礦山水文地質(zhì)類型及礦產(chǎn)資源賦存規(guī)律分析

任少鵬

（山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濟(jì)南 250000）

進(jìn)入改革開放以來，我國工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，煤炭資源為我國電力發(fā)電提供了堅實基礎(chǔ)，并且在未來很長一段時間內(nèi)，我國電力生產(chǎn)的主要能源仍會以煤炭為主。但是煤炭資源的不可再生性，使得國內(nèi)煤炭資源逐漸呈現(xiàn)枯竭，開發(fā)和利用其他礦產(chǎn)能源是未來中國發(fā)展的必然選擇。受我國地形高低起伏的影響，在長期的地殼運動變化中，我國礦山中除了煤炭資源，其實還有多種礦產(chǎn)資源，如致密的煤層氣、堅實的頁巖和豐富的油頁巖[1]。由于中國地質(zhì)類型的多種多樣性，早在1900年前后就有法國學(xué)者開始了地質(zhì)考察研究，對礦山的地層結(jié)構(gòu)和古生物演變進(jìn)行了論述，為其理論研究打下了堅實基礎(chǔ)。而我國在90年代后期才開始對各類型礦產(chǎn)資源進(jìn)行評價，但在早期的工作中研究人員只進(jìn)行單一礦產(chǎn)資源勘探調(diào)查，常把礦產(chǎn)資源類型劃分成單一礦種，就礦找礦，割裂了礦產(chǎn)資源之間存在的原有聯(lián)系。雖然有部分地質(zhì)勘探人員提出了共生資源勘探概念，但其層次不夠清晰和完善，使得研究工作無法大力度的開展，對地質(zhì)調(diào)研工作的分布呈現(xiàn)南多北少的局面，可供參考的研究實例不多。本文從礦山水文地質(zhì)類型入手、根據(jù)地質(zhì)變化特征，分析礦山中資源的賦存規(guī)律，為日后礦產(chǎn)地質(zhì)的調(diào)查工作部署，以及勘查選區(qū)提供強(qiáng)有力的科學(xué)依據(jù)。

1 礦山水文地質(zhì)類型分析

由于中國的地勢呈現(xiàn)高低起伏的狀態(tài)，盆地和丘陵居多，為我國的礦產(chǎn)資源打下了堅實的基礎(chǔ)，多年來研究表明，礦產(chǎn)資源分布在沉積的巖石層內(nèi)，而礦山的地質(zhì)類型決定了對礦山資源的開采難易程度，因此本文從開采條件和礦山含水量的特征來進(jìn)行礦山地質(zhì)類型分析。首先從開采條件來看，一般將礦山水文地質(zhì)類型劃分為簡單地質(zhì)、中等地質(zhì)和復(fù)雜地質(zhì)和極其復(fù)雜地質(zhì)的三種[2]。其一極其復(fù)雜型表示為其礦山中所含有的水分較多，開采時極易造成塌方事件。其二復(fù)雜型表示為該礦山水文地質(zhì)具有一定含水現(xiàn)象，但成分和結(jié)構(gòu)能夠適當(dāng)進(jìn)行開采，一旦出現(xiàn)事故也會造成不小的影響。其三簡單型表現(xiàn)為在開展開采工作時，處理手段較為簡單便捷，不需要難度較高的技術(shù)手段加以支持，直接能夠?qū)ΦV山加以開采。其四中等型表現(xiàn)為礦山水文地質(zhì)相對較少，在開采工作中難度較低，不會造成過大的影響。

其次從根據(jù)礦山空隙含水層的充水量分布特征，來劃分目前礦山水文地質(zhì)類型。一般將其劃分為可劃分為三種類型：第一個類型為礦山巖層內(nèi)部有孔隙存在，其孔隙分布的位置和所在巖層厚度，大多數(shù)由周圍自然地理條件所致，使得該礦山的充水量呈現(xiàn)面狀形態(tài)。第二個類型是根據(jù)礦山巖層中存在裂隙所致，在古地理環(huán)境的作用下，礦山巖層會形成不同寬度的裂隙，其深度變化主要受礦山巖層受裂隙力學(xué)影響，地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)合組合，讓礦山中裂縫呈現(xiàn)豎直狀態(tài)分布，大部分充水量儲存在縫隙之中，難以被發(fā)現(xiàn)。第三個類型主要由溶洞構(gòu)成，其發(fā)展形成主要是在第二種類型的基礎(chǔ)上，受礦山內(nèi)部環(huán)境影響，礦山內(nèi)部形成的水泊難以蒸發(fā)，外部山體裂縫在雨水的沖刷下，逐漸形成溶洞地質(zhì)，致使礦山巖層內(nèi)充水量過多。

2 礦產(chǎn)資源賦存規(guī)律

2.1 沉積環(huán)境呈現(xiàn)周期性變化

礦產(chǎn)資源主要由黑色、灰色以及黑褐色的沉積巖組成，在上一億年的地殼變遷中，在地下形成了數(shù)以萬計的礦產(chǎn)資源，除我們?nèi)粘Ａ私獾拿禾客猓€存有一定比例的水分巖石顆粒和碎屑巖石顆粒[3]。受晚古時期影響，地下構(gòu)造發(fā)生了巨大的變化，其沉積環(huán)境發(fā)生了改變，多數(shù)的礦產(chǎn)資源在侏羅紀(jì)時期形成，為古生時代的地形加以天平，不同時代的沉積環(huán)境造就了礦產(chǎn)資源的填充順序，使得對應(yīng)礦產(chǎn)資源安裝沉積環(huán)境的變化周期分布，以某礦山為例，分析其礦產(chǎn)資源分布特點，如圖1所示。

圖1 某礦山礦產(chǎn)資源分布狀態(tài)

如圖1所示不同沉積環(huán)境下的礦產(chǎn)資源的厚度不同，其主要分布情況和其地形走勢相關(guān)。根據(jù)沉浸環(huán)境將整個礦產(chǎn)資源的分布劃分為五個階段：第一段受河道影響，兩側(cè)逐漸發(fā)展成沼澤和沖擊平原，在沉積力量的不斷沖擊下其所在地形逐漸趨于平坦，而沼澤環(huán)境能夠在河道邊緣擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)下，形成了中厚甚至至厚煤層。在第二到四段沉積環(huán)境，尤其河道逐漸變寬，向上出現(xiàn)較為粗的三角洲層序，其巖層發(fā)育成典型的湖泊狀，和與第一段沉積環(huán)境相比較，此時的變化尤為明顯，在垂直走向上，從三角洲的淺灘不斷向三角洲邊緣過度沉積，使得含有大量泥質(zhì)的砂巖包裹住較細(xì)砂質(zhì)，減少細(xì)沙的流失。在沉積環(huán)境流經(jīng)至平原地區(qū)時，大多數(shù)泥質(zhì)砂巖最終進(jìn)入沼澤區(qū)，直觀的造成了淺灘三角洲的整個發(fā)育過程。因受區(qū)域性水進(jìn)和水退的影響，多階段性重復(fù)的特點充斥整個過程。到第五階段該地區(qū)的湖水隨著時間逐漸退出沖擊區(qū)，沉積環(huán)境主要為三角洲平原內(nèi)部分流河道，其典型的泥巖層異常匱乏，晚期其垂向?qū)有虻奶卣黠@示為向上變細(xì)，具有向沖積環(huán)境過渡的特點，整體反映該期由淺湖三角洲又向沖積平原過渡延安組主要由砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)巖等碎屑巖，以及煤組成沉積物[4]。由此根據(jù)巖層分布特點，得知其所在沉積環(huán)境呈現(xiàn)周期性變化。

2.2 多種礦產(chǎn)能源共生共藏

礦山資源除了含有豐富的煤炭資源外，在各個礦層內(nèi)含有其他多種礦產(chǎn)資源，在各種地質(zhì)的演變作用中不斷演化與改造，盡管每種資源形成的年代不盡相同，但其成因有相似關(guān)聯(lián)性，受地形因素影響，在各個礦層內(nèi)均含有不同成分的礦產(chǎn)資源。但礦產(chǎn)資源形成年代歷史性久遠(yuǎn)，每個不同時代所形成的資源形態(tài)不同，每個地區(qū)礦產(chǎn)資源的演化階段各不相同，各種礦產(chǎn)在演化過程中因其所在地質(zhì)因素的多變性，多種礦產(chǎn)資源形成相互依存的形態(tài)，但共存形式不盡相同[5]。礦產(chǎn)資源的共生組合類型相當(dāng)復(fù)雜，在石炭紀(jì)向侏羅紀(jì)轉(zhuǎn)化的過程中，地殼由淺海向內(nèi)陸不斷推進(jìn)，在此階段礦山巖系開始逐漸出現(xiàn)共存狀態(tài)，除了煤炭資源的發(fā)育外，油頁巖、鈾礦和各種金屬礦產(chǎn)相繼出現(xiàn)，與之產(chǎn)生共生。通過對地層綜合分布，對礦山內(nèi)部巖系的各類礦產(chǎn)資源進(jìn)行比例討論，估計礦產(chǎn)資源的層位分布，其資源組合模式如圖2所示。

圖2 礦產(chǎn)資源共生模式

如圖所示，其中1代表金屬礦產(chǎn)資源，2代表頁巖氣資源、3代表致密氣資源、4代表油頁巖資源、5代表砂巖鈾礦資源，其組合模式暫時分為三種。第一種模式為以金屬礦產(chǎn)資源為底板，砂巖鈾礦資源為包圍圈層，將灰色油頁巖和深灰色頁巖氣包裹在內(nèi)，形成頁巖氣煤層和金屬礦產(chǎn)致密共生組合，其中深灰色頁巖氣為細(xì)粒砂巖厚度在整個圈層最高，作為底層的金屬礦產(chǎn)孔隙度和含量相對較低，能夠保證氣系礦產(chǎn)資源保持度和儲存度[5]。第二種模式為頁巖氣與金屬礦產(chǎn)共生組合，底部依舊是金屬礦產(chǎn)資源為核心，頂?shù)拙鶆蚋采w頁巖氣礦產(chǎn)資源，作為頂部保護(hù)圈層，開采難度較低，能夠減少開采成本和時間，最厚部分主要有油頁巖資源占據(jù)，表示該組合的礦產(chǎn)資源十分豐富，且主要的金屬礦產(chǎn)包含鋁、鎵和鋰等，與物種起源和海陸互相沉積交換有關(guān)。第三種模式為致密氣系和頁巖氣共生組合，底板由頁巖氣為主，生烴能力突出，減少脆性礦物含量，頂部也均勻覆蓋致密氣資源，使得整個組合模式的和包容性更強(qiáng)，其資源附著程度較高，但由于其致密性特點，開采難度較大，對施工要求和開采人員的配備隊伍要求較高。

3 結(jié)語

通過對礦山地質(zhì)類型的分析，了解當(dāng)下自然地質(zhì)條件。在大量資料的調(diào)查研究中根據(jù)地質(zhì)類型劃分礦產(chǎn)資源分布和集聚條件，探索礦產(chǎn)資源賦存規(guī)律。但由于時間問題，對礦產(chǎn)資源的賦存規(guī)律僅限于資源類型的演化，對資源的產(chǎn)生及應(yīng)用沒有更深入地研究，無法了解其構(gòu)造演化的影響。在后續(xù)的研究中需要針對礦產(chǎn)資源類型和分布條件，進(jìn)一步探索礦產(chǎn)資源的演化規(guī)律，為開發(fā)利用礦產(chǎn)資源提供科學(xué)依據(jù)。