三道莊鉬礦水文地質(zhì)、工程地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)條件調(diào)查研究

黃 超，王 薇

（1.洛陽鉬業(yè)集團(tuán)股份有限公司礦山公司，河南欒川454033）（2.洛陽鉬業(yè)集團(tuán)股份有限公司礦業(yè)投資部，河南欒川454033）

0 前言

為適應(yīng)洛鉬集團(tuán)三道莊鉬礦區(qū)域經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性發(fā)展需要，對(duì)其進(jìn)行區(qū)域水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)調(diào)查。調(diào)查工作按中華人民共和國(guó)地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《銅、鉛、鋅、銀、鉬地質(zhì)勘查規(guī)范》（DZ/T0214－2002）普查階段和中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范》（GB12719－1991）相關(guān)要求進(jìn)行。

采用手持式GPS衛(wèi)星定位儀對(duì)水文地質(zhì)和工程地質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行定位，定位誤差不大于10 m；地表水和地下水流量采用鋼制薄壁三角堰進(jìn)行觀測(cè)，流速采用浮標(biāo)法進(jìn)行觀測(cè)。基本查明了區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件和礦床水文地質(zhì)條件。巖石試樣采用封口膠帶進(jìn)行密封，巖石物理力學(xué)試驗(yàn)委托湖北省地質(zhì)局實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試。通過調(diào)查核實(shí)了圖幅內(nèi)工程地質(zhì)巖組的分布、巖性和物理力學(xué)指標(biāo)，并按巖組和構(gòu)造部位調(diào)查統(tǒng)計(jì)節(jié)理裂隙發(fā)育特點(diǎn)，基本查明區(qū)域工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)條件和礦床工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)條件。為三道莊鉬礦區(qū)的整體工程建設(shè)布置及礦床開采方法確定提供參考依據(jù)。

1 礦區(qū)自然地理地質(zhì)概況

1.1 礦區(qū)自然地理概況

三道莊鉬礦田處于伏牛山與熊耳山之間，位于黃河與長(zhǎng)江兩水系的地表分水嶺地帶。區(qū)內(nèi)基巖裸露，水流深切；研究區(qū)最低高程為三道莊嶺主峰1 630.79 m，區(qū)域相對(duì)高差200～500 m；地面坡度：在黃河水系區(qū)內(nèi)大于45°，在長(zhǎng)江水系內(nèi)小于30°；溝谷發(fā)育，呈“V”字型，呈現(xiàn)嶺谷相間的地貌景觀，屬侵蝕構(gòu)造中山地形。區(qū)內(nèi)地形有利于地表逕流的自然排泄。年平均氣溫12.2℃，年平均降水量809.3 mm，降水多集中在7～9月內(nèi)，占年降水總量的60％左右，年降水日數(shù)92～114 d。區(qū)內(nèi)四季分明，屬山地型大陸性氣候。

1.2 礦區(qū)地質(zhì)概況

1.2.1 地層

礦田內(nèi)出露地層主要為中元古界官道口群和新元古界上欒川群（見表1），礦田內(nèi)的地層均為整合接觸。

表1 三道莊鉬礦區(qū)地層劃分系統(tǒng)表

1.2.2 構(gòu)造

礦區(qū)位于秦嶺緯向構(gòu)造帶的南亞帶，受淮陽山字型構(gòu)造干擾影響，向南拖移呈弧形轉(zhuǎn)折的部位。區(qū)內(nèi)地層、構(gòu)造、變質(zhì)帶及巖漿巖均呈北西西－北西向分布。本區(qū)自晚元古代以來，經(jīng)歷了多次地殼運(yùn)動(dòng)，不同方向、不同性質(zhì)、不同時(shí)期的構(gòu)造形跡廣泛發(fā)育。

礦田位于三川－欒川陷褶斷帶構(gòu)造線方向由北西西轉(zhuǎn)向北西的弧形轉(zhuǎn)折處和新華夏系構(gòu)造的復(fù)合部位。受青和堂－莊科背斜的北西傾伏端次級(jí)構(gòu)造；南莊口－三道莊嶺箱狀背斜所控制。礦田北部馬圈以斷裂為主，褶皺緊密多呈線狀，中部以褶皺為主，較開闊，南部斷裂亦發(fā)育，其方向主要呈北西西－北西向展布，次為北北東向。由于礦田斷裂發(fā)育，控制地下水的徑流和排泄。

2 水文地質(zhì)

2.1 區(qū)域含水層和隔水層

2.1.1 含水層

區(qū)域含水層主要有以下幾個(gè)，簡(jiǎn)述如下：

（1）第四紀(jì)松散巖石與基巖風(fēng)化巖石孔隙－裂隙水。第四紀(jì)松散巖石在礦田內(nèi)分布不廣、厚度不大。山坡上主要堆積殘坡積物，厚度下，因而幾乎不含水，局部有上層滯水；溝谷坡洪積物為泥砂含礫石夾亞砂土，厚5～10 m，為主要含水地段。有部分泉出露，且沿主溝谷呈條帶狀分布，水動(dòng)態(tài)直接受降水的控制。

（2）石英巖及長(zhǎng)英角巖裂隙水。南泥湖組下段的石英巖及長(zhǎng)英角巖是礦區(qū)內(nèi)的主要含水巖石。裸露于地表分水嶺的脊部，巖石裂隙發(fā)育，直接受降水滲入補(bǔ)給，鉆孔揭露局部巖石破碎。巖石透水性差，無明顯的含水部位，主要是微裂隙含水；巖層含水量主要受斷裂構(gòu)造的控制，且含水極不均一，含水量不大。水的動(dòng)態(tài)曲線反映出水位、自流水量在降雨滯后1月后出現(xiàn)高峰值。

（3）大理巖及夕卡巖裂隙水。零星出露，呈似條帶狀分布，巖溶以溶隙為主，發(fā)育極不均一，個(gè)別部位偶見溶孔，幾乎無溶洞發(fā)育。

2.1.2 隔水層

區(qū)域隔水層主要為巖漿巖隔水層，簡(jiǎn)述如下：

（1）輝長(zhǎng)巖隔水層。分布于礦區(qū)的東北部，呈北西西向條帶狀展布，巖石致密堅(jiān)硬，裂隙極不發(fā)育，鉆孔單位涌水量小于0.001 L/s·m。

（2）變細(xì)晶正長(zhǎng)巖隔水層。分布于礦區(qū)中北部，呈北西西向條帶狀展布，巖石致密堅(jiān)硬，裂隙極不發(fā)育，透水性差，為良好的隔水層。

2.2 區(qū)域地下水補(bǔ)給、徑流和排泄

降水是地下水唯一的補(bǔ)給水源。降水沿裸露巖石裂隙直接滲入補(bǔ)給，由于降水的集中，地形、植被有利于地表徑流的自然排泄，加上巖石裂隙發(fā)育與分布的局限性和多被充填等，降水對(duì)地下水的補(bǔ)給極為有限，其量甚微。沿?cái)嗔褬?gòu)造帶呈似條帶分布，具網(wǎng)絡(luò)狀的分布特征。裂隙水在天然條件下，沿?cái)嗔褬?gòu)造裂隙帶由北向南運(yùn)移，抵于輝長(zhǎng)巖帶，由于受阻，則沿輝長(zhǎng)巖北部接觸帶裂隙，轉(zhuǎn)向西南運(yùn)移，流出礦區(qū)，進(jìn)行排泄。

在天然條件下，含水?dāng)嗔褬?gòu)造裂隙既是地下水貯存的場(chǎng)所，又是運(yùn)移的通道。因此，礦區(qū)內(nèi)基巖地下水呈孤立的細(xì)脈狀分布，無統(tǒng)一的地下水面存在。孔隙裂隙潛水和基巖裂隙水間無水力聯(lián)系，但在人為條件下，基巖裂隙水補(bǔ)給孔隙裂隙潛水。綜上所述：本礦區(qū)水文地質(zhì)勘探類型為第二類，即以裂隙含水層充水為主的礦床。礦區(qū)地下水對(duì)未來礦山開采充水無大的影響。

2.3 礦田水文地質(zhì)分區(qū)

礦區(qū)位于長(zhǎng)江和黃河兩大水系的分水嶺處，即該分水嶺在礦區(qū)內(nèi)沿三道莊嶺和玉皇嶺一線分布，走向近南北向。據(jù)此將礦區(qū)劃分為兩個(gè)水文地質(zhì)區(qū)。（1）西區(qū)：面積較小，屬長(zhǎng)江水系。地下水主要為裂隙水，主要接受大氣降水補(bǔ)給。含水量不大，無統(tǒng)一的區(qū)域性地下水面存在。隔水巖層主要為花崗斑巖脈，零星分布于西部。（2）東區(qū)：占礦區(qū)面積約2/3，屬黃河水系。地下水主要為角巖裂隙水、大理巖、夕卡巖裂隙水，隔水層主要為變細(xì)晶正長(zhǎng)巖脈和輝長(zhǎng)巖脈。第四系沿溝底呈樹枝狀分布。主要接受大氣降水滲入補(bǔ)給。大理巖及夕卡巖巖溶不發(fā)育，見有溶隙，偶見溶孔，發(fā)育極不均一。巖石透水性差，含水不均一，含水量不大。隔水巖層分布在該區(qū)北部，裂隙不發(fā)育，隔水性良好。

3 工程地質(zhì)

3.1 巖性對(duì)工程地質(zhì)條件的影響

巖石力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果（表2），除大理巖軸向抗壓強(qiáng)度為846 MPa，屬中等強(qiáng)度外，其他皆在1 120～2 240 kg/cm2之間，屬高強(qiáng)度巖石。礦區(qū)范圍內(nèi)，出露地層主要是三川組、南泥湖組的一套碎屑巖、碳酸鹽巖、火山噴發(fā)巖的變質(zhì)巖系與第四系。其中變細(xì)晶正長(zhǎng)巖呈脈狀產(chǎn)出，第四系地層零星分布，二者對(duì)區(qū)內(nèi)工程地質(zhì)條件影響甚小。礦體及圍巖為角巖、夕卡巖及大理巖，整體塊狀構(gòu)造，巖石致密堅(jiān)硬，力學(xué)強(qiáng)度高，工程地質(zhì)條件較好。

3.2 構(gòu)造對(duì)工程地質(zhì)的影響

礦區(qū)內(nèi)主構(gòu)造線方向?yàn)楸蔽魑飨颍硪唤M為北北東向。北西西向的構(gòu)造主要有：三道莊嶺箱狀背斜、王家東溝向斜和F1斷層。北北東向構(gòu)造主要有：王家東溝－下南溝斷裂（北端），太保山－老母廟斷裂（北端）。兩組構(gòu)造及其組合對(duì)礦區(qū)工程地質(zhì)條件的影響起主導(dǎo)作用。

（1）受王家東溝－下南溝斷裂影響，使第四系下伏地層形成較寬的擠壓破碎帶，斷裂帶成群出現(xiàn)，平行排列。據(jù)鉆孔資料，上部地層多處遇斷裂破碎帶，所取巖心多為碎塊狀、豆粒狀、砂狀，部分為巖屑或巖粉，一般采取率為60％左右。

（2）南－三背斜北翼，地層遭受長(zhǎng)期構(gòu)造變動(dòng)，產(chǎn)生復(fù)向斜和沖斷層，使地層發(fā)生倒轉(zhuǎn)和不協(xié)調(diào)褶皺，產(chǎn)狀變化大，巖層裂隙發(fā)育，工程地質(zhì)條件較復(fù)雜。

表2 三道莊鉬鎢礦區(qū)巖石力學(xué)試驗(yàn)成果表

3.3 采空區(qū)對(duì)工程地質(zhì)的影響

由于長(zhǎng)期的無序開采，在礦區(qū)內(nèi)存在著較多的采空區(qū)，雜亂無序，大小不一，形狀極不規(guī)則，跨度較大，尤其在富礦段，采場(chǎng)內(nèi)礦柱稀少。這些采空區(qū)的存在，產(chǎn)生了強(qiáng)烈的地壓活動(dòng)，使原本強(qiáng)度較高的巖體，造成了穩(wěn)固程度降低，產(chǎn)生地裂縫、地表塌陷及滑坡等現(xiàn)象，因此，采空區(qū)對(duì)巖體穩(wěn)定影響較大。礦區(qū)井下開采方法為全面采礦法，在開采初期，由于礦巖力學(xué)強(qiáng)度高，其整體穩(wěn)固性可定為穩(wěn)固的。但是經(jīng)過多年的開采，采空區(qū)規(guī)模較大而且密集，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其整體的穩(wěn)固程度已大大降低，尤其是在采空區(qū)密集處和富礦處，礦柱較少，整體的穩(wěn)固性較差。礦山采用安全厚度來管理采空區(qū)，控制其地壓活動(dòng)。即采空區(qū)頂板厚度達(dá)到30 m為安全厚度。

3.4 邊坡穩(wěn)定性

根據(jù)調(diào)查得知，在礦田界線的西北部，地形較高，坡度較大，構(gòu)造密集，巖石破碎，邊坡不穩(wěn)定，露天開采時(shí)應(yīng)加注意。在工程地質(zhì)條件復(fù)雜或者結(jié)構(gòu)面組合交線與邊坡傾向一致，結(jié)構(gòu)面組合交線傾角大于穩(wěn)定邊坡的臨界傾角，邊坡不穩(wěn)定部位，可根據(jù)施工技術(shù)條件和邊坡維持時(shí)間長(zhǎng)短，適當(dāng)減少階高和坡角。采空區(qū)塌陷能引發(fā)邊坡失穩(wěn)，在露天開采時(shí)應(yīng)加以注意。

4 環(huán)境地質(zhì)

4.1 地表水及地下水可能的污染

近年來隨著采礦業(yè)的發(fā)展，礦區(qū)內(nèi)人員不斷增多。生活垃圾隨手拋于溝谷內(nèi)，這樣會(huì)造成細(xì)菌和大腸桿菌的增多，將直接影響地表水和地下水的水源。

據(jù)調(diào)查、區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有選礦企業(yè)9家，其每天區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生廢水約85 800 t，日排放廢水約8 580 t（主要是大氣蒸發(fā)、地下裂隙滲漏）。雖然廢水中含有煤油、二號(hào)油和巰基乙酸鈉等，但由于該區(qū)域內(nèi)的主要水源為地表水，水量隨大氣降水程度變化較大，屬于缺水區(qū)，生產(chǎn)用水和生活用水需要從數(shù)千米外供應(yīng)。選廠所排出的廢水經(jīng)處理后，95％以上返回選廠重新利用，因此，生產(chǎn)廢水不會(huì)給環(huán)境造成大的污染。

4.2 廢石

采礦時(shí)的廢棄石（礦）碴，其數(shù)量以萬噸計(jì)，隨著露采坑的增大，數(shù)量會(huì)越來越多，這樣就為當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境地質(zhì)埋下了隱患。裸露于地表的廢棄石（礦）碴，經(jīng)風(fēng)吹雨淋，有的元素極易分解析出，溶于水中，可能造成地表水及地下水中某些元素含量超標(biāo)，使水質(zhì)受到污染。河谷上游的尾礦壩和礦碴堆放為自然堆放，加之地形較陡，其穩(wěn)固性沒有保障，一旦遇到暴雨或特大暴雨，有形成人為泥石流的可能。

4.3 地裂縫、地表塌陷及滑坡

由于多年的無序開采，在礦區(qū)內(nèi)留下了大量的采空區(qū)，上下重疊，雜亂無序，形態(tài)十分復(fù)雜。經(jīng)過多年來受地壓作用的影響，采空區(qū)頂盤多產(chǎn)生斷裂、冒落和塌陷現(xiàn)象。隨著采礦活動(dòng)的加強(qiáng)，近年來曾發(fā)生過地裂縫、地表塌陷及滑坡，其主要原因是采空區(qū)冒落和塌陷造成的，嚴(yán)重地影響了人員、生產(chǎn)、設(shè)備的安全。因此地裂縫、塌陷及滑坡是三道莊礦區(qū)主要的礦山地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害。

4.4 放射性污染

對(duì)礦區(qū)部分鉆孔的部分巖礦心進(jìn)行了伽馬（γ）強(qiáng)度檢查。檢查結(jié)果，礦區(qū)內(nèi)巖礦心伽馬（γ）強(qiáng)度一般在2γ以下，花崗斑巖中稍高，但沒有超過2.5γ，不會(huì)給人畜造成大的傷害。在花崗斑巖型礦石的選礦試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)硫精礦內(nèi)含有微量的放射性鈾0.006 3％，二氧化釷0.031 5％。據(jù)分析原礦中含鈾0.002 5％，二氧化釷0.007 2％。所以提請(qǐng)礦山做該類型礦石的硫精礦伽馬（γ）值測(cè)量。如果其伽馬（γ）值超標(biāo)，要采取相應(yīng)的防護(hù)措施，以保證生產(chǎn)人員的人身安全。

4.5 粉塵－游離SiO2對(duì)人體的影響

游離SiO2粉塵對(duì)人身的影響是肯定的。過量吸入會(huì)使人得矽肺病。本礦床的礦石類型為：長(zhǎng)英角巖型礦石，斑狀花崗巖型礦石；夕卡巖型礦石；透輝石斜長(zhǎng)石角巖型礦石。前2種礦石類型中，石英含量＞10％，后2種礦石類型中，石英含量＜10％。這樣在礦山采掘爆破，礦石的破碎、球磨，都會(huì)產(chǎn)生一定的游離SiO2粉塵，給生產(chǎn)人員造成一定的傷害。因此，提醒礦山安全部門，要對(duì)作業(yè)場(chǎng)地進(jìn)行游離SiO2粉塵測(cè)量，并采取相應(yīng)的措施，保障生產(chǎn)人員的身體健康。

5 結(jié)論

（1）三道莊地下水主要為基巖裂隙水，水文地質(zhì)類型為以裂隙含水層充水為主的礦床。大氣降水是地下水的唯一補(bǔ)給水源。構(gòu)造斷裂雖較發(fā)育，但導(dǎo)水性差；巖石裂隙不發(fā)育，分布極不均一，且多被充填。礦床水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。

（2）礦區(qū)內(nèi)礦體及圍巖均為變質(zhì)巖和巖漿巖，無軟弱夾層分布。斷裂構(gòu)造較發(fā)育，沿?cái)嗔褬?gòu)造帶裂隙較發(fā)育，張開度小，多被后期充填，破壞了巖體的完整性。采空區(qū)的坍塌能產(chǎn)生地裂縫、地表塌陷及滑坡等現(xiàn)象。建議在地形較高，坡度較大，構(gòu)造密集，巖石破碎，邊坡不穩(wěn)定部位，可適當(dāng)減少階高和坡角。

（3）尾礦壩及碴堆有形成人為泥石流的可能，礦區(qū)內(nèi)無重大的污染源，地表水、地下水水質(zhì)較好。經(jīng)調(diào)查，礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量中等。

［1］王潤(rùn)堂.石硐溝銀多金屬礦床水文地質(zhì)條件分析［J］.甘肅冶金，2008，30（2）：24－26.

［2］中華人民共和國(guó)地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：DZ/T0214－2002，銅、鉛、鋅、銀、鉬地質(zhì)勘查規(guī)范［S］.北京：中華人民共和國(guó)國(guó)土資源部.

［3］中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：GB12719－1991，礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范［S］.北京：國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局.