地质百科全书-第八篇 矿床水文地质.pdf

“ “ “ “ 第八篇 矿床水文地质 第一章地下水文基础 自然界中的水， 存在于大气中、 地壳表面和地壳内。大气中的水呈水蒸气及云、 雾、 雨、 雪和冰雹等形态存在于空气中。地壳表面的水分布在河流、 湖泊和海洋中， 或呈冰雪 覆盖于高山顶部。地壳里的水， 存在于岩土空隙中， 也有气态、 液态和固态等三种不同的 形态。大气中的水叫做大气水， 地壳表面的水叫做地表水， 地壳内的水则叫做地下水。 专门研究地下水的成因、 分类、 物理性质、 化学成分及其运动规律的科学称为水文地质 学。因此， 常把与地下水有关的问题称为水文地质问题； 把与地下水有关的地质条件称 为水文地质条件。 地下水和地表水、 大气降水之间存在着密切的联系， 构成自然界的水循环 地表水和 地下水受到太阳辐射热力的作用， 蒸发变成水蒸气上升到大气中， 当其遇冷就凝结变成 雾、 雨、 雪、 冰雹等， 由于地心引力作用， 重新降落到地壳表面， 其中一部分沿着岩土空隙 渗入到地下， 形成地下水。地下水除少部分蒸发到大气中外， 丈部分沿岩土空隙在地下 流动， 最终也是注入到地表水体里。因此， 研究地下水的活动规律， 或解决采矿过程中遇 到的地下水问题时， 不能脱离开自然界中的水循环， 即不能脱离开大气降水和地表水。 第一节地下水的赋存状态 一、 岩土的空隙性 岩土中的空隙是地下水存在的环境， 环境的好坏， 即岩石空隙的大小、 多少、 联通程 “ 第一章地下水文基础 度和分布状况等决定地下水的存在和运动规律。根据岩土空隙的成因和结构的不同， 岩 土的空隙可分为三种类型 孔隙、 裂隙和岩溶溶洞。 “ 孔隙土 （黏土、 砂土、 砾石等） 和碎屑岩等沉积岩， 其中的颗粒和颗粒集合体间存 在着空隙， 这种空隙称为孔隙。 不同岩土孔隙的大小和多少不一样。较粗颗粒组成的岩土具有较大的孔隙， 但孔隙 的数量较少。常用孔隙度 （ ） 表示孔隙的发育程度， 孔隙度为孔隙体积 （ “）与包括孔 隙在内的岩石总体积 （ “） 之比， 以小数或百分数表示。 其表示式如下 “ “ 或 “ “ 2 、 0 （,0; 0,） ;0 总矿化度单位体积水中所含有的离子、 分子和各种化合物 （不包括游离状态的 气体） 的总量称为水的总矿化度， 以- 第八篇矿床水文地质 量来表示， 但应注意， 由于部分物质在蒸发时挥发跑掉以及某些含水盐类的生成， 干涸残 余物重量亦不能确切地代表水的总矿化度。一般的地下水总矿化度多在 “ 0 1 “,4“004“ 总计20“,0“’0’5 .0“4,“’55. ;“ -/ ,1A,/5-.2 根据水分析的结果， 还要对地下水进行定名， 确定其水化学类型。目前我国确定水 化学类型是在库尔洛夫公式的基础上进行的， 即按阴、 阳离子中毫克当量“型水） 。 . 地下水的水质评价由于不同地下水的化学成分及其所反映的物理性质都不一 样， 因而不同地下水的用途也不一样， 如有的可以饮用， 有的可作为工业用水。由于地下 水的化学成分含量不同， 水则可能对金属或混凝土产生侵蚀作用， 等等。 （,） 饮用水的水质评价地下水存在于自然环境中， 如天然状态下， 水中存在有害物 质或缺乏某些人体所需的物质时， 称这类问题为第一环境地质问题； 由于人为因素污染 了地下水， 使水中存在着有害的物质， 称这一类问题为第二环境地质问题或次生环境地 质问题。随着科学技术的发展， 矿山环境水文地质问题逐渐被人们所认识。如饮用水中 缺碘， 易发生甲状腺肿大病。地下水中矿化度低， 尤以钙和硫酸根离子含量普遍偏低时， 人们长期食用后易发生大骨节病或克山病。根据目前统计， 工农业使用的 ,/// 种有毒 的化合物中， 毒性最大的 （称为当前危险的污染物） 有两类 重金属和难分解的有机物。 污染水源的重金属中有汞、 镉、 铅、 铬、 钒、 钴、 钡等， 其中汞、 镉、 六价铬的毒性最大， 铅、 -5,, 第八篇矿床水文地质 钒、 钴、 钡等亦有一定的毒性， 此外砷亦常与以上的重金属一起形成危害。危害性最大的 难分解有机物是有机氯化合物和多环有机化合物。酚也是一种有毒性化合物， 如摄人人 体内会慢性中毒。因此选用地下水作为饮用水水源时， 一定要严格的按照国家卫生部颁 布的生活饮用水卫生规程进行检验， 以防地下水中有毒的物质等对人体的危害。 根据国家卫生部颁布的生活饮用水卫生规程规定， 饮用水在物理性质方面要求无 色、 透明、 无嗅、 无味， 温度以低些为宜， 最高也不能超过当地的平均气温。在化学成分 上， 要求各种离子的含量及矿化度都低， 即总矿化度不超过 “““ *’3 时， 其 体积增大 8““。因此使混凝土构筑物结构胀松而破坏。 水对混凝土侵蚀性鉴定标准请查阅冶金工业建设工程地质勘察技术规范。 地下水化学成分的分析应用较广， 除用于评价外， 还可用它来研究矿坑水的来源及 水化学找矿等。 0/ 第一章地下水文基础 第三节地下水的分类及各类地下水的特征 地下水存在和运动于岩石的空隙中。由于各地区的自然地理因素和地质条件的不 同， 必然会影响到地下水的化学成分、 物理性质、 循环条件及其动态变化等。为了便于掌 握地下水的各方面的特征， 在生产实践中更合理地利用地下水和有效地防治它的危害， 对地下水进行分类是很有必要的。近年来我国水文地质工作者， 根据我国地下水各方面 的特征， 采用了按埋藏条件和含水层空隙性质的综合分类 （表 “ “ ） 。 表 “ “ 按埋藏条件和含水层空隙性质的地下水分类表 按埋藏条件 按含水层空隙性质 孔隙水 （疏松沉积层孔隙中的水） 裂隙水 （坚硬基岩裂隙中的水） 岩溶水 （岩溶化岩石中的水） 上层滞水 包气带中局部隔水层上的水， 主要是季节性存在 坚硬基岩风化壳中季节性存在 的水 垂直渗入带中季节性及经 常性存在的水 潜水 坡积、 冲积、 洪积、 湖积、 冰碛和 冰水沉积层中的水。当经常出露 或十分接近地表时， 成为沼泽水。 沙漠及滨海砂丘中的水 坚硬基岩上部裂隙中的水裸露岩溶化岩层中的水 承压水 （自流水） 疏松沉积物构成的向斜和盆地 自流盆地中的水。 疏松沉积物构成的单斜和山前 平原自流斜地中的水 构造盆地或向斜中基岩的层状 裂隙水。 单斜岩层中层状裂隙水， 构造 断裂带及不规则裂隙中的深部水 构造盆地或向斜中岩溶化 岩层中的水。单斜岩溶化岩 层中的水 首先按地下水埋藏条件划分为上层滞水、 潜水和承压水 （自流水） 三类； 其次按含水 层空隙性质的不同， 又分为孔隙水、 裂隙水和岩溶水三类。通过两种分类的不同组合， 便 可以得出九类不同特征的地下水， 如孔隙上层滞水、 裂隙潜水、 岩溶承压水， 等等。 上层滞水、 潜水和承压水， 无论从水质、 水量、 运动性质、 动态变化、 补给排泄条件及 其在利用和防治方面来看， 都有明显的差别， 而产生差别的原因主要是埋藏条件的不同。 所以， 按照埋藏条件作为地下水分类的标志， 无论在实用和理论上来说， 都是比较适用 第八篇矿床水文地质 的。 孔隙水主要是存在和运动于松散岩石， 即未完全胶结和未胶结的砂、 砾石和粘性土 的孔隙中； 裂隙水存在和运动于坚硬岩石的裂隙中； 岩溶水存在和运动于可溶性岩石的 溶洞中。这些地下水在我国均有广泛的分布， 同时从孔隙水、 裂隙水和岩溶水的特征及 水质、 水量上看， 也存在一定的差别。因此将孔隙水、 裂隙水和岩溶水单独划分出来也是 必要的。 一、 按埋藏条件分类的各类地下水特征 “ 上层滞水它是埋藏在离地表不深， 包气带中局部隔水层上的重力水 （图 ） 。 图 上层滞水和潜水示意图 地面； ““’ 潜水面； 隔水层面； 基准面； 潜水埋藏深度； 含水层厚度； ’潜水位 上层滞水一般分布不广。季节性存在， 雨季出现， 干旱季节即告消失， 其动态变化与 气候及水文因素的变化密切相关。由于上层滞水距地表近， 直接受降雨补给， 补给区与 分布区一致。一般只有当包气带厚度较大时， 上层滞水才易出现， 当其下部隔水层范围 较广时， 上层滞水存在时间也较长。 上层滞水通常在包气带中的孔隙、 裂隙或岩溶溶洞内， 具有局部隔水层 （粘性土透镜 体） 上形成， 因其范围有限， 厚度小， 水量少， 季节性存在， 一般只能作小型或暂时性供水 水源， 对采矿来说几乎没有影响。 ’“ 潜水它是埋藏在地表以下第一个稳定隔水层上具有自由水面的重力水 （图 ） 。 （） 潜水的特征潜水在自然界分布极广， 一般埋藏在第四纪松散沉积层的孔隙、 坚 第一章地下水文基础 硬基岩的裂隙及可溶岩的岩溶溶洞内。潜水的自由表面称为潜水面， 潜水面至地表的距 离称为潜水埋藏深度， 自潜水面至隔水层顶面的距离叫潜水含水层厚度， 潜水面上任一 点的标高叫该点的潜水位 （图 “ “ ） 。 潜水面以上一般无隔水层存在， 含水层可通过包气带与地表相联通， 因此， 大气圈和 地表的各种气象、 水文条件的变化可以直接影响到潜水的动态变化。潜水主要由大气降 水、 凝结水和地表水补给， 在大多数情况下， 补给区与分布区一致。由于潜水具有自由水 面， 不承受静水压力， 为无压水， 它只能在重力作用下， 由潜水位较高处向潜水位较低处 流动。 潜水被人们广泛地利用， 一般的水井就打在潜水层中， 这是因为潜水距地面较近的 缘故， 另一方面， 它却容易受到人为因素的污染。对于采矿来说， 潜水是矿坑充水的重要 水源之一， 必须引起重视。 （） 潜水面的形状潜水在重力作用下流动的结果， 使潜水面具有一定的坡度， 形成 了不同形状的潜水面。潜水面的坡度变化很大， 一般情况下与地形变化一致， 但潜水面 的坡度一般总小于地面坡度。如果潜水面是倾斜的， 潜水就发生流动， 称为潜水流 （图 “ “ ） ； 当潜水面成水平时， 潜水处于静止状态称为潜水湖 （图 “ “ ’） 。 图 “ “ 潜水流 砂； 含水砂； 粘土； 泉 图 “ “ ’潜水湖 潜水面； ““隔水层面 砂； 含水砂； 粘土 潜水面的形状用潜水等水位线图表示 （图 “ “ ） 。潜水等水位线图是根据潜水面 第八篇矿床水文地质 上各点的标高编制而成的等值线图。由于潜水面是随时间而变化的， 所以在编制潜水等 水位线图时， 必须利用同一时间测量的水位资料。在一个地区， 最好能分别编制潜水高 水位时期和低水位时期两张等水位线图。 图 “ “ 潜水等水位线图 （比例尺 ） 及水文地质剖面图 （’’剖面线） 图中箭头表示潜水流向和河水流向 根据等水位线图可解决下列问题 ） 确定潜水流向 地下水的流向为垂直等水位线的方向， 由高水位流向低水位， 如图 “ “ 中箭头所示。 ） 确定潜水的水力坡度 潜水面的平均水力坡度， 是一向量， 方向与流向一致， 大小 等于单位流径长度上的水位下降值。、 “ 两点间平均水力坡度为 * “ , 。 必须注意， “ 之间的水流所流经的长度并不等于 “ 的水平距离， 而是 “ 的斜 距， 只有 “ 水平距离和斜距夹角无限小时， 其水平距离和斜距才能趋于相等。而在自 然界潜水面坡度通常很小， 故一般可忽略该误差， 因此利用水平距离求水力坡度。如图 “ “ 中， “ 段内潜水面的平均水力坡度 * - “ * ./ 在特殊情况下， 如坡度陡峻的山区， 则不可忽略。 - 第一章地下水文基础 ） 确定潜水与地表水间的关系 在河流附近编制等水位线图可根据河水和潜水流向 确定其补给关系。如图 “ 所示。 图 “ 地表水 （河流） 与潜水之间的相互关系 （） 潜水补给河水；（’） 河水补给潜水；（） 左岸河水补给潜水， 右岸潜水补给河水 ） 确定潜水埋藏深度 将地形等高线和等水位线绘于同一张图纸上， 等水位线与地 形等高线相交之点， 二者高度之差即为该点潜水的埋藏深度。 *） 确定引水和排水工程的位置 如水井应布置在地下水流汇集的地方， 排水沟 （截水 沟） 应布置在垂直水流的方向上。 （） 潜水的补给、 迳流和排泄条件潜水与大气降水及地表水之间的联系最为密切， 大多数地区的潜水补给来源是降水和地表水， 有时承压水也能补给潜水。 一般说来， 大气降水的渗入是潜水的主要补给来源。当大量降雨或融雪渗入后， 含 水层中水量迅速增加， 表现为潜水位的上升。但大气降水补给潜水的数量与降水性质、 植物覆盖、 地形、 包气带厚度及岩石透水性等密切相关。通常当降水时间长， 强度适中； 或是植物覆盖层发育、 地形坡度较缓， 即不易形成地表迳流沿地面流走， 也不致很快蒸发 时， 有利于降水的渗透和潜水的补给， 反之则不利。同样， 当大气降水渗入地面后， 如包 气带的厚度不大， 透水性好时， 则大部分降水都能补给潜水， 反之则少。 除大气降水补给潜水之外， 在某些情况下， 地表水也是潜水的补给来源之一， 这种情 况多半见于大河的下游地区和河流中、 上游的洪水期间， 如图 “ “ 所示。地表水补 给潜水的水量决定于河水水位与潜水水位的高差、 洪水的延续时间、 河流的流量及含水 层的透水性等。 在较少的情况下， 承压水也能补给潜水。这种情形多半发生在构造断裂带， 或是隔 水层尖灭而承压水隔水顶板形成 “天窗” 处。当潜水含水层分布于承压水排泄区之上， 承 压水位高于潜水位时， 承压水将通过断裂带或 “天窗” 补给潜水。 潜水总是沿着一定方向由高水位向低水位处流动， 最后在地形低洼的地区以下降泉 形式出露于地表或直接补给地表水， 从而结束其迳流过程。另外， 潜水在迳流过程中要 第八篇矿床水文地质 受到不断的蒸发， 以致在一些干旱地区， 由于蒸发作用强烈， 潜水还没有来得及出露地表 即全部消耗于蒸发。潜水以泉的形式露出地表， 补给地表水及消耗于蒸发， 都是潜水排 泄的形式。前二者为水平方向排泄， 后者为垂直方向的排泄。水平方向排泄由于水分与 盐分一起排泄， 一般只引起水量的差异； 而垂直方向的排泄只排泄水分而不排泄盐分， 结 果引起潜水的浓缩， 矿化度升高。 图 “ “ 河流补给地下水 （） 河流中上游地段潜水与地表水相互补给关系 （高水位为洪水期水位， 低水位为枯水期水位） ； （） 河流下游地表水补给潜水 （箭头代表潜水流向） 影响潜水迳流、 排泄条件的主要因素是地形的切割程度、 含水层的岩石性质和气候 条件。通常地面坡度越大， 切割越甚时， 迳流条件也就越好， 因此山区和河流中、 上游地 区潜水的迳流条件要比平原和河流下游地区好。山区和河流中、 上游地区潜水埋藏较 深， 不利蒸发， 经常补给河流， 以水平排泄为主。而在平原和河流下游地区， 潜水的迳流 条件就比较差， 埋藏也较浅， 易受蒸发， 以垂直排泄为主。 潜水的补给、 迳流和排泄的全过程就是潜水的形成发展过程。了解这一过程， 对于 在采矿时， 防治潜水的危害与对它的利用是很重要的。 ’ 承压水 （自流水） 承压水是充满于两个隔水层间的重力水， 又称为自流水。 （） 承压水的形成和特征承压水的形成主要决定于地质构造条件。在适当的地质构 造条件下， 无论孔隙水、 裂隙水和岩溶水都可以形成承压水。最适宜形成承压水的构造 条件有向斜 （或盆地） 构造和单斜构造。 在向斜 （或盆地） 构造中， 含水层介于顶、 底板隔水层之间， 并出露于向斜构造的两翼 （图 “ “ ） ， 其中位置较高的一翼 （图 “ “ 中 ） ， 接受大气降水或地表水的渗透补 给， 这里称为补给区。渗入的水沿着含水层流动， 在较低的另一侧 （图 “ “ 中 “） 以泉 的形式出露于地表， 或者补给潜水或地表水， 这里称为排泄区。补给区和排泄区之间， 地 下水充满整个含水层， 亦承受静水压力， 这里称为承压区 （图 “ “ 中 ） 。当钻孔打穿 含水层顶板时， 承压水便涌入孔内， 此点标高称为初见水位。但水位上升到一定高度后 第一章地下水文基础 稳定， 此时的水位标高称为测压水位或静止水位。当孔口位置低于测压水位时， 则承压 水可喷出地表， 因此又称承压水勾自流水。如将钻孔套管接长， 则水位仍可在管中稳定， 并可测得其测压水位。如果将图 “ “ 中不同位置的测压水位连线， 该线就是承压含 水层的测压水位线。从某点测压水位到含水层顶板的垂直距离叫承压水头。含水层顶 面与底面的垂直距离称为含水层的厚度， 如图 “ “ 所示。 图 “ “ 自流盆地构造图 补给区； “承压区； 排泄区 隔水层； 含水层； 喷水钻孔； ’不自喷钻孔； 地下水流向； 测压水位； *泉； 承压水头； 含水层厚度 上述形成承压水的向斜或盆地构造在水文地质中称为自流盆地。 适于承压水形成的单斜构造称为自流斜地。自流斜地的形成有两种情况。一种为 断块构造， 即单斜含水层的上部出露地表， 为补给区， 下部为断层所切， 如断层带是透水 的， 则各含水层将通过断层发生水力联系或通过断层以泉水的形式排泄于地表， 成为承 压含水层排泄区。此时承压区介于补给区和排泄区之间 （图 “ “ ,） ， 与自流盆地相 同。如果断层带是隔水的， 则含水层的补给区接受来自地表水或大气降水的补给， 当补 给量超出含水层可能容纳的水量时， 在含水层出露地带的低洼处呈泉水出露于地表， 形 成排泄区， 即承压水含水层的补给区与排泄区是邻近的， 位于同一地段 （图 “ “ -） ， 而承压含水层， 即承压区位于另一地段。这是自流斜地形成的第一种情况。 另一种情况是含水层岩性发生相变， 含水层的上部出露地表， 下部在某一深度处尖 灭， 即变成不透水层 （图 “ “ ） ， 则含水层的补给区与排泄区处于同一地段， 接受降水 与地表水的补给， 并排泄含水层中的承压水， 而承压区则位于另一地段， 形成承压水的分 布区。这是自流斜地的第二种情况。 自流盆地和自流斜地在我国分布很广， 根据地质时代及岩性的不同可分为两类 一 类为第四纪松散沉积层所构成的自流盆地和斜地， 广泛分布于山间盆地和山前平原中； ’’ 第八篇矿床水文地质 另一类为第四纪以前的坚硬基岩所构成的自流盆地和斜地。无论是那种类型的承压水 构造， 一般都储存有丰富的地下水， 对供水来说， 它是极好的水源， 而对于采矿来说， 特别 是岩溶承压水， 常常构成严重的威胁。 图 “ “ 断块构造形成的自流斜地 隔水层； 含水层； 地下水流向； ’不导水断层； 导水断层； 泉 图 “ “ 岩性变化形成的自流斜地 隔水层； 含水层； 地下水流向； ’泉水 从上述的形成条件中， 可以看出承压水有如下特征 由于承压水含水层与地表之间 存在有不透水层相隔， 因此承压水受地面气候影响较小， 动态变化比较稳定， 水质不易受 到污染， 补给区与分布区不一致； 由于承压水充满于两个隔水层之间， 承受静水压力， 其 压力大小由测压水位决定， 承压水的运动是由测压水位高的地方流向侧压水位低的地 方。 当地下水没有充满两个隔水层之间时， 称为无压层间水。其特征除具有自由水面而 不承压外， 基本上与承压水特征相同。 （） 承压水的补给、 迳流和排泄条件承压水的补给来源一般为大气降水， 只有当其 补给区位于河床地带或潜水含水层下时， 才能接受地表水和潜水的补给。承压水的排泄 ’ 第一章地下水文基础 可以向潜水排泄， 也可在河谷中或沿断层带以泉的形式排泄， 有时通过断层使几个含水 层互相联通， 形成水力联系。承压水在地形合适的条件下， 可以形成较好的地下迳流。 其迳流条件与含水层产状、 透水性、 补给区与排泄区的高差等有关。承压水含水层的涌 水量可以有很大差别， 其大小与含水层的分布范围、 厚度、 透水性和水的补给来源等因素 有关。一般情况下， 如含水层分布面积广、 厚度大、 透水性好、 水的来源充足， 水量就丰 富， 动态亦较稳定。 （） 承压水的等水压线图承压水等水压线图就是承压水测压水位等值线图 （图 “ ） 。它的编制方法与潜水等水位线图相似。但由于承压水含水层一般埋藏深度较 大， 要得到含水层在各点的测压水位， 较潜水位的测定要困难得多， 因此等水压线图不像 潜水等水位线图应用得那样广， 一般只对于主要的含水层才进行编制。 图 “ 承压水等水压线图 （比例尺 ’’’） 承压水流向； 地形等高线； 等水压线； 含水层顶板等高线； 钻孔 根据此图可以测定承压水的流向， 承压水的水力坡度及每一点的承压水位。除此之 外， 等水压线图还为矿井设计或矿床疏干提供降低水头的数据。 二、 按含水层空隙性质分类的各类地下水特征 孔隙水孔隙水存在于松散岩层的孔隙中， 这些松散岩层包括第四系及部分第三 系沉积岩和坚硬基岩的风化壳。孔隙水的存在条件和特征取决于岩土的孔隙情况， 因为 岩土孔隙的大小和多少， 不仅关系到岩土透水性的好坏， 而且也直接影响到岩土中地下 水量的多少， 以及地下水在岩土中的运动条件和地下水的水质。一般情况下， 颗粒大而 均匀， 则含水层孔隙也大， 透水性好， 地下水水量大， 运动快， 水质好； 反之则含水层孔隙 * 第八篇矿床水文地质 小， 透水性差， 地下水运动慢， 水质差， 水量也小。 孔隙水由于埋藏条件的不同， 可形成上层滞水、 潜水或承压水， 即分别称为孔隙上 层滞水、 孔隙潜水和孔隙承压水。 “ 裂隙水埋藏在基岩裂隙中的地下水称为裂隙水。它主要分布在山区和第四系 松散覆盖层下面的基岩中， 裂隙的性质和发育程度决定了裂隙水的存在和富水性， 因此 在研究裂隙水时， 应首先对裂隙水存在的空间裂隙进行研究。岩石的裂隙按成因可分 为风化裂隙、 成岩裂隙和构造裂隙三种类型， 相应地也将裂隙水分为三种， 即风化裂隙 水、 成岩裂隙水和构造裂隙水。 （） 风化裂隙水是赋存在风化裂隙中的水。风化裂隙是由岩石的风化作用形成 的， 其特点是广泛地分布于出露基岩的表面， 延伸短， 无一定方向， 发育密集而均匀， 构成 彼此连通的裂隙体系， 一般发育深度为几米到几十米， 少数也可深达百米以上。风化裂 隙水绝大部分为潜水， 具有统一的水面， 多分布于出露基岩的表层， 其下新鲜的基岩为含 水层的下限 （图 ） 。风化裂隙水的补给来源主要为大气降水， 其补给量的大小受 气候及地形因素的影响很大， 气候潮湿多雨和地形平缓地区， 风化裂隙水较丰富， 一般可 做饮用水。 图 风化裂隙中的潜水 风化裂隙； 潜水水位； 泉水 （） 成岩裂隙水成岩裂隙为岩石在形成过程中所产生， 一般常见于岩浆岩中。喷 出岩类的成岩裂隙尤以玄武岩最为发育， 这一类裂隙无论在水平或垂直方向上， 都较均 匀， 亦有固定层位， 彼此相互连通。侵入岩体中的成岩裂隙， 通常以其与围岩接触的部分 最为发育。而赋存在成岩裂隙中的地下水称为成岩裂隙水。 喷出岩中的成岩裂隙常呈层状分布， 当其出露地表， 接受大气降水补给时， 形成层状 潜水。它与风化裂隙中的潜水相似。所不同的是分布不广， 水量往往较大， 裂隙不随深 度减弱， 而下伏隔水层一般为其他的不透水岩层 （图 ’） 。 ’ 第一章地下水文基础 图 “ “ 玄武岩成岩裂隙中的潜水 玄武岩； 泥岩； 泉水 侵入岩中的裂隙， 特别是在与围岩接触的地方， 常常由于裂隙发育而形成富水带 （图 “ “ ’） 。 图 “ “ ’侵入岩接触带裂隙水 石灰岩； 变质岩； 花岗岩； 泉水 成岩裂隙中的地下水水量有时可以很大， 无论在疏干和利用上， 皆不可忽视， 特别是 在开采金属矿床时， 更应予以重视。 （） 构造裂隙水构造裂隙是由于岩石受构造运动应力作用所形成的， 而赋存于其中 的地下水就称为构造裂隙水。由于构造裂隙较为复杂， 构造裂隙水的变化也较大， 一般 按储存地下水的裂隙分布的产状， 又将构造裂隙水分为层状裂隙水和脉状裂隙水两类。 层状裂隙水埋藏于沉积岩、 变质岩的节理及片理等裂隙中。由于这类裂隙常发育均 匀， 能形成相互连通的含水层， 具有统一的水面， 可视为潜水含水层。当其上部为新的沉 积层所覆盖时， 就可以形成层状裂隙承压水。 脉状裂隙水往往存在于断层破碎带中， 通常为承压水性质， 在地形低洼处， 常沿断层 带以泉的形式排泄。其富水性决定于断层性质、 两盘岩性及次生充填情况。经研究证 明， 一般情况下， 压性断层所产生的破碎带不仅规模较小， 而且两盘的裂隙一般都是闭合 的， 裂隙的富水性较差。当遇到规模较大的张性断层时， 两盘又是坚硬脆性岩石， 则不仅 破碎带规模大， 且裂隙的张开性也好， 富水性强。如河北某铁矿中曾遇到张开性强的大 断层， 破碎带宽达 左右， 其两盘均属震旦系灰岩、 石英岩及矽质页岩等脆性岩石。当 第八篇矿床水文地质 坑道掘进到破碎带时， 突然涌水， 最大涌水量达 ““““ 以上， 并夹带有岩石碎屑。由 此可见； 断层性质不同， 对透水性的影响很大。 在断层破碎带规模大， 张开性好， 亦有经常性补给水源时， 就可能成为涌水量大而稳 定的富水带， 给矿床开采造成威胁。但如断层连通性不好， 又无经常性补给水源时， 其水 量往往不大， 即使在采矿时遇到这类断层， 开始时涌水可能较大， 但不久就会逐渐减少以 至枯竭。因此， 研究断层破碎带的富水性对采矿工作具有很大意义。 ’岩溶水 “岩溶” 是发育在可溶性岩石地区的一系列独特的地质作用和现象的总 称。也称它为喀斯特。独特的地质作用包括地下水的溶蚀作用和冲蚀作用， 而独特的地 质现象， 就是由这两种作用所造成的各种溶洞和溶蚀地形等。埋藏于溶洞中的重力水称 为岩溶水或称喀斯特水。也称溶洞水。 可溶性岩石 主要是石灰岩、 大理岩和白云岩等碳酸盐类岩石， 其分布遍及全国。 在地质时代方面， 自前震旦纪到第三纪均有沉积。因此， 我国岩溶水的分布相当普遍。 对岩溶水的研究， 不论是对合理的利用或防治其危害， 都具有重要的意义。 根据研究可知， 岩溶的发育必须具备如下条件 有可溶性岩层存在； 运动于可溶性岩 层中的水具有侵蚀性； 同时水是不停地流动的。缺少上述任何一项， 岩溶都不能产生。 如果岩石的溶解度越大， 透水性越好， 水的侵蚀性越大， 水交替越强烈， 则岩溶也越发育。 在岩溶化岩层中的地下水， 可以是潜水， 也可以是承压水。一般说来， 在裸露的石灰 岩分布区的岩溶水主要是潜水； 当岩溶化岩层为其他岩层所覆盖时， 岩溶潜水可能转 变为岩溶承压水。这种情况在某些矿区是存在的， 如广东的某铜矿第三个含水层就是 中石炭系黄龙大理岩、 石灰岩岩溶承压含水层。 岩溶的发育特点也决定了岩溶水的特征。其主要特点是岩溶水水量大、 运动快、 在 垂直和水平方向上都具有分布不均匀的特性。此外， 岩溶水， 特别是岩溶潜水的动态变 化显著。这是因为岩溶溶洞较其他岩石中的孔隙、 裂隙要大得多， 降水易于渗入， 以至在 岩溶强烈发育的地区， 即使是暴雨也很难形成地表迳流， 降水几乎全部渗入地下。一般 在岩溶比较发育的地区， “ * “的降水渗入地下是很常见的。岩溶溶洞不仅迅速接 受降水渗入， 而且岩溶水在溶洞或暗河中运动也很快， 动态变化受气候影响显著， 水位年 变化幅度有时可达数十米之差， 这是由于岩溶水迳流畅通， 由高处向低处迅速排泄的结 果。因而岩溶水埋藏很深， 在高峻的岩溶山区常缺少地下水露头， 甚至连地表水也没有， 造成缺水现象。而大量岩溶水都以地下迳流的形式流向低处， 在谷地或是非岩溶化岩层 接触处， 以成群的泉水出露地表， 水量可达数百升秒， 甚至数米秒。 岩溶水的化学成分变化也大， 在迳流强烈、 涌水量大的地区多为重碳酸 （,-. / ） 型 0 第一章地下水文基础 水， 在深部迳流微弱的地区则可能出现硫酸 （“ ） 型或氯化物硫酸 （’“ ） 型水。 因为岩溶水一般水量大、 水质好， 可作大型供水水源， 另一方面它对采矿来说有着严 重的威胁。 第四节矿区 （矿床） 水文地质图 一、 矿区 （矿床） 水文地质图的概念 根据国家颁布的矿区水文地质工作规范规定， 矿区 （矿床） 水文地质图的比例尺与一 般的矿区地质图比例尺相同， 为 *** ****。该图一般应反映下列主要内容 ） 地层 （突出矿层、 顶底板隔水层和主要含水层） 的埋藏及其水文地质特征、 含 （蓄） 水构造 （汇水条件） ； 地下水类型及其补给、 迳流和排泄情况。 ） 控制矿区地下水形成和运动的各种断裂构造形迹及其透水与富水特征； 有关的自 然地理和构造地质现象， 岩溶发育规律及其含水情况。 ,） 开采后可能或已发生的与矿床地下水有关的问题 （如河水漏失或河道衬砌地段； 供水淹没及排水影响范围等） ； 动态观测点的位置及其特征值； 坍陷范围的预测。 ） 矿坑充水 （因素） 预测分区。可依据主要充水因素、 极限涌水量、 可能突水地段及 防止改造措施等进行划分。 -） 必要的探、 防水与疏干措施的建议。如为生产矿区， 还要表示出主要坑道的分布， 突 （涌） 水点及出水量、 疏干范围、 崩落及地表坍陷、 水质变化、 老窿充水情况等。 .） 某些必要的水化学成分资料。 /） 一定量的实际资料和地形地物。 从上述编制的内容可以看出， 矿区 （矿床） 水文地质图是一张大比例尺的综合性的图 件。如果同时编制有其他一些辅助性图件时， 则这张图的内容可以简化， 并可编成一套 图。其中这些辅助图有 地下水等水位 （压） 线图、 长期观测综合曲线图、 地下水化学类型 或离子分布图、 裂隙或溶洞发育规律图、 老窿分布图、 顶底板等厚线图、 坍陷范围图、 第四 纪地质图及地貌图等等。 矿区水文地质剖面图是矿区水文地质图不可缺少的、 附图， 它的比例尺按照国家规 范规定， 一般与地质剖面图的比例尺相同， 为 *** -***。剖面线位置及方向的选 *- 第八篇矿床水文地质 择应能说明全矿区内水文地质条件的主要特征为原则， 并尽可能和勘探钻孔控制性测水 点结合起来。应表示的主要内容与矿区水文地质图所要表示的主要内容一致。 二、 矿区水文地质图的阅读 矿区水文地质图的读图步骤与地质图的读图步骤大致相同。读图时首先看图名、 比 例尺和图例， 因为图名反映了图幅的地区和图的类型， 比例尺告诉我们缩小的程度和精 确程度， 而图例是帮助我们了解本图所要表现的全部地层和符号。然后再开始对矿区水 文地质图的主要内容进行分析和阅读。其阅读的顺序如下 ） 图内一般内容的阅读 它包括自然地理状况、 地层、 岩性和地质年代、 地质构造等。 “） 图内水文地质条件的阅读 它包括地下水的类型， 各类地下水的补给、 迳流和排泄 情况等。 ） 影响采矿的不良工程地质现象。 ） 了解矿床水文地质及工程地质条件的复杂程度。 下面以华岭矿区水文地质图 （图 ’） 为例， 介绍矿区水文地质图的阅读。 图内一般内容的阅读 （） 自然地理状况华岭矿区位于阳河的河谷平原中， 其海拔绝对标高不超过 * 米。在矿区以南和矿区西北部为丘陵地带， 其最高海拔标高为 *。阳河顺着东西方 向由东向西流经矿区北部， 为该矿区的侵蚀基准面， 矿床全部位于侵蚀基准面以下。在 矿区西边， 有柏树河注入阳河。矿区南边有人工河由东往西注入柏树河， 这条人工河是 截断以前流经露天矿坑的几条小河而开挖的。 （“） 地层、 岩性和地质年代从图例、 平面和剖面图上看， 矿区基底是太古代片麻岩， 表 面风化裂隙发育。其上为老第三纪地层， 它的底部由凝灰质的砂岩、 砾岩、 页岩及玄武岩组 成， 露天矿的南帮就是由这些岩石构成的， 它们的裂隙发育， 含水， 厚度约 *； 中部为矿层， 厚度达 **， 即为开采矿体； 矿体的上部由泥质页岩、 油页岩和绿色、 灰绿色的灰质页岩组 成， 其厚度约为 *， 其中泥质页岩、 油页岩裂隙不发育， 而灰质页岩裂隙发育， 含水。分布 在阳河流域的冲积层， 为第四纪松散的砾石、 粗、 细粒的砂， 以及冲积亚粘土组成， 其厚度约 十几米。在露天矿南面的丘陵北麓， 有坡积含碎石的亚粘土分布， 其中含有潜水。 （） 地质构造条件从剖面图上看， 整个矿区是一个巨大的向斜， 其中向斜北翼被逆 断层所切， 使老第三纪的地层与太古代片麻岩直接接触， 断层破碎带含水。而向斜的南 翼未受破坏， 保持完整， 其倾角约为 “*,- *,。