石背山鉛鋅鐵礦水文地質條件初探

周 虎

(韶關市均瑞礦業有限公司, 廣東韶關市 512030)

石背山鉛鋅鐵礦水文地質條件初探

周 虎

(韶關市均瑞礦業有限公司, 廣東韶關市 512030)

根據礦區的水文地質條件及礦床充水因素,預測了礦坑涌水量,指出供水水源方向及礦體圍巖局部存在的層間破碎帶和少量溶蝕裂隙帶。建議礦山開采時應注意巖溶裂隙水和老窿積水的影響,及時對原采坑進行回填封閉并進行老窿水治理,謹防礦坑坍塌和礦坑突水事故的發生。

石背山礦區;水文地質;礦坑涌水;涌水量預測

石背山鉛鋅鐵礦區位于廣東省韶關市翁源縣境內,地處南嶺山脈中段南側,是翁城盆地北端的一部分,屬中低山區,呈現巖溶地貌景觀。

礦區水系為珠江水系,地形切割比較強烈,其水系不太發育,礦區旁側有數條小溪溝自西或南向東流入涼橋河,匯入翁江,該河最低侵蝕基準面海拔標高為+142.00 m,最高洪峰水位為+154.5 m。

本區屬亞熱帶季風濕潤氣候區,氣候溫和而潮濕,年平均氣溫20℃左右,最高38.9℃,最低-3.6℃,相對濕度平均77%,春夏多雨,年平均降雨量1881 mm,最大日降雨量126.6 mm,最大月降雨量639 mm。

1 區域地質特征

區內地層出露有寒武系、泥盆系、石炭系、二疊系侏羅系及第四系等,主要以泥盆系和石炭系出露最為廣泛,其余次之,第四系僅見于河谷兩側的低洼地區。

本區地處雪山嶂背斜北東傾伏端,粵北山字型構造前弧東翼,區內斷裂構造十分發育,主要有NE向的徐屋斷裂、NNE向的凡洞斷裂帶、NW向涼橋斷裂;褶皺構造發育,褶皺軸線主要為NNE向,如雪山嶂背斜、翁城向斜等。

區內巖漿活動一般,主要見有燕山期花崗巖類,其與成礦關系密切。

2 礦區地質特征

礦區地層簡單,構造發育,巖漿活動一般。

2.1 礦區地層

礦區出露地層簡單,僅見有泥盆系及第四系。主要為中下泥盆統桂頭組(D1-2gt)灰白色石英砂巖、絹云母頁巖;中泥盆統棋梓橋組下段(D2q1)淺灰綠色千枚狀綠簾石絹云母頁巖、鈣質頁巖夾粉砂巖、灰巖;上段(D2q2)泥質灰巖夾鈣質頁巖、泥灰巖、白云巖;上泥盆統天子嶺組(D3t)灰黑色泥質灰巖及白云巖、白云質灰巖;第四系(Q)殘坡積和沖積層。

礦體主要賦存于中泥盆統棋梓橋組上段(D2q2)與下段(D2q1)接觸帶-綠簾石矽卡巖蝕變帶中。

2.2 礦區構造

礦區內構造發育,以斷裂為主,主要呈NNW向,次為NNE向及近東西向。

NNW向組:礦區的主要成礦構造,主要為F1和F2,分布在礦區的西南側。F1斷裂縱貫全區,為一組北東傾向的正斷層,分別位于桂頭組、棋梓橋組、天子嶺組的接觸部位,有強烈矽卡巖化和后期的石英脈穿插,斷層傾向北東,傾角約80°,局部近于直立;派生構造F1-1是區內鉛鋅礦成礦的運輸通道,與礦體的形成有密切關系。F2斷層多沿溝谷分布,地層有錯動現象,見斷層角礫巖,傾向北東,傾角約60°～70°,深部變陡。

NNE向組:該組斷裂規模小,為次級小構造,傾向東,為一組正斷層,分布在礦區北西部,礦區中發育有F3、F4、F5,其中F3、F4斷裂中的透輝石透閃石矽卡巖,局部具鉛鋅礦化,局部有方解石、斷層角礫巖充填。

近東西向組:主要分布在礦區的北西側,屬NNW向組派生的張扭性斷裂,主要表現為輝綠巖和石英斑巖充填,呈東西向展布,傾向南或南東,傾角45°～60°,常見黃鐵礦化。

礦段位于涼橋-新江向斜北西端,為北東向傾斜的單斜構造,傾角30°～60°。

礦區節理裂隙比較發育,主要為NNE向、NE向、NW向,主要有方解石、綠泥石、少量黃鐵礦等礦物充填,局部地段見有方鉛礦充填。

2.3 礦區巖漿巖

礦區內巖漿活動不強烈,僅見有輝綠巖和石英斑巖,呈脈狀產出。

綠簾石化矽卡巖蝕變帶:分布于礦區的南西部,呈北西-南東展布,傾向南西,傾角60°,礦區出露共5處。其中,礦區北部兩處出露規模較小,不含礦,而北西-南東展布3處出露較大,是礦區的主要含礦帶,也是形成礦體的重要場所,同時又是礦床賦存主要巖性段。

2.4 礦體特征

在該區發現有兩種礦床類型:十八窯一帶熱液充填型原生鉛鋅硫化物礦床和黃泥坑一帶沉積改造型原生磁鐵礦-鏡鐵礦礦床。均賦存于中泥盆統棋梓橋組上段和下段,受層間構造控制的綠簾石化矽卡巖化帶中,礦體呈層狀和似層狀。鉛鋅礦體中金屬礦物以方鉛礦、閃鋅礦和黃鐵礦為主,其次是黃銅礦和磁黃鐵礦;非金屬礦物含量較高的是石英、綠簾石、綠泥石、石榴石、陽起石等;磁鐵礦-鏡鐵礦礦體的主要金屬礦物為磁鐵礦,其次為假象赤鐵礦、鏡鐵礦、偶見褐鐵礦,金屬硫化物包括黃鐵礦、毒砂、赤鐵礦和少量的閃鋅礦、方鉛礦等。非金屬礦物以石英為主,其次為綠簾石、綠泥石、石榴石、陽起石等;其它微量礦物包括磷灰石、鋯石、褐榍石等。

3 礦區水文地質特征

3.1 礦區地表水系

礦區內地形切割比較強烈,水系不太發育,礦區旁側有數條小溪溝自西或西南向東或東北流入涼橋河,匯入翁江。該河最低侵蝕基準面海拔標高+142.00 m,最大流量4.8 m3/s,最小流量0.05 m3/s,水質類型為HCO3·SO4-Ca型。礦區地表自然排泄條件較好。

3.2 巖層含水性

根據礦區出露的地層和含水特征、富水性,劃分了第四系殘坡積層孔隙含水層、上泥盆統天子嶺組白云質灰巖裂隙弱含水層、中泥盆統棋梓橋組灰巖溶蝕裂隙中等富水層,以及下泥盆統桂頭組(D1-2gt)砂頁巖相對隔水層(見圖1)。

(1)第四系殘坡積層孔隙含水層。由第四系含礫砂、砂、亞砂土、亞粘土等殘坡積層組成,主要分布于溝谷兩側及開闊谷底中,分選性差,結構松散,厚度1～20 m,該層含孔隙潛水。該層距離礦體較遠,對礦床開采影響甚微。

圖1 礦區水文地質分帶示意

(2)上泥盆統天子嶺組白云質灰巖裂隙弱含水層。出露于礦區北東部一帶,其厚度大于300 m,巖性以灰黑色厚層狀夾薄層狀泥質灰巖及白云巖、白云質灰巖,地表表現為泥質條帶。構造裂隙不發育,地表未發現塌陷和溶洞跡象,也未發現泉水出露點。由于該層位出露距礦體較遠,坑道未揭露。

(3)棋梓橋組灰巖溶蝕裂隙含水層。棋梓橋組上段(D2q2)巖溶蝕裂隙中等富水層為礦區主要含礦層位,位于礦區北西部,在地表與上泥盆統天子嶺組呈斷層接觸,厚約100 m,為一套中薄層狀夾厚層泥質灰巖,局部夾鈣質頁巖、泥灰巖、白云巖,地表風化強烈。受構造影響,在與下段(D2q1)接觸界面形成蝕變帶-綠簾石矽卡巖。根據地表、鉆孔及坑道揭露情況來看,5月坑道涌水量在3.87～5.57 L/s;10月～次年2月份,坑道涌水量為2.83～4.33 L/s;從抽水試驗結果看,單位涌水量0.16 L/(s·m),故棋梓橋組上段(D2q2)為弱-中等富水地帶。地下水位標高369.67～418.08 m,水力坡度為4.50%,泉水出露多,在西南面分布有3個泉井,流量為0.102～0.9 L/s,水質為類型為HCO3-Ca·Mg型。棋梓橋下段(D2q1)炭質、泥質灰巖微弱富水地帶分布在礦區西南部,在與上段(D2q2)接觸界面形成蝕變帶-綠簾石矽卡巖。東以圖幅邊為界,西以7線為界,該帶范圍內出露泉水少,一般流量為0.02～0.10 L/s,但地表巖溶較發育,水質類型為HCO3-Ca型。富水部位主要受構造和裂隙控制,在斷層破碎帶、風化帶等地段裂隙水發育。

(4)中下泥盆統桂頭組砂巖相對隔水層。本組地層分布在礦區西-西南部,僅見出露少許,巖性為灰白色石英砂巖、絹云母頁巖。巖層厚度不詳。與上覆巖層呈整合接觸關系。透水性、富水性均差,構成含水層隔水底板。

3.3 斷層的含水性

(1)北北西向斷層主要有F1、F2。F1結構面緊密,膠結充填差,斷層導水性好,對礦體開采有一定的影響;F2為“愈合”斷裂,在成礦前、成礦期、成礦后均有活動,破碎帶寬10～30 m,在坑道中揭露該斷裂帶均有較大的水滲流,其流量為0.14～0.56 L/s,這充分證實F2斷層是礦區導水性能好、富水性能強的斷層,也是將來礦坑充水的主要斷層。

(2)北北東向斷層主要有F3、F4、F5。其中F3分布于礦區的北西部,傾向北東,為壓扭性斷層,富水性較弱,對礦床開采影響較小。

(3)近東西向斷層主要分布在礦區的北西部,切割深度較大,富水性較強,但遠離鉛鋅礦開采區,對礦體采礦影響不大。

3.4 地下水的補給、徑流和排泄條件

地下水的主要補給來源為大氣降水滲入補給,其次是地表水沿途滲漏補給,大氣降雨經地表沖溝巖溶陸地、漏斗、落水洞和松散堆積物等匯集滲入,注入地下,然后沿淺部巖溶管道或斷層破碎帶、接觸破碎帶、風化破碎帶徑流。地下水的總體運動方向是由北西向南東,其中大部分在臨近溪溝或低洼地段以涌泉形式溢出地表,其余部分繼續下滲徑流。

3.5 水文地質觀測

據18/ZK1鉆孔簡易水文地質觀測資料(見表1),靜止水位埋深6.5 m,標高+393.5 m。該孔在2008年5月20日進行單孔抽水試驗,抽水時間12 h,穩定3 h,穩定水位埋深16.3 m,水位降深9.8 m,涌水量約為1.53 L/s,單位涌水量0.16 L/(s·m)。

據4/ZK1鉆孔簡易水文地質觀測資料(見表1):靜止水位埋深5.5 m,標高+305.5 m。該孔在2008年5月21日進行單孔抽水試驗,抽水時間12 h,穩定3 h,穩定水位埋深17.5 m,水位降深12.0 m,涌水量約為1.89 L/s,單位涌水量0.16 L/(s·m)。

表1 鉆孔簡易抽水試驗數據

4～8月份,是本區降雨較多季節,占全年降雨量的70%,5月坑道涌水量在3.87～5.57 L/s;10月～次年2月份,是本區枯水期,坑道涌水量為2.83～4.33 L/s。

通過對坑道內巖層裂隙、坍塌、滴水、涌水等水文地質調查,在豐水期及枯水期每5 d或10 d進行一次流量觀測。水文地質觀測結果見表2。

表2 坑道水文地質觀測結果

4 開采中段涌水量預測

根據現有中段豐水期與枯水期的平均涌水量,采用單位涌水量公式:Q1＝q0×S1×F1預測開采中段最大涌水量。式中,Q1為預測中段涌水量;q0為已知的單位面積、單位降深涌水量,計算公式為:q0＝Q0/(S0·F0);F1和S1為預測中段所圈定的采區面積和水位降,F0、S0為已知標高中段所圈定的采區面積及水位降。預測結果見表3。

預測計算結果:十八窯270 m水平中段礦坑涌水量319～618 m3/d;黃泥坑130 m水平中段礦坑涌水量493～861 m3/d。

5 小 結

本區主要受地表匯水范圍內大氣降水控制,主要為第四系孔隙水和巖溶裂隙水,礦區斷裂構造較發育,部分斷層溝通了礦區地表水與地下水之間的水力聯系。鉛鋅礦體和鐵礦體位于當地侵蝕基準面以上,正地形地貌有利于自然排水。礦床主要含水層和構造破碎帶中等強度富水性,實測坑道最大涌水量范圍為3.87～5.57 L/s,開拓十八窯鉛鋅礦體控制最低標高+270中段預測涌水量3.69～7.15 L/s(319～618 m3/d);開拓黃泥坑鐵礦體控制最低標高+130中段預測涌水量5.71～9.97 L/s(493～861 m3/d)。地下水補給條件一般,礦床水文地質邊界北西、中部、南東較簡單。因此,礦床水文地質屬于以巖溶裂隙充水為主的水文地質條件簡單-中等類型。

表3 中段涌水量預測結果

目前所圈定礦體均位于當地侵蝕基準面之上,埋深0～240 m。礦體圍巖局部見層間破碎帶和少量溶蝕裂隙,開采時應注意巖溶裂隙水和老窿積水的影響。建議開采前對原采坑進行回填封閉或采用其他措施,謹防礦坑坍塌和發生礦坑突水事故。

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2012-04-16)

周 虎(1983-),男,湖南長沙人,助理工程師,主要從事地質及水文地質勘查技術及管理工作,Email: revonary@163.com。