突水，在未來(lái)鋁土礦開(kāi)采中將會(huì)是常見(jiàn)現(xiàn)象，因?yàn)殇X土礦礦層及含礦層位正好為奧灰水的直接頂板，如果奧灰水水位高于礦體賦存標(biāo)高，鋁土礦開(kāi)采直接揭露其頂板，勢(shì)必引起奧灰水突水，因此，奧灰水是鋁土礦開(kāi)采重中之重，也是首要問(wèn)題和難點(diǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)本區(qū)屬豫西巖溶水系統(tǒng)，區(qū)域地下水主要為寒武-奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙水，受地形、構(gòu)造等因素作用影響，富水性不均一，一般富水性中等偏弱，局部強(qiáng)富水，寒武-奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙水是區(qū)域鋁土礦開(kāi)采最主要充水因素。

(2)區(qū)域構(gòu)造斷裂發(fā)育，網(wǎng)絡(luò)狀構(gòu)造斷裂帶形成各自獨(dú)特的水文地質(zhì)單元，區(qū)域鋁土礦成礦帶和各自所處的水文地質(zhì)單元，決定了其開(kāi)采技術(shù)條件的復(fù)雜程度，區(qū)域內(nèi)不同構(gòu)造斷裂水力性質(zhì)差別巨大，同一構(gòu)造斷裂的不同部位水力性質(zhì)也不盡相同，因此需要我們進(jìn)一步研究查證。

(3)區(qū)域除鋁土礦資源豐富外，分布的煤礦也較多，煤礦的采空區(qū)多存在積水現(xiàn)象，區(qū)域內(nèi)經(jīng)常發(fā)生采空區(qū)突水事故，如2005年新安寺溝煤礦重大突水事故和2007年陜縣支建煤礦突水事故，都是采空區(qū)涌水或?qū)?；因此采空區(qū)積水也是未來(lái)鋁土礦開(kāi)采的主要充水因素。

(4)寒武-奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙水是區(qū)域主要地下水，也是豫西地區(qū)主要生活用水，未來(lái)鋁土礦開(kāi)采，不僅會(huì)造成區(qū)域地下水水位持續(xù)下降，還會(huì)嚴(yán)重污染區(qū)域地下水的水質(zhì)，特別是鋁土礦底板奧灰水，其在大部分地區(qū)具有承壓性，鋁土礦開(kāi)采直接破壞了其隔水頂板，因此其對(duì)地下水的破壞是不可逆的，也是無(wú)法補(bǔ)救的；因此，在未來(lái)鋁土礦的開(kāi)采過(guò)程中，特別是下部奧灰水承壓地段，一定要評(píng)估其開(kāi)采對(duì)地下水造成的危害程度，權(quán)衡利弊，做到科學(xué)合理開(kāi)采。

[1]陳全樹(shù)，何文平，周迪. 河南省洛陽(yáng)—三門峽鋁土礦地質(zhì)特征及其勘查開(kāi)發(fā)前景.地質(zhì)找礦論叢.2002.04.

[2]梁永平，王維泰.中國(guó)北方巖溶水系統(tǒng)劃分與系統(tǒng)特征.地球?qū)W報(bào).2010.12.

[3]王現(xiàn)國(guó)，邱金波，葛雁.龍澗泉巖溶水系統(tǒng)特征.中國(guó)巖溶.2014.12.

2017-01-09

馬志永(1980-)，男，河南修武人，工程師，主要從事水工環(huán)地質(zhì)勘查工作。

P641.6

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1004-1184(2017)03-0177-03