膠東紗嶺金礦區(qū)水文地質(zhì)特征

王鵬鳴,袁永忠,李明輝,楊乙

摘要：紗嶺金礦區(qū)位于山東省萊州市北東部，在膠東焦家斷裂金成礦帶上。通過對(duì)工程背景、區(qū)域水文地質(zhì)特征及礦區(qū)水文地質(zhì)特征綜合分析，認(rèn)為紗嶺金礦區(qū)含水層主要為第四系孔隙水含水層、基巖風(fēng)化帶裂隙水含水層、上盤（極）弱富水含水層、下盤弱富水含水層，隔水層主要由焦家斷裂中部的斷層泥及兩側(cè)的碎裂巖組成。對(duì)比了工勘孔預(yù)測(cè)豎井涌水量與豎井掘進(jìn)建設(shè)中實(shí)際涌水量，分析了實(shí)際涌水量偏大的影響因素，為掌握焦家斷裂深部的水文地質(zhì)特征提供了參考。

關(guān)鍵詞：焦家斷裂；涌水量；含水性；水文地質(zhì)特征；紗嶺金礦區(qū)；膠東

中圖分類號(hào)：TD15P618.58P641.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

文章編號(hào)：1001-1277（2023）05-0078-04doi：10.11792/hj20230517

紗嶺金礦區(qū)位于著名的膠東焦家斷裂金成礦帶上，該成礦帶上分布著眾多的金礦床，如焦家金礦床、新城金礦床、寺莊金礦床等［1-2］。這些金礦床的開采深度普遍在700～800 m，焦家斷裂淺部的水文地質(zhì)情況隨著礦山的開發(fā)逐漸被掌握，但焦家斷裂深部的水文地質(zhì)情況目前尚不清楚［3］。紗嶺金礦區(qū)礦體賦存于焦家斷裂深部，礦體主體賦存于-960～-1 460 m標(biāo)高［4］。通過對(duì)紗嶺金礦區(qū)的建設(shè)開發(fā)，為了解焦家斷裂深部的水文地質(zhì)特征提供了一扇窗口，為全面掌握焦家斷裂的水文地質(zhì)情況提供了便利條件，也為同類礦床提供參考。

1工程背景

紗嶺金礦區(qū)位于山東省萊州市北東部，距離萊州市區(qū)直線距離約27 km。區(qū)域?yàn)l臨渤海，屬暖溫帶季風(fēng)區(qū)大陸性氣候，晝夜溫差較小，四季分明。萊州市氣象站47年（1959—2006年）的氣象資料顯示，區(qū)域平均氣溫12.5 ℃，最高氣溫38.9 ℃，最低氣溫-17 ℃。年平均降水量595.77 mm，年最大降水量1 204.8 mm，年最小降水量313.8 mm。年最大蒸發(fā)量2 379 mm，年最小蒸發(fā)量1 779.2 mm。區(qū)域內(nèi)有朱橋河和滾龍河2條季節(jié)性河流，分別從礦區(qū)南西部和中部通過，在礦區(qū)西側(cè)合二為一。區(qū)域內(nèi)沒有大的淡水體，礦區(qū)北西端直線距離渤海海岸的最近點(diǎn)約5.3 km。

紗嶺金礦區(qū)4條豎井的井深均超1 300 m，其中主井深度最大，為1 551.8 m。4條豎井于2018年開展工勘工作，對(duì)豎井施工區(qū)域的水文地質(zhì)和工程地質(zhì)情況進(jìn)行了勘查，目前4條豎井中主井、進(jìn)風(fēng)井、回風(fēng)井建設(shè)工程已竣工，副井還在施工中（見圖1）。

2區(qū)域水文地質(zhì)特征

區(qū)域內(nèi)主要有兩大類含水巖組：第四系松散巖類含水巖組和以花崗巖、變輝長巖為主的巖漿巖、變質(zhì)巖等基巖含水巖組。區(qū)域內(nèi)的第四系主要分布在淺層，多由坡洪積、沖洪積、沖積和部分海積形成，透水性、富水性中等或較好。巖漿巖只有少部分出露地表，大部分被第四系所覆蓋，其透水性、富水性較弱。區(qū)域地下水的徑流、排泄條件較差，地下水流向與地表水基本一致，由南向北徑流，最后注入渤海［3］。區(qū)域地形東高西低、南高北低，整體向西北傾斜。通常地下水流向與地形大致一致，東部地下水補(bǔ)給西部地下水。這與實(shí)際觀測(cè)結(jié)果一致。進(jìn)風(fēng)井位于紗嶺金礦區(qū)東部，處于地下水的上游，主井位于西部，處于地下水的下游，距離較近。但是，在實(shí)際注漿過程中2條豎井注漿并沒有相互影響，說明地下水的流動(dòng)性不強(qiáng)，裂隙連通性不好。

焦家斷裂是區(qū)域內(nèi)主要的斷裂蝕變帶，屬于壓扭性斷裂，規(guī)模較大，影響范圍較廣，分布在區(qū)域中東部的馬塘—焦家一帶，出露長20 km，寬140～500 m，工程控制最大斜深4 040 m，最大垂深2 012 m，總體走向20°，傾向北西，傾角22°～40°。焦家斷裂不僅控制著礦體的分布與埋深，同時(shí)也控制著周邊地下水的富集、運(yùn)移及水力特性。焦家斷裂的主裂面以灰黑色斷層泥為標(biāo)志，斷層泥粒度極細(xì)，導(dǎo)水性和富水性很差，是良好的隔水帶，厚度0.01～33.74 m，分布連續(xù)，傾向延伸大于1 800 m，有效阻斷了上下盤含水層的水力聯(lián)系。隔水帶兩側(cè)受構(gòu)造影響，巖石破碎，裂隙發(fā)育，是地下水賦存和運(yùn)移的有利場(chǎng)所，是較好的富水部位。

揭露焦家斷裂主裂面后，含水層的水壓變大，尤其是焦家斷裂主裂面下部含水層，水壓較大，具有一定的承壓性質(zhì)。這也證明焦家主裂面的隔水性和完整性非常好，將上下盤分成了2個(gè)基本無水力聯(lián)系的層位［5-8］。上部含水層巖體的裂隙中鈣質(zhì)、鐵質(zhì)沉積物較多，使得各裂隙之間水力聯(lián)系不大。而焦家斷裂主裂面之間為下部含水層，巖石的節(jié)理和裂隙中無后期鈣質(zhì)和鐵質(zhì)沉淀，水力聯(lián)系更好。因此，揭露后的水量更大，而且下層裂隙水具有一定的承壓性質(zhì)。

3礦區(qū)水文地質(zhì)特征

3.1巖層含水性

3.1.1含水層

紗嶺金礦區(qū)位于焦家斷裂西側(cè)，根據(jù)豎井工勘相關(guān)資料，綜合考慮各巖層的儲(chǔ)水方式、地下水水力特征、富水性、所處位置，以及對(duì)礦床開采的影響等因素，將含水層劃分為4類：第四系孔隙水含水層、基巖風(fēng)化帶裂隙水含水層、上盤（極）弱富水含水層、下盤弱富水含水層（見圖2）。其與同在焦家斷裂上的朱郭李家金礦區(qū)水文地質(zhì)情況一致［5］。

1）第四系孔隙水含水層主要由含礫中粗砂、含礫亞黏土、砂礫等組成，巖性變化較大，主要由沖洪積作用形成。透水性很好，滲透系數(shù)5～40 m/d，是下伏基巖風(fēng)化帶裂隙含水層接受大氣降水補(bǔ)給的通道。

2）基巖風(fēng)化帶裂隙水含水層位于第四系孔隙水含水層之下，分布在整個(gè)礦床范圍內(nèi)，巖性主要由變輝長巖組成。巖石以裂隙方式儲(chǔ)水，富水性中等。由于風(fēng)化層厚度差異較大，裂隙的張開程度及被充填程度不同，導(dǎo)致橫向富水性并不均一，隨著深度增加，富水性由中等至弱。該層地下水接受大氣降水的補(bǔ)給。

3）上盤（極）弱富水含水層位于焦家斷裂上盤，巖性為變輝長巖、絹英巖化花崗巖、鉀長石化花崗巖等。巖層含弱構(gòu)造裂隙水，透水性、富水性隨裂隙發(fā)育程度有較大變化，富水性不均勻是該含水層的顯著特點(diǎn)。巖層的地質(zhì)年代久遠(yuǎn)，經(jīng)歷了多期次構(gòu)造變動(dòng)，裂隙比較發(fā)育，但多為扭性、壓扭性裂隙，裂隙閉合，連通性較差。因此，該含水層的總體透水性、富水性較弱，滲透系數(shù)為0.000 343 m/d。

4）下盤弱富水含水層位于焦家斷裂下盤，由黃鐵絹英巖化花崗質(zhì)碎裂巖、黃鐵絹英巖化碎裂巖、絹英巖化花崗巖等組成。距主裂面較近的巖石，構(gòu)造裂隙發(fā)育。該含水層滲透系數(shù)0.002 45 m/d，大于上盤（極）弱富水含水層，屬弱富水含水帶。

3.1.2隔水層

隔水層位于焦家斷裂中部，呈北北東向條帶狀分布。巖性由斷層泥及兩側(cè)的碎裂巖組成，主要標(biāo)志層是黑色、深灰色斷層泥，厚度不均勻，目前控制厚度1～56 cm。根據(jù)掌握的資料，焦家斷裂主裂面整體產(chǎn)狀穩(wěn)定，局部彎曲較大，分布連續(xù)，具有良好的隔水性（見圖3）。隔水層走向12°，傾向北西，傾角25°～45°，延伸大于1 400 m。隔水層之上為上盤（極）弱富水含水層，之下為下盤弱富水含水層，隔水層隔斷了上下盤之間的水力聯(lián)系，使其成為各自獨(dú)立的含水層。

3.2工勘孔預(yù)測(cè)豎井涌水量

工勘孔涌水量估算方法：利用工勘孔抽水試驗(yàn)所得的滲透系數(shù)，代入管井公式直接估算豎井的涌水量（Q），按裸壁和護(hù)壁2種情況進(jìn)行公式選擇及預(yù)測(cè)。

1）裸壁采用式（1）計(jì)算潛水完整井穩(wěn)定流涌水量：

Q=πk（2H-s）slnRrω（1）

R=2sHk（2）

式中：Q為預(yù)測(cè)礦坑涌水量（m3/d）；s為水位降深（m），靜止水位到預(yù)測(cè)坑底的鉛垂距離，主井s=1 578.6 m、副井s=1 613.824 m、進(jìn)風(fēng)井s=1 336.7 m、回風(fēng)井s=1 322.0 m；k為滲透系數(shù)（m/d），上、下盤含水層采用全孔抽水試驗(yàn)得到k的加權(quán)平均值，主井為0.000 543 775 m/d、副井為0.001 476 m/d、進(jìn)風(fēng)井為0.000 843 691 m/d、回風(fēng)井為0.000 258 719 m/d；H為潛水水頭高度（m），下盤弱富水含水層中靜止水位到預(yù)測(cè)主井井底的最大高度，主井為1 578.6 m、副井為1 613.824 m、進(jìn)風(fēng)井為1 336.7 m、回風(fēng)井為1 322.0 m；R為影響半徑（m），主井R=2 925.15 m、副井R=4 981.47 m、進(jìn)風(fēng)井R=2 839.047 m、回風(fēng)井R=1 563.87 m；rω為豎井半徑（m），主井rω=3.65 m、副井rω=3.25 m、進(jìn)風(fēng)井rω=3.25 m、回風(fēng)井rω=3.75 m。

2）護(hù)壁采用式（3）計(jì)算穩(wěn)定流承壓淺井涌水量（井底進(jìn)水，井壁不進(jìn)水）：

Q=2πkrωs（3）

主井預(yù)測(cè)裸壁涌水量636.36 m3/d，護(hù)壁涌水量19.68 m3/d；副井預(yù)測(cè)裸壁涌水量1 645.67 m3/d，護(hù)壁涌水量48.62 m3/d；進(jìn)風(fēng)井預(yù)測(cè)裸壁涌水量699.93 m3/d，護(hù)壁涌水量23.03 m3/d；回風(fēng)井預(yù)測(cè)裸壁涌水量238.93 m3/d，護(hù)壁涌水量8.12 m3/d。

3.3豎井掘進(jìn)建設(shè)中實(shí)際涌水量

紗嶺金礦區(qū)豎井在實(shí)際建設(shè)和掘進(jìn)過程中，發(fā)現(xiàn)主要有3層富水層，分別為第四系孔隙水含水層、上盤（極）弱富水含水層（紗嶺金礦區(qū)豎井主要出水位置位于-800～-900 m標(biāo)高）和下盤弱富水含水層（-1 200 m標(biāo)高以下），而且涌水量大大超過了工勘預(yù)估的水量。

紗嶺金礦區(qū)豎井施工過程中發(fā)現(xiàn)4條豎井在上盤（極）弱富水含水層的巖性為變輝長巖，成巖期為新太古代早期，年代久遠(yuǎn)，巖石節(jié)理和裂隙普遍被鈣質(zhì)沉淀封堵，因此整體導(dǎo)水性較差。但是，在-800～-900 m標(biāo)高普遍存在2～3個(gè)富水層，富水層的巖石破碎，富水層之上為一套傾向10°左右，傾角約60°的斷裂，斷裂中間為厚2～3 m的斷層泥，斷層泥為灰白色，粒度極細(xì)，導(dǎo)水性和富水性都很差，具有良好的隔水性。斷層泥下為破碎帶，巖層裂隙和節(jié)理發(fā)育，巖石破碎，是地下水賦存和運(yùn)移的有利場(chǎng)所，是較好的富水部位，厚度30～40 m。再往下隨著巖性完整性變好，含水量隨之減少。

下盤弱富水含水層在焦家斷裂主裂面之下有一層具有承壓性質(zhì)的富水層，該層地下水位于焦家斷裂主裂面下的破碎帶內(nèi)，由于有主裂面的斷層泥作為隔水層，隔絕了上、下盤含水層之間的水力聯(lián)系，使下盤弱富水含水層與上盤（極）弱富水含水層的水力性質(zhì)不同，下盤弱富水含水層相比于上盤（極）弱富水含水層的水壓要大，涌水量也更大。這也說明下盤弱富水含水層的這套花崗巖破碎帶連通性要好于上盤（極）弱富水含水層的變輝長巖。

目前，4條豎井護(hù)壁后的涌水量為720～1 440 m3/d，遠(yuǎn)大于工勘孔預(yù)估涌水量。綜合分析，認(rèn)為原因有2個(gè)：其一，紗嶺金礦區(qū)豎井建設(shè)區(qū)域的含水層賦存水均為裂隙水，且都賦存于高角度斷裂形成的破碎帶中，造成富水性不均勻。工勘孔在深部的直徑僅為98 mm，而4條豎井直徑最小的為6.5 m。豎井施工中遇到的富水破碎帶，工勘孔不一定能穿過，因此掘進(jìn)施工中的涌水量要大于工勘孔預(yù)估涌水量；其二，工勘孔的施工過程為鉆進(jìn)，對(duì)周邊圍巖的破壞不大。而豎井掘進(jìn)過程中需要爆破，爆破造成周邊圍巖破壞，裂隙和斷裂由壓緊狀態(tài)變?yōu)閺堥_，從而使巖層的滲透率增加。

4結(jié)語

紗嶺金礦區(qū)主要為構(gòu)造控水，因此該區(qū)域在以后的工勘過程中，除了滲透系數(shù)等特征，重點(diǎn)控制區(qū)域內(nèi)的構(gòu)造，尤其是北東向斷裂，其為與焦家斷裂主裂面平行展布的次級(jí)斷裂。在工勘孔施工過程中，下部破碎帶被其上緊鄰的細(xì)粒斷層泥封死，造成出水減少的現(xiàn)象。由于紗嶺金礦區(qū)為裂隙出水，且裂隙多為高角度斷裂，如果工勘孔未能穿越該導(dǎo)水裂隙，則不能揭露含水層，也導(dǎo)致預(yù)測(cè)的涌水量偏小。［參 考 文 獻(xiàn)］

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Hydrogeological characteristics of Shaling Gold District in JiaodongWang Pengming，Yuan Yongzhong，Li Minghui，Yang Yi

（Laizhou Huijin Mining Investment Co.，Ltd.）

Abstract：Shaling Gold District is located in the northeast of Laizhou City，Shandong Province，and is on the Jiaodong Jiaojia Fault gold metallogenic belt.Based on the comprehensive analysis of engineering background，regional hydrogeological characteristics，and district hydrogeological characteristics，the study takes that the water-bearing strata mainly include Quaternary fissure water water-bearing strata，matrix weathering zone fissure water water-bearing strata，hanging wall（extremely） weakly water-rich water-bearing strata，footwall weakly water-rich water-bearing strata，and the water-resisting strata mainly consist of the fault mud and the cataclasite on both sides in Jiaojia Fault.The study compared the water inrush amount in vertical shafts predicted by engineering exploration drill and the actual water inrush during the construction of vertical shaft excavation and analyzed the influence factors leading to more water consumption in actual situations，providing references to master the hydrogeological characteristics deep in Jiaojia Fault.

Keywords：Jiaojia Fault;water inrush;aquosity;hydrogeological characteristics;Shaling Gold District;Jiaodong