曹四夭鉬礦區(qū)水文地質(zhì)特征研究

沈衛(wèi)立SHEN Wei-li；岑朝正CEN Chao-zheng；郜朋飛GAO Peng-fei

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)勘查院，許昌 461000）

（No.2 Geo-exploration Institute，Henan Provincial Bureau of Geo-exploration and Mineral Development，Xuchang 461000，China）

1 概況

內(nèi)蒙古興和縣曹四夭鉬礦是河南省地勘二院2010年新發(fā)現(xiàn)的一個(gè)特大型鉬礦。區(qū)內(nèi)估算鉬礦資源儲(chǔ)量(122b)+(333)礦石量130235.60 萬t，金屬量1327649.27t，平均品位0.102%。礦區(qū)距烏蘭察布市興和縣縣城僅5 公里，交通方便，具有良好的開發(fā)利用前景。

2 區(qū)域水文地質(zhì)

興和縣區(qū)域上為一個(gè)山川相間的小型山間盆地，位于陰山山脈東段北部。曹四夭斷裂從勘查區(qū)中部穿過。水文地質(zhì)地質(zhì)條件受區(qū)域性斷裂控制分區(qū)明顯，勘查區(qū)東部含低山丘陵裂隙含水，西部為平坦的山間平原，新生界松散沉積物較厚，含孔隙潛水和弱承壓水。區(qū)內(nèi)溝谷較發(fā)育，有利于地表逕流的排泄。區(qū)內(nèi)現(xiàn)代地貌景觀，由東部的低山、丘陵向西部的厚層松散沉積物覆蓋的山間盆地過渡，地勢總體東高西低。地表水多為季節(jié)性河流，受地形控制，主要作用為排洪，同時(shí)對地下淺層水有一定的補(bǔ)給作用。在曹四夭斷裂以東古近系和新近系松散沉積物較??；曹四系斷裂以西松散沉積物較厚。

3 礦區(qū)水文地質(zhì)條件

3.1 地形、地貌及地表水特征 詳查區(qū)位于后河水文地質(zhì)單元的南部，地勢東高西低，海拔高程最低1249m，最高1415m（圖1），相對高差166m，礦區(qū)東部屬低山丘陵地貌，西部為山間沖積平原?？辈閰^(qū)內(nèi)溝谷較發(fā)育，有利于地表徑流的排泄。但無常年性流水，河流均為季節(jié)性河流。最低侵蝕基準(zhǔn)點(diǎn)1249m。

3.2 含、隔水巖組

3.2.1 新生界蓋層含水巖層（組）

①第四系全新統(tǒng)沖洪積物（Qhal）孔隙含水層：主要分布于河溝的河床中，由沖洪積的砂礫石組成，一般厚度0～3.00m，局部厚度大于10m。該含水層在礦區(qū)內(nèi)分布面積很少，含孔隙潛水。涌水量一般30m3/d，水質(zhì)類型為HCO3-Ca型，礦化度0.36g/L，pH 值7.50。水位標(biāo)高1255.20～1318.20m。該含水層直接接受大氣降水補(bǔ)給，蒸騰與蒸發(fā)為該含水層的主要排泄方式之一，部分則經(jīng)短途徑流后垂向或側(cè)向排泄。

圖1 曹四夭鉬礦區(qū)水文地質(zhì)略圖

②新近系上新統(tǒng)寶格達(dá)烏拉組（N2b）孔隙含水層：主要分布于曹四夭斷裂以西，該層厚50-100m 左右，巖性主要為厚層砂質(zhì)泥巖和薄層砂礫石層。含水層砂礫石層厚度10～20m 左右。根據(jù)民井簡易抽水資料，降深5.48m，單位涌水量0.113L/s·m，富水性中等偏弱。水質(zhì)類型為HCO3-Ca·Na·Mg 型、HCO3-Ca·Mg 型，礦化度0.26～0.42g/L，pH值7.82。水位標(biāo)高1240～1280m?，F(xiàn)多開采為居民生活飲用水。

③新近系中新統(tǒng)漢諾壩組（N1h）裂隙含水層：主要分布于曹四夭斷裂以西，礦區(qū)內(nèi)僅小面積出露于郭縣夭子?xùn)|南1km 的小山上和曹四夭村南一小溝內(nèi)，含水巖性主要為灰色氣孔狀玄武巖、致密橄欖玄武巖，含裂隙孔洞水，個(gè)別鉆孔穿見該含水層時(shí)嚴(yán)重漏水，有不返水現(xiàn)象。玄武巖分為兩層，中間夾紫紅色泥巖隔水層。第一層玄武巖厚度3－21.00m，第二層玄武巖厚度6.00－9.00m。據(jù)水文地質(zhì)調(diào)查，泉水流量0.634L/s，個(gè)別富水地段單井涌水量300m3/d，富水性中等，水質(zhì)類型為HCO3-Ca·Mg 型，礦化度0.23 g/L，pH 值7.83。水位標(biāo)高1214.10～1242.11m。

④新近系中新統(tǒng)老梁底組（N1l）孔隙裂隙含水層：主要分布于礦區(qū)中部和南部，厚度32.60m，施工鉆孔沒有穿見該含水層。地表巖性為灰白色礫質(zhì)巖和雜色粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖組成，固結(jié)程度差，地表均為松散狀，含孔隙潛水。

⑤古近系漸新統(tǒng)呼爾井組和烏蘭戈楚組（E3wl+h）裂隙含水層：在曹四夭斷裂以西該巖層厚度大于200m，主要巖性為紫紅色泥巖夾灰白色半膠結(jié)砂巖、砂礫巖，含水層為砂礫巖，單井涌水量50-500m3/d（引自內(nèi)蒙古自治區(qū)興和縣城鎮(zhèn)供水水源地水文地質(zhì)詳查報(bào)告），其富水性中等，水質(zhì)類型為HCO3-Ca，HCO3-Ca·Na 型水，礦化度小于1g/l。曹四夭斷裂以東該層厚度0～36.80m，鉆孔穿見巖性以紫紅色泥巖為主，該層在曹四夭斷裂以東主要表現(xiàn)為隔水性質(zhì)。

總之，新生界蓋層孔隙含水層主要分布于曹四夭斷裂以西，間夾有厚層泥巖及砂質(zhì)泥巖隔水層，鉬礦體主要分布于曹四夭斷裂以東，如果將來采坑邊坡開挖到曹四夭斷裂附近時(shí)對礦體開采有一定影響。

表1 含水層水文參數(shù)一覽表

3.2.2 基巖裂隙含水層（組）分布于新生界沉積物以下，地表局部有少量出露。基巖風(fēng)化深度一般0～78.62m，在風(fēng)化帶以上，巖心具褐鐵礦化，裂隙發(fā)育5-10 條/m，巖心破碎強(qiáng)烈RQD=0～40%。含基巖風(fēng)化裂隙水，地表有少量出露，直接受大氣降水補(bǔ)給，地下水交替強(qiáng)烈。風(fēng)化帶以下靠近斷層部位，巖石受斷層影響裂隙發(fā)育，裂隙密度8～10條/米，裂隙面粗糙，裂隙性質(zhì)主要表現(xiàn)張性；另外由于巖漿作用，圍巖溫度冷熱變化的過種中形成裂隙，部分裂隙寬約0.5～5cm，后被石英不完全充填，形成直徑約0.5～5cm 不規(guī)則狀石英晶洞（圖2），成為地下水的主要儲(chǔ)水空間和徑流通道。ZK0007 孔，深度389m 處涌水，涌水量6.696L/s，富水性中等；ZK0015 孔，穿透F1 斷層時(shí)涌水，涌水量0.833L/s，終孔水頭高出地表18.60m(壓力表測試)。ZK0804孔37.45～64.51m 嚴(yán)重漏水，不返水，最大漏失量150L/min；522.70～1199.82m 嚴(yán)重漏水，不返水，最大漏失量150L/min。根據(jù)礦體單孔穩(wěn)定流抽放水試驗(yàn)資料：ZK0403孔最大水位降深9.02m，單位涌水量0.467L/s·m，滲透系數(shù)0.453m/d；ZK0411 孔最大水位降深12.00m，單位涌水量0.300L/s·m，滲透系數(shù)0.183m/d；ZK1200 孔最大水位降深8.19m，單位涌水量1.505L/s·m，滲透系數(shù)0.601m/d（表1），水位埋深16.35m，水質(zhì)類型為HCO3·Cl-Na，HCO3·SO4-Na型，礦化度0.52～1.61g/L，pH 值7.86～8.55。該含水層具有統(tǒng)一的水位標(biāo)高1297.58～1302.93m。

總之，基巖裂隙含水層富水性中等－強(qiáng)，其富水性與基巖的裂隙分布和發(fā)育度有關(guān)，具有較強(qiáng)的不均一性，主要富水部位集中在阻水?dāng)嗔延粋?cè)，是將來礦體開采礦坑充水的主要來源。

3.2.3 斷裂構(gòu)造含水性 礦區(qū)構(gòu)造以斷裂構(gòu)造為主。區(qū)內(nèi)新生界覆蓋嚴(yán)重，在黃土窯巖組（Ar2h）及曹四夭花崗斑巖（K1Cγπ）出露區(qū)斷裂較發(fā)育，主要為北東向、北西向，共6 組斷裂分別為F1、F2、F3、F4、F5 和F6（表2）。

圖2 巖心上的石英晶洞

表2 主要構(gòu)造一覽表

①北東向構(gòu)造。

F1 斷裂在曹四夭村通過，為區(qū)域性斷裂，為大同—尚義北東向斷裂帶在區(qū)內(nèi)的延伸部分。大部分被古近系、新近系地層覆蓋。

在區(qū)內(nèi)為隱伏斷裂，鉆孔ZK0815（245.60～311.70m）及ZK0007（127.11～354.00m）控制，走向?yàn)?8～42°，傾向308～312°，傾角59～61°，寬27～62m，斷層帶內(nèi)主要以碎裂巖為主，發(fā)育有構(gòu)造泥礫巖、角礫巖、擠壓片理化帶，并充填有少斑花崗斑巖脈、普遍具硅化，高嶺土化、褐鐵礦化，花崗斑巖脈具輝鉬礦化并且具強(qiáng)裂破碎現(xiàn)象，碎塊大小為1～10cm。以上特征說明此斷層為以張性為主的正斷層，至少經(jīng)歷過成礦前、成礦期及成礦后三次以上活動(dòng)。兩盤巖石強(qiáng)烈破碎，影響范圍較大，下盤相對富水。

本次施工ZK0411 孔在129.75m 穿透新生界蓋層后穿見該斷層帶，只穿見該斷層下盤的部分碎裂巖化斜長淺粒巖，厚16.31m，巖石平均裂隙密度大于12 條/m，巖石質(zhì)量極劣，巖體破碎。根據(jù)ZK0411 孔在該層位抽水資料，水位降深90.04m，單位涌水量0.00093L/s·m，水位標(biāo)高1278.31m，水質(zhì)類型為Cl·SO4-Na 型，礦化度1.4g/L，pH 值8.29。其富水性極弱，可視為相對隔水層。根據(jù)以往施工鉆孔，F(xiàn)1 斷層?xùn)|7 個(gè)鉆孔，斷層西6 個(gè)鉆孔終孔穩(wěn)定水位對比，終孔穩(wěn)定水位標(biāo)高，F(xiàn)1 斷裂東比F1 斷裂西高46.73m，說明該斷層對地下水的運(yùn)動(dòng)有阻擋作用。

F2 斷層主要分布在礦區(qū)內(nèi)小紅土窯一帶，P2 鉛鋅礦化帶產(chǎn)與其中。斷裂帶走向約60°，傾向北西，傾角約75°，寬約10～30m。該斷裂多期次活動(dòng)，帶內(nèi)巖石強(qiáng)烈破碎，構(gòu)造巖主要以碎裂巖為主，發(fā)育有構(gòu)造泥礫巖、角礫巖。XZK01 鉆孔穿見該斷層時(shí)有涌水現(xiàn)象，其富水性強(qiáng)。

F3 斷層位于曹四夭西南部約600m，完全隱伏，由4個(gè)鉆孔控制（CZK01、CZK02、CZK03 和ZK0823）。P1 鉛鋅礦化帶產(chǎn)于其中，總體走向103°，傾向193°，傾角79°。礦帶沿走向、傾向方向變化較大。帶內(nèi)巖石較為破碎，主要以角礫巖、碎裂巖、鉛鋅礦化碎裂巖。所施工鉆孔穿見該斷層時(shí)泥漿消耗局部有增大現(xiàn)象，其富水性一般。

②北西向構(gòu)造。

該方向構(gòu)造為北東向構(gòu)造次級斷裂，規(guī)模一般較小，地表完全隱伏，通過鉆孔共控制三組深部斷層，分別為F4、F5、F6 斷層。

F4 斷層由ZK1607 孔控制，寬約4m，ZK2400 孔控制，寬約1.5m。該斷層在橫16、橫24 剖面明顯截?cái)鄡山M輝綠巖脈，總體呈現(xiàn)逆斷層特征，具有一定的阻水性。

F5 斷層位于ZK0807 孔364.2～369.0m 處；ZK1203 孔215.2～221.6m 處；ZK1600 孔67.1～70.7m 處，斷層產(chǎn)狀50-60°∠71-80°，工程控制長730m，ZK0411 孔鉆孔中該斷層厚8.00m，斷層主要為碎裂巖及斷層泥，碎斑成分與斷層上下盤巖石同成分，主要為淺粒巖、黑云斜長片麻巖，粒徑一般為4～8mm，泥質(zhì)膠結(jié)。巖心多呈扁柱狀、塊狀。巖心受擠壓具高嶺土化（圖3），透水性差。

F6 斷層分布在曹四夭村南東，斷層位于ZK0008 孔794.1～807.6m 處，斷層產(chǎn)狀50～60°∠71～80°，工程控制長約500m，它切割了黃土窯巖組及輝綠巖脈，斷距約4m。斷層帶內(nèi)充填黑云斜長片麻巖、淺粒巖碎塊及碎裂巖、斷層泥。碎裂巖中碎斑為黑云斜長片麻巖及淺粒巖，粒徑2～5mm，次棱角狀，含量約30～60%，斷層巖礦化為輝鉬礦化、黃鐵礦化，蝕變?yōu)榫G泥石化、絹云母化及泥化等。總體呈現(xiàn)逆斷層特征，具有一定阻水作用。

3.2.4 隔水巖層

①新生界隔水層。

圖3 ZK0411 孔537m 處斷層泥

新近系上新統(tǒng)寶格達(dá)烏拉組（N2b）和古近系漸新統(tǒng)呼爾井組和烏蘭戈楚組（E3wl+h）地層中有厚層砂質(zhì)泥巖及粉砂巖，透水性差，可視為隔水層。

②基巖隔水層。

中太古界集寧巖群黃土窯巖組（Ar2h）的片麻巖、淺粒巖，巖石完整，裂隙不發(fā)育段可視做隔水層；巖漿巖主要有中生代早白堊世多斑花崗斑巖（K11γπ）、少斑花崗斑巖（K12γπ）和爆破角礫巖K12aγπ。脈巖為輝綠巖脈（βμ）、花崗斑巖脈（γπ）。風(fēng)化帶以下，巖石質(zhì)密，裂隙不發(fā)育段可視做隔水層。

③阻水?dāng)鄬印?/p>

區(qū)內(nèi)斷層由于其多期次活動(dòng)，斷層性質(zhì)主要表現(xiàn)為壓扭性，斷層泥發(fā)育，高嶺土化較強(qiáng)，對地下水的運(yùn)動(dòng)具有一定的阻擋作用。阻水?dāng)嗔阎饕獮镕1、F4、F5 和F6。

3.3 礦區(qū)地下水的補(bǔ)給、徑流及排泄條件 礦區(qū)位于地下水的徑流排泄區(qū)，礦區(qū)南部基巖裸露區(qū)接受大氣降水后，一部分蒸發(fā)和通過地表徑流排泄，一部分補(bǔ)給地下水，地下水通過基巖裂隙孔隙和導(dǎo)水構(gòu)造由南向北西徑流，主要受地形和導(dǎo)水構(gòu)造控制，受曹四夭斷裂和新生界厚層泥巖隔水層阻擋后，水頭被抬高，在本區(qū)表現(xiàn)為承壓水性質(zhì)。排泄方式主要是向地下潛水補(bǔ)給徑流和蒸發(fā)。

3.4 各充水因素對礦床開采的影響

3.4.1 主要構(gòu)造破碎帶對礦床開采的影響 礦區(qū)內(nèi)的主要構(gòu)造分為北東向、北西向兩組，共6 條斷層分別為F1、F2、F3、F4、F5 和F6。斷層主要表現(xiàn)為壓扭性，斷層泥發(fā)育，透水性差，對礦床充水影響弱。但在阻水?dāng)嗔延粋?cè)可能會(huì)形成豐富的地下水富積帶，開采斷裂帶附近的礦體時(shí)，礦坑涌水量將會(huì)增大。

3.4.2 地表水對礦床開采的影響 勘查區(qū)內(nèi)地表水體不發(fā)育。雨季（6－8月份），大氣降水可在地表暫時(shí)匯集，但大部分已蒸發(fā)和隨地勢而流失；另一部分則通過巖石裂隙滲入地下。在豐水季節(jié)應(yīng)注意防護(hù)暴雨形成的暫時(shí)性洪水對礦坑的危害。

3.4.3 礦體基巖裂隙含水層對礦床開采的影響 礦體基巖裂隙含水層富水性中等-強(qiáng)，含水層的頂?shù)装宀幻黠@。礦體基巖含水層為礦充直接充水含水層，因此基巖裂隙含水層將是未來礦山開采的主要充水因素。

4 總結(jié)

從以上對各含隔水層的論述，當(dāng)?shù)氐乇硭话l(fā)育，降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈；新生界地層中新近系玄武巖富水性中等，是礦體的間接充水含水層；礦區(qū)主要阻水?dāng)嗔褳镕1 斷裂，F(xiàn)1 斷裂以西新生界地層中厚層砂質(zhì)泥巖隔水層發(fā)育；F1 斷裂下盤迎水一側(cè)基巖裂隙含水層富水性中等－強(qiáng)，是礦床開采的主要直接充水含水層。將來礦山開采時(shí)要加強(qiáng)防治礦體基巖裂隙含水層的突水等水害；另外在豐水季節(jié)注意防護(hù)暴雨形成的暫時(shí)性洪水對礦坑的危害。

[1]李香資.內(nèi)蒙古自治區(qū)興和縣曹四夭礦區(qū)鉬礦詳查報(bào)告[R].河南省地礦局第二地質(zhì)勘查院，2003年7月.

[2]章至浩.內(nèi)蒙古自治區(qū)興和縣城鎮(zhèn)供水水源地水文地質(zhì)詳查報(bào)告[R].內(nèi)蒙古自治區(qū)第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)院，2008年11月.

[3]曹劍峰.專門水文地質(zhì)學(xué)[M].科學(xué)出版社出版，2006.