双层水位类型与双层水位矿床 编制矿床水文地质图系

(一)双层水位类型

田开铭教授在《对“连续介质中非连续流”的研究》一文中指出：在地下水渗流场内存在两个极限水力梯度，一个是最小水力梯度I₀，是地下水运动服从达西定律的下临界梯度，如果实际水力梯度小于I₀，则含水层中没有地下水流动。同样，地下水在含水层中还存在一个上临界梯度，即最大水力梯度I₁，地下水流动的水力梯度一般不会大于上临界梯度I₁。如果地下水的实际渗流梯度大于上临界梯度I₁时，地下水流则不再服从达西定律，而会变成紊流、湍流等非达西定律规律运动。应该指出的是，服从达西定律运动和非达西定律运动的地下水运动都是连续流运动。实际上，可能还存在另外一种极限水力梯度I₂，当地下水力梯度达到或超过I₂时，地下水的运动便不再会受连续流运动规律的限制而发生断流，断流后的地下水运动主要受重力的作用，而成垂直下落的滴状流状态，从而产生非连续流——即形成双层水位流。

根据实际非连续流形态的不同，田开铭教授将非连续流分成两类。

第一类非连续流主要指形成非连续流在剖面上的形态。在巨厚灰岩中，各向异性渗透张量在随深度增加而呈递减的同时，竖立椭球体倒转为平卧椭球体。倘若在顺层渗透主值大于垂层渗透主值的深度以内排取地下水，那么，在原先具有统一流场或一个压力分布的渗透性垂向连续的介质中，可以形成上下重叠的两个流场，在稍受干扰的上层水位之下，还局部分布着另一个具有自由水面的疏干漏斗，即在连续介质中出现了非连续流现象；或者由于各段岩性成分的差异等原因，顺层渗透主值与垂层渗透主值在各层的各向异性程度不同，当边坡体外部水位骤降时，在原先仅具有统一流场的边坡含水岩体中，会出现数个上下重叠的水面，即在渗透性垂向连续的介质中产生了非连续流现象。这就是说，第一类非连续流考虑的主要是产生非连续流在垂直剖面上的形式——上下重叠的两个或多个自由水面降落漏斗，并不考虑产生非连续流介质的形式以及在野外是否容易被识别等问题，也不考虑它应该属于哪一种形式的双层水位模式。

第二类非连续流考虑的主要是产生非连续流在平面上的表现形式——地下跌水。当地下水横越渗透性骤然减少的阻水断层构造时，在天然或人工排泄不断加剧时，由于断层构造岩石的渗透性骤然变弱，降位漏斗受到极限水力梯度(I₂)的限制，将最终停止发展。于是，在断层两盘原先具有一个统一流场，而后分解成两个前后耦合的流场，原先具有唯一的一个连续的压力分布状态，最后在断层处被分开来，成为两个不连续的压力分布场。我们定义这种现象为连续介质中的第二类非连续流，又叫地下跌水。

田开铭教授对连续流的分类，既指出了产生非连续流的形成原因和实质，又形象生动地表达了形成非连续流的存在形态。

作者多年从事矿山水文地质现场工作，根据形成双层水位原因的不同，为便于现场操作，易于野外识别，增加其可操作性，从另一个角度将双层水位分成如下两种类型——突变型双层水位和渐变型双层水位。这样，更方便矿山现场工作。

1.突变型双层水位

这种类型包括“V型模式”和“L型模式”。由于在原本具有统一地下水流场的含水系统中，存在某个局部的阻水岩层、岩体或构造(如闪长岩床、岩墙或构造面及不同地质层位等)，在人工条件下，不断加大其下部的排水量，最终超过地下水的极限水力梯度(I₂)而产生非连续流，上部地下水便以滴状流的形式垂直补给下部含水层，并形成上、下两个流场，这两个流场之间，地下水不再传递静水压力，形成双层水位流。我们定义这种双层水位流为突变型双层水位流。如山东青州店子铁矿南部黄鹿井—葫芦台断层的阻水，在天然条件下水位差达20多m，便是典型的天然条件下的地下跌水实例(图2-11)。召口矿床的灰岩含水层由于闪长岩床相对隔水层的存在，疏干下层灰岩时形成上、下两个疏干漏斗，是突变型双层水位的典型实例。很明显，这种类型双层水位流在野外比较容易识别和确认，尤其是在野外现场，根据“突变层”地质体的不同，一般情况下容易确认，根据水位差的大小也容易判断。突变型双层水位流最终表现出来的形式，或者形成两个降落漏斗；或者形成地下跌水。究竟形成什么形式，与隔水岩体产状有关，当隔水岩层呈水平状态时，产生的非连续流在剖面上会形成上下两个降落漏斗；当突变型岩层呈垂直产状时，则形成地下跌水，可操作性较强。

2.渐变型双层水位

渐变型双层水位，主要指由X模式组成的双层水位。这种类型的双层水位，在自然状态下，无论平面还是剖面一般不易发现。因为产生渐变型双层水位的必要条件之一，是在渗透椭球体发生倒转深度的下部有人工排泄地下水的活动。因此，渐变型双层水位矿床仅指剖面上的存在形式，平面上一般不会表现出来，即使自然界中存在这种形式，亦不会有明显的水文地质特征和实际意义。野外现场都很难做出准确的判断。

渐变型双层水位在同一剖面上形成的双层水位只能有一次，不会有两次，如果在同一剖面上同时出现有两次X型双层水位，可以断定，其中一次必为“假象”。

渐变型双层水位的野外认定比较困难，但实际中渐变型双层水位矿床并不少见。比如在金岭铁矿的四个开采的双层水位矿床中，有3个属于渐变型双层水位矿床，仅有1个(召口矿床)属于突变型双层水位矿床。

(二)双层水位矿床

采矿过程中能够形成双层水位的矿床，称为双层水位矿床。形成突变型双层水位的矿床，称突变型双层水位矿床；形成渐变型双层水位的矿床，称渐变型双层水位矿床。

渐变型双层水位矿床与突变型双层水位矿床的主要区别有下述5个方面：①渐变型双层水位矿床的产生必须是在一个“巨厚”含水层内。多厚才算“巨厚”?根据经验，几十米厚算不上巨厚，至少要上百米或几百米才能算巨厚；②渐变型双层水位矿床仅指剖面上的特征，它不包括“地下跌水”。“地下跌水”一般都是指在突变型阻水体的非连续流中产生双层水位；③渐变型双层水位矿床的巨厚含水层，没有明显性质突变的地质体或构造线，或者说，形成双层水位的真正原因，并不是因为含水层中存在渗透性突变的某个地质实体或构造线的存在，而是由于巨厚含水层渗透性能变化速率的不同所致；④产生渐变型双层水位的位置只能在巨厚含水层中的某个深度，而不是一个层位；⑤产生渐变型双层水位的必要条件，必须有人工排水，没有人工排水活动，渐变型双层水位便不可能产生和存在。或者说，渐变型双层水位与人工排水活动密切相关，共存共亡。而突变型双层水位则不一定，无人工活动的自然条件下也可以形成双层水位，如“地下跌水”。

彩蝶龙鱼缸的双层水位是什么原理~

挡水板中间打个眼，用丝堵堵上就是高的水位，不堵上就从那个眼里下水，就是低水位了。同理你可以做三水位，四水位。

矿区水文地质编图，目前尚无统一的原则，多是在一般性的水文地质图上，编入某些表示有关矿床充水条件与某些开采因素的内容。对同一矿区，很少见到能全面反映矿床水文地质特征、涌水和突水量预测、疏干防治水及矿区环境地质现状与预测的图件。反映这些内容的矿床水文地质图件，应是一套图系。主要图幅的比例尺与该调查阶段的比例尺相同，一些附属图幅的比例尺，视其内容和作用，可小于主要图件的比例尺。
1.综合矿床水文地质图
可编制成矿床充水条件图或矿床水文地质特征图。其内容包括：①矿体（层）、顶底板隔水层及主要充水层的层位、产状、岩性、厚度、埋深、分布及其水文地质特征；②各种构造，尤其是断裂构造的产状、分布、地质及水文地质特征；③岩溶发育规律及其水文地质特性；④主要充水层的类型、水头分布、流向、补径排特征、水质类型及富水规律；⑤矿床充水水源的类型、分布、水量及水质特征；⑥主要充水通道的类型与位置。
2.专门性矿床水文地质图
可编制成一套图，如系水文地质条件简单或资料较少的矿区，也可简编成一张综合性图。
1）矿床顶底板岩性、厚度、隔透水性、主要充水层等水位（压）线及水位埋深图。它应反映出矿床（体）本身的各种特性、直接及间接充水层和隔水层的各种特征。
2）矿床开采条件及突水预测图。内容包括：井巷分布；地表环境改变区的位置、改变性质与规模，如洪水淹没矿床部位、易渗河段、降水易渗地段、塌陷范围及裂缝规模等；预测涌水量增大地段，如裂隙及岩溶强发育部位、地下水强径流带、充水水源分布区；隔水顶底板等厚线及预测可能透水部位，如变薄、尖灭地段、构造严重破坏地段等；主要断裂带涌水点位置、水量及预测突水部位；探放水线及安全矿柱留设地段。
3）矿床疏干防治水措施图。内容包括：矿床井巷分布及开采顺序；主要充水水源及通道位置；疏干方式及各种疏干工程的分布；排水方式，疏干漏斗状态及变化预测；酸性水分布地段与防治措施；堵水与截流工程的位置；安全矿柱与探水线的位置等。
4）矿区环境地质现状与预测图。内容包括：松散层厚度及岩性；岩溶及裂隙强（弱）发育地段；疏干漏斗现状及预测状态；等水位线；顶板崩落高度的预测分区和底板破坏深度分区；地表塌陷、裂缝、沉陷的现状及预测范围与幅度；陷落柱的估测位置；地表水体的变化；地表水及地上水水质污染的类型、范围及程度的现状与预测等。
前述某些图件要求的内容尚多，不易全部编入，应针对各矿区的主要问题和取得资料的情况进行编制。某些重复内容，可视具体图件要求，编入有关图幅。
3.附属性矿床水文地质图件
此类图件的内容，可依据具体矿区的需要与资料多寡而定，诸如井巷分布及主要涌水与突水点分布图、地表水体整治图、矿区地热升高及污染预测图等。前述专门性图件中的某些内容，按矿区具体情况，亦可编制成相应的附属图件。

双层水位类型与双层水位矿床
答：“地下跌水”一般都是指在突变型阻水体的非连续流中产生双层水位；③渐变型双层水位矿床的巨厚含水层，没有明显性质突变的地质体或构造线，或者说，形成双层水位的真正原因，并不是因为含水层中存在渗透性突变的某个地质实体或构造线的存在，而是由于巨厚含水层渗透性能变化速率的不同所致；④产生渐变...

双层水位矿床的水文地质结构特征
答：以溶隙含水层为主要充水含水层的矿床也并非都能够形成双层水位流，尤其不一定能够形成矿山用来防治地下水患的“深部疏干”的双层水位流。能够被利用来进行“深部疏干”的双层水位流，溶隙含水层必须应有“足够”大的厚度。矿床类型不同，这个“足够”大的厚度也不同。能够产生被用来进行“深部疏干”...

矿床水文地质类型
答：而双层水位矿床的水文地质类型划分，则主要针对双层水位的形成原因和存在形式不同，在一般矿床水文地质类型的基础上再划分出两个亚类——突变型双层水位矿床和渐变型双层水位矿床。中国地质大学沈继方教授等主编的《矿床水文地质学》，在前人分类方案的基础上，充分考虑了3种不同空隙类型(孔隙、裂隙、岩溶)...

疏干过程中的双层水位流现象
答：比如，-170m水平预测的矿坑涌水量为74991m3/d，采取深层局部疏干方法后，矿坑涌水量减少为23349m3/d，水量减少了59.7%，矿床内形成了明显的双层水位流，获得了良好的经济效益和社会效益(图1-6，图1-7，表1-7，表1-8)。(三)侯庄矿床的双层水位流 侯庄矿床位于金岭岩体的西北侧，灰岩含水层是...

双层水位流的定义
答：在双层水位矿床中,同一剖面同时存在两个降落漏斗的现象,自采矿活动开始,只要采矿活动不停止,双层水位流现象就存在,只是水位差开始时比较小,随着采矿活动的深入,水位差越来越大。这种现象存在的时间与采矿活动的时间基本一致,它并非一种暂时和个别的现象。 所谓“双层水位流”,就是在同一巨厚含水层中,在采矿排水等...

突变型双层水位矿床中的两种双层水位模式
答：地下跌水是另外一种形式的突变型双层水位。它是在相对隔水层成直立状展布时产生的一种突变型双层水位现象。无论在自然界还是矿山防治水过程中都能见到。比如，天然状态下，淄河矿区南部黄鹿井——葫芦台断层两侧，地下水位差高达20～40m，这是一个典型的天然的地下跌水实例。山东金岭矿区铁山矿床六矿体F3...

双层水位矿床的地下水运动特征
答：(一)水位随深度变化特征 表1-13 金岭铁矿区部分抽水孔不同深度抽水结果表 水文地质勘探时期，矿床不可能进行深部疏干，因此某些双层水位的特殊现象并不突出，往往只出现一些“初期”现象，如“钻孔漏水”、“孔内有流水声响”、单位涌水量随深度增加而减小以及同一层的水位上、下不一致等(表1-13)。...

双层水位矿床的防治水方法
答：首先，对于矿体埋藏深度小于双层水位深度的双层水位矿床，肯定不能采取深层局部疏干方法。原则上，必须采取全面疏干或帷幕注浆堵水的方法。比如，铁山矿床存在双层水位，产生双层水位的深度在-76m上下，而矿体埋深却在+100～-280m之间，因此，开采-76m以上的矿体只能采取自上而下逐层疏干的全面疏干方法。其...

双层水位流的三种模式
答：我们把在剖面上具有从强→弱→次强的这种渗透性变化规律模式，称为V型模式。由于这种模式首先在召口矿床发现并利用，故习惯上也称为召口模式(如图2-3)。渗透性具有召口模式含水层形成的双层水位流，称召口式双层水位流(以下简称双层水位)。召口模式的最大特点是，含水层由强含水段变为弱含水段(...

突变型双层水位的实质
答：产生突变型双层水位的实质，是含水层中存在相对隔水层(或隔水体)。如果隔水层(体)为水平状，而且在隔水层下部有排水点(如疏干钻孔等)，便会形成上、下两个水位，即形成突变型双层水位现象。这两个水位，一个在上，一个在下，于是，便形成两个以矿坑排水点为中心的降落漏斗。召口矿床便是典型...