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雙層水位流的三種模式

(A)垂直模式(或呼叫模式)

眾所周知,由於各種地質原因(巖相變化、成分差異、巖漿侵入和構造活動等。)和奧陶系灰巖本身的多層性,灰巖含水層的滲透性在剖面上往往有大有小,並不相等(如鐵山礦床的同生角礫巖隔水層,趙口礦床的閃長巖礦床等。).因此,從上到下,含水層的透水性會呈現出強→弱→次強的變化規律,即K1 > K3 > K2。我們把這種滲透率在剖面上由強到弱再到次強的變化模式稱為V型。由於該模式在趙口礦床中首次發現和使用,故又稱趙口模式(如圖2-3所示)。

具有趙口模式滲透性的含水層形成的雙層水位流,稱為趙口雙層水位流(以下簡稱雙層水位)。

趙口模型的最大特點是含水層由強含水層段、弱含水層段(或隔水段)和次強含水層段三部分組成,在剖面上具有三元結構。由這種三元結構組成的組合單元稱為V形單元。

在壹個極厚含水層的同壹剖面上,可能只有壹個V形單元,也可能同時有幾個V形單元(圖2-4)。

圖2-3 V模式示意圖

圖2-4V模式組合示意圖

(B) L模式(或鐵山模式)

圖2-5顯示了雙水位的另壹種模式——L模式。因為在鐵山礦床中首次發現並使用,所以又叫鐵山模式。

圖2-5 L型截面示意圖

鐵山模式最大的特點是剖面上的二元結構。鐵山礦床頂板灰巖含水層滲透性自上而下逐漸明顯降低,中間無明顯隔水層(或隔水體),但在接觸帶附近,屬於溶蝕裂隙發育的軟弱構造帶,滲透性和湧水量常突然擴大。這種變化有時非常明顯。我們把這種滲透率由強到小逐漸減小,到達某壹位置後又突然增大的模式,稱為鐵山模式。我們把這樣壹個由二元結構組成的單位稱為L單位。

在同壹地質剖面中,可以只有壹個L單元,也可以同時有幾個L單元。V-mode和L-mode可以單獨存在,也可以混合存在於同壹截面(圖2-6,圖2-7)。

圖2-6 L模式組合示意圖

圖2-7混合組合模式示意圖

(3) X模式(或侯莊模式)

壹般來說,裂隙含水層的滲透性隨著埋深的增加而逐漸降低。田教授指出,裂隙含水層的滲透主值可分為垂直滲透主值KN和水平滲透主值KH兩部分,兩者均隨埋深的增加呈指數下降,但下降速率不同。垂直滲透主值KN變化率小,水平滲透主值KH變化率大,與滲透率隨深度變化的速度有關。如果含水層的厚度足夠大,KH和KN肯定會相交於點Sα。此時含水層將以點Sα為界分為上下兩部分,上部KN > KH,下部KH > KN,透水橢球體由直立狀態變為平臥狀態(圖2-8)。此時,如果在Sα點的下部排水,可以形成雙層水位流,我們把這種模式稱為雙層水位X模式。由於X模式在侯莊礦床中表現突出,且首次使用,故又稱侯莊模式(圖2-8)。

需要指出的是,地質剖面上X模式雙層水位的滲透率不是三元結構或二元結構,而是壹元結構,滲透率是逐漸變化的,沒有明顯的突增或突降的位置。壹般來說,每個剖面只能有壹個X模式雙水位,但不能有兩個,更不能有多個X模式雙水位。

至於X模、V模、L模在同壹截面的組合,理論上是存在的,但只有滿足以下條件才有意義。這個條件是考慮與基於礦體的其他模型或最接近礦體的雙層水位模型的結合。否則沒有實際意義。

圖2-8 X模式和V模式組合示意圖

圖2-9 X模式和L模式組合示意圖

L模式的本質和X模式是壹樣的(圖2-9)。只能說L模式是X模式的特例。比如在馬家溝組灰巖中,壹個構造或溶洞的滲透性突然增大的現象是否可以稱為L模式?答案是否定的,因為這種情況與礦體無關,沒有實際意義。這裏之所以把L模型歸為模型,主要是考慮含水層和開采的關系。也就是說,當透水性突然擴大與礦體有關時,可以稱之為L模型,因為采礦活動會與之有關,這是有實際意義的,在采礦活動中必須充分考慮這種情況,否則采礦活動無法進行。鐵山之所以能歸為L型,是因為A的透水膨脹部分是礦體的直接頂板,與開采直接相關。否則,即使出現“暴擴”現象,也不必考慮劃分為L模式,因為這與挖礦無關。如前所述,奧陶系灰巖中的壹個溶洞發育,雖然透水性確實“突然擴大”,但這種突然擴大與采礦活動無關,所以不在我們的研究範圍內。

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