礦山水文地質類型及礦產資源賦存規律分析

任少鵬

（山東省第一地質礦產勘查院，山東 濟南 250000）

進入改革開放以來，我國工業經濟發展迅猛，煤炭資源為我國電力發電提供了堅實基礎，并且在未來很長一段時間內，我國電力生產的主要能源仍會以煤炭為主。但是煤炭資源的不可再生性，使得國內煤炭資源逐漸呈現枯竭，開發和利用其他礦產能源是未來中國發展的必然選擇。受我國地形高低起伏的影響，在長期的地殼運動變化中，我國礦山中除了煤炭資源，其實還有多種礦產資源，如致密的煤層氣、堅實的頁巖和豐富的油頁巖[1]。由于中國地質類型的多種多樣性，早在1900年前后就有法國學者開始了地質考察研究，對礦山的地層結構和古生物演變進行了論述，為其理論研究打下了堅實基礎。而我國在90年代后期才開始對各類型礦產資源進行評價，但在早期的工作中研究人員只進行單一礦產資源勘探調查，常把礦產資源類型劃分成單一礦種，就礦找礦，割裂了礦產資源之間存在的原有聯系。雖然有部分地質勘探人員提出了共生資源勘探概念，但其層次不夠清晰和完善，使得研究工作無法大力度的開展，對地質調研工作的分布呈現南多北少的局面，可供參考的研究實例不多。本文從礦山水文地質類型入手、根據地質變化特征，分析礦山中資源的賦存規律，為日后礦產地質的調查工作部署，以及勘查選區提供強有力的科學依據。

1 礦山水文地質類型分析

由于中國的地勢呈現高低起伏的狀態，盆地和丘陵居多，為我國的礦產資源打下了堅實的基礎，多年來研究表明，礦產資源分布在沉積的巖石層內，而礦山的地質類型決定了對礦山資源的開采難易程度，因此本文從開采條件和礦山含水量的特征來進行礦山地質類型分析。首先從開采條件來看，一般將礦山水文地質類型劃分為簡單地質、中等地質和復雜地質和極其復雜地質的三種[2]。其一極其復雜型表示為其礦山中所含有的水分較多，開采時極易造成塌方事件。其二復雜型表示為該礦山水文地質具有一定含水現象，但成分和結構能夠適當進行開采，一旦出現事故也會造成不小的影響。其三簡單型表現為在開展開采工作時，處理手段較為簡單便捷，不需要難度較高的技術手段加以支持，直接能夠對礦山加以開采。其四中等型表現為礦山水文地質相對較少，在開采工作中難度較低，不會造成過大的影響。

其次從根據礦山空隙含水層的充水量分布特征，來劃分目前礦山水文地質類型。一般將其劃分為可劃分為三種類型：第一個類型為礦山巖層內部有孔隙存在，其孔隙分布的位置和所在巖層厚度，大多數由周圍自然地理條件所致，使得該礦山的充水量呈現面狀形態。第二個類型是根據礦山巖層中存在裂隙所致，在古地理環境的作用下，礦山巖層會形成不同寬度的裂隙，其深度變化主要受礦山巖層受裂隙力學影響，地質構造的復合組合，讓礦山中裂縫呈現豎直狀態分布，大部分充水量儲存在縫隙之中，難以被發現。第三個類型主要由溶洞構成，其發展形成主要是在第二種類型的基礎上，受礦山內部環境影響，礦山內部形成的水泊難以蒸發，外部山體裂縫在雨水的沖刷下，逐漸形成溶洞地質，致使礦山巖層內充水量過多。

2 礦產資源賦存規律

2.1 沉積環境呈現周期性變化

礦產資源主要由黑色、灰色以及黑褐色的沉積巖組成，在上一億年的地殼變遷中，在地下形成了數以萬計的礦產資源，除我們日常了解的煤炭外，還存有一定比例的水分巖石顆粒和碎屑巖石顆粒[3]。受晚古時期影響，地下構造發生了巨大的變化，其沉積環境發生了改變，多數的礦產資源在侏羅紀時期形成，為古生時代的地形加以天平，不同時代的沉積環境造就了礦產資源的填充順序，使得對應礦產資源安裝沉積環境的變化周期分布，以某礦山為例，分析其礦產資源分布特點，如圖1所示。

圖1 某礦山礦產資源分布狀態

如圖1所示不同沉積環境下的礦產資源的厚度不同，其主要分布情況和其地形走勢相關。根據沉浸環境將整個礦產資源的分布劃分為五個階段：第一段受河道影響，兩側逐漸發展成沼澤和沖擊平原，在沉積力量的不斷沖擊下其所在地形逐漸趨于平坦，而沼澤環境能夠在河道邊緣擴展狀態下，形成了中厚甚至至厚煤層。在第二到四段沉積環境，尤其河道逐漸變寬，向上出現較為粗的三角洲層序，其巖層發育成典型的湖泊狀，和與第一段沉積環境相比較，此時的變化尤為明顯，在垂直走向上，從三角洲的淺灘不斷向三角洲邊緣過度沉積，使得含有大量泥質的砂巖包裹住較細砂質，減少細沙的流失。在沉積環境流經至平原地區時，大多數泥質砂巖最終進入沼澤區，直觀的造成了淺灘三角洲的整個發育過程。因受區域性水進和水退的影響，多階段性重復的特點充斥整個過程。到第五階段該地區的湖水隨著時間逐漸退出沖擊區，沉積環境主要為三角洲平原內部分流河道，其典型的泥巖層異常匱乏，晚期其垂向層序的特征顯示為向上變細，具有向沖積環境過渡的特點，整體反映該期由淺湖三角洲又向沖積平原過渡延安組主要由砂巖、粉砂巖、泥質巖等碎屑巖，以及煤組成沉積物[4]。由此根據巖層分布特點，得知其所在沉積環境呈現周期性變化。

2.2 多種礦產能源共生共藏

礦山資源除了含有豐富的煤炭資源外，在各個礦層內含有其他多種礦產資源，在各種地質的演變作用中不斷演化與改造，盡管每種資源形成的年代不盡相同，但其成因有相似關聯性，受地形因素影響，在各個礦層內均含有不同成分的礦產資源。但礦產資源形成年代歷史性久遠，每個不同時代所形成的資源形態不同，每個地區礦產資源的演化階段各不相同，各種礦產在演化過程中因其所在地質因素的多變性，多種礦產資源形成相互依存的形態，但共存形式不盡相同[5]。礦產資源的共生組合類型相當復雜，在石炭紀向侏羅紀轉化的過程中，地殼由淺海向內陸不斷推進，在此階段礦山巖系開始逐漸出現共存狀態，除了煤炭資源的發育外，油頁巖、鈾礦和各種金屬礦產相繼出現，與之產生共生。通過對地層綜合分布，對礦山內部巖系的各類礦產資源進行比例討論，估計礦產資源的層位分布，其資源組合模式如圖2所示。

圖2 礦產資源共生模式

如圖所示，其中1代表金屬礦產資源，2代表頁巖氣資源、3代表致密氣資源、4代表油頁巖資源、5代表砂巖鈾礦資源，其組合模式暫時分為三種。第一種模式為以金屬礦產資源為底板，砂巖鈾礦資源為包圍圈層，將灰色油頁巖和深灰色頁巖氣包裹在內，形成頁巖氣煤層和金屬礦產致密共生組合，其中深灰色頁巖氣為細粒砂巖厚度在整個圈層最高，作為底層的金屬礦產孔隙度和含量相對較低，能夠保證氣系礦產資源保持度和儲存度[5]。第二種模式為頁巖氣與金屬礦產共生組合，底部依舊是金屬礦產資源為核心，頂底均勻覆蓋頁巖氣礦產資源，作為頂部保護圈層，開采難度較低，能夠減少開采成本和時間，最厚部分主要有油頁巖資源占據，表示該組合的礦產資源十分豐富，且主要的金屬礦產包含鋁、鎵和鋰等，與物種起源和海陸互相沉積交換有關。第三種模式為致密氣系和頁巖氣共生組合，底板由頁巖氣為主，生烴能力突出，減少脆性礦物含量，頂部也均勻覆蓋致密氣資源，使得整個組合模式的和包容性更強，其資源附著程度較高，但由于其致密性特點，開采難度較大，對施工要求和開采人員的配備隊伍要求較高。

3 結語

通過對礦山地質類型的分析，了解當下自然地質條件。在大量資料的調查研究中根據地質類型劃分礦產資源分布和集聚條件，探索礦產資源賦存規律。但由于時間問題，對礦產資源的賦存規律僅限于資源類型的演化，對資源的產生及應用沒有更深入地研究，無法了解其構造演化的影響。在后續的研究中需要針對礦產資源類型和分布條件，進一步探索礦產資源的演化規律，為開發利用礦產資源提供科學依據。