相山礦田西部溫?zé)崴植家?guī)律及地溫場(chǎng)特征

饒賢華，周良卿

(江西省核工業(yè)二六一大隊(duì)，江西鷹潭 335001)

相山礦田西部是相山鈾礦主要成礦區(qū)域，礦田內(nèi)已探明的三個(gè)大型礦床有二個(gè)(即鄒家山、居隆庵鈾礦床)在西部，還有若干個(gè)中、小型礦床。通過(guò)近幾年來(lái)在該區(qū)勘查發(fā)現(xiàn)，深部存在有開(kāi)采價(jià)值的工業(yè)礦體，資源量仍在不斷擴(kuò)大。20世紀(jì)六、七十年代在鄒家山鈾礦床勘查期間，發(fā)現(xiàn)礦床內(nèi)有溫?zé)崴?溫?zé)崴臏囟确秶且罁?jù)《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘探規(guī)范》(GB11615-89)確定)，對(duì)礦床開(kāi)采構(gòu)成熱害。礦山開(kāi)采之初，在鄒家山鈾礦床(簡(jiǎn)稱鄒家山礦床，下同)－90 m中段有一涌水點(diǎn)(ZK19-20)水溫達(dá)50℃，證實(shí)了該礦床確實(shí)存在溫?zé)崴岷υ斐傻脑h(huán)境問(wèn)題是影響本區(qū)采礦活動(dòng)的主要因素之一。查明溫?zé)崴男纬蓹C(jī)理及分布規(guī)律是環(huán)境地質(zhì)工作的主要任務(wù)。

1 地質(zhì)概況

1.1 自然地理

相山礦田西部位于江西省樂(lè)安縣湖溪鄉(xiāng)。該區(qū)屬贛中亞熱帶溫暖潮濕多雨區(qū)，年均降雨量大于年均蒸發(fā)量。地貌為火山巖組成的中等切割剝蝕中低山區(qū)，山脊走向以南北向?yàn)橹?、北東向?yàn)檩o，地形總體是東高西低、南高北低。區(qū)內(nèi)地形切割厲害，坡度較陡，地表徑流條件良好。

1.2 地質(zhì)概況

西部地層、巖石由基底和蓋層兩部分組成。基底為震旦系千枚巖、云母石英片巖;蓋層主要為上侏羅統(tǒng)鵝湖嶺組的碎斑熔巖(J3e2)、打鼓頂組的流紋英安巖(J3d2)組成。

區(qū)內(nèi)基底構(gòu)造根據(jù)布格重力異常和磁測(cè)△T異常的推斷解釋，主要由東西向、北東向和南北向三組構(gòu)造組成。最主要的東西向基底構(gòu)造為戴坊—相山斷陷帶，北東向基底構(gòu)造是在加里東期形成的遂川斷裂的次級(jí)構(gòu)造，如蓮塘—鄒家山—石洞斷裂等。南北向基底構(gòu)造有河元背—沙港斷裂等。

區(qū)內(nèi)的蓋層構(gòu)造以繼承式華夏系斷裂為主，火山塌陷構(gòu)造、褶皺構(gòu)造次之。蓋層中的北東向斷裂有蕪頭—小陂、鄒家山—石洞壓扭性斷裂破碎帶等，北西向斷裂有書(shū)堂—濟(jì)河口張扭性斷裂帶、河元背—石洞張扭性斷裂破碎帶等①劉牛明，李芳，章高福，等.2010.江西省樂(lè)安縣居隆庵鈾礦床44～70線詳查地質(zhì)報(bào)告.。

2 溫?zé)崴纬蓹C(jī)理與分布規(guī)律

20世紀(jì)六、七十年代，鄒家山礦床部分涌水鉆孔中發(fā)現(xiàn)孔口水溫達(dá)23～29℃，之后對(duì)ZK31-10、ZK31-16兩孔聯(lián)合抽水過(guò)程又發(fā)現(xiàn)隨著抽水時(shí)間的延續(xù)，水溫呈上升趨勢(shì)，最高達(dá)38℃②。隨著勘查工作的深入，沿鄒家山小溪兩側(cè)陸續(xù)又出現(xiàn)部分水溫較高的涌水鉆孔。而小溪正好位于鄒家山—石洞斷裂之上，通過(guò)進(jìn)一步工作發(fā)現(xiàn)溫水與構(gòu)造關(guān)系密切。期間，西部地區(qū)其它礦床也出現(xiàn)了一些水溫在25℃左右的涌水孔。從上述資料可知，在相山礦田西部除鄒家山礦床有溫?zé)崴?，其它礦床是否也有溫?zé)崴嬖?答案不確定。因此，本次選擇西部地區(qū)三個(gè)在平面上大約呈東西向排列、勘探深度大的礦床(即鄒家山、居隆庵、牛頭山礦床)的地質(zhì)、水文地質(zhì)及井溫測(cè)井等資料進(jìn)行分析、對(duì)比及綜合研究。認(rèn)為本區(qū)溫?zé)崴男纬蓷l件主要有以下五個(gè)方面。

圖1 相山礦田西部礦床分布示意圖Fig.1 The distribution of the west Xiangshan orefield

2.1 地形地貌

礦田西部根據(jù)地形地貌及水文地質(zhì)單元?jiǎng)澐值拿娣e確定，鄒家山礦床的匯水面積達(dá)約3.5 km2，居隆庵礦床匯水面積約1.1 km2，牛頭山礦床匯水面積約1.2 km2，匯水面積鄒家山礦床具西部各礦床之首。以鄒家山—石洞斷裂構(gòu)造裂隙水為代表構(gòu)造裂隙含水帶在鄒家山礦床內(nèi)形成了一個(gè)由補(bǔ)給、徑流、排泄區(qū)逐漸過(guò)渡的完整水文地質(zhì)單元。大量的地表水滲入地下為溫?zé)崴峁┝嗽丛床粩嗟乃?，得天?dú)厚的地貌條件，為地下水的下滲、運(yùn)移、循環(huán)，最后形成溫?zé)崴畡?chuàng)了有利條件。

2.2 巖性

據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，賦存溫?zé)崴拟櫟V床圍巖多數(shù)為硅質(zhì)板巖、花崗巖和火山巖。而本區(qū)蓋層為火山巖，主要巖石以碎斑熔巖和流紋英安巖為主，這兩種巖石中的鈾平均豐度分別為8.59 mg/L、7.01 mg/L。巖石中放射性元素含量和巖石的密度(ρ)決定了巖石放射性元素的生熱率(A)，巖石生熱率用近似公式計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表1。根據(jù)三個(gè)礦床和相山第一深鉆(終孔深度2 818.88 m)的相關(guān)地質(zhì)資料，統(tǒng)計(jì)出蓋層各巖石層厚(d)及基底巖石層厚(d)，按生熱量g=A×d可得出各巖石放射性元素的生熱量(見(jiàn)表2)③潘啟昌.1977.6122礦床溫水賦存條件的認(rèn)識(shí)(科研報(bào)告).。表中結(jié)果顯示，巖石中的熱主要來(lái)自深部基底變質(zhì)巖，其次是蓋層的火山巖—碎斑熔巖和流紋英安巖。另?yè)?jù)有關(guān)地質(zhì)工作者的研究，鄒家山礦床綠泥石的形成溫度為217.64～295.30℃(章衛(wèi)星，2007)。綠泥石是一種脈石礦物，同時(shí)作為中低溫、中低壓環(huán)境中穩(wěn)定存在的礦物，多賦存于巖石裂隙和蝕變帶中，它反映了成巖后到綠泥石形成之前巖石中的溫度仍然很高。居隆庵礦床ZK40-11地質(zhì)水文孔，抽水前與抽水后測(cè)得井溫資料顯示，抽水后測(cè)得井溫要比抽水前高8.7～9.2℃(表3，圖2)，說(shuō)明火山巖體內(nèi)的碎斑熔巖內(nèi)熱是引起井溫增高變化的主要因素之一。

2.3 構(gòu)造

鄒家山礦床構(gòu)造發(fā)育，北東向占主導(dǎo)地位的鄒家山—石洞斷裂是由F1、F6、F7及F10等一組大致平行的主干斷裂組成，具多期活動(dòng)的特點(diǎn)，晚期表現(xiàn)為壓扭性。單條斷裂規(guī)模不大，多條斷裂呈尖滅再現(xiàn)或尖滅側(cè)現(xiàn)所組成的斷裂帶，在其兩側(cè)裂隙構(gòu)造發(fā)育，整體斷裂構(gòu)造規(guī)模大，寬度可達(dá)300 m，延展長(zhǎng)度大于10 km。不但是蓋層構(gòu)造，又遷就利用了基底中的老構(gòu)造，具有明顯的繼承性特征，故又稱為基底構(gòu)造。并與火山塌陷構(gòu)造多以歸并，交接(或穿插)的形式復(fù)合，形成的構(gòu)造破碎帶是礦床地下水循環(huán)運(yùn)動(dòng)的主要通道。由于循環(huán)于構(gòu)造破碎中的構(gòu)造裂隙水，具有較大的熱容量和較好的對(duì)流導(dǎo)熱性能，是地殼中最理想的載熱流體(沈照理，1993)。如ZK31-10在－30 m標(biāo)高揭露到次級(jí)裂隙含水帶時(shí)，涌出孔口的水溫只有19℃(1967年3月9日)，當(dāng)施工至－230 m標(biāo)高，揭露到F6斷裂與火山塌陷構(gòu)造復(fù)合部位構(gòu)成的含水帶時(shí)，水溫明顯升高(達(dá)23℃)，經(jīng)留孔觀測(cè)發(fā)現(xiàn)孔口涌水水溫達(dá)34.5℃。張慶嵐根據(jù)水中SiO2的存在形式，通過(guò)計(jì)算得出鄒家山礦床溫?zé)崴难h(huán)深度達(dá)2 490 m。說(shuō)明F鄒－石的切割深度在基底地層中超千米以上，這種深大斷裂構(gòu)成了深部地?zé)嵯驕\部傳送的良好通道。

表1 巖石中放射性元素生熱率表Table 1 Heat generation rate table of radiocatice elements in rocks

表2 巖石放射性元素生熱量表Table 2 Heat generation table of radiocatice elements in rocks

表3 ZK40-11抽水前、后井溫資料統(tǒng)計(jì)表Table 3 Well temperature data statistics of ZK40-11 before and after pumping

2.4 地下水動(dòng)力條件

構(gòu)造裂隙水是西部地區(qū)地下水主要類型。各礦床由構(gòu)造裂隙水組成的主要構(gòu)造裂隙含水帶特征見(jiàn)表4。表中結(jié)果表明牛頭山和居隆庵兩礦床構(gòu)造裂隙含水帶的單位涌水量、滲透系數(shù)及水溫均小于(或低于)鄒家山礦床。前二者由于斷裂構(gòu)造自身的特征以及構(gòu)造含水帶導(dǎo)水性能極差，有些局部構(gòu)造裂隙破碎帶甚至不含水，影響了地下水徑流與交替循環(huán)，可見(jiàn)地下水的動(dòng)力條件也是影響地下溫?zé)崴纬傻脑蛑弧?/p>

2.5 見(jiàn)礦情況

根據(jù)鈾水文地球化學(xué)中的熱力學(xué)理論(史維浚，1990;沈照理，1993)，能量的轉(zhuǎn)化服從熱力學(xué)定律。從西部各礦床的礦體埋藏深度可知，礦體埋深均超過(guò)100 m，絕大多數(shù)埋深超過(guò)300 m，可以說(shuō)礦體是處于一個(gè)相對(duì)封閉環(huán)境中。在較短地史時(shí)期和范圍不大的區(qū)域內(nèi)，水—巖體系可視為相對(duì)封閉的局部平衡體系。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下

上述五個(gè)方面歸納起來(lái)，地下溫?zé)崴纬尚杈邆淙齻€(gè)重要條件:一是熱源;二是水源;三是通道。鄒家山礦床三個(gè)條件同時(shí)具備，因此地下有溫?zé)崴嬖?。西部其他礦床一般只具備其中一個(gè)或二個(gè)條件，所以難形成溫?zé)崴?。溫?zé)崴男纬蓹C(jī)理是:首先是大氣降雨在重力作用下從地表向下沿孔隙、裂隙滲入形成地下水，在勢(shì)能的影響下由淺向深、由西南向北東沿F鄒—石構(gòu)造作深循環(huán)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不斷吸取構(gòu)造中和周圍巖石等的熱量，沿途地下水溫度不斷增高，形成地下溫?zé)崴?，最后通過(guò)構(gòu)造、鉆孔等通道流出地表。

表4 各礦床構(gòu)造裂隙含水帶主要參數(shù)一覽表Table 4 The main parameters of each deposit’s structural fracture water zone

圖2 ZK40-11抽水前、后井溫曲線Fig.2 Well temperature curve of ZK40-11 before and after pumping

3 相山礦田西部地溫場(chǎng)特征

據(jù)礦田內(nèi)多個(gè)鉆孔不同時(shí)段的近穩(wěn)態(tài)、穩(wěn)態(tài)測(cè)溫資料和前蘇聯(lián)水文地質(zhì)學(xué)家?jiàn)W吉爾維的《水混合作用數(shù)學(xué)分析法》計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證，礦田內(nèi)井溫?cái)?shù)據(jù)基本可反映地溫情況。因此，礦田西部各礦床地溫特征均用井溫測(cè)溫資料來(lái)論述。依據(jù)井溫資料統(tǒng)計(jì)出各礦床平均地溫梯度及不同標(biāo)高井(地)溫梯度統(tǒng)計(jì)表(表5，表6)。

圖3 鄒家山鈾礦床31線剖面井溫等值線示意圖Fig.3 Well temperature isoline chart of Line NO.31 in Zoujiashan uranium deposit

從表中可以看出，(1)鄒家山礦床平均地溫梯度最高，高出其它兩礦床1℃以上;(2)鄒家山礦床的地溫梯度增長(zhǎng)快，其次是牛頭山礦床，最后為居隆庵礦床;(3)地溫梯度大于3.0℃/100 m的標(biāo)高也是鄒家山礦床最高。也就是說(shuō)，在西部地區(qū)鄒家山礦床的地?zé)嵩鰷丶?jí)從標(biāo)高100 m開(kāi)始已超過(guò)正常平均值(33 m/℃)，形成的地?zé)岙惓^(qū)標(biāo)高亦高，并具有西低東高之勢(shì)。從圖3、圖4可知，鄒家山礦床地溫梯度高值靠近F鄒—石構(gòu)造，其等值圈的長(zhǎng)軸展布方向與構(gòu)造走向一致。另從井溫異常出現(xiàn)部位可以看出，井(地)溫變高一般是在F鄒—石構(gòu)造與火山塌陷構(gòu)造復(fù)合部位。而居隆庵和牛頭山兩礦床地溫梯度高值與構(gòu)造關(guān)系不明顯。

圖4 鄒家山鈾礦床地溫梯度等值線與構(gòu)造關(guān)系示意圖Fig.4 Scheme showing the relationship between geothermal gradient isoline and structure in Zoujiashan uranium deposit

綜上所述，相山礦田西部在不同深度均存在著地?zé)岙惓^(qū)，異常區(qū)分布范圍屬鄒家山礦床大，分布的深度屬鄒家山礦床淺。地溫異常主要與地質(zhì)構(gòu)造關(guān)系密切，尤其是斷裂構(gòu)造與火山塌陷構(gòu)造復(fù)合部位最為明顯。

表5 相山礦田西部各礦床平均地溫梯度統(tǒng)計(jì)表Table 5 The average geothermal gradient statistics of each deposit in west Xiangshan orefield

表6 各礦床不同標(biāo)高井(地)溫梯度(℃/100 m)統(tǒng)計(jì)表Table 6 The geothermal gradient statistics of different elevation of each deposit

4 結(jié)論

相山礦田西部中低溫?zé)崴饕植加卩u家山礦床內(nèi)地下水的徑流和排泄區(qū)，并受F鄒－石斷裂構(gòu)造控制。礦田西部地溫場(chǎng)與F鄒－石基底構(gòu)造關(guān)系密切，地溫由礦田邊緣向中心(自西向東)呈增高趨勢(shì)。

沈照理著.1993.水文地球化學(xué)基礎(chǔ)［M］.地質(zhì)出版社.

史維俊著.1990.鈾水文地球化學(xué)原理［M］.原子能出版社.

章衛(wèi)星，馮為華，張寶松.2007.江西鄒家山鈾礦床綠泥石形成溫度及其成礦關(guān)系［J］.資源調(diào)查與環(huán)境，28(4):293-297.