矿床水文地质与工程地质条件

出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《制盐工业手册》第561页（4894字）

(一)矿床水文地质条件

矿床水文地质条件一般包括地表水和地下水的分布、埋藏情况、水质和水量及其补给、运动和排泄条件等。查明矿床水文地质条件，可以预测岩盐矿床开采后可能引起的地下水动态变化，以便采取相应措施，选择合理的开采方法，进行坑道或钻井施工和确保盐矿安全开采。

1．径流 降落到地表的水在重力作用下沿地表或地下流动的水流。可分为地表径流和地下径流，两者联系密切，经常互相转化。

水系和流域：汇注于某一干流的全部河流的总体构成一个地表径流系统，叫做“水系”。一个水系的全部集水区域，称为该水系的“流域”。

2．岩石的空隙 一般有3种类型：孔隙、裂隙和溶穴。

(1)孔隙 岩石颗粒或颗粒集合体之间的空隙。

(2)裂隙 坚硬的岩石在各种应力作用下破裂变形产生的缝隙。按成因可分为三类：风化裂隙——岩石在风化营力作用下破坏产生的裂隙，主要分布在地表附近；构造裂隙——岩石在构造变动中受力而产生的裂隙，如节理、断层；成岩裂隙——岩石在成岩过程中冷凝收缩(岩浆岩)或固结干缩(沉积岩)而产生的裂隙。

(3)溶穴 指可溶性沉积岩(如石盐岩、石膏岩、石灰岩和白云岩等)在地下水溶蚀下产生的空洞(喀斯特)。

3．岩石的水理性质 主要有容水度、含水量、持水量、给水度和透水性等。

(1)容水度 岩石完全饱水时所能容纳的最大水体积与岩石总体积的比值，可用小数或百分数表示。一般说来，容水度在数值上与孔隙度(裂隙率、岩溶率)相当。但对于具有膨胀性的粘土，充水后体积扩大，容水度可大于孔隙度。

(2)含水量 松散岩石的包气带(即地下水位以上的部分)滞留的水分。可分别用重量含水量或体积含水量表示。

(3)持水度 饱水岩石在重力作用下释水后岩石能容纳并保持一定水量的性能，即岩石中保持的水的体积与岩石体积之比值，可用小数或百分数表示。

(4)给水度 饱水岩石在重力作用下，能自由排出水的能力。给水度(μ)为排出水的体积与岩石体积之比值，可以小数或百分数表示。给水度值亦等于容水度与持水度之差值。给水度是计算地下水(或地下卤水)储量的重要参数之一。最常见的松散岩石的给水度如表3－1－4。

表3－1－4 某些松散岩石的给水度

(据肖楠森等《水文地质学》)

(5)透水性 指岩石允许水透过的能力。

岩石的透水性以定量指标——渗透系数(K)表示。

根据岩石的透水性，可把岩石分为5类，见表3－1－5。

表3－1－5 岩石透水性分类表

松散岩石的渗透系数如表3－1－6。

表3－1－6 松散岩石渗透系数参考值

(据王大纯等《水文地质学基础》)

4．含水层与隔水层 含水层是指能够透过并给出相当数量水的岩层，即赋存有地下水的透水岩层。如疏松的砂层、砂砾层、孔隙和裂隙发育的岩层或岩溶发育的岩层，均可组成含水层。

隔水层是指不能透过并给出水或透过和给出水的数量微不足道的岩层，如粘土、泥岩、致密灰岩等。

含水层和隔水层的划分是相对的，并不存在截然的界限或绝对的定量标志。从某种意义上讲，含水层和隔水层是相比较而存在的。

5．地下水分类 地下水的赋存特征对其水量、水质时空分布有决定意义，其中最重要的是埋藏条件与含水介质类型。

埋藏条件：指含水岩层在地质剖面中所处的部位及受隔水层限制的情况。据此可将地下水分为：包气带水、潜水和承压水。

按含水介质类型，可将地下水分为孔隙水、裂隙水和岩溶水。

两种分类组合，可分为9类地下水，见表3－1－7。

表3－1－7 地下水分类表

(据王大纯等《水文地质学基础》)

6．地下水的化学成分及基本成因类型

(1)地下水的化学成分 地下水中含有各种气体、离子、胶体物质及有机质等。如常见气体有O₂、N₂、H₂S和CO₂等。分布最广、含量较多的离子共7种，即Cl^－、SO₄^2－、HCO₃^－、Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺；通常存在的微量组分为Br、I、F、B、Sr、Ba等。有机质是以碳、氢、氧为主的高分子化合物，经常以胶体方式存在于地下水中。还存在各种微生物，如在氧化环境中存在的硫细菌、铁细菌等喜氧细菌；还原环境中存在脱硫酸细菌、脱氧细菌等。

总矿化度：地下水中所含各种离子、分子与化合物的总量，以每1L中所含克数(g／L)表示。在习惯上，以105～110℃时将水蒸干所得干涸残余物总量来表示总矿化度。也可以将分析所得阴、阳离子含量相加，求得理论干涸残余物值。

一般情况下，随着总矿化度(含盐量)的变化，地下水中占主要地位的离子成分也随之发生变化。低矿化水中常以HCO₃^－及Ca²⁺、Mg²⁺为主；高矿化水则以Cl^－及Na⁺为主；中等矿化的地下水中，阴离子常以SO₄^2－为主，主要阳离子可以是Na⁺，也可以是Ca²⁺。

根据总矿化度的大小，可将地下水分为5类：

①淡水：矿化度＜1g／L；

②微咸水(弱矿化水)：矿化度1～3g／L；

③咸水(中等矿化水)：矿化度3～10g／L；

④盐水(强矿化水)：矿化度10～50g／L；

⑤卤水：矿化度＞50g／L。

地下卤水可根据含氯化钠量进一步分为：淡卤——含氯化钠量50～150g／L；浓卤——含氯化钠量150～320g／L；饱和卤——含氯化钠量320g／L以上。

地下卤水矿床规模根据储量大小初步划分为3类：大型——氯化钠储量＞10000万吨；中型——氯化钠储量1000～10000万吨；小型——氯化钠储量＜1000万吨。

(2)地下水的基本成因类型 根据形成地下水化学成分的基本化学作用，可将地下水的成因分为3种基本类型：溶滤水、沉积水和内生水。

溶滤作用和溶滤水：地表水或地下水在运动过程中，溶解并携带岩层或矿层中可溶盐类的物理化学作用，叫“溶滤作用”；经溶滤作用生成的地下水，叫“溶滤水”。溶滤水的化学成分与地下水所流经地层的岩性有关，如在含盐地层沉积区，地下水中往往以C1^－、Na⁺为主；有石膏沉积的地区，水中SO₄^2－、Ca²⁺较多；石灰岩等碳酸盐沉积区，水中主要成分为HCO₃^－、Ca²⁺、Mg²⁺。

沉积水：指与沉积物同时生成的古老地下水，其化学成分虽多受后期变质作用的影响，但一定程度上仍反映古沉积盆地水的化学特征。

内生水：某些学者近期对地热系统的热均衡研究后认为：大多数情况下，温泉是大气降水渗入到深部加热后重新升到地表形成的。但某些高温水仅靠大气降水渗入深部获得的热量又无法解释，故又有10～30%来自地球深部岩层的高热流体之说。

(二)矿石与围岩的物理力学性质

直接与采矿作业有关的岩石和围岩的物理力学性质，主要有：强度、硬度、韧性、弹性、塑性、脆性、体重、松散性、稳固性、含水性等。详见第三章第一节。

(三)石盐矿床按水文地质、工程地质条件复杂程度的分类

根据《盐类矿床地质勘探规范》(征求意见稿)分为3类：

1．水文地质、工程地质条件简单的矿床

分类主要因素是：

(1)矿床埋藏条件 主要矿体埋藏深度大(一般大于600m)，封闭条件好，矿体来受地下水溶蚀破坏。

(2)水文地质、工程地质条件 矿体直接顶、底板为厚度较大的可靠隔水层(一般大于150m)，破碎带及地表水体对矿床充水无影响，破碎带不发育，地质构造简单，矿体顶、底板岩层完整、稳固，不易产生不良的工程地质现象。

例如：湖北应城盐矿、河南吴城天然碱－石盐矿床。

2．水文地质、工程地质条件中等的矿床分类主要因素是：

(1)矿体埋藏条件 主要矿体埋藏深度中等(一般为200～600m)，封闭条件较好，部分矿体受地下水溶蚀或埋藏较深，顶或底为弱含水层。

(2)水文地质、工程地质条件 矿体直接顶、底板为弱含水层，钻井单位涌水量＜0．1L／(s·m)，破碎带及地表水体对矿床充水有一定影响，地质构造较简单，节理裂隙发育中等，矿体顶、底岩层较稳固，少数地段有不良工程地质现象发生。

例如：广东龙归盐矿。

3．水文地质、工程地质条件复杂的矿床。分类主要因素是：

(1)矿体埋藏条件 主要矿体埋藏较浅(＜200m)，矿体受地表水和地下水的淋滤破坏，盐矿体上覆有淋滤残余的泥砾层；或矿体虽然埋藏较深，但顶、底为富水性强－中等的含水层。

(2)水文地质、工程地质条件 矿体附近(顶、底或旁侧)有富水性中等－强的含水层或含卤层，钻井单位涌水量＞0．1L／(s·m)。破碎带及地表水体对矿床充水有较大影响。节理裂隙较发育，地质构造中等或复杂，矿体顶、底板不稳固，易产生不良工程地质现象。

例如：云南江城勐野井钾石盐－石盐矿床，安宁盐矿。