王　虎

(华北有色工程勘察院有限公司，河北 石家庄 050021)



基于地下水TDS空间分布特征对矿区涌水来源的识别

王虎

(华北有色工程勘察院有限公司，河北 石家庄 050021)

[摘要]滇东北昭通地区某铅锌矿为白云岩溶隙裂隙充水型矿床且紧邻洛泽河，水文地质条件复杂。通过对矿区各个区域地下水电导率检测、分析、识别，结合矿区水文地质特征，得出栖霞茅口组地下水为矿坑涌水主要的水源补给区。矿区地下水主要由北往南大竖井径流排泄，而上部水既有北部来水也有少部分南部的补给，上部水和下部水在北东部石炭系和大竖井一带存在越流补给，帷幕线下部承压水来源可能不同。

[关键词]电导率；离子浓度；补给；径流；承压水

地下水在径流的过程中会发生溶滤作用，从而改变水中离子浓度，地层的导水能力越强，地下水径流与水交替愈迅速，岩层经受的溶滤愈充分，易容盐类愈贫乏，地下水的TDS愈低，同时由于径流速度愈快，溶滤作用时间越短，地下水的TDS愈低[1]。离子浓度沿着地下水流方向从补给区到排泄区会发生相应的变化，一般情况下，离水源补给区越近，地下水运移的途径越短，水中溶解的离子愈少，TDS值越低[4-5]，因而地下水有规律的TDS分布特征可以反映地下水的径流情况。

电导率和矿化度的大小都是由水溶液中离子的组成和含量决定的。在物理意义上来说,水中溶解物越多,水的TDS值就越大,水的导电性也越好,其电导率也越大，它们之间存在一定的关系，但是对于某一小的区域来说，由于离子组成相对稳定，电导率和矿化度的关系也相对较为稳定，因此在小的范围内我们可以通过分析地下水电导率来分析地下水的TDS[2-3]。

本次在矿区处于正常生产，稳定排水的条件下，在同一天内取样检测地下水的电导率，这样剔除了时间、气温、降水等影响因素。

1矿区地质及水文地质特征

1.1矿区地质条件

矿区位于洛泽河两岸，地势南高北低。区内新构造抬升活动强烈，属河流强烈切割的高原峡谷地带。矿区晚古生代地层发育，出露地层有上泥盆统、石炭系、二叠系，地层间多以假整合接触。岩浆活动主要为峨眉山玄武岩[6]。矿区地处扬子准地台滇东北拗褶带昭通—镇雄拗褶区的毛坪—石门坎背斜(长发硐背斜)倾没端。矿区构造由长发硐倒转背斜和献鸡船形向斜控制全区，地层空间展布严格受石门坎背斜控制，呈“∧”字形带状展布，东翼向北东倾，产状较平缓，西翼东南倾，产状较陡俏，下部几乎直立，矿层主要位于西翼。矿区位于构造活动强烈带，断裂构造极其发育，不同时期形成的断裂构造互相切割、错断，形成了矿区复杂的构造形式。

1.2矿区水文地质特征

天然条件下，受地形控制，矿区地下水接受补给后，呈自南向北径流的总趋势，遇到玄武岩层受阻，在西北部沟谷及地形切割强烈地带以泉水形式排泄给河流。矿区从北往南依次为上统峨眉山玄武岩(P2β)隔水边界，富水性强的栖霞茅口组 (P1q+m)灰岩含水层，梁山组(P11)相对隔水层，富水性中等的石炭系(C)岩溶裂隙含水层，(C1f1)砂页岩夹煤层相对隔水层，富水性较强的泥盆系(D)岩溶裂隙含水层，分布于洛泽河两侧的薄层第四系含水层[6]。矿山经过多年开采，对地下水疏干强烈，在矿区形成一个较大地下水降落漏斗，使得矿区由径流区变成一个排泄区。通过大量坑道调查和670 m中段下部钻孔揭露，在矿区基岩下部存在一个高承压含水层(水头标高860～920 m)，高于上部含水层水头，涌水量较大(40～300 m3/h)，富水性透水性强，而上部含水层呈弱承压性或非承压性，未见大的出水点和涌水点，只有在92线至大竖井一带巷道淋水严重，大竖井涌水量较大(300～450 m3/h)，钻孔涌水量(3～20 m3/h)，92线附近钻孔下部和坑道出水都呈现低承压性(标高700～730 m)。矿区在901 m帷幕线下部也存在一个高承压含水层(标高1 030～1 050 m)，远高于上部含水层水头。

2地下水电导率空间分布特点

由矿区的水文地质特征，可以将矿区划分了6主要个区域(见图1)，然后对各区域上部水和下部水的电导率的做了检测，数据如表1。

图1　矿区综合地质图 及采样点布置图

由表1可以看出每个区域的地下水电导率都非常接近，且部分区域上部水和下部水电导率差异较大。将每个区域的上层水和下部水电导率取平均值作为该区域的特征值，做对比分析，见如图2和图3。

由图2可以看出泥盆系和石炭系河边第四系水的电导率都小于河水，而在栖霞茅口组大于河水。北部栖霞茅口组地下水的电导率为矿区地下水的最低值140～260(us/cm)，帷幕线下部承压水电导率为矿区的最大值1 000(us/cm)左右，远大于其他区域。东部泥盆系下部承压水的电导率远小于上部水，但在帷幕巷道则刚好相反。南部泥盆系和北东部石炭系，上部低承压水和下部承压水无明显差别。南部泥盆系，东部泥盆系上部水和帷幕线上部水的电导率基本相近，其值在700(us/cm)左右。

图2　各区域地下水电导率对比图

图3　上部水和下部水电导率变化趋势图

由图3看出：下部承压水从北部栖霞茅口组往南电导率呈逐渐增大趋势，开始增大率并不大，从东部泥盆系至南部泥盆系电导率增大率变大。上部水从北部栖霞茅口组往南电导率也呈逐渐增大趋势，增大率大于下部水，从东部泥盆系到帷幕线基本不变，基本为矿区上部水电导率最大值，到帷幕线以南骤减至325(us/cm)。

表1　检测点TDS数据统计表

3电导率空间分布特征分析与矿区地下水来源判别

(1)泥盆系、石炭系河边第四系孔电导率都小于河水，第四系和风化裂隙水补给河水，在此区域河水不会大量补给矿坑，栖霞茅口组第四系电导率大于河水，河水可能补给第四系并通过风化裂隙进入基岩。

图4　上部水第一阶段降深等值线图

图5　上部水第三阶段降深等值线图

图6　下部水第一阶段降深等值线图

(2)地下水从北往南电导率呈逐渐增大趋势，地下水应由北往南径流。北部栖霞茅口组地下水电导率最低，该含水层以灰岩为主，富水性透水性强，可能为矿区的一个主要水源补给区。虽然梁山组和煤系地层为相对隔水层，但由于矿区构造十分发育，错断、沟通了茅口灰岩水与整个矿区地下水，茅口水沿构造进入矿区并向南部大竖井运移(如箭头)。在北部栖霞茅口组至东部泥盆系上部水电导率增大率大于下部水，进一步证实了下部高承压含水层透水性好于上部含水层。北部栖霞茅口组至东部泥盆系，下部岩层透水性强，地下水的运移速度较快，因而电导率增大并不大，而东部泥盆系至大竖井一带多以白云岩为主，总体岩层透水性变弱，因而地下水电导率增大率变大。上部水电导率从帷幕线往南，急剧减小至325(us/cm)，说明帷幕线以南也是上部水的一个来水方向，变化率较大反映地层的透水性较弱，因而南部来水水量不会较多。

(3)由于北东部石炭系以灰岩为主，透水性较强，下部承压水存在垂向上的越流补给，导致上部水和下部电导率差异不大。上部水继续往东部泥盆系运移，由于上部和下部为二层不同的含水层，上部含水层的透水性较弱电导率较大，下部含水层下部透水性强，电导率小，下部水垂向上越流补给也较弱，导致下部水电导率远小于上部水。

图7　下部水第三阶段降深等值线图

(4)根据调查大竖井附近发育一条大断裂，导致92线—大竖井周围岩层特别破碎，次级小断层与裂隙极其发育，透水性较强，使得东部泥盆系以南—帷幕线以北上部含水层的透水性增强，电导率大致相同。由于92线-大竖井一带大竖井为该断裂的中心地带，大竖井成了矿区一个矿区主要的排泄中心，涌水量高达(300～450)m3/h，沟通了上部水和下部水，因而上部水和下部水电导率无明显差别。

(5)901帷幕线下部高承压水电导率突增，远大于其他含水层，如果也和矿区下部高承压水为同一层含水层，由北部径流而来，那么该含水层水位标高应该低于南部泥盆系含水层，而实际情况是透水性较强，且水位标高最高，为矿区的最高值，帷幕下部高承压水的来源可能不同。

由以上分析可以得出北部栖霞茅口灰岩含水层可能为矿坑涌水的重要补给区，而且可能有部分河水在此补给地下水。矿区地下水主要由北往南大竖井径流排泄，而上部水既有北部来水也有少部分南部的补给，上部水和下部水在北东部石炭系和大竖井一带存在越流补给，帷幕线下部承压水来源可能不同。

4判别论证

为了研究矿区地下水的径流情况，对

矿区进行了群孔放水试验，试验分为三个阶段第一阶段先打开石炭系高承压水放水孔(ZK01，ZK04，ZK06)，10天后打开东部泥盆系高承压水放水孔(ZK07, ZK09, ZK10, ZK11)，20天后后打开南部低承压水泥盆系放水孔(S05、S06、ZK13)。结果显示西北方向地下水传导最快，放水开始3分钟后，H02孔水位开始下降，30分钟后H01孔开始下降，7小时后Q01开始下降。放水试验第一阶段末，H02下降了3.07 m，H01下降了2.36 m，Q01下降了0.73 m，放水结束后迅速恢复到放水前水位。放水开始后2分钟，东北部石炭系Z06孔水位开始下降，放水试验结束前Z06下降了49.25 m，放水试验结束10天，Z06水位恢复33.04 m，地下水位相比放水前还差16.21 m未恢复，说明通道比较畅通，但充水水源没有西北部充沛。而Q02，Q03在整个放水阶段动态基本随着河水变化而变化。由图4～图7可以看出石炭系放水后，东部泥盆系高承压水也有大的降幅，三个阶段下部水降深落漏斗都向西北、东北方向扩展，南部扩展较小，帷幕线水位基本不动，上部浅层水也朝东北、西北方向扩展，但是向南部扩展也较远，帷幕线浅部水位也出现较大降幅，说明上部水有南部来水，这与前面得出的结论基本相符。

5结语

通过对矿区电导率空间分布特征的分析判别，可以分析出栖霞茅口组可能为矿区的主要的水源补给区，河水在此有向下的渗漏补给。矿区涌水主要由北往南，向大竖井径流排泄，上部水既有北部来水也有南部来水。矿区的北东部石炭系、大竖井一带下部水存在向上部水越流补给。帷幕线下部水的来源可能不同。

因而通过对矿区地下水电导率在空间分布特征的分析研究，可以对矿区地下水径流情况和来源有初步的认识，对矿区的水文地质的研究、水文地质勘查有指导意义。

参考文献

[1]张人权，梁杏，靳孟贵，等.水文地质学基础[M].第六版.北京:地质出版社.2011:60-61.

[2]刘中业，徐建国，祁晓凡，等.地下水电导率与矿化度相关关系分析[C].水工环专刊.2013.

[3]韩添丁，叶柏生，李向应，等.乌鲁木齐河源径流电导率和TDS的变化特[C].冰川冻土.2009.

[4]章光新,邓伟,何岩.洮儿河流域地下水TDS时空变异特征研究[C].水土保持学报.2005.

[5]Richter B C, Kreitler W C. Geochemical Techniques for Identifying Sources of Groundwater Salinization[M]. New York:CRC Press,1993:14-26.

[6]刘晓波，张世涛，程先锋.滇东北某铅锌矿区Ⅰ矿带水文地质特征及涌水量预测[C].科学技术与工程.2010.

Based on the Mining Area Groundwater TDS Spatial Distribution Characteristics of Water Source Identification

WANGHu

(North China Engineering Investigation Institute Ltd., Shijianzhuang 050021, Hebei)

Abstract:The northeast YunNan ZhaoTong region certain lead-zinc mine as dolomite karst gap fissure water filling deposit and near los ze river, complicated hydrogeological conditions. Through to the mining area regional groundwater conductivity detection, analysis and identification, combined with hydrological geology characteristics of mining area, it is concluded that qixia MAO of groundwater for mine water main source of water supply area. Mining area groundwater mainly from north to south, runoff discharge shaft and upper has both north coming water and water supply, south of a small number of upper water and lower carboniferous in eastern north and large vertical shaft area in the flow of supplies, the curtain line of confined water sources may be different.

Key words:Electrical conductivity；Ion concentration；Supply；Runoff and Confined water

[中图分类号]P641.4+1

[文献标识码]B

[文章编号]1004-1184(2016)02-0026-03

[作者简介]王虎(1986-)，男，湖北襄阳人，助理工程师，主要从事水文地质工程地质方面的工作。

[收稿日期]2016-01-08