新疆和靜縣諾爾湖鐵礦礦床水文地質特征

王斌

新疆和靜縣諾爾湖鐵礦礦床水文地質特征

王斌

（新疆地礦局第九地質大隊，烏魯木齊 830009）

根據和靜縣諾爾湖鐵礦地下水類型、含水巖組等區(qū)域水文地質特征，研究構造破碎帶和地表水對鐵礦安全開采的影響，結果表明：研究區(qū)地下水類型主要包括現代洪積砂礫層中的孔隙潛水、坡積碎石層中的孔隙潛水、冰磧礫石層中的孔隙潛水、基巖風化帶裂隙網狀水以及基巖裂隙脈狀水等五種類型；區(qū)內地下水的補給來源主要是大氣降水和冰雪融水，通過季節(jié)性溪流和滲入基巖風化裂隙兩種方式徑流和排泄；基巖破碎帶和裂隙發(fā)育帶的存在，為基巖充水提供了有利空間。

地下水；含水層特征；充水因素；鐵礦

諾爾湖鐵礦區(qū)隸屬新疆巴音郭楞蒙古自治州和靜縣管轄。該礦區(qū)屬中高山區(qū)，位于諾爾湖中部，總體北高南低，海拔3 699～4 370m，最低侵蝕基準面標高為3 580m，屬高山深切地貌。區(qū)內屬高寒地帶，氣候寒冷，變化無常。礦區(qū)主要以降雪降雨天氣為主，降水豐沛是本區(qū)氣候的特點。該區(qū)年降水量1 059.5mm，日平均降水量為2.9mm，最大降水量為146mm，蒸發(fā)量452mm左右，5月下旬~10月中旬降水較多，7~8月的蒸發(fā)量較大，在氣溫較高時出現雨加雪天氣。由于溝谷兩側山嶺附近冰雪，夏季可有部分融化，可形成季節(jié)性洪水，不易通行。在野外實地調查的基礎上，結合相關研究成果[1-12]，以諾爾湖鐵礦區(qū)地下水系統(tǒng)為研究對象，對礦區(qū)地下水的類型、含水層特征、補徑排條件以及地下水動態(tài)特征進行了分析，分析構造破碎帶和地表水對礦床充水的影響。

1 研究區(qū)區(qū)域地質條件分析

1.1 地形地貌

諾爾湖鐵礦區(qū)位處中天山主分水嶺一帶，分水嶺海拔4 122~4 369m，地形相對高差800m。研究區(qū)海拔3 600~4 000m，相對高差400m。由侵蝕剝蝕-構造高山地貌和剝蝕-堆積高山河谷地貌組成。海拔3 700~3 900m可視為當今的雪線，其上冰雪終年覆蓋，多在陰坡呈島狀分布。現代山岳冰川、冰斗、角峰、魚脊嶺、終磧垅等冰蝕和冰磧地形隨處可見。

1.2 地層巖性

諾爾湖鐵礦礦區(qū)出露地層為下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組第三亞組地層，其余為大面積的殘坡積物。

1）下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組第三亞組，為礦區(qū)主要地層，在礦區(qū)中部及南部大面積出露，主要巖性為灰褐色、灰綠色的玄武巖、玄武質凝灰?guī)r、玄武粗面安山巖、粗面安山巖、安山巖和粗面巖。地層產狀北傾，走向北西東南方向。

2）第四系，礦區(qū)第四系覆蓋范圍較大，高大山體的山前地帶及沖溝上游主要坡積礫石。工區(qū)中部高山前形成殘坡積，沖溝內為沖洪積。其中第四系坡積物分布于礦區(qū)中部高山北部陰坡處；第四系冰川分布于礦區(qū)中部高山北部陰坡處，主要為冰層，其內部凍結少量礫石；第四系冰磧物分布于礦區(qū)中部第四系冰川下部，小面積出露，以冰積礫石為主；第四系沖積物主要分布于敦德艾肯及阿爾宰來庫乃溝兩測，出露寬30～60m，呈近南北向貫穿工區(qū)。

3）侵入巖，礦區(qū)內主要有兩種巖體，一種為淺肉紅色的花崗閃長巖，主要分布在礦區(qū)西南部，呈北西東南向條帶狀侵入；另一種為灰白色、灰褐色的石英閃長巖，主要分布在礦區(qū)北部，它與中部的火山巖地層之間為侵入接觸關系，它對中部的鐵礦床起破壞作用。

1.3 地質構造

礦區(qū)構造較為簡單，主要為一單斜構造，局部地段可見小的向斜、背斜構造嵌入其中。礦區(qū)出露的地層為大哈拉軍山組的一套玄武質安山巖，總體走向NW300°~330°左右，傾角中等50°~75°，而受向斜構造的影響，局部地段的傾角平緩，在10°~30°。受火山機構的制約，因而各種構造形跡較為復雜。礦區(qū)位于NW向區(qū)域性大斷裂南側，巖層的劈理、節(jié)理較發(fā)育。層內韌性變形復雜，發(fā)育有膝狀褶皺。

礦區(qū)西部見一明顯的NW向壓扭性斷層，對礦體的延伸和側伏形態(tài)都有一定的破壞作用，并伴有較強的陽起石化、綠泥石化、綠簾石化，該斷層為成礦后斷裂，對鐵礦體有一定破壞作用。從西礦段PD01平硐的施工情況看，深部次級的小斷層較發(fā)育，主要為正斷層，斷層北傾，對深部的礦體具有一定的破壞作用。從東礦段施工的鉆探工程看，礦區(qū)構造簡單，礦體產狀平緩，礦區(qū)深部沒有大的構造活動，只有小斷層活動，對礦體整體形態(tài)沒起到太大的破壞作用。

因此，礦區(qū)內構造對礦體破壞作用不大。

1.4 工程地質條件

1）下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組巖層：該巖層為礦區(qū)主要地層，巖性以玄武質安山巖、綠簾石化、鉀長石化安山巖或綠簾石化、磁鐵礦化安山巖為主，凝灰質巖石和閃長巖所占比例很小，磁鐵礦體即賦存于這套地層中。此層在東礦段和中礦段大面積出露，也是礦體的主要圍巖或直接頂底板。RQD平均值在69%~97%，大部分回次巖心RQD值都在80%以上。以ZK0805、1602、2003等孔為例，RQD>90%的占21%~39%，75%以上的占到66%~75%；<50%的占7%~11%，而<25%的只占到3%~4%。

2）磁鐵礦體：諾爾湖鐵礦全礦區(qū)磁鐵礦礦化帶長5．5km，礦體分西、中、東三個礦段，東礦段主礦體為Fe18、Fe19，礦體以埋藏深、層數多、厚度大、品位富為其特征。礦體走向近東西向，北傾，傾角較緩，15°~35°或近水平。礦體受構造破壞較輕，巖體較完整。RQD平均值一般在67%~88%，巖石質量為中等-好的，巖體中等完整—較完整，屬Ⅱ-Ⅲ級。

3）第四系松散狀砂礫碎石類土體：由洪積、坡積、冰磧等組成，分布在礦區(qū)谷底及兩側。冰磧層較厚，可達37~65m，多年處于凍土狀態(tài)，僅在夏暖季節(jié)有厚度不大的融化。一般來說對深部開采無影響，若就地建設豎井，井筒淺部數十米內將遇到凍土融化帶來的工程地質和水文地質問題。

2 研究區(qū)含水層類型及特征

2.1 現代洪積砂礫層中的孔隙潛水

由卵碎石、礫石組成，砂及少量粘性土充填，因接近水系源頭，厚度一般不大，只有幾米，多為冰磧層淺部再搬運而成。分布在溝谷底部，最寬處200m，流向阿爾宰來庫乃溝之前變窄，在400m長的范圍內，只有10～20m寬。向北折向該溝，此層驟然變寬，可達300~350m，厚度相對變厚。礫石成分以安山巖、花崗閃長巖為主，顆粒排列雜亂，多呈棱角狀、次棱角狀，少量為半圓狀，礫徑10~30cm居多。單泉流量一般為0.4～1.5L/s，最大可達3.7L/s，地層富水性較好。水溫0.5~3.0℃（7月），屬極冷水。礦化度98~456mg/L，為重碳酸鹽·硫酸鹽-鈣·鈉型水。淺部地下水隨季節(jié)變化而凍融，深部為常年凍土。此層厚度2~10m，實際上是對冰磧礫石的再搬運。

2.2 坡積碎石層中的孔隙潛水

分布在溝谷兩側山坡坡腳，連續(xù)出現組成坡積裙，地面坡度12°~18°。礫石分選性極差，呈棱角-次棱角狀，粒徑1~40cm，淺部有泥砂充填，局部覆有植被，透水性強。泉較多，出露在扇緣地帶，可見到泉群。單泉流量多為0.5~3.0L/s，地層富水性較好。水溫0.5~2.0℃，屬極冷水。礦化度102~198mg/L，屬硫酸鹽·重碳酸鹽-鈣·鈉型水（或鈣·鎂型水）。同樣表層隨季節(jié)凍融，深部凍土終年不化甚至有純冰層存在，此層厚度1~15m。

2.3 冰磧礫石層中的孔隙潛水

在本區(qū)冰磧層與現代洪積層呈上疊關系，谷底一帶后者覆于前者之上，而洪積兩側，冰磧物又可裸布于較高的位置。冰磧層以終磧?yōu)橹鳎瑐却兇沃菤夂蜃兣ㄍ丝s所致。冰磧堆積以大小不均、雜亂無序、無分選為其特征，多為與附近山體母巖成分相同的角礫塊石構成，甚至可以見到上百立方的巨型塊石堆積在河谷之中。

此層空隙較大，成為高山帶夏季融冰化雪的良好徑流通道，局部地段可以形成暗流。與上述兩個含水層一樣，所充潛水冬季冰凍，夏暖季節(jié)近地表一帶季節(jié)性融化，但不能全部融化，深部仍然處在常年凍土帶中。泉水流量1~12L/s，屬中等-強富水地層。礦化度<1g/L，屬重碳酸鹽-鈣型水，水溫0.5~2℃，此層厚度10~65m。

2.4 基巖風化帶裂隙網狀水

礦區(qū)地表大面積出露巖石主要為淺灰綠色、淺褐紅色安山巖，屬下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組，主要侵入巖為淺灰、灰黑色石英閃長巖。由于晝夜溫差和季節(jié)溫差大，物理風化作用尤其是霜劈作用強烈，淺部基巖風化裂隙比較發(fā)育，雨水及融雪滲入形成風化帶裂隙網狀水。風化帶深度10~50m。貫通分水嶺南北的交通隧道總長2254.3m，在西硐口0~40m和東硐口0~50m，基巖裂隙存在滴水、洞壁潮濕現象。氣溫低時滴水上凍形成冰掛，但未見明顯的涌水現象。本層地下水明顯受地形和氣溫控制，順風化裂隙向下運移，多補給到坡積層潛水中。泉水流量大多<1L/s，屬弱富水層，個別泉水豐水期可達到1.5L/s。水溫0.5~2.0℃（7月份），為極冷水。礦化度216mg/L，屬硫酸鹽·重碳酸鹽-鈣型水。以上描述只對近地表部位，季節(jié)性融凍深度不超過1m，以下仍處于常年冰凍狀態(tài)，作為風化帶裂隙水，其厚度與風化帶深度一致，只有40~50m。

2.5 基巖裂隙脈狀水

在通過對研究區(qū)10個鉆孔的反復觀測和深入研究，可以看出：①基巖深部存在地下水（非固態(tài)）；②地下水水位高低與地形基本一致。詳查范圍內，溝谷上游水位高，下游水位低，在溝谷橫斷面上，谷坡處水位高，谷底處水位低。沿谷縱向600m距離水位差33m，水力坡度1∶18，橫向水力坡度就更大了，顯然深部基巖裂隙水與當地大氣降水和融冰化雪有著十分密切的聯系。

圖1 研究區(qū)地下水補、徑、排關系圖

3 研究區(qū)水文地質條件分析

3.1 地下水補給、徑流和排泄條件

本區(qū)地下水的補給來源是大氣降水和冰雪融水。降雨和融冰化雪只發(fā)生在5~10月份的五、六個月“暖季”中。這些水體一部分以季節(jié)性溪流的方式直接排向北部的阿爾宰來庫乃溝，另一部分滲入基巖風化裂隙中，成為風化帶裂隙網狀水。當遇到向深部導水的構造裂隙帶時，則沿結構面向下滲入，成為深部的基巖裂隙脈狀水，對礦區(qū)的安全開采造成一定威脅。

第四系孔隙水（洪積、坡積、冰磧）只是季節(jié)性存在于凍土的融化帶中，河、溪等季節(jié)性地表水的滲入也是形成孔隙水的重要原因。但半年以上處于斷流和冰凍狀態(tài)，其下凍土終年不化，起著“隔水層”作用，割斷了地表水、孔隙潛水與基巖之間的聯系。

由此可見礦區(qū)位于天山主嶺附近，匯水范圍很小，補、徑、排條件比較簡單。研究區(qū)地下水補給、徑流和排泄關系如圖1所示；研究區(qū)東礦段橫斷面示意圖如圖2所示。

圖2 東礦段橫斷面示意圖

3.2 地下水動態(tài)變化特征

對研究區(qū)地表水和地下水動態(tài)的特征進行了觀測，繪制了研究區(qū)地表水與地下水動態(tài)長觀圖如圖3所示。

圖3可以看出，地表水和地下水動態(tài)隨季節(jié)變化極其明顯，泉水流量屬季節(jié)性，一般從4月底到5月上旬，因融雪降水，開始出現水流，7~8月流量達到高峰，11月到翌年4月底斷流。河溪因融冰化雪，7~8月份出現洪流，冬寒季節(jié)同樣結冰斷流。從鉆孔觀測獲取的深部地下水，年水位變幅可達5m，但高水位與低水位期要比地表水滯后約一個月。

3.3 構造破碎帶對礦坑充水的影響

礦區(qū)構造較為簡單，主要為一單斜構造。礦區(qū)出露的地層為下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組的一套玄武質安山巖，走向NW-SE（300°~330°），傾向NE，中等-緩傾斜。礦區(qū)位于NW向區(qū)域性大斷裂南側，次級構造和節(jié)理裂隙應該比較發(fā)育，但平硐中只見到較小規(guī)模的斷層的存在。從東礦段施工的鉆孔以及礦區(qū)區(qū)域地質構造圖上看，礦區(qū)及深部沒有大的斷裂構造，只有小斷層存在，對礦體整體形態(tài)沒有起到大的破壞作用，但基巖破碎帶和裂隙發(fā)育帶的存在，為基巖充水提供了空間。

3.4 地表水對礦床充水的影響

礦區(qū)地表水可分為三部分：①蓋在基巖上的季節(jié)性冰雪融水；②第四系（包括洪積、冰磧、坡積）淺表部位的季節(jié)性融凍水；③夏季融冰化雪和降雨匯成的河溪。

第①部分是蓋在基巖露頭分布區(qū)的積雪，夏季消融，一部分流向谷底匯入季節(jié)性河溪，另一部分通過裂隙直接滲入基巖深部，成為礦床充水的主要來源。第②部分，第四系為多年凍土，每年5~10月不足半年的時間可將淺部化凍，融凍深度不足1m，供給溪流的水量有限。凍土隔離了地表水與基巖之間的直接聯系。第③部分是礦區(qū)主要的地表水體，雨水和融冰化雪的水流匯聚成河溪，是瑪納斯河的源頭之一。季節(jié)性河溪從東礦段向西流出，折向北匯入阿爾宰來庫乃河谷。

圖3 地表水與地下水動態(tài)長觀圖

4 結論

本文在對諾爾湖鐵礦地質條件分析的基礎上，結合野外實地調查，詳細論述了諾爾湖鐵礦礦床的水文地質特征，并分析了構造破碎帶和地表水對鐵礦安全開采的影響。

1) 研究區(qū)地下水類型主要包括現代洪積砂礫層中的孔隙潛水、坡積碎石層中的孔隙潛水、冰磧礫石層中的孔隙潛水、基巖風化帶裂隙網狀水以及基巖裂隙脈狀水等五種類型。

2）由于礦區(qū)位于天山主嶺附近，匯水范圍很小，補給、徑流、排泄條件比較簡單。區(qū)內地下水的補給來源主要是大氣降水和冰雪融水，這些水體一部分以季節(jié)性溪流的方式直接排向北部的阿爾宰來庫乃溝，另一部分滲入基巖風化裂隙中，成為風化帶裂隙網狀水。當遇到向深部導水的構造裂隙帶時，則沿結構面向下滲入，成為深部的基巖裂隙脈狀水，對礦區(qū)的安全開采造成一定威脅。

3）構造破碎帶和地表水將會對鐵礦的安全開采造成一定威脅。研究區(qū)內雖然沒有發(fā)育大的斷裂構造，只有小斷層存在，對礦體整體形態(tài)沒有起到大的破壞作用，但基巖破碎帶和裂隙發(fā)育帶的存在，為基巖充水提供了空間。

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Hydrogeological Characteristics of the Nuoerhu Fe Deposit in Hejing, Xinjiang

WANG Bin

(No.9 Geological Party, Xinjiang Bureau Geology and Mineral Resources, ürümqi 830009)

This study deals with the influence of structural fracture zone and surface water upon mining safety based on underground water type and aquifer group indicates. The results indicate that underground water in the studied may be divided into 5 types such aspore water in the modern diluvial gravel layer, pore water in diluvial gravel layer, pore water in moraine gravel layer, mesh fissure water in bedrock weathering zone and bedrock fissure vein water. The groundwater recharge is originated from atmospheric precipitation and snow melt water. The existence of the bedrock fracture zone and fracture zone provides a favorable space for bedrock water filling.

underground water; aquifer group; water filling factor; Fe deposit

2017-04-22

王斌（1985-），男，陜西渭南人，工程師，從事水文地質、工程地質和環(huán)境地質方面的工作

P641.4；P618.31

A

1006-0995（2017）04-0643-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2017.04.026