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矿区水文地质特征反思

矿区水文地质特征反思

摘要:通过对曹四夭钼矿区的水文地质工作,查明了矿床大部分位于侵蚀基准面以下,主要含水层为基岩裂隙含水层,确定了该矿区的水文地质类型,为今后矿山的开采提供了科学的依据。

关键词:曹四夭;钼矿区;水文地质

1矿区概况

勘查区位于后河水文地质单元的南部,地势东高西低,海拔高程最低1249m,最高1415m,相对高差166m,矿区东部属低山丘陵地貌,西部为山间冲积平原。勘查区内沟谷较发育,有利于地表径流的排泄。但无常年性流水,河流均为季节性河流。最低侵蚀基准点1249m。区内出露地层主要为中太古界集宁岩群黄土窑岩组(Ar2h)、新生界古近系渐新统呼尔井组和乌兰戈楚组(E3wl+h)、新近系中新统老梁底组(N1l)、汉诺坝组(N1h)及上新统宝格达乌拉组(N2b),沿河谷低地发育第四系全新统冲积物(Qhal)。矿区基岩出露较少,大面积被新生界地层覆盖。

2含、隔水岩组

2.1新生界盖层孔隙含水岩层(组)

1)第四系全新统冲洪积物(Qhal)孔隙含水层:分布于河沟的河床中,由冲洪积的砂砾石组成,厚度0~3.00m,局部厚度大于10m。该含水层在矿区内分布面积很少,含孔隙潜水。涌水量一般30m3/d,水质类型为HCO3-Ca型,矿化度0.36g/L,pH值7.50。水位标高1255.20~1318.20m。该含水层直接接受大气降水补给,蒸腾与蒸发为该含水层的主要排泄方式之一,部分则经短途径流后垂向或侧向排泄。2)新近系上新统宝格达乌拉组(N2b)孔隙含水层:主要分布于曹四夭断裂以西,该层厚50~100m,岩性主要为厚层砂质泥岩和薄层砂砾石层。含水层砂砾石层厚度10~20m。根据民井08简易抽水资料,降深5.48m,单位涌水量0.113L/s•m,富水性中等偏弱。水质类型为HCO3-Ca•Na•Mg型、HCO3-Ca•Mg型,矿化度0.26~0.42g/L,pH值7.82。水位标高1240~1280m。现多开采为居民生活饮用水。3)新近系中新统汉诺坝组(N1h)裂隙含水层:主要分布于曹四夭断裂以西,矿区内仅小面积出露于郭县夭子东南1km的小山上和曹四夭村南一小沟内,含水岩性主要为灰色气孔状玄武岩、致密橄榄玄武岩,含裂隙孔洞水,个别钻孔穿见该含水层时严重漏水,有不返水现象。玄武岩分为两层,中间夹紫红色泥岩隔水层。第一层玄武岩厚度3~21.00m,第二层玄武岩厚度6.00~9.00m。据水文地质调查,泉水流量0.634L/s,个别富水地段单井涌水量300m3/d,富水性中等,水质类型为HCO3-Ca•Mg型,矿化度0.23g/L,PH值7.83。水位标高1214.10~1242.11m。4)新近系中新统老梁底组(N1l)孔隙裂隙含水层:主要分布于矿区中部和南部,厚度32.60m,施工钻孔没有穿见该含水层。地表岩性为灰白色砾质岩和杂色粉砂岩、粉砂质泥岩组成,固结程度差,地表均为松散状,含孔隙潜水。5)古近系渐新统呼尔井组和乌兰戈楚组(E3wl+h)裂隙含水层:在曹四夭断裂以西该岩层厚度大于200m,主要岩性为紫红色泥岩夹灰白色半胶结砂岩、砂砾岩,含水层为砂砾岩,单井涌水量50-500m3/d(引自内蒙古自治区兴和县城镇供水水源地水文地质详查报告),其富水性中等,水质类型为HCO3-Ca,HCO3-Ca•Na型水,矿化度小于1g/l。曹四夭断裂以东该层厚度0~36.80m,钻孔穿见岩性以紫红色泥岩为主,该层在曹四夭断裂以东主要表现为隔水性质。总之,新生界盖层孔隙含水层主要分布于曹四夭断裂以西,间夹有厚层泥岩及砂质泥岩隔水层,钼矿体主要分布于曹四夭断裂以东,如果将来采坑边坡开挖到曹四夭断裂附近时对矿体开采有一定影响。

2.2基岩裂隙含水层(组)

分布于新生界沉积物以下,地表局部有少量出露。基岩风化深度一般0~78.62m,在风化带以上,岩心具褐铁矿化,裂隙发育5~10条/m,岩心破碎强烈RQD=0~40%。含基岩风化裂隙水,地表有少量出露,直接受大气降水补给,地下水交替强烈。风化带以下靠近断层部位,岩石受断层影响裂隙发育,裂隙密度8~10条/m,裂隙面粗糙,裂隙性质主要表现张性。少数裂隙宽约0.5~5cm,被石英不完全充填,形成直径约0.5~5cm不规则状石英晶洞ZK0007孔,深度389m处涌水,涌水量6.696L/s,富水性中等;ZK0015孔,穿透F1断层时涌水,涌水量0.833L/s,终孔水头高出地表18.60m(压力表测试)。ZK0804孔37.45~64.51m严重漏水,不返水,最大漏失量150L/min;522.70~1199.82m严重漏水,不返水,最大漏失量150L/min。根据矿体单孔稳定流抽放水试验资料:ZK0403孔最大水位降深9.02m,单位涌水量0.467L/s•m,渗透系数0.453m/d;ZK0411孔最大水位降深12.00m,单位涌水量0.300L/s•m,渗透系数0.183m/d;ZK1200孔最大水位降深8.19m,单位涌水量1.505L/s•m,渗透系数0.601m/d,水位埋深16.35m,水质类型为HCO3•Cl-Na,HCO3•SO4-Na型,矿化度0.52~1.61g/L,pH值7.86~8.55。该含水层具有统一的水位标高1297.58~1302.93m。总之,基岩裂隙含水层富水性中等-强,其富水性与基岩的裂隙分布和发育度有关,具有较强的不均一性,主要富水部位集中在阻水断裂迎一侧,是将来矿体开采矿坑充水的主要来源。

2.3断裂构造含水性

矿区构造以断裂构造为主。区内新生界覆盖严重,在黄土窑岩组(Ar2h)及曹四夭花岗斑岩(K1Cγπ)出露区断裂较发育,主要为北东向、北西向,共6组断裂分别为F1、F2、F3、F4、F5和F6(见表1)。

2.3.1北东向构造

F1断裂在曹四夭村通过,为区域性断裂,为大同—尚义北东向断裂带在区内的延伸部分。大部分被古近系、新近系地层覆盖。在区内为隐伏断裂,钻孔ZK0815(245.60~311.70m)及ZK0007(127.11~354.00m)控制,走向为38°~42°,倾向308°~312°,倾角59°~61°,宽27~62m,断层带内主要以碎裂岩为主,发育有构造泥砾岩(图6-3)、角砾岩、挤压片理化带,并充填有少斑花岗斑岩脉、普遍具硅化,高岭土化、褐铁矿化,花岗斑岩脉具辉钼矿化并且具强裂破碎现象,碎块大小为1~10cm。以上特征说明此断层为以张性为主的正断层,至少经历过成矿前、成矿期及成矿后3次以上活动。两盘岩石强烈破碎,影响范围较大,下盘相对富水。本次施工ZK0411孔在129.75m穿透新生界盖层后穿见该断层带,只穿见该断层下盘的部分碎裂岩化斜长浅粒岩,厚16.31m,岩石平均裂隙密度大于12条/m,岩石质量极劣,岩体破碎。根据ZK0411孔在该层位抽水资料,水位降深90.04m,单位涌水量0.00093L/s•m,水位标高1278.31m,水质类型为Cl•SO4-Na型,矿化度1.4g/L,PH值8.29。其富水性极弱,可视为相对隔水层。根据以往施工钻孔,F1断层东7个钻孔,断层西6个钻孔终孔稳定水位对比(见附表),终孔稳定水位标高,F1断裂东比F1断裂西高46.73m,说明该断层对地下水的运动有阻挡作用。F2断层主要分布在矿区内小红土窑一带,P2铅锌矿化带产与其中。断裂带走向约60°,倾向北西,倾角约75°,宽约10~30m。该断裂多期次活动,带内岩石强烈破碎,构造岩主要以碎裂岩为主,发育有构造泥砾岩、角砾岩。XZK01钻孔穿见该断层时有涌水现象,其富水性强。F3断层位于曹四夭西南部约600m,完全隐伏,由4个钻孔控制(CZK01、CZK02、CZK03和ZK0823)。P1铅锌矿化带产于其中,总体走向103°,倾向193°,倾角79°。矿带沿走向、倾向方向变化较大。带内岩石较为破碎,主要以角砾岩、碎裂岩、铅锌矿化碎裂岩。所施工钻孔穿见该断层时泥浆消耗局部有增大现象,其富水性一般。

2.3.2北西向构造

该方向构造为北东向构造次级断裂,规模一般较小,地表完全隐伏,通过钻孔共控制三组深部断层,分别为F4、F5、F6断层。F4断层由ZK1607孔控制,宽约4m,ZK2400孔控制,宽约1.5m。该断层在横16、横24剖面明显截断2组辉绿岩脉,总体呈现逆断层特征,具有一定的阻水性。F5断层位于ZK0807孔364.2~369.0m处;ZK1203孔215.2~221.6m处;ZK1600孔67.1~70.7m处,断层产状50~60°∠71~80°,工程控制长730m,ZK0411孔钻孔中该断层厚8.00m,断层主要为碎裂岩及断层泥,碎斑成分与断层上下盘岩石同成分,主要为浅粒岩、黑云斜长片麻岩,粒径一般为4~8mm,泥质胶结。岩心多呈扁柱状、块状。岩心受挤压具高岭土化,透水性差。F6断层分布在曹四夭村南东,断层位于ZK0008孔794.1~807.6m处,断层产状50°~60°∠71~80°,工程控制长约500m,它切割了黄土窑岩组及辉绿岩脉,断距约4m。断层带内充填黑云斜长片麻岩、浅粒岩碎块及碎裂岩、断层泥。碎裂岩中碎斑为黑云斜长片麻岩及浅粒岩,粒径2~5mm,次棱角状,含量约30%~60%,断层岩矿化为辉钼矿化、黄铁矿化,蚀变为绿泥石化、绢云母化及泥化等。总体呈现逆断层特征,具有一定阻水作用。

2.4隔水岩层

2.4.1新生界隔水层

新近系上新统宝格达乌拉组(N2b)和古近系渐新统呼尔井组和乌兰戈楚组(E3wl+h)地层中有厚层砂质泥岩及粉砂岩,透水性差,可视为隔水层。

2.4.2基岩隔水层

中太古界集宁岩群黄土窑岩组(Ar2h)的片麻岩、浅粒岩,岩石完整,裂隙不发育段可视做隔水层;岩浆岩主要有中生代早白垩世多斑花岗斑岩(K11γπ)、少斑花岗斑岩(K21γπ)和爆破角砾岩K2a1γπ。脉岩为辉绿岩脉(βμ)、花岗斑岩脉(γπ)。风化带以下,岩石质密,裂隙不发育段可视做隔水层。

2.4.3阻水断层

区内断层由于其多期次活动,断层性质主要表现为压扭性,断层泥发育,高岭土化较强,对地下水的运动具有一定的阻挡作用。阻水断裂主要为F1、F4、F5、和F6。

3结语

矿床大部分位于侵蚀基准面以下,主要含水层为基岩裂隙含水层,其单位涌水量为0.467~1.505L/s•m。基岩裂隙脉状水和大气降水为矿坑主要充水水源,附近地表水不构成矿床的主要充水因素,主要充水含水层、构造破碎带富水性中等-强,水文地质边界较复杂。按照《矿区水文地质工程地质勘探规范(GB12719-91)》勘探类型的划分,该矿区水文地质类型属第二类第三型,即以裂隙充水为主的水文地质条件复杂的矿床。

参考文献:

[1]中华人民共和国.矿区水文地质工程地质勘探规范GB/T12719—1991[S].北京:中国标准出版社,1991.

[2]李香资,权知心.内蒙古自治区兴和县曹四夭特大型钼矿区详查报告[R].河南:河南省地勘二院,2013.

作者:张照斌 李卓然 单位:河南省地质矿产勘查开发局