敦化市东山硅藻土矿区水文地质特征研究及涌水量预测

摘要

东山硅藻土矿区地处敦化-密山断裂带控制的新生代断陷盆地，盆地内为新近系中新统土门子组(N1t)地层，岩性主要由砂岩、硅藻土、含硅藻粘土及玄武岩组成。硅藻土矿主要赋存于N1t地层，该地层固结程度较差，地质和水文地质条件复杂，富水性较好，矿层开采难度较大，准确合理的预测涌水量为未来该矿区矿山安全开采、排水方案设计等提供理论依据，对指导同类硅藻土矿山开采具有重要的科学意义。
　　论文以水文地质学、工程地质学、地下水动力学等理论为基础，综合应用水文地质调查、抽水试验以及室内试验等技术手段，并采用“大井法”、“水均衡法”和“数值模拟”等方法预测东山硅藻土矿区矿坑涌水量。获得研究成果如下:
　　(1)硅藻土矿层作为隔水层分布于全区，近水平产出，局部与顶板含水层直接接触。K1号矿层的主要顶板充水含水层为N1t3，含水层厚度大、富水性中等，地下水类型为碎屑岩类裂隙孔隙水;K2号矿层的主要顶板充水含水层为N1t8，含水层厚度分布不均、富水性弱，地下水类型为玄武岩孔洞裂隙水。
　　(2)结合研究区水文地质特征，构建含（隔）水层与矿层垂向空间结构模型分别为Qhal松散岩类含水层+Qp1j、 Qp3n和N1t10+8玄武岩含水层+N1t7（K2号矿层）隔水层+N1t6+4玄武岩含水层+N1t3砂岩含水层+N1t2（K1号矿层）隔水层+N1t1砂砾岩含水层组合结构。
　　(3)依据研究区地质、水文地质资料建立了三维地质模型和水文地质概念模型;以地质模型和水文地质概念模型为基础，建立了能够描述和反映研究区地下水流动特征的数学模型，再运用GMS中MODFLOW模块构建了研究区三维地下水数值模型，随后运用研究区35个水位观测孔数据对模型进行稳定流识别与校正，最后运用J03和JG03抽水试验观测数据对模型进行非稳定流识别与校正。实际水位观测值与模型计算水位值拟合较好，表明本次模拟选取的水文参数，边界条件和源汇项概化都很合理，所建模型可靠，可用于矿区涌水量预测。
　　(4)基于识别和验证后的模型，采用GMS中Well（抽水井）模块在开采区设置6口抽水井进行疏降水，预测雨季矿坑最大涌水量为7800m3/d;通过“大井法”和“水均衡法”计算出的涌水量分别为8044m3/d和7714m3/d，与采用模型预测的最大涌水量之间差距分别为3.13％和1.10％，三种方法所得结果较接近，相互印证，进一步的验证了数学模型的可靠性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题依据及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 矿区涌突水研究现状

1．2．2 地下水数值模拟法研究现状

1．3 研究内容与技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

第2章 研究区自然地理及地质概况

2．1 研究区自然地理与经济概况

2．1．1 位置与交通

2．1．2 经济概况

2．1．3 气象水文

2．1．4 地形地貌

2．2 地层岩性

2．2．1 区域地层岩性

2．2．2 研究区地层

2．3 构造发育

2．4 岩浆岩

2．5 矿体分布情况及主矿体特征

第3章 研究区水文地质特征

3．1 地下水类型与含水岩组

3．1．1 含水岩组特征及富水性

3．1．2 隔水岩组

3．2 矿层与含水层空间结构关系

3．3 地下水补给径流排泄条件

3．4 地下水动力条件

3．5 构造破碎带的水文地质特征

3．6 充水因素分析

3．6．1 矿床充水水源

3．6．2 矿井涌水通道

第4章 地质模型和水文地质概念模型的建立

4．1 GMS简介

4．2 地质模型的建立

4．2．1 数据预处理

4．2．3 构建三维地质模型

4．2．4 地质模型分析

4．3 水文地质概念模型

4．3．1 含水层概化

4．3．2 水文地质边界

4．3．3 水文地质参数计算

第5章 矿坑涌水量预测

5．1 矿坑涌水量预测方法优选

5．1．1 确定性研究方法

5．1．2 不确定性研究方法

5．2 “大井法”计算涌水量

5．2．1 计算遵循原则

5．2．2 计算公式及参数取值

5．3 “水均衡法”计算涌水量

5．3．1 计算遵循原则

5．3．2 计算公式及参数取值

5．4 “数值法”计算涌水量

5．4．1 数学模型的建立

5．4．2 数学模型的求解

5．4．3 数值模型的识别与校正

5．4．4 数值法预测

5．5 本章小结

结论与建议

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果