水溶开采盐类矿产资源引发地下水环境问题的成因分析 .pdfVIP

水溶开采盐类矿产资源引发地下水环境问题的成因分析

向柳;陈植华;龚星;宫宝禄

【摘要】盐类矿产资源的水溶开采过程容易发生卤水泄漏污染地下水,引发地表涌

(突)水等环境问题.以我国中部某矿区(包括碱矿和芒硝矿两大开采区)为例,调查和研

究了多次地表涌(突)水现象,获取了不同深度范围内地下水的水化学数据资料,并综

合分析了矿区内盐矿开采过程中容易造成卤水外泄的薄弱技术环节以及可能污染的

途径通道和来源.结果表明:研究区地下水受污染程度由深到浅逐渐变小,浅层地下水

(埋深小于10m)基本未受到来自深层水的污染,仅涌水点周边存在局部污染的现象,

泄漏的碱矿卤水和芒硝卤水均是污染源;生产井破损是碱矿卤水与芒硝卤水泄漏的

重要原因,而溶腔失稳也是芒硝卤水泄漏的另一重要原因;由断层(NE-WS向)控制的

主构造裂隙带和受鼻状构造控制的NW-SE向局部裂隙带可能分别是污染源进入矿

区两个涌水范围(C庄一带和A镇一带)浅部含水层并且运移扩散的主要导水通道,

而大量已废弃的封闭不良的石膏勘探孔是受污染的浅部地下水突涌地表的主要通道.

【期刊名称】《安全与环境工程》

【年(卷),期】2015(022)004

【总页数】7页(P56-62)

【关键词】盐类矿床;卤水泄漏;地表涌(突)水;污染源;导水通道;水溶开采

【作者】向柳;陈植华;龚星;宫宝禄

【作者单位】中国地质大学(武汉)环境学院,湖北武汉430074;中国地质大学(武汉)

环境学院,湖北武汉430074;中国地质大学(武汉)环境学院,湖北武汉430074;中国

地质大学(武汉)环境学院,湖北武汉430074

【正文语种】中文

【中图分类】X523

深埋型盐类矿床的开采常采用水溶开采法，即以高温热水作为溶剂，高压注入矿床，

将矿床中的盐类矿物就地溶解转变成流动的溶液(即卤水)，然后进行采集、运输的

方法[1]。此法常与水力压裂技术相结合，通过水力压裂产生或扩张地层裂隙，进

而连通两个或多个生产井，实施双井或多井对流开采，增加开采量[2]。这类开采

方式的生产单元存在多处薄弱环节，极易造成大量高矿化度卤水外泄，污染地下水，

进而引发地表涌(突)水问题，严重破坏地下水环境，威胁周边居民生活的用水安全

[3]。

位于我国中部的某矿区内存在两大盐矿开采区，分别为碱矿(Na2CO3、NaHCO3)

开采区和芒硝矿(Na2SO4)开采区。自1992年两大盐矿开采区陆续投产以来，曾

多次发生采矿卤水泄漏引发地下水环境问题。2008—2010年发生在研究区东南

部以及2011—2013年发生在研究区西北部的地表涌(突)水事故对地下水环境的破

坏尤为严重，主要表现为高矿化度的卤水或咸水涌(突)出地表，使周边的地下水质

量急剧恶化，同时出现水位抬升、民居房屋基础遭受破坏等现象，引起了社会及当

地政府的高度重视。本文结合现场调查和数据分析，研究了两次地表涌(突)水事故

中地下水的污染特征及其成因，以为后期治理及有效防治提供科学依据。

1.1研究区地质背景

1.1.1构造及岩性

研究区位于南襄盆地东南部次级凹陷的深凹处，面积约69.2km2。凹陷的形成主

要受南缘的北西向断裂F1和东面的北东向断裂F2控制，呈扇状展布。沉积沉降

中心位于东南部边界断裂交汇处，向北逐渐抬起，构成一个南深北浅的箕状凹陷。

深凹区总体上为一个走向北东的向斜，构造简单，无明显断层发育，地层倾向南东，

倾角为3.54°～7°[4]。

矿区出露的地层由老至新为：古近系核桃园组泥岩、粉砂岩、砂砾岩以及泥质白云

岩、白云质泥岩等；古近系廖庄组砂砾岩和砂质泥岩；新近系凤凰镇组砂质黏土、

粉砂岩和砂砾岩，底部为块状砂砾岩层；第四系亚黏土、砂砾石、砂(见图2)。其

中核桃园组是天然碱矿、芒硝矿的主要赋存层位。经钻探揭露，矿区碱矿层位于核

桃园组一段中上部及二段的中下部，埋深约1560.92～2929.53m，属

NaHCO3型天然碱，几乎不含硫酸盐类矿物[5]，主要分布于研究区的中部；芒硝

矿层位于1003.66～1397.58m的核桃园组三段中上部，以Na2SO4为主，含

少量NaCl，主要分布于研究区的东南部。此外，在廖庄组中还发现有层状和结核

状石膏(CaSO4)矿，深约200～400m左右，可能全区均有分布。

1.1.2含(隔)水层的划分

依据地层岩性及钻孔资料，研究区地下水含水层自上而下可