Hydrogeological conditions of karst leakage and identification of pipeline location in Xiaohewei reservoir, Wenshan
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摘要:
小河尾水库是云南省文山州重要的集中式饮用水水源地，承担着22万人饮水供应任务，长年受到渗漏病害问题困扰。文章在水文地质调查基础上，提出小河尾水库岩溶渗漏水文地质条件的新认识：泥盆系坡折落组硅质岩和榴江组硅质岩构成南北两侧隔水边界，中间厚约40米的分水岭组灰岩构成渗漏条带，一NE-SW向压扭性逆断层F1构成西侧隔水边界，库水主要向东北侧渗漏。采用大功率充电法和音频大地电磁法2种物探方法探测岩溶渗漏管道位置和深度，并实施钻孔验证，综合分析水文地质调查、物探和钻探成果，认为在分水岭组灰岩与上部榴江组硅质岩、下部坡折落组硅质岩岩性接触带附近分别存在强岩溶渗漏带，并分析2处强岩溶渗漏带分布特征、规模和充填性质，为小河尾水库渗漏治理提供依据，为以后岩溶地区类似水库渗漏病害问题调查治理提供借鉴。 Abstract:Xiaohewei reservoir is an important centralized drinking water source in Wenshan Prefecture， Yunnan Province. It is also the reservoir with the highest sea level in Wenshan City. The reservoir dam is a concrete double curvature arch dam， with a total storage capacity of 3.9892 million m3， a profitable storage capacity of 3.7892 million m3 and a dead storage capacity of 200 thousand m3. Xiaohewei reservoir， supplying 220，000 people with drinking water， has been plagued by leakage problems for years because the geological survey work in the stage of reservoir site selection is insufficient. According to the 1∶200，000 geological survey data and results of the geological drilling conducted at the dam site， a wrong judgment was made that there are mudstone and silty mudstone clastic rock strata of Devonian Pojiao formation （D1pj） and there is no carbonate rock distribution at the dam site and at the bottom of the reservoir basin. Therefore， it is not likely to occur the leakage caused by karst development in reservoir construction of this area. However， this article presents a new understanding of the hydrogeological conditions of karst seepage in Xiaohewei reservoir based on hydrogeological investigations. The siliciclastic rocks of the Devonian Pozheluo formation and those of the Liujiang formation form the water barrier between the north and south sides， with the limestone of the watershed zone formation about 40 m thick in the middle forming the seepage zone. A northeast-southwest compressional and torsional reverse fault F1 forms the western water barrier， with water seeping mainly to the northeast. （1） The tracer experiment was carried out between leakage point X01 and collapse pit Tx02. The results show that surface water leaks from the bottom of Xiaohewei reservoir， flows northeast along the karst leakage zone， passes through carbonate rock strata such as Carboniferous Weining formation， Maping formation and Permian Yangxin formation， and finally discharges into the karst spring S01 by the Shundian river. （2） Two physical methods， the high-power charging and the audio geomagnetic method， have been used to detect the locations and depth of karst leakage pipes. The potential curve of high-power charging method reaches the local peak at point 460， point 525 and point 545， and the potential gradient value is close to 0， which is speculated to be the location of karst leakage pipeline. The local peak near points 525-545 is wider， and the width at point 460 is relatively small. The results of the audio magnetotelluric method show that the points 450-480 and 510-560 constitute two extremely low resistance closure loops， and the depth of the anomaly zone is less than 120 m. The positions of these two extremely low resistance closure loops are basically consistent with the positions of the strong karst seepage zone detected by the high-power charging method. （3） Boreholes were respectively drilled at point 460 and point 545. The results show that karst caves are exposed in both boreholes， which verifies the strong karst leakage zone speculated by geophysical exploration. （4） The results of hydrogeological survey， geophysical exploration and drilling have been comprehensively analyzed. It is considered that there are two strong karst seepage zones near the lithologic contact zones between the watershed limestone and the upper Liujiang siliceous rock and lower Pozheluo siliceous rock respectively. The scale of these two karst leakage zones varies greatly， small at point 460 and large at points 525 to 545. ZK01 borehole at point 460 is a semi-filled mud karst cave with drill falling at 51.5-53.7 m， which is located near the lithologic boundary between the limestone of Fenshuiling formation and the siliceous rock of lower slope folding formation. At point 545， ZK06 borehole exposed karst caves at the lithologic boundary of 24.9-26.9 m and 52.4-56.4 m respectively， of which the karst caves at the lithologic boundary of 24.9-26.9 m Fenshuiling formation limestone and Liujiang formation siliceous rock are completely filled with mud； the karst caves at the lithologic boundary of 52.4-56.4 m Fenshuiling formation limestone and lower slope break formation are semi-filled； the bottom is filled with mud at 56.1-56.4 m， with high water content at 52.4-56.1 m depth. The research results will provide a basis for the control of leakage in Xiaohewei reservoir and a reference for the investigation and prevention of similar reservoir leakage problems in karst areas in the future. -
0. 引 言
矿床岩溶水害问题历来是采矿工程常见的问题之一，国内外关于矿区的岩溶发育和岩溶水研究以岩溶成因、岩溶水运动特征、突水量预测预报为主。例如，齐跃民[1]在北方岩溶矿区提出基于地下水动态的水害预警混沌度模型。李涛等[2]在淮北煤田通过抽水和示踪试验查明了岩溶发育与岩层和垂深的关系。姜文[3]在湘中灰山港—煤炭坝地区探讨了构造演化对岩溶发育的控制作用。吴继文等[4]研究了压扭性构造对云南银厂坪岩溶系统发育控制作用。李小明等[5]探讨了淮南矿区奥灰水富集规律。吕玉香等[6]研究渝东岩溶区地下水富集特征及富水模式。李铎等[7]在山东福山铜矿建立了岩溶水三维渗流模型，数值法预测了矿坑涌水量。王宇等[8-12]系统总结了云南岩溶水系统类型、岩溶地貌组合形态富水特征及相关的勘查技术。Weary[13]、Hauselmann[14]等研究了地质构造对溶洞发育各阶段的控制作用。
北衙金矿位于云南大理白族自治州鹤庆县境内，是金沙江−哀牢山富碱斑岩带内已发现的规模最大的新生代富碱斑岩型金多金属矿床。矿山自1956年开始开采，现状开采方式为露天凹陷坑采，设计2030年将采用露天+井下联合开采。区内广泛分布碳酸盐岩，矿体赋存于中三叠统北衙组岩溶含水层，井下开采后矿井有发生溶洞暗河突（涌）水风险，且近年来矿山的开采扰动造成了地下水资源浪费、地下水动力条件改变、水化学环境破坏等问题。当前针对北衙矿区岩溶发育和富水规律的研究还比较薄弱，制约了矿山的整体规划和开发。本文通过区域水文地质调查和矿区地质勘探资料与生产实际进行对比分析，从岩性、构造、地貌等因素研究矿区岩溶发育特征及其富水规律，以期为矿山安全开采、工程建设及水环境保护提供依据。
1. 矿区水文地质概况
北衙金矿地处构造−剥蚀高中山区岩溶向斜盆地内，位于区域水文地质单元的径流−排泄区。地形总体上西高东低，北高南低，区内最高点位于西北部边缘的马鞍山主峰，标高3 958 m，最低点为北东部边缘的锅厂河河谷，标高约1 640 m，最大相对高差2 318 m，属构造剥蚀−溶蚀高中山地貌。
矿区出露含(隔)水层包括第四系孔隙含(透)水层（Q），中三叠统北衙组灰岩岩溶含水层（T2b），下三叠统青天堡组砂岩相对隔水层（T1q），上二叠统峨眉山玄武岩相对隔水层（Pe）及侵入岩体石英正长斑岩相对隔水体（ξoπ）。矿区主要含水层为北衙组灰岩岩溶含水层（T2b），分布面积达95 km2，组成了轴向NNE向、南部扬起的北衙向斜。中三叠统北衙组碳酸盐岩（T2b）广泛裸露并构成向斜盆地基底，下三叠统青天堡组碎屑岩（T1q）和上二叠统峨眉山组玄武岩（Pe）集中出露于盆地东部外围，盆地中心地段第四系更新统含砂砾黏土岩（Q1s）、灰质角砾岩（Qp）厚度较大，全新统松散层（Q4）零星分布（图1）。
图 1 矿区水文地质简图1. 第四系孔隙含(透)水层 2. 中三叠统北衙组岩溶含水层 3. 下三叠统青天堡组相对隔水层 4. 下三叠统峨眉山组玄武岩裂隙含水体 5. 侵入岩体 6. 灰岩 7. 砂岩 8. 矿体 9. 断层 10. 向斜轴线 11. 沟流 12. 地下水流向 13. 岩溶大泉 14. 溶洞 15. 落水洞 16. 岩溶洼地 17. 小石林 18. 二号横硐 19. 采矿权范围 20. 露天采场现状线Figure 1. Hydrogeological map of the mining area1. Quaternary porous (permeable) aquifer 2. The Middle Triassic Beiya Formation karst aquifer 3. The Lower Triassic Qingtianbao Formation relatively water-resisting layer 4. The Lower Triassic Emeishan Formation basalt fissure water-bearing body 5. Intrusive body 6. Limestone 7. Sandstone 8. Ore body 9. Fault 10. Synclinal axis 11. Channeling 12. Groundwater flow direction 13. Karst spring 14. Karst cave 15. Ponor 16. Karst depression 17. Small stone forest 18. No. 2 adit 19. Scope of mining right 20. Exposed mining field status line矿体与侵入北衙组的富碱性斑岩联系密切，矿体赋存于北衙组灰岩与石英正长斑岩接触带，环绕斑岩体分布。北衙组岩溶水是矿床主要充水因素，揭露充水溶洞或北衙暗河时易发突涌水，北衙组岩溶裂隙含水层以直接充水为主、局部存在管道流。
北衙组（T2b）岩溶含水层在区域上分布较广，矿区内受其相对隔水底板青天堡组（T1q）及南部的F21断层、西部的马鞍山断裂、北东部的F28断层围限，自成一个相对独立的水文地质单元。大气降水为矿区地下水的主要补给源，大气降水通过漏斗、落水洞及洼地等直接渗入补给地下水，地下水沿东、西、南三面斜坡向北衙向斜核部汇流，补给沿轴部发育的北衙暗河（暗河出口W123岩溶大泉），区内地下水总体流向为自南向北径流，西北部为自西向东径流，最终都在北衙暗河出口处排泄。
2. 岩溶发育特征
2.1 岩溶形态
区内可溶性岩层主要为中三叠统北衙组（T2b）灰岩，主要为裸露型岩溶区，盆地中部一带属覆盖型岩溶。矿区岩溶形态主要有石林、落水洞、岩溶洼地、溶槽、溶隙、溶洞及地下河。
2.1.1 地表岩溶
根据岩溶调查资料[15]，区内发育地表岩溶现象30处，分布标高2 547~1 694 m，2 000~1 800 m最发育（图2），主要发育于北衙组二至四段（T2b2~T2b4）砂屑灰岩、泥质灰岩、细晶灰岩，其中较为典型的地表岩溶现象如下：①发育于北衙向斜南部翘起端的小石林（图3a），面积约0.60 km2，是北衙组四段（T2b4）砂屑灰岩经溶蚀、风化作用形成形态大小不一的石柱，最高的石柱约7 m，石柱上沿水平层面及各个方向的节理裂隙面溶蚀形成形态各异的溶洞、溶隙、溶蚀凹槽、沟壑；②沿北衙向斜盆地串珠状分布的落水洞、岩溶洼地（图3b、图3c），雨季汇集地表水；③溶洞暗河，矿区附近地表发育6个溶洞，规模较大的有北衙暗河溶洞、鸡鸣寺溶洞，其中北衙暗河沿北衙向斜轴部发育，发育地层为北衙组四段（T2b4）砂屑灰岩，暗河分布标高1 740~1 694 m，暗河出口位于锅厂河西岸1 694 m标高，形成W123岩溶大泉(图3d)，流量133~2 888 L·s−1；鸡鸣寺溶洞位于矿区南东部边缘观音箐峡谷南坡（图3e、图3f），发育于北衙组二段（T2b2）泥质细晶灰岩中，洞口标高1 730 m，长度大于600 m，发育两层溶洞，最上层干燥，最下层形成暗河。
2.1.2 地下岩溶
矿区2008—2022年施工1 195个勘查钻孔，有44个钻孔揭露溶洞，见溶洞率3.68%，发育标高2 211.34~1 479.54 m，主要分布在2 000~1 600 m标高（图2）。山坡一带溶洞出露位置较高，位于岩溶水垂直入渗补给带，钻进过程中冲洗液漏失严重；北衙坝子及北衙向斜轴部附近溶洞多出露于标高1 721 m附近及以下，1 600 m标高以下揭露溶洞5个。地下岩溶主要发育于北衙组四段（T2b4）砂屑灰岩中，发育36个，占比62.07%；其次发育于北衙组三段（T2b3）泥质灰岩、（T2b5）白云质灰岩、二段（T2b2）细晶灰岩，三段发育11个，占比18.97%，五段发育7个，占比12.07%，二段发育4个，占比6.90%；北衙组一段（T2b1）细砂岩与细晶灰岩互层段未揭露溶洞，主要以溶隙为主（图4）。洞高0.24~29.56 m，以0~10 m为主，多为空洞，空洞38个，半充填溶洞5个，全充填溶洞15个，充填物为褐红色黏土及砂砾石，砂砾石成分主要由灰岩、砂岩、石英正长斑岩、煌斑岩组成，磨圆度较差，呈次棱角状−次圆状。空洞分布标高2 064.41~1 539.42 m，半充填溶洞分布标高2 211.34~1 716.80 m，全充填溶洞分布标高1 894.04~1 479.54 m，整体上西侧及东侧山坡径流区、北衙向斜核部溶洞无充填，半充填−全充填溶洞主要分布在斑岩体及构造破碎带附近，1 540 m标高以下溶洞全充填。
图 4 钻孔揭露溶洞垂向分布图Figure 4. Vertical distribution of solution caves tapped by drilling wells2.2 岩溶发育规律
2.2.1 岩性对岩溶发育的影响
可溶岩是岩溶发育的物质基础[16-17]。矿区内可溶岩为中三叠统北衙组（T2b）灰岩。北衙组按岩性特征，自下而上划分为T2b1~T2b5五个岩性段，岩性分别为中至厚层状细晶灰岩夹粉砂岩、细晶灰岩、泥质灰岩、砂屑灰岩、白云质灰岩。
据岩石化学成分统计分析（表1），二段细晶灰岩最纯，CaO含量为41.52%~54.77%，MgO含量为0.62%~1.97%，CaO/MgO比值为21.08~85.53，相对溶解度接近1，岩溶发育。其次是三段泥质灰岩及四段砂屑灰岩，CaO含量为28.17%~52.29%，MgO含量为0.89%~21.33%，CaO/MgO比值为1.43~53.26，相对溶解度较小，岩溶发育程度不及二段。一段灰岩夹粉砂岩，CaO含量为13.28%~19.63%，MgO含量为2.62%~3.21%，粉砂岩夹层限制了岩溶发育，岩溶发育强度弱。
表 1 北衙组岩石化学分析成果一览表Table 1. Petrochemical analysis of the rocks of the Beiya Formation化学组份(%) 岩性 T2b4 T2b3 T2b2 T2b1 砂屑灰岩 似角砾状灰岩 泥质灰岩 泥质条带状灰岩 细晶灰岩 细晶灰岩 灰岩夹粉砂岩 CaO 28.17~34.97 29.10~43.57 28.81~52.29 45.73~51.32 41.52~54.77 36.78~41.93 13.28~19.63 MgO 3.97~21.33 1.60~20.15 0.89~21.33 0.98~2.29 0.62~1.97 2.10~2.37 2.62~3.21 CaO/ MgO 1.43~2.00 1.44~27.23 1.38~53.26 22.38~48.01 21.08~85.53 15.52~19.97 4.14~7.49 SiO2 0.42~16.74 0.49~10.03 0.89~23.42 1.99~7.72 0.38~11.79 11.06~15.64 32.29~40.50 在同一层位中，化学成分含量不同，岩溶发育差异性很大，整体质纯的灰岩比泥质灰岩、白云岩更发育，区内北衙组二段至四段厚层的灰岩发育岩溶洼地、落水洞、溶洞、地下暗河，地表面岩溶率10.0%~18.6%[18]。在北衙组一段角砾状含泥质灰岩、粉晶灰岩中夹粉砂岩、钙质粉砂岩，岩溶发育主要以溶蚀裂隙为主，且在一段与二段接触带的二段一侧岩溶发育，一段岩溶现象少见。如钻孔0ZK13 在一段与二段接触带1 514.21~1 484.65 m、1 482.07~1 479.54 m标高发育溶洞，由泥沙全充填。
2.2.2 构造对岩溶发育的影响
北衙矿区在大地构造上，处于三江造山带与扬子板块的弧形结合部位，在北西向金沙江−红河断裂、南北向宾川−程海断裂和北东向丽江−木里断裂之间[15]。本区构造形迹及构造体系主要为印支期、燕山期、喜马拉雅期地壳运动的产物。根据王锦国等[19]的研究，结合构造运动将区内岩溶发育划分为古近纪岩溶发育期、新近纪岩溶发育期、第四纪岩溶3个发育期。区内整体构造活动强烈，水−岩交互作用频繁，岩溶发育程度较高，受构造和地貌的影响明显。
（1）构造对岩溶发育方向的控制。构造是控制岩溶发育的重要因素，特别是对岩溶发育方向上的控制表现明显[20]。据调查实测，发育于中三叠统北衙组第二段（T2b2）的鸡鸣寺溶洞、锅盖山溶洞均沿F21断层线方向发育，鸡鸣寺溶洞洞口至450 m段沿EW构造线发育，450 m至暗河出口段沿SN构造线发育；锅盖山溶洞洞口标高1 835 m，长度＞100 m，宽6~15 m，高2~3 m，主要沿NE、NW两组构造线方向发育，为水平溶洞，干燥无水。
（2）褶皱轴部、翘起端岩溶发育。区内碳酸盐岩中的褶曲不甚发育，且规模较小。地壳的上升和多次构造运动的影响，致使部分褶曲隆起成山，如马鞍山背斜，高出当地侵蚀基准面1 000 m以上，由于受强大的压应力，褶曲轴部狭窄，两翼倾角较陡，不利于岩溶发育，在马鞍山一带发育少量的漏斗、落水洞，构成区内岩溶水的补给区。在较宽缓的褶曲轴部，断裂及裂隙发育，有利于岩溶发育，如区内主要的褶皱北衙向斜，沿向斜轴延伸方向落水洞、岩溶洼地呈串珠状分布，其下发育北衙暗河；褶皱轴部类似岩溶现象在研究区以北的鹤庆−剑川地区高美古、汝寒坪、香炉山一带较常见 [20]。在北衙向斜的翘起端，纵张裂隙发育，发育大片石林，地表溶蚀洼地、溶蚀沟槽发育，大沙地尾矿库工程勘察钻孔揭露溶洞14个，发育深度1.5~42.0 m，多黏土充填，物探探测未发现厅堂式溶洞及地下暗河[21]，相比湘西洛塔向斜翘起端发育有地下河系统[22]，本区向斜翘起端岩溶发育程度相对较弱。
（3）断裂影响带岩溶发育。矿区断裂主要为SN向、EW向及NW向的压性断裂，挤压带宽数十至数百米，以断层角砾岩、碎裂岩、糜棱岩为主，胶结致密，岩溶不发育，但在断裂影响带裂隙发育，岩石破碎，岩溶发育，有利于岩溶水富集与运移。例如，矿区外围沿SN向马鞍山断裂出露的杨家院岩溶大泉、沿东西向断裂F21旁侧发育的鸡鸣寺溶洞、锅盖山溶洞；位于断裂影响带的勘查钻孔39ZK35在孔深58.91~69.21 m、188.24~188.83 m处，55ZK30在68.48~77.08 m处均揭露有溶洞。区内断层影响带控制岩溶发育深度，在万硐山露采区主断裂F6影响带内岩溶发育深度大于400 m，且深部岩溶发育与浅层相比具有一定差异，深部发育长大裂隙，见挤压蚀变与裂隙性溶蚀现象，局部发育溶蚀洞穴。
（4）岩体接触带岩溶发育。矿区内分布喜马拉雅期形成的浅成侵入富碱斑岩，分别为万硐山岩体、红泥塘岩体、大沙地岩体。由于岩体侵入，在岩体与围岩（T2b）的接触部位受挤压作用，岩石破裂形成较厚大的破碎带。万硐山接触破碎带长约1 800 m，宽5~60 m，总体南北走向环绕岩体分布，倾向W-SW，为矿区最主要的控矿构造，是主矿体KT52的主要赋存部位。由于侵入岩不可溶蚀，起相对阻水作用，接触带裂隙发育，地下水易聚集在这一界面上，并伴有地热高异常的影响，溶蚀作用强烈，环绕斑岩体形成溶蚀裂隙密集发育带。
2.2.3 地貌对岩溶发育的影响
岩溶形态及发育规律随不同的地貌部位而变化，显示垂向分带特征[23]。矿区西侧外围马鞍山一带，在2 500~2 700 m、2 800~3 000 m、3 000~3 500 m高程的三级夷平面上，岩石溶蚀作用强烈，主要发育漏斗、落水洞，密集分布于山岭之间，地下水埋藏较深，以垂直运动为主，成为岩溶水的补给区。在1 800~2 500 m高程的东、西、南缓坡地带主要发育溶沟、溶槽，主要是地表水长期冲刷和缓慢流动所致，地下水以水平运动为主，为地下水径流区。在当地侵蚀基准面1 694 m标高附近主要发育北衙坡立谷、溶洞及北衙暗河，且在侵蚀基准面1 694 m标高以下岩溶仍较发育，钻孔56ZK21、32ZK24、32ZK28、4ZK7、0ZK13、31ZK6均在1 640 m标高以下北衙组三段、二段揭露溶洞，溶洞最低控制标高1 479.54 m，侵蚀基准面以下岩溶发育深度大于150 m。
3. 岩溶水富集规律
矿区岩溶水的富集受构造、岩性、地貌等因素的综合控制，构造对地下水的富集起主导作用[17]。
3.1 断裂影响带地下水富集
可溶岩断裂带常是地下水富集带和强径流带[23]。矿区南北向构造体系与东西向构造体系复合，各种应力场复杂，加剧了岩石的破碎，断裂破碎带节理裂隙较发育，为地下水的运移创造了良好的条件。
区内断裂对地下水运移和岩溶发育的影响主要表现为：近南北向、东西向断层沿断层方向导水，垂直断层方向阻水。逆断层上盘岩体内部因应力变化导致张裂隙发育，区内西侧山坡地下水在张裂隙的控制下自西向东径流；断层垂向显示压性构造面特征，南北向阻水，因此岩溶发育在矿区西侧山坡表现为独立的东西向长条形岩溶断块，沿断裂破碎带有较多泉水出露。例如外围西侧沿马鞍山断裂出露杨家院岩溶大泉（W001），流量93 L·s−1，矿区南部沿东西向F21断裂出露鸡鸣寺大泉，流量50~2 808 L·s−1，矿区中部F25断裂影响带的二号横硐，流量90 L·s−1。
3.2 向斜轴部地下水富集
北衙矿区岩溶水富水模式属于向斜汇流型，向斜轴部构造运动强烈，张力、张扭力在此交汇，张裂隙极为发育，为区内岩溶水的富集提供了良好的条件和水流通道。北衙向斜核部低，翼部及翘起端较高，地下水沿节理裂隙向核部汇流，补给沿轴部发育的北衙地下暗河，构成北衙向斜储水构造（图5）。
图 5 北衙向斜储水构造剖面示意图Figure 5. Schematic profile of the water storage structure of the Beiya syncline在北衙盆地径流、排泄区，北衙组灰岩长期处于饱水带中，岩溶发育相对均匀，形成岩溶管隙构成的网络体系，连通性好，具有较大的储水空间和储存量。矿区北衙组岩溶含水层钻孔抽水试验数据（表2）显示，位于向斜轴部附近96ZK51、64ZK29、SY2等6个钻孔单位涌水量0.065~0.869 L·(s·m)−1，渗透系数0.206~2.316 m·d−1，富水性中等至强富水；位于向斜两翼8个钻孔单位涌水量0.027~0.109 L·(s·m)−1，渗透系数0.029~0.082 m·d−1，富水性弱，向斜轴部富水程度高于两翼，形成受北衙向斜控制的富水块段。
表 2 钻孔抽水试验参数一览表Table 2. Aquifer parameters obtained through pumping tests in some boreholes孔号 构造位置 单位涌水量
q/ L·(s·m)−1渗透系数
K/m·d−1孔号 构造位置 单位涌水量
q /L·(s·m)−1渗透系数
K/m·d−196ZK51 向斜轴部 0.869 1.589 40SC14 向斜两翼 0.040 0.029 72ZK18 0.065 0.256 40SC15 0.033 0.035 64ZK29 0.228 0.339 24ZK3 0.072 0.037 56SC08 0.128 0.206 23ZK11 0.038 0.056 SY2 0.326 2.316 39ZK9 0.046 0.051 63ZK21 0.150 0.366 67ZK12 0.027 0.082 40SC20 向斜两翼 0.050 0.070 79ZK12 0.109 0.082 3.3 侵入岩与围岩接触带地下水富集
矿区内分布喜马拉雅期形成的浅成侵入富碱斑岩，规模较大的为万硐山岩体、红泥塘岩体、大沙地岩体，矿区矿体主要产出于北衙组（T2b）碳酸盐岩与斑岩体内外接触带，接触带岩石破碎，岩溶储水空间发育，常沿接触带形成带状的岩溶富水段。如万硐山露采矿坑主要沿北衙组灰岩与斑岩接触带、北衙组灰岩与矿体接触带呈股状涌出，环绕斑岩体形成涌水带。采场北帮、西帮涌水点分布标高1 764~1 604 m，涌水带长约400 m，涌水量534 m3∙d−1；南帮、东帮涌水点分布标高1 574~1 554 m，涌水带长约300 m ，总涌水量2 778~4 026 m3∙d−1。
综上所述，区内地下水的富集受多种因素的影响，其中主要受构造控制，但与岩性、地貌、气象、水文等因素也密切相关。
4. 矿坑开采涌水特征及水环境影响
4.1 矿坑涌水特征
矿区矿体主要产出于北衙组（T2b）碳酸盐岩与斑岩体内外接触带，北衙组（T2b）碳酸盐岩岩溶水构成矿床开采主要的充水水源。受北衙向斜构造和侵入岩体影响，北衙组岩溶含水层富水性空间变异大，总体表现为以侵入岩体为中心，自岩体向外，富水性、渗透性依次呈弱—中等—强或极强序次排列。万硐山露天开采揭露，采坑底1 700 m标高起，采坑边帮沿北衙组灰岩溶蚀裂隙、构造裂隙涌水，北帮、西帮富水性弱，单点涌水量<1.00 L∙s−1；南帮、东帮富水性较强，单点涌水量2.00~11.39 L∙s−1，涌水点环绕斑岩体、矿体成群成带密集分布。露采矿坑总涌水量随疏干降深、采坑面积的变大而增大，2012年至2022年平均总涌水量1 734~6 442 m3∙d−1，最大涌水量18 000 m3∙d−1（表3）。
表 3 露采矿坑涌水量统计表Table 3. Statistics of water inflow in the open mining pit时间 坑口面积/m2 坑底标高/m 最大涌水量/m3∙d−1 最小涌水量/m3∙d−1 平均涌水量/m3∙d−1 2012年 880 868 1 690 3 645 345 1 734 2013年 1 153 254 1 670 5 490 375 2 564 2016年 1 266 478 1 630 11 125 1 000 3 246 2017年 1 335 089 1 620 12 000 2 250 3 887 2018年 1 420 964 1 610 11 750 2 375 4 918 2019年 1 571 008 1 585 15 000 2 000 4 217 2020年 1 897 648 1 550 18 000 2 750 5 554 2021年 2 040 000 1 540 18 000 3 375 6 442 2022年 2 040 000 1 540 15 625 3 250 5 600 4.2 采动影响下水环境问题
北衙矿山现采用露天开采，2030年将转入地下开采，随开采规模的不断扩大，水环境问题将会逐渐加剧，主要水环境问题有以下几个方面：
（1）地下水流场及水位变化。矿坑长期疏干排水，形成以矿坑为中心的地下水降落漏斗，改变了矿区地下水的原始径流方向，采坑四周地下水均向采坑中心汇集，以涌水的方式集中排泄；其次破坏地下水埋藏条件，引发地下水位超常下降，露天采场北衙组灰岩初始水位标高为1 721.58 m，2022年采坑内水位标高1 574 m，采坑内水位下降147.58 m，采坑南侧北衙村一带灰岩水位1 711.55~1 677.97 m，对比该带附近初始水位标高1 730 m，水位下降约20~50 m，水力坡度8.16%，初步推测南部影响半径约1 500 m，整体地下水降落漏斗主要往采坑南部、东部扩展。
（2）矿区周边岩溶泉流量减少或干枯。流经矿坑南东部的北衙暗河（出口为W123岩溶大泉）2012年矿坑排水前年平均流量857.93 L∙s−1，2020—2022年年平均流量833.67 L∙s−1，现状情况下流量虽然变化不大，但因北衙暗河位于矿坑疏干排水影响范围内，在2030年开始井下开采后易出现流量减少或干枯断流现象。
（3）矿井水质变化。矿山开采后剧烈变化的自然条件和各种人为因素导致原生地下水接触到不同的岩石矿物介质，并发生水−水混合作用、水−岩相互作用等，导致水中特征组分含量发生变化。北衙组地下水原生化学背景特征属Ⅲ类水，据2022年北衙组地下水样测试成果，地下水水质属Ⅳ~Ⅴ类水，最差类别指标主要为总硬度、TDS、硝酸盐、硫酸盐、氨氮、Mn、Fe，未来随着开采加剧，矿井水因受矿体围岩金属硫化物分解淋漓析出影响，矿井水质变差，如废水未经处理直接排放会对锅厂河造成污染。
5. 结 语
（1）北衙矿区岩溶发育与地质构造密切相关，岩溶发育方向与区内南北向、东西向及北西向构造线一致，且在褶皱轴部、翘起端、断裂影响带及岩体接触带岩溶较发育。
（2）岩性上，中三叠统北衙组二段细晶灰岩最纯，岩溶最发育，北衙组一段灰岩夹粉砂岩段限制了岩溶发育深度，在一段与二段接触带的二段一侧岩溶发育，一段岩溶不发育，且侵蚀基准面以下岩溶发育深度大于150 m。
（3）矿区岩溶水富水模式属于向斜汇流型，北衙向斜储水构造对矿区岩溶水的富集起主导作用，断裂影响带、岩体与围岩接触带也有利于地下水的运移和富集。
若矿山开采穿越断裂带和向斜核部，有发生溶洞或暗河突水的可能。建议重点工程避开岩溶发育区，必要时可采取帷幕注浆隔水、灌浆堵漏、防渗墙等工程措施，以便减少矿坑排水量，防止含水层被破坏，保护地下水资源。
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图 3 小河尾水库渗漏水文地质调查成果与地球物理探测测线布置图
Figure 3. Hydrogeological survey results and line layout in geophysical survey of Xiaohewei reservoir
图 4 小河尾水库水文地质剖面（A-A’）
Figure 4. Hydrogeological profile of Xiaohewei reservoir (A-A ')
图 5 小河尾水库水文地质剖面（B-B’）
Figure 5. Hydrogeological profile of Xiaohewei reservoir (B-B ')
图 6 示踪接收点荧光素钠浓度趋势图
Figure 6. Trend diagram of Fluorescein Sodium concentration at tracer receiving point
图 7 地球物理探测结果图（a.大功率充电法，b.音频大地电磁法）
Figure 7. Geophysical exploration result map (a.large power charge meth, b.acoustic magnetotelluric )
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