XX铜矿深部详查矿坑涌水量计算研究报告.docx

XXXXXXX铜矿深部详查矿坑涌水量计算研究报告北京时信基业岩土科技有限公司2015年11月XXXXXXX铜矿深部详查矿坑涌水量计算研究报告编写单位：XXX有限公司负责人：XXX报告编写：XXX参加人员：XXX审查人：XX提交单位：XXX大队提交日期： XX目录第一章绪论3第一节项目来源及目标任务31.1.1 项目来源31.1.2 目标任务3第二节以往研究程度及存在问题3第三节工作方法及技术路线31.3.1 研究内容31.3.2 工作方法与技术路线3第四节参加工作人员及分工3第五节本次工作取得的主要成果3第二章水文地质条件3第一节自然地理概况32.1.1 地理位置和交通32.1.2 气象与水文32.1.3 地形地貌3第二节地质概况3第三节水文地质概况3第三章XX铜矿三维地质结构模型3第一节钻孔及剖面图3第二节 GOCAD简介3第三节 GOCAD建模步骤3第四节地质结构模型的三维可视化表达3第四章水文地质概念模型3第一节模型范围和边界条件34.1.1 模型范围34.1.2 边界条件3第二节结构模型3第三节水文地质参数34.3.1 反映含水介质属性的水文地质参数34.3.2 用于计算补排量的水文地质参数3第四节地下水流场3第五节补、排项的处理与确定34.5.1 补给量的确定34.5.2 排泄量的确定3第五章地下水流数值模型3第一节数学模型3第二节地下水流数值模拟软件35.2.1 模拟软件的选择35.2.2 子程序包的选择3第三节数值模型35.3.1 时空离散35.3.2 边界条件的处理35.3.3 源汇项的处理35.3.4 水文地质参数的处理35.3.5 长观孔拟合分析35.3.6 均衡分析3第六章数值模型可靠性分析3第七章矿坑涌水量预测3第一节深部疏干条件下的矿坑涌水量预测37.1.1 稳定涌水量预测37.1.2 最大涌水量预测3第二节深部开采疏干后的地下水流场3第八章关于东西阻水体的讨论3第一节 HFB包介绍3第二节结果对比3第九章结论及建议3第一节主要结论3第二节几点建议3第一章绪论第一节项目来源及目标任务1.1.1项目来源XX铜矿是我国较大的铜地下开采矿山，开采达40余年。随着深部开采，查明铜矿资源量的同时，也要开展与地质勘查相适应的矿区水文地质工程地质勘查和环境地质调查评价工作。本次受XX省地质矿产勘查开发局XX大队的委托，北京时信基业岩土科技有限公司承担XXXXXXX铜矿深部矿坑涌水量数值模拟预测，为查明矿山深部水文地质条件和开采生产提供科学的依据和技术支持。1.1.2目标任务项目总体目的：利用数值模拟的方法建立地下水流模型，在识别XX铜矿水文地质参数的基础上，预测铜矿深部开采的矿坑涌水量以及地下水开采疏干导致的水位下降对XX及外围的地下水位降落漏斗影响范围及其形态特征，为矿山生产提供科学依据和技术支持。根据委托方的要求，具体任务如下：1.建立三维地质结构模型根据已有钻孔资料，按需要绘制地质剖面图以了解研究区深部地层岩性、断裂构造等。根据地质剖面图的绘制结果及相关实测数据，建立三维地质结构模型。2.水文地质条件分析在充分利用前人工作和研究成果的基础上，结合本项目调查的相关工作成果，进一步认识研究区的水文地质条件，协助整理水文资料，建立水文地质概念模型。3.建立地下水流数值模拟模型根据三维地质结构模型的建立结果选择适合的软件进行地下水流数值模拟模型的搭建。通过已有资料和地下水监测数据识别校正模型的水文地质参数，分析水文地质参数的不确定性，提出今后水文地质勘察工作中应尽可能提高精度的参数。4.预测矿坑涌水量使用校正后的模型预测XX铜矿深部开采标高达到-1200m时，矿坑在南、北矿带各个水平中段（起始中段为-360m，-610m以上每50m预测一次，-610m以下每100m预测一次）涌水量，为矿山生产提供科学依据和技术支持。5.分析疏干排水后的影响预测深部开采疏干地下水后，水位下降对XX及外围的地下水位降落漏斗影响及其范围、形态特征。第二节以往研究程度及存在问题表1-1研究区工作程度表时间单位成果1984年9月XX地质大队XX瑞昌XX矿区铜矿详细勘探地质报告1993年4月XX大队XX铜矿北矿带东阻水体稳定性评价报告2005年4月中南大学XX铜业股份有限公司XX铜矿东阻水体稳定性研究2008年12月中国地质大学（武汉）XX铜矿深部开采水文地质条件研究报告2010年6月核工业广州工程勘察院XX铜业股份有限公司XX铜矿云池口尾矿库专门工程岩土勘察报告2011年5月中国有色金属长沙勘查设计研究院有限公司XX铜业股份有限公司XX铜矿云池口尾矿库运行对井下安全生产影响研究报告XX瑞昌XX矿区铜矿详细勘探地质报告认为东、西阻水体为存在与栖霞、黄龙灰岩溶洞裂隙含水亚组中的相对弱透水地段。其中东阻水体是不均质柔性阻水体，随着排水疏干深度加大，将逐渐破坏失去作用。西阻水体则稳定性较好。该报告采用地下水动力学法，对-160m标高以上按矿山开采自0m标高以下每40m一个中段，预测了各中段的动储量和静储量，但并未对深部进行预测。XX铜矿北矿带东阻水体稳定性评价报告进行了-80m到-260m标高北矿带东（阻水体）区矿坑涌水量预测，相同中段预测结果比XX瑞昌XX矿区铜矿详细勘探地质报告略小。XX铜业股份有限公司XX铜矿东阻水体稳定性研究对XX铜矿-80m标高到-310m标高进行了涌水量预测，相同中段预测结果比XX铜矿北矿带东阻水体稳定性评价报告小。该报告认为东阻水体在浅部可能起到过某种阻水作用，但到深部以后，它的阻水功能已经丧失，起不到阻水作用。XX铜矿深部开采水文地质条件研究报告利用数值模拟方法对不同时段南、北矿带-610m中段涌水量进行了预测。XX铜业股份有限公司XX铜矿云池口尾矿库运行对井下安全生产影响研究报告认为北矿带“东阻水体”受断层F11与F12控制及岩浆侵入的影响，形成了-300m标高以上具有一定阻水能力的结构。其不同部位阻水性能不同，表现为北部相对较弱而南部相对较强。阻水体各岩层的综合透水性具有上部较强而往下逐渐减弱的趋势，其阻水性能由浅至深逐渐增强。综合以上前人研究成果，均未对深部开采条件下的不同中段进行矿坑涌水量的预测，本文将利用数值模拟的方法解决这一问题。第三节工作方法及技术路线1.3.1研究内容根据项目拟要解决的问题，本次工作将通过建立地下水数值模拟模型，开展对XX铜矿深部开采的矿坑涌水量预测以及地下水开采疏干导致地下水位下降对XX及外围的地下水位降落漏斗影响范围及其形态特征的工作，为矿山生产提供科学依据和技术支持。1.3.2工作方法与技术路线1资料收集与数据整理资料收集与整理是工作开展的第一步，也是重要的一步，关系到水文地质概念模型的合理性，影响到模型建立的准确性。数据整理过程中应在充分理解模拟区地质条件及水文地质条件基础上，对数据进行异常点剔除、归纳合并、平滑处理等。具体包括：（1）根据钻孔资料，查清研究区水文地质结构，运用钻孔资料和已有水文地质剖面图，结合现状各中段开采层位，利用GOCAD建立三维地质结构模型，给出各含水层和隔水层顶底板标高，并绘制顶底板标高等值线；（2）分析各水文地质单元结构、地下水补径排、地下水动态等；（3）了解地下水开发利用情况及其环境问题，确定模拟区的源汇项；（4）确定研究区边界条件和边界交换量；（5）确定水文地质参数。根据经验值和前人的资料，特别是抽水试验结果，结合水文地质条件分析，确定研究区水文地质参数。主要参数有：各含水层的渗透系数（K）、给水度（）、大气降雨入渗系数。2.水文地质调查本次水文地质调查工作不涉及野外实物工作量，但根据需要进行了野外踏勘与考察。通过实地踏勘对模拟区基本条件有了更加具体的了解，以便使所建立的模型更符合实际水文地质条件。3.GIS技术地理信息系统（GIS）技术是建立地下水模型过程中非常重要的辅助技术方法。建立数值模型过程中，需要按照地下水数值模拟模型软件的格式要求，进行数据矢量化、数据录入、格式转换、图件转换等工作，为建立地下水流数值模型奠定基础。常用工具为MapGIS、ArcGIS、ArcView等。4.DSI技术建立三维地质模型所使用的软件GOCAD，使用了空间插值算法DSI ( discrete smooth interpolation)。空间数据的内插是通用CAD和GIS软件的基本功能,但这两类软件使用的数据内插算法并不适用于地质构造的数据内插。针对以上插值算法的不足, GOCAD 软件开发了针对地质建模特点的插值算法, 即离散光滑插值算法(DSI) 。DSI类似于解微分方程的有限元方法,用一系列具有空间实体几何和物理特性、相互连接的空间坐标点来模拟地质体, 已知节点的空间信息和属性信息被转化为线形约束, 引入到模型生成的全过程, 因而DSI插值适用于自然物体的模拟。5数值模拟技术由于数值法可以较好的反映复杂条件下的地下水流动状态，具有较高的仿真性，数值模拟技术已经成为地下水流与环境模拟中最为高效的一种技术方法。数值法是采用离散化的方法来求解数学模型，从而得到模拟区域内有限个离散点上的未知函数值。离散化的方法是将模拟区域划分为若干个较小的子区域或单元，即化整为零，这些单元的集合体代表着模拟区域，即积零为整。虽然所得到的解为数值解（即是数值的集合，是数学模型的近似解），但是只要将单元大小和时段长短划分得当，即对空间步长和时间步长取值得当，计算所得的数值解便可较好的逼近实际情况从而满足计算精度的要求。项目开展过程中，将以上技术方法综合起来，以总体目标为导向，以水文地质学基础理论为指导，形成一个系统的工作过程，即技术路线（图1-1）。图1-1技术路线图第四节参加工作人员及分工本项工作项目负责人为中国地质大学（北京）邵景力教授，参加人员由中国地质大学（北京）教授2人、博士研究生1人、硕士研究生2人组成。项目参加人员组成及分工见表1-2。表1-2项目参加人员及分工列表姓名性别技术职务从事专业分工邵景力男教授水文学与水资源总体负责，设计、报告编写崔亚莉女教授水文学与水资源数据参数标准，设计、报告编写张秋兰女讲师水文学与水资源协助水文地质结构模型，地下水数值模型建立，设计、报告编写王晔女硕士研究生地质工程水文地质结构模型建立、矿坑涌水量预测张达男硕士研究生地下水科学与工程资料分析整理，三维地质结构模型建立曾兰女博士研究生地下水科学与工程模型建立、应用，报告编写第五节本次工作取得的主要成果（1）建立了三维地质结构模型。根据钻孔资料以及区域地质资料，运用钻孔资料和已有地质剖面图，利用GOCAD软件，建立了模拟区三维地质结构模型，为建立三维地下水流数值模拟模型提供了结构基础。（2）建立了水位地质结构模型。根据已建立起的三维地质结构模型以及已有资料，查清研究区水文地质结构，建立了模拟区三维水文地质结构模型，为建立三维地下水流数值模拟模型提供了结构基础。（3）建立了水文地质概念模型。在分析模拟区地质、水文地质条件的基础上，依据所建立的水文地质结构模型，确定了模型边界性质、地下水流场及补排项的计算等，建立了模拟区水文地质概念模型。（4）建立了模拟区三维水文地质数值模拟模型。利用GMS软件，建立了基于层状结构的模拟区地下水数值模型，通过对水文地质参数、可调整的补排项的适当调整，用模拟区地下水位实测资料，对模型进行了校正，经过校正的水文地质参数和模型与实际水文地质条件相符，可用于预测不同深度开采条件下的矿坑涌水量。（5）对识别后的模型进行了深部开采条件下，不同中段矿坑稳定涌水量和最大涌水量的预测。（6）分析了深部开采疏干地下水后，水位下降对XX及外围的地下水位降落漏斗影响及其范围、形态特征。（7）分析了东、西阻水体对模型的影响情况。第二章水文地质条件第一节自然地理概况2.1.1地理位置和交通矿区位于九江市北西274方向直距34Km处，属瑞昌市白杨镇管辖。矿区西起白杨畈，东至赤湖，北起XX，南抵陈家畈，面积2.5306Km2。地理坐标：东经11537381153956，北纬294404294512。矿区东西两侧分别有九江码头快速通道及瑞昌码头公路，向北14Km至码头镇，码头镇与湖北省武穴市隔江相望，向西有九江界首公路及杭瑞高速可达湖北省武汉市。向南有瑞昌码头公路及九江码头快速通道8Km至瑞昌市，有杭瑞高速连通昌九高速，向东有九江九瑞快速通道可达九江市。武汉九江（沙大）铁路在矿区西部通过。矿区已建成1.5km铁路专线与外部铁路线连接，矿区交通十分便利（图2-1）。图2-1 XXXXXXX矿区交通位置图2.1.2气象与水文1气象本区属亚热带湿热气候区，湿润多雨，四季分明，冬季干燥寒冷，夏季炎热。据瑞昌市气象站资料，历史极端最高温度41.2，极端最低气温-13.4,年平均气温17左右。年平均降水量1614.32mm（1973-2003年），年最大降雨量2180.3mm(1998年)，年最小降雨量776.0mm(1978年)。极端最高日降水量为167.6mm，最大小时降水量62.99mm。2005年受13号台风“泰莉”影响，9月2日8时开始持续强降雨，到9月3日晚连续降雨量达429.9mm，其中9 月3日16-20时4小时降雨量达199.0mm，为历史之最。每年3-7月为雨季，此间的降水量占全年的70-80%，其中4-6月降水量尤多，占全年降水量的40-47%。12月到翌年1月份降水量少，这两月的降水量仅占全年降水量的5.8-7.6%。2水文矿区属长江水系，处长江中下游南岸，长江流经本区北东边缘。主要湖泊有赤湖（矿区东部），赤湖为矿区内主要水体。赤湖主要汇聚西部南阳河、白杨溪、陈家溪等河水。湖东部由彭家湾闸门控制，其闸门口与长江相通。每年510月为关闸蓄水养鱼及农田灌溉期，10月至次年5月为开闸放水捕鱼期。湖水位主要受大气降水及上游河流排水影响，也受长江水位的控制。赤湖汇水面积约374km2，洪水期湖面面积66.67km2，此时平均水深4.5m，可蓄水量为5.8亿m3。一般季节湖面面积46.67km2，此时平均水深2.5m，可蓄水量为1.2亿m3。赤湖是九江地区主要水产养殖场之一。长江洪水汛期，江水分洪赤湖，湖水位与长江水位一致。赤湖历史最高水位为20.27m（1954年7月6日），枯季最低水位标高11m左右。最高洪水位时，水体可漫浸到东部云池口村及南部王家村湖叉附近。长江江面宽度约2.5km，正常水深一般35m，1998年8月2日江北武穴站水位标高20.33m（黄海高程，下同）为历史最高水位，平水期水位标高10.44m，全年平均水位标高11.18m。长江枯水期在12月至翌年3月，平均水位标高7.78m，极端最低水位标高4.70m。汛期在6-9月，平均水位标高15.33m。2.1.3地形地貌研究区为丘陵湖滨垄岗地形，地形主要受岩性及地质构造控制,山岭延绵方向为北东东南西西走向,与区域构造线方向一致。区内地势西高东低、北高南低,即由西、北部丘陵河谷地形向东、北部变为丘陵岗地湖泊地形。XX山体走势呈北东南西走向，最高峰为XX寺，海拔375.59m，赤湖湖滨为1420m标高，赤湖湖盆标高仅10m左右（为矿区最低侵蚀基准面）。第二节地质概况矿区地层由志留系三叠系（其中缺失泥盆系中、下统和石炭系上、下统）碎屑岩及碳酸盐类岩石组成。断裂构造以北东东向、北北西北西向及北东向比较发育。与成矿有关的花岗闪长斑岩主体呈岩株状侵入于石炭系三叠系碳酸盐地层构成的向斜翼部。蚀变主要有大理岩化、硅化、矽卡岩化、绿泥石化、碳酸盐化等。矿体赋存位置有四个部位（接触带、层间破碎带、泥盆系五通组与石碳系黄龙组之假整合面、岩体内围岩捕虏体），由两种重要矿化类型（含铜矽卡岩及含铜黄铁矿）构成。1地层矿区地层自北至南由老到新有：志留系上统纱帽组，泥盆系上统五通组，石炭系中统黄龙组，二叠系下统梁山组、栖霞组、茅口组、上统龙潭组、长兴组，三叠系下统大冶组、中统嘉陵江组及第四系。地层走向65-75，倾向南东，倾角60-75。地表除志留系、泥盆系出露较好外，其它时代地层仅零星出露，第四系覆盖面积占60%。矿区中部相当栖霞组至嘉陵江组层位约0.6km2面积为花岗闪长斑岩体占据，岩体周围及北矿带附近，地层受强烈蚀变。现将各个时期出露地层、岩性特征及分布地区列表分述如下：表2-1 XX铜矿地区地层简表系统组代号厚度（m）岩性分布地区第四系全新统Q42-40浅黄色亚粘土、亚粘土及黑色淤泥层主要分布在溪流、湖漫滩地带更新统Q312棕黄色亚粘土及砾卵石岗丘顶部和丘陵山坡山脚地带Q280-113上部：绛红色网纹状亚粘土含砾石，下部：灰白色砂砾层分布广泛，地表零星出露Q19-62上部：赭红色粘土、砾石，下部：砾石层地表仅在大桥、老屋蔡小面积出露三叠系中统嘉陵江组T2j500含白云质灰岩、薄中厚层状灰岩和不纯灰岩主要分布在矿区南部下统大冶组T1d2250钙质、泥质页岩，新鲜岩石为灰绿色，风化后为浅黄色矿区南部、崖山和白茅岭南坡T1d120-40二叠系上统长兴组P2c28-15含燧石结核灰岩、燧石条带灰岩和硅质岩南北矿体之间的狭长地带P2c117-40龙潭组P2l0.1-10碳质页岩及煤层下统茅口组P1m2370含燧石结核灰岩主要在矿床附件P1m134-320炭质灰岩栖霞组P1q230含燧石结核灰岩、炭质灰岩、含白云质灰岩断层带、矿体周围P1q180石炭系中统黄龙组C2h24-90燧石结核灰岩、含炭质灰岩泥盆系上统五通组D3w0.3-30含砾石英砂岩、石英粗砂岩北矿带矿体底板志留系上统纱帽组S3s140石英细砂岩、砂质页岩（1）志留系上统纱帽组（S3s）分布于矿区北部，出露范围广，为一套浅海相碎屑岩建造，厚度大于300m，其岩性：下段（S3s1）为灰绿黄褐色粉砂岩、石英砂岩，斜层理发育，由上往下泥质增高，粒度变细，厚度大于150m；上段（S3s2）为中厚层状含铁质石英细砂岩、泥质粉砂岩，猪肝色带褐色，以其颜色和含铁质作为泥盆系划分为标志，厚度20-50m。本组地层厚度和岩相变化不大，矿区中部和深部蚀变强，颜色变白，粒度变细，硅质成份增高。与上覆地层呈微角度不整合接触。（2）泥盆系上统五通组（D3w）分布于F-11断层以北，出露好，为河湖相砂砾岩建造，厚度5-37m。为灰白色厚层石英砂岩、含砾石英砂岩，局部底部有一层石英砾岩。地表局部因断层或重力滑动影响，有局部倒转现象。与上覆地层呈假整合接触。（3）石炭系中统黄龙组（C2h）分布于矿区北部F-11断层以南，F-12断层以北，为浅海相碳酸盐建造。下段（C2h1）为灰白、肉红、青灰色厚层状白云岩，厚度5-32m；上段（C2h2）为灰白色、肉红厚层纯质灰岩，偶见燧石结核，厚度22-58m。地层厚度变化大，19线以西厚59-68m，中部23-40m，120线以东厚53-71m。80-20线，下段地层被交代成矿，地层变薄，局部缺失。59线、120线和140线上部地层因FII-11和FII-12影响厚度增大。地层产状东部倾角陡，120线东平均倾角72-75，100线以西平均倾角57-65，沿倾斜上陡下缓，浅部一般65-75，而至负200-负300m标高倾角变为40-55。与上覆地层呈假整合接触。（4）二叠系（P）发育完全，分布于矿区中部，崖山、燧石窝、白茅岭地表出露较好。下统分梁山组、栖霞组和茅口组。梁山组（P11）仅在CK1402和ZK698、ZK103钻孔中见到，为黑色炭质页岩，炭质、泥质粘土夹炭质灰岩结核，厚度不稳定，厚0-2m。栖霞组下段（P1q1）为黑色炭质灰岩，中厚层状，层间夹薄层炭质或沥青质页岩，厚度52-85m；上段（P1q2）为暗灰色中厚层燧石结核灰岩，厚度54-132m。茅口组下段（P1m1）为炭质灰岩夹透镜状、眼球状灰岩，中厚层夹薄层炭质页岩，厚度62-130m，上段（P1m2）为深灰色厚层状燧石结核灰岩夹硅质岩，厚度370m。上统分龙潭组和长兴组。龙潭组（P21）为煤层和炭质页岩，呈透镜状，不稳定，断续出现，厚度0-5m。长兴组（P2c）下部为中厚层状燧石灰岩，燧石呈扁豆状、条带状；上部为硅质页岩，灰、灰白色，薄层状，厚度17-45m。本系地层厚度和产状变化较大，栖霞组下部炭质灰岩在40线、60线和120线因F-12断层影响，局部变薄。茅口组下段于19线以西，厚度60-120m，地层倾角47-61；80线以东厚度小，平均52-60m，地层倾角75。与上覆三叠系呈假整合接触。（5）三叠系下、中统（T1、T2）分布于矿区南部，为第四系所覆盖，属浅海相碳酸盐及滨海页岩相。下统大冶组下段（T1d1）为页岩，黄绿色至灰绿色，薄层状，页理发育，小褶皱常见，经蚀变后为角岩，厚度8-32m；上段（T1d2）为灰白色中厚层夹薄层灰岩，常夹泥质条带，厚度227-287m。中统嘉陵江组下段（T2j）：下部为灰白、肉红色厚至巨厚层白云质灰岩，上部薄至巨厚层灰岩夹鲕状灰岩，厚度大于250m。大冶组下段是二叠系与三叠系地层的划分标志。（6）第四系（Q）区内广泛分布。由褐黄、绛红色虫状粘土，杂色粘土及灰岩、砂岩、褐铁矿、花岗闪长斑岩碎块、碎屑组成，厚度0-132m。2构造矿区位于横立山-黄桥向斜东段北翼，其北为界首-大桥背斜，南面为大冲-丁家山背斜。矿区内断层由北东东、北西-北北西，北东三组断裂构成，裂隙构造也很发育，现分述如下：（1）褶皱横立山-黄桥向斜贯于矿区南部，轴向北东东。向斜核部为二叠三叠系的碳酸盐岩地层，翼部为志留系泥盆系的砂页岩地层。矿区位于该向斜北翼，为单斜构造，地层走向65-75，倾向南东，倾角60-75，区内的次级褶皱不发育，在三叠系底部黄绿色页岩中，可见小型波状褶皱，因规模小，对两侧地层无大的影响，岩层产状仍属正常。（2）断层矿区以走向北东东向层间破碎带及北西向和北东向平移断层比较发育，共26条。北东东向断层发育于地层假整合面，岩性差异较大的层间，早期以逆冲为主，后期转达化为正断层性质。主要有：F-11、F-12、F-2、F-3、F-4、F-5。F-11 发育于五通组和黄龙组假整合面上，为矿区内规模最大的纵向层间断层，走向60-75，倾角55-80。断层西起109线，东至190线纵贯全区，全长3100m，东西两端延出矿区范围。被F1-F12、F22横断层切割，沿走向和倾斜延伸，多呈缓波状。从火成岩脉、矿体空间分布及某些残存的构造迹象来看，该断裂活动较为强烈而频繁，主要表现在：沿五通组与黄龙组之间可见不同层次的火成岩脉充填和块状含铜黄铁矿体分布；含铜黄铁矿沿挤压破碎带充填交代，内有围岩透镜体；块状含铜黄铁矿体顶、底板围岩破碎，裂隙发育，并被含铜黄铁矿充填或胶结；矿体中常见矿石角砾，而又被含铜黄铁矿胶结；成岩成矿后又继续活动，火成岩脉及矿体破碎成角砾状，黄铁矿脉呈柔皱状。F-12分布于西部79-59线和东部0-140线间，发育于黄龙与栖霞组地层间，局部切层，与F-11平行发育，东段长1600m，西段400m。断层走向60-80m，倾向南东，100线东倾角70-77，100线以西倾角55-65，西段倾角70-78，为F1、F2、F6、F7、F11、F12错断。破碎带宽1.5-19m，多出现在上部，具膨缩分枝现象，上部宽大，断层沿走向倾斜呈缓波状，往深部平直，倾角变缓。角砾成份复杂，主要有炭质灰岩、大理岩、白云岩、火成岩、褐铁矿、黄铁矿、铅锌矿。角砾大小2-5cm，大者15-30cm，为硅质、铁质、黄铁矿、方解石胶结，矿区所见主要是成矿晚期破碎。据钻孔（ZK597、CK601、CK403、CK4014、CK1202、CK1205）资料，受断层影响，地层产状变陡，栖霞组炭质灰岩和黄龙组灰岩地层厚度局部增厚和变薄。最大断距180-250m，为矿区主要控矿构造。F-2、F-5断层位于矿区南部，大冶组下段页岩与上段灰岩层间，局部切层，大部分为岩体愈合。断层走向50-70，倾向南东，倾角33-66，破碎带宽0.5-3.5m。角砾成份简单，有灰岩、岩体和矿体角砾，胶结物为钙质、铁质、黄铁矿。为成岩成矿前断层，它控制岩体及内带矽卡岩体边界，成岩成矿后继续活动，矽卡岩和花岗闪长斑岩遭破碎，位移小，并常有煌斑岩脉贯入。北西-北北西向断层发育于矿区北部，走向330-350，倾向北东，倾角55-80，部分倾向南西。次为走向300-320，倾向南西，倾角48-75。破碎带宽0.2-5m，延伸平直，局部弯曲，带内角砾多棱角状，为泥质、硅质、铁质和岩体碎屑物胶结。平行断裂带裂隙成群出现，片理发育，矿化较普遍，具平移断层性质，断距一般2-16m，最大60m。断层在成岩前业已成型，为岩浆侵入提供了空间。东部80-90线间，花岗闪长斑岩受F11、F12控制，断裂带为岩体愈合，成岩后花岗闪长斑岩又经破碎多形成角砾状。矿体为断层切断，地层新老相接，因断距小，对矿体走向延伸的连续性一般影响不大。北东向断层走向10-45，倾向北西，局部南东，倾角77-87，主要有F13、F14、F15，分布于矿区南部，一般规模小，左行、右行兼有，具平移断层性质。如南部坑道F15断层，位于西部接触带，控制着矿体西部边界，断层产状北端走向10，倾向南东，倾角87，和西部接触带走向一致，南东延伸，断层产状向层间方向偏转，倾角56。为控岩控矿构造，成岩成矿后除矿体遭受破碎外并为煌斑岩脉沿带贯入。图2-2 XX矿区工程地质测绘图第三节水文地质概况XX铜矿区位于横立山-黄桥向斜的东部倾没端，东临赤湖，因西部班金坳一带黄桥次级向斜仰起端大冶组页岩出露地表，形成空间“W”形边界将矿区南矿带三面包围，阻挡区域地下水往矿区方向的移动；北矿带出露的碳酸盐地层为石炭-二叠系灰岩，在横立山-黄桥向斜翼部出露面积很小，且被北北西、北北东向断层多次错动，并有东、西阻水体的存在，切断了含水层空间的连续性，与区域地下水的联系微弱。矿区地下水的运移规律、岩溶发育特征均与西部区域裸露灰岩区存在很大差异，自身构成一个相对完整的具有独立补、径、排的地下水系统。图2-3XX铜矿水文地质图一、含水岩组和隔水层根据各岩层含水特征，地下水储水空隙、富水程度、水力性质及水力联系、空间分布以及地下水补给、排泄条件等因素，可将矿区含水组六大含水岩组，三大隔水层和两种含水体，分别为：第四系松散岩类弱孔隙含水组，三叠系嘉陵江大治灰岩岩溶裂隙含水组，三叠系大冶页岩隔水层，二叠系长兴灰岩岩溶裂隙含水组，二叠系龙潭炭质页岩隔水层，二叠系茅口灰岩岩溶裂隙含水组，二叠系茅口炭质灰岩隔水层，二叠-石炭系栖霞黄龙灰岩岩溶裂隙含水组，泥盆-志留系五通纱帽砂岩弱裂隙含水组和岩浆岩含水体及硫化矿含水体等。六大含水岩组和三大隔水层分布及水文地质特征见表2-2。从抽水试验观测及矿坑排水形成的降落漏斗来看，六大含水岩组，在自然状态下尽管仍保持着程度不一的地下水位差，但它们之间有一定的水力联系，似是统一的含水体，当开采疏干到一定深度后，出现不同含水组不同的疏干程度，也出现各含水层地下水各自活动的特征，并将随着开采疏干的加深，这种特征更加突出。表2-2评估区含水岩组与相对隔水层水文地质特征地层含水岩组与相对隔水层界系统组段代号厚度（m）层或组岩性简述岩溶率(%)单位涌水量（L/sm）主要分布新生界第四系全新统Q412弱孔隙含水组粘土、亚粘土、亚砂夹砂砾层0.0022-0.0048溪流、湖漫滩、岗丘顶部、丘陵山坡山脚上更新统Q3525中更新统Q20132中生界三叠系中统嘉陵江T2j207253岩溶裂隙含水组含白云质灰岩、薄-中厚层灰岩1.48.90.012-0.277矿区南部下统大冶组上段T1d2227287南矿带下段T1d1832隔水层页岩古生界二叠系上统长兴组P2c1745岩溶裂隙含水组硅质页岩、含隧石结核灰岩8.00.13-0.45龙潭组P2l05隔水层炭质页岩及煤层下统茅口组上段P2m2370岩溶裂隙含水组含隧石结核灰岩8.60.13-0.45下段P2m162130隔水层炭质灰岩4.50.0002南、北矿带之间栖霞组P1q106217岩溶裂隙含水组含隧石结核灰岩、炭质灰岩、含白云质灰岩7.513.70.05-1.15北矿带矿体顶板及评估区南部边缘石炭系中统黄龙组C2h2790泥盆系上统五通组D3w537弱裂隙含水组含砾石石英砂岩、石英粗砂岩0.07-0.14北矿带矿体底板及评估区南部边缘志留系上统纱帽组S3s320中统罗惹坪组S2l490隔水层泥岩、页岩评估区南、北边缘下统龙马溪组S1l590660岩浆岩含水体：分布于南矿带的花岗闪长斑岩主体呈岩株状侵位于二叠系下统至三叠系下统碳酸盐岩类地层中，出露面积约0.6km2，平面呈椭圆状，长轴NW15，剖面呈喇叭形，三度空间上为向南陡倾的蘑菇状岩株，由浅至深，其规模呈缩小的趋势，-1000m标高，面积约为0.35 km2，长轴方向逐渐转为NE35，主体外围及沿北矿带尚有少量呈岩脉、岩墙状花岗闪长斑岩产出。岩体内部风化带较浅，一般深度1050m，-40m标高以下，风化裂隙逐渐减弱，沿接触破碎带、断裂破碎带裂隙发育较深，属含风化构造弱裂隙水。硫化矿含水体：硫化矿含水体，包括矿体、矽卡岩、岩浆岩中的可溶岩包裹体。据钻孔与坑道揭露，矿体、矽卡岩、岩浆岩的可溶岩包裹体中发育有溶洞或洞穴。矿体与矽卡岩中所见洞穴多发育在-200m标高以上，多数洞穴高为0.52m，这些洞穴一般与构造破碎带和接触破碎带有关。由于破碎带的导水性不均一或规模大小不一，洞穴与主要含水层地下水连通性较差。在矿山开采前疏干中，往往不易疏干，保持较大的静水压力，当开采工程揭露时，则有产生突然性突水的可能，又由于洞穴中不同程度充填有泥砂、矿屑、岩块、溃突时连水带充填物涌进坑道，虽然为数不多，但危及矿山安全生产，必须引起重视，采取必要的防治措施。二、含水构造矿区断裂构造发育，且大多数具有较强的富水性，主要断裂可分为三组：NEE 向层间断裂；NNW-NW；NNE-NE向平移断裂。均为成矿前断裂，但后期仍有活动。NNE向层间断裂规模较大的有F-11、F-12和F-2三条。其中F-11断层产于矿区北部泥盆系和石炭系之间，局部切层，F-12断层发育于黄龙和栖霞两层位间，F-2断层产于矿区西南部大冶页岩与大冶灰岩之间，断层产状、规模及主要特征见表2-2。这三条断层在灰岩含水层内不形成单独地下水系，断裂带地下水随着主要含水层的疏干而疏干。由于断裂带透水性不均，矿坑遇到导水性好的地段时可能导致矿坑突水。不过在矿坑超前疏干的情况下，这些层间断裂造成矿坑突水的可能性不大。NNW-NW和NNE-NE向斜向断层中规模较大，具水文地质意义的有F1、F2、F11、F12、F26、F27等。F1、F2断层位于矿区北部79线附近，平行分布，断层规模相近，均属于平移正断层。它们切断的地层有二叠、石炭、泥盆、志留系。由于断层层间错动，使弱含水组和强含水组相互接触，加之两断层之间及西部岩溶相对不发育，造成北矿带西部相对弱透水层地段（即西阻水体）。F11断层属平移左错正断层，F12属平移右错正断层。F11断层位于80线，F12断层位于90-100线之间。沿这两条断层及断层之间，有岩浆岩侵入，加上岩石破碎，风化剧烈，泥质含量高，形成该两断层之间弱透水地段，构成东阻水体。F26、F27两断层，分别位于矿区西部239线至159线和139线之间。两断层均属平移左错正断层，切断了三叠、二叠、石炭、泥盆和志留系地层，破坏了大冶页岩隔水层，导致矿区西部郭桥一带和西南部汉老岭背斜溶洞裂隙水与三叠系灰岩溶洞裂隙水取得联系。三、地下水系统边界地下水系统的北部、南部及下部边界由泥盆-志留系砂页岩隔水底板组成；东部为赤湖湖岸线，底部淤泥质粘土和粉质粘土厚度大；西部边界在断层与褶皱的共同作用下较为复杂，分别由断层隔水边界与大冶组页岩隔水边界组合而成。XX矿区地下水系统的分布范围及边界位置如图2-4所示：1、五通纱帽砂岩弱裂隙含水岩组；2、黄龙栖霞组灰岩含水岩组；3、茅口组炭质灰岩相对隔水层；4、茅口长兴灰岩含水岩组；5、大冶组页岩相对隔水层；6、大冶嘉陵江灰岩含水岩组；7、岩体；8、地质界线；9、地下水系统边界；10、地下水子系统边界；11、断层；12、北矿带子系统；13、中部子系统；14、南矿带子系统图2-4 矿区地下水系统划分示意图矿区地下水系统范围内含水层与相对隔水层相间出现，相对隔水层的存在使得各含水岩组之间的水力联系变弱，同时受褶皱、断层等构造的影响，共同形成了矿区地下水系统的内部边界。这些内部边界使得矿区南部与北部的地下水流场有着各自的特点，南、北矿带地下水具有一定联系却又相对独立。矿区内的大冶组页岩、茅口组炭质灰岩为相对隔水层，岩层呈东西向稳定展布，形成了矿区独特的长条形含水系统的特点。地下水系统主要依据稳定隔水层的分布来划分，将茅口组炭质灰岩相对隔水层以北称为北矿带地下水子系统，大冶组页岩与茅口组炭质灰岩之间称为中部地下水子系统，大冶组页岩以南称为南矿带地下水子系统。其结构见图2-5：图2-5地下水系统结构图四、矿区地下水的补给、径流、排泄1.北矿带子系统北矿带子系统的主要含水岩层为黄龙组-栖霞含水岩组，北为志留-泥盆砂页岩相对隔水层，南为茅口组下段炭质灰岩相对隔水层。在空间上，黄龙栖霞含水层处于黄桥横立山向斜翼部，呈长条形近东西向出露地表，在西段79线附近被F1、F2断层错开（西阻水体），东端100线附近被F11、F12及岩体阻隔（东阻水体），切断了含水层连续性。北矿带子系统主要接受大气降水补给，在自然状态下，79线以西往白杨溪排泄；100线以东往赤湖排泄；在79-100线间以就地排泄为主，降雨后地下水位抬高，补给季节性河流周家溪。随着多年来采矿排水，矿区地下水位不断下降，地下水的补给、径流、排泄条件发生了变化，形成了以巷道为中心的廊道式排泄。2.中部子系统与南部子系统中部子系统的主要充水岩层为茅口-长兴组灰岩含水岩组，北边界为茅口组下段炭质灰岩相对隔水层，南边界为大冶组页岩隔水层，呈长条形近东西向出露地表。东端90线附近在岩体岩脉的影响下，破坏了含水层沿走向上的连续性。天然状态下，地下水接受大气降水补给，往西径流并最终以泉的形式排泄补给白杨溪，90线往东地下水以泉的形式沿湖岸排泄。开采条件下，形成了以巷道为中心集中排泄的模式，降落漏斗的扩展主要沿地层走向往东西两个方向扩展，东部因岩体岩脉的存在，漏斗东部扩展受阻挡，往西部漏斗扩展到大屋周、楼下周一带，地下水位的下降并已使大屋周泉枯竭。东部虽有岩脉的阻隔，但地下水位也出现一定程度的下降，根据XX铜矿生产技术部07年11月地下水位观测数据显示，南矿带东部靠近赤湖的ZK1903孔水位7.05m、QK2701孔水位10.8m，已经低于赤湖水位，说明地下水由向东径流排泄到赤湖的情况，转变为赤湖反补给地下水向矿坑少量渗漏。南矿带子系统的在主要充水岩层为大冶嘉陵江灰岩含水岩组，空间上处于黄桥向斜核部，西、南、北方向均为大冶组页岩隔水层所隔，往东潜入赤湖，上部为第四系地层所覆盖。该区地下水主要接受大气降水补给，因地势平坦且上覆第四系厚度较大，地下水接受补给条件较差，降雨通过第四系渗透补给灰岩含水层后，整体向东运移向赤湖排泄。随着南矿带开采深度的加大，地下水水位逐年下降，形成以环状岩体为中心的降落漏斗。2006年地下水位观测数据显示，位于大冶嘉陵江灰岩含水岩组的1906孔地下水位为9.1m，表明南矿带降落漏斗已扩展至赤湖边缘，矿区南矿带大部分地区大冶嘉陵江灰岩含水岩组地下水位已经降至基岩顶板以下，赤湖水可能穿过湖底第四系粘土淤积物以渗透的形式少量补给矿坑，但由于湖底第四系厚度较大，且渗透系数极小，其渗透量较小。然而，随着南矿带开采深度的不断加大，其必将揭穿大冶组下段的页岩隔水层，导致水文地质条件发生明显的变化，南矿带的主要充水岩层将由现在的三叠系大冶嘉陵江含水岩组变为茅口长兴含水岩组与大冶嘉陵江含水岩组。茅口组灰岩在矿区西部大面积出露，且岩溶强烈发育，虽然在前面章节的分析中茅口组灰岩地下水主要以补给白杨溪的形式排泄，但是茅口组灰岩在地质构造演化过程中曾发育过古岩溶，又经过后期现代岩溶的叠加作用，岩溶发育程度强烈且深度大，而长江与赤湖是本区的最低排泄基准面，茅口组灰岩中可能存在深部地下径流往赤湖与长江排泄。五、疏干排水对矿区地下水运动的影响自然条件下，地下水总体径流方向由西向东，以赤湖、地表溪流、泉水为排泄口，矿区位于地下水的径流带上，地下水主要受大气降水补给。随着北矿带及南矿带开采深度的加深，大大改变了矿区周边在自然状态下的地下水的径流和排泄的基本状态。形成了分别以南、北矿带为排泄中心的两个新的地下水子系统。XX铜矿的开采方式为坑道开采，矿坑水集中于水仓，然后分级排出地表。开采对象主要是产于黄龙灰岩底部的含铜黄铁矿体，从井下观测到，北部五通纱帽砂岩中的弱裂隙水对矿坑的充水作用是普遍的，但量很少；矿体南部栖霞黄龙灰岩对矿坑的充水中，除了动态渗流的地下水以外，还有很大一部分是灰岩溶洞水中的静储量。不但矿坑东西两侧接受了侧向地下水的动态补给，其下部也受到垂直向上的地下水的动态补给。由于东阻水体的阻水作用，赤湖水向西渗入到北矿坑的渗漏量不大。中部长兴茅口灰岩溶洞裂隙含水亚组向东有岩浆岩阻隔，无扩展趋势，向西成条状扩展到大屋周。由于疏干漏斗不断发展，地下水自然状态的流动方向在漏斗的影响范围内已发生改变，北矿带8079线之间，地下水在自然状态下分别向东、西排泄，现已改变为反向补给。但总体上讲，矿区矿坑充水还是受到大气降水的严格控制。矿山的疏干排水，形成了以坑道为中心的地下水疏干降落漏斗，随着矿山开采水平的不断下降，降落漏斗不断向外扩展。六、矿坑涌水情况矿坑涌水情况总体上看，近十多年来，即1994-2005年是矿坑涌水量处于较快的增长时期。图2-6为XX铜矿1994-2005年矿坑年平均排水量曲线图。从图中不难看出，1997年以前，矿坑总的涌水量总体上处于一种相对平稳的增长水平。1997年以后，北矿带排水量波动增长，到2002年达到最高值，为5312m3/d，然后曲线开始下降。对南矿带而言，1997年以后，矿坑涌水量一直处于相对较快的增长中，到2003年达到最高值，为8969m3/d，之后则迅速减少。图2-6XX铜矿1994-2005年矿坑年平均排水量曲线（据XX铜矿东阻水体稳定性研究报告相关资料改编，2004）XX铜矿东阻水体稳定性研究在2004年的研究中认为，图2-6中反映了2004年后矿坑涌水量所隐含的变化趋势，即“稳定在现有水平或略有下降的总趋势”，认为这主要是由于矿区地下水静储量已经获得大量释放而造成的。通过对2005年矿坑涌水量（已反映在图2-6中）调查，矿坑涌水量相对上一年又有了显著的减少，即北矿带涌水量由2004年的4680 m3/d下降到2933 m3/d，南矿带涌水量则从7140m3/d下降到3891m3/d。由此可见，直至2005年矿坑涌水量仍处于下降状态中，而且幅度还相当大。在短时期内，这种“稳定在现有水平或略有下降的总趋势”仍将继续。但是，随着深部挖潜工作的开展，采矿深度的不断加大，矿坑疏干排水必将进一步加大矿区地下水与外界的水源的水力联系，矿坑涌水量不可避免地将会加大。近几年的矿坑涌水量减少主要地还是由于矿区静储量的大量释放，以此认为，将来矿坑涌水量的变化更多取决于矿区开采深度的不断加大而引起的动储量的增加。第三章XX铜矿三维地质结构模型建立三维地质结构模型，能够更加清楚的认识研究区的地质、水文地质条件，便于水文地质概念模型的建立，并且可以为下步建立地下水流数值模拟模型提供各个含水层的顶底板高程数据。三维地质模型范围见图3-1。北边界为纱帽组与罗惹坪组岩层分界，西南部以大冶页岩为边界，东南部则以坛山坳向斜南翼为界，西部以严家畈-宋家湾地表-地下分水岭处为界，东部为赤湖边界。选择此范围作为三维地质模型的边界也是充分考虑了水流模型模拟范围为一个相对较完整的水文地质单元。图3-1 三维地质模型范围第一节钻孔及剖面图本次共收集到钻孔131个，剖面图32幅，均分布于南北矿带附近。因此对于模拟范围内钻孔数据较少的区域，结合1:50000地质图瑞昌图幅、1:5000XXXXXXX铜矿区水文地质图及XX瑞昌XX矿区铜矿详细勘探地质报告等，分别设置虚拟