新疆哈密市天湖東鐵礦水文地質條件與工程地質條件淺析

程潔萍（新疆維吾爾自治區有色地質勘查局704隊　哈密　839000）

?

新疆哈密市天湖東鐵礦水文地質條件與工程地質條件淺析

程潔萍
（新疆維吾爾自治區有色地質勘查局704隊哈密839000）

摘要新疆哈密市天湖東鐵礦屬戈壁丘陵地貌，區內地表逕流不發育，四季多風，氣候干燥。礦區內多組斷層交匯，使得巖石破碎，裂隙發育。經實地調研和綜合研究，筆者認為，天湖東鐵礦區水文地質類型以風化裂隙水為主，頂、底板間接充水，水文地質條件屬簡單的基巖裂隙充水和構造充水，工程地質類型屬堅硬-半堅硬巖層為主、工程地質條件屬中等。在此研究基礎上，進一步指出，天湖東鐵礦開發對環境影響不大，礦山開采活動基本不會引起崩塌、滑坡、泥石流、尾礦垮壩等次生地質災害現象。

關鍵詞水文地質工程地質裂隙構造堅硬-半堅硬環境

DOI∶10.16206/j.cnki.65-1136/tg.2016.02.006

0　引言

天湖東鐵礦發現于上個世紀70年代，經新疆維吾爾自治區有色地質勘查局704隊近年來的找礦工作，礦區深部相繼發現了工業礦體，進一步提升了其工業價值。本次工作旨在通過礦區實地調研、水文、工程地質條件分析，大致了解礦區水文地質、工程地質等開采技術條件，對礦山開采活動引發的環境地質問題等進行初步評價，為礦山開發提供依據。

1　礦區地理概況

新疆哈密市天湖東鐵礦位于哈密市南東直線距離180余千米處，行政區劃屬新疆哈密市管轄。從哈密市經國道312或G30和簡易公路可達礦區，交通較為便利。礦區屬戈壁丘陵地貌，相對高差50 m左右。礦區屬典型的溫帶大陸性氣候，冬季嚴寒，夏季炎熱，氣候干燥、四季多風。區內地表逕流不發育，除夏季偶見間歇性洪水外，多為干溝谷系，植被不發育。區內人煙稀少，最近的人員聚居區分別為東邊10余公里和西邊20余公里相距的天湖鐵礦和M1033鐵礦。生產和生活物資均需由哈密市供應和解決。

2　礦區地質概況

天湖東鐵礦在大地構造位置上處于中天山古板塊，伊犁星星峽弧盆帶中的Ⅲ級構造單元、那拉提星星峽古生代島弧，位于東疆主要的鐵礦成礦帶上。天湖東鐵礦產于尖山子大斷裂與紅柳河深大斷裂所挾持的楔形地帶中。出露地層以震旦系天湖組第三亞組的一套深變質巖系為主，主要巖性組合為角閃黑云母片巖、黑云母石英片巖、大理巖、條帶狀混合巖及滲透混合巖等。受區域性構造影響，礦區主體構造以近NE向斷裂為主，并伴生有多組次級斷裂，使得區內巖石風化破碎強烈，形成地表大面積分布的碎石+土狀風化物堆積而成的大平灘。巖漿巖以加里東期侵入的肉紅色花崗巖為主，多分布于礦區東南部，與鐵礦成礦具有一定的成因聯系。

天湖東鐵礦現已圈出4條鐵礦體，礦體多呈近NE-SW向延伸，長30～150 m，寬2～6 m不等，北傾，傾角60°～80°，TFe品位20%～56%，礦體多產于大理巖中，部分產于黑云母石英片巖中。礦石具中粗粒結構，條帶狀構造、塊狀構造、浸染狀構造等，礦石礦物以磁鐵礦為主。礦床規模為小型鐵礦規模。

3　礦床水文地質條件

結合區域水文資料，經與附近天湖礦區水文地質資料對比可知，天湖地區地下水為無色、無臭、無味、透明、微咸、微苦，水溫9～12℃，pH值6.6～7.9，總硬度29.4°～52°（德國度），暫時硬度1.3°～26°，礦化度2.8～7.8 g/L，水化學類型為SO2-Na型水。

在天湖-天湖東戈壁丘陵地形地貌景觀區，因受地形、巖性、補給等條件的控制，礦區地下水的動態表現長期穩定在地下8～10 m，但在降水和氣溫的影響下，局部時間呈現出補給氣候型動態。每年5～9月份氣溫較高，降水量大時，水位呈緩慢上升趨勢，反之，蒸發強烈時，水位趨勢下降，春冬季水位相對穩定。由圖1天湖地區水文地質單元示意圖可知，該區大氣降水在溝谷低洼地區匯集，通過蒸發和地表破碎松散的巖石迅速排泄。反映出該區地形形態特征、地形標高及地形對地表水匯集、方向的影響。

根據鉆探資料，天湖東礦區含水層主要為前寒武系星星峽組上段，其巖石組合主要為碎裂糜棱巖、片巖、片麻巖、大理巖等，該套巖石組合中基巖裂隙發育的深度及巖石構造破碎程度直接決定了礦區含水層的厚度。

礦區施工鉆孔簡易水文觀測結果表明，礦區基巖裂隙發育的深度平均在100 m左右，構造部位特別是尖山子大斷裂及其附近，基巖裂隙發育的深度（風化殼）近200 m。裂隙發育的層位，巖芯破碎不完整，多呈碎塊狀、片裝及粉沫狀，裂隙面上有較多的氧化形成的褐鐵礦薄膜，水蝕現象明顯，可見較多的水蝕溶洞。鉆機施工到此位置時，鉆孔中漏水、滲水現象嚴重，提鉆時鉆孔中水位恢復較快。經鉆孔抽水試驗，孔內單位涌水量為0.00042～0.02 L/s·m，巖石的滲透系數為0.0002～0.29 m/晝夜，說明地下水的逕流很微弱，地下水主要是靜貯量。據此推斷，礦區含水層厚度一般為80 m左右，構造部位含水層厚度較大，近200 m左右。

所以，礦區地下水類型以基巖裂隙和構造裂隙潛水為主，但基巖裂隙富水性較差，且裂隙連通性不好，補給源不足，礦床充水主要是通過大的構造斷裂對礦床充水。因此，開采過程中，一定要避開大的構造，否則，將對礦山開采造成巨大的危害，如淹沒坑道、損壞機器、發生坍塌等事故。豎井的位置也要避開溝谷，以防雨季地表洪水對井口的威脅，造成淹井，給生產帶來困難，甚至造成人員傷亡。

圖1　天湖地區水文地質單元示意圖

流入礦坑的地下水由貯存量和補給量組成，開采初期進入礦坑的地下水以疏干漏斗范圍內的貯存量為主，隨著長期的疏干降壓，補給量便逐漸取代貯存量進入礦坑。故礦坑充水以貯存量為主時，排水初期涌水量最大，隨著貯存量的消耗，礦坑涌水量逐漸減少而被疏干；以補給量為主時，隨著降落漏斗的形成便漸趨穩定。可見，貯存量一般較易疏干，而補給量常是礦坑充水的主要威脅。

4　礦床工程地質條件

礦區較強的蝕變帶與頻繁交錯的斷裂構造構成了礦區工程地質條件的主體。礦區構造破碎帶較發育，多為壓性、壓扭性斷層，受風化作用的影響，巖石較破碎，裂隙發育，發育深度深淺不一，一般100 m左右，局部裂隙深度可達200 m。

礦區地層巖石建造主要分為三大類，即變質巖系、侵入巖和磁鐵礦，三者表現出各自的工程力學性質（表1）。

表1　巖石物理力學性質經驗數據表

（1）變質巖系：主要為片巖、片麻巖類。片巖類主要為黑云母石英片巖、絹云母石英片巖、綠簾綠泥石石英片巖、斜長石英片巖等；其次為斜長巖、石英斜長片巖等。第一類為力學強度較高的石英片巖，抗壓強度一般大于400 kg/cm2，片理愈發育，抗壓強度則愈低；第二類為力學強度較低的片巖，主要為石英斜長片巖、斜長巖等，抗壓強度一般小于400 kg/ cm2，片理愈發育，抗壓強度則愈低；片麻巖類主要以黑云母斜長片麻巖為主，粒狀變晶結構，致密完整、堅硬，RQD平均值絕大部分在70%以上，其它大理巖、橄欖巖、透閃石巖等一般夾于礦層及底板片巖、片麻巖中，巖石物理力學性能均較好。

（2）侵入巖：以混合花崗巖及斜長花崗巖為主，致密、堅硬、裂隙中等發育，塊狀構造，巖石力學強度較高，抗壓強度最高達800 kg/cm2。

（3）磁鐵礦石：無論貧富礦，礦石的結構極其致密、完整，比重大，裂隙不發育，力學強度極高，抗壓強度在600～1 000 kg/cm2以上，因此，礦石的物理力學性能和工程地質性質都比較好。

總體而言，礦區巖石物理力學性質較好，僅隨巖性不同而表現出一定的差異，一般巖石自然抗壓強度在400～1 000 kg/cm2，飽和抗壓強度大于300 kg/ cm2，軟化系數0.6以上，屬于堅硬-半堅硬巖石。礦體（脈）頂、底板巖石基本穩定，綠泥石片巖可能形成軟弱結構面，對礦體的開采會產生一定的工程危害，在開采過程中應加強對較軟弱結構面的界定，采取有效措施進行加固處置。一般情況下，礦體底板巖石比礦體頂板巖石穩定性好。

綜上，天湖東礦區工程地質類型屬堅硬-半堅硬巖層為主、工程地質條件中等、頂底板巖石比較穩固的礦床。

5　礦區環境地質評價

天湖鐵礦區屬低山丘陵地貌景觀，地表巖石風化破碎強烈。氣候干燥、四季多風，區內地表逕流不發育，僅為少量干溝谷系，植被不發育，人煙稀少。

礦床是以基巖裂隙和構造裂隙充水為主的水文地質條件簡單、工程地質條件中等的的礦床。

礦床開采采用地下坑道開采方式，開采過程中產生的污染物主要有裝卸及破碎礦石、爆破作業產生的粉塵、電機設備排放的廢氣及機械設備使用時發出的噪聲等。所以，造成區域性地質條件和地貌景觀的改變，產生地質災害的可能性極小，基本不會引起崩塌、滑坡、泥石流、尾礦垮壩等現象。

選礦廠采用磁選選礦工藝，其工業廢水中不含有毒物質，可回收重復利用或就地排放，也可用于礦山環境綠化，對環境沒有影響；場區應嚴控工業噪聲強度，以工業噪聲不超過65分貝作為降噪、控噪標準，加之礦區附近無居民，噪聲對周圍環境無影響。采礦以地下開采為主，不會造成地表水土流失，無需進行地表土地復墾。另外，礦山開發產生的廢石只有圍巖和夾石等，廢石量不大，只要合理選擇固定的廢石堆積場所，不占交通、泄洪道路，不影響礦山施工，則對環境影響甚少，不會造成污染。

6　結論

綜上所述，天湖東鐵礦水文地質勘探類型屬于以風化裂隙為主，頂、底板間接充水、水文地質條件簡單的基巖裂隙充水和構造充水的礦床，工程地質類型屬堅硬-半堅硬巖層為主、工程地質條件中等的礦床。由于其特殊的經濟地理條件，礦山開采基本不會引起地貌改變、井巷崩塌、滑坡、泥石流、尾礦垮壩等次生地質災害現象，也不會引起廢石、廢水、廢氣等處置不當引發的環境污染問題，總體對環境影響不大。

參考文獻

［1］聶永.天湖水文地質調查報告.內部資料，1960.

［2］雷軍文.新疆哈密市天湖東鐵礦地質報告.內部資料，2006.

［3］張偉龍，陳建飛，等.天湖鐵礦Ⅱ號礦體礦坑涌水量歷年統計報表.內部資料，2007.

［4］張偉龍，等.天湖東鐵礦工作報告.內部資料，2010.

［5］崔可銳.水文地質學基礎.合肥工業大學出版社，2010.

［6］薛禹群，朱學愚，吳季春，等.地下水動力學.地質出版社，1997.

［7］蔣輝，郭訓武，等.專門水文地質學.地質出版社，2007.

收稿：2015-12-10