白銀礦田四方山礦床水文地質工程地質環境地質條件調查研究

王立銘，郭繼統

（1.甘肅省有色金屬地質勘查局張掖礦產勘查院，甘肅 張掖 734000；2.華池縣自然資源局，甘肅 慶陽 745000）

為了適應白銀礦田四方山區域經濟可持續性發展需要，對其進行區域水文地質、工程地質、環境地質調查。調查工作按照《礦區水文地質工程地質勘探規范》（GB12971—91）相關要求進行。大致查明白銀礦田四方山礦床的水文地質、工程地質、環境地質條件，初步評價礦床水文地質、工程地質和環境地質對礦床開發的影響，為進一步工作和礦山開發初步規劃提供依據。

1 自然地理地質概況

1.1 自然地理概況

四方山礦床屬于低中山區，總體呈北高南低，地面風化強烈，沖溝發育，大多為“V”字型溝,局部溝系較開闊，最寬達20m以上。區內水系不發育，地形有利于地表水的排泄，溝谷只有在雨季才有暫時性洪流自東北流向西南最終匯入白銀廠溝。該區主要的河流為黃河，自南向北從礦區東南部流過，其中四龍口河段距白銀市區最近，直距約25km，流量在2100～2400m3/s，洪泛期可達4550m3/s。

1.2 地質概況

1.2.1 地層

白銀礦田處于北祁連山褶皺帶東段，四方山礦床位于白銀礦田的中部位置，在地層區劃上屬于北祁連山分區靖遠-西吉小區，地層自寒武系至第四系均有出露，但其中缺失上寒武統、中上志留統及上白堊統地層。礦體均賦存在中寒武統富鈉質海底火山噴發細碧角斑巖中，其中夾有千枚巖、硅質巖、大理巖及各類火山角礫巖和集塊巖。礦田為一復式背斜構造，各礦床均位于以石英角斑巖、石英角斑凝灰巖為核心的短軸背斜構造內，礦體與中粒石英角斑凝灰巖關系密切，與地層大致呈整合產出，明顯受層位控制。

1.2.2 構造

祁連造山帶東段構造較為發育，線性構造較為清晰，斷裂構造為先導，巖漿活動源自斷裂，形成火山構造、褶皺構造。斷裂構造按走向可分為東西向、南北向、北東向和北西西向四組斷裂構造。

2 水文地質

2.1 區域含水層和隔水層

2.1.1 第四系沖、洪積松散巖孔隙弱含水巖組

由第四系風積黃土（Qeol）、殘坡積物（Qel+dl）及洪積物（Qpl）組成。風積黃土主要分布在礦床溝谷兩側及部分山頂和山坡處，巖性為黃褐色粉質粘土，殘積物與坡積物之間無明顯界線，巖性為石英角斑巖及石英角斑凝灰巖的風化碎塊與粘性土的混和物，洪積物分布于溝谷的交匯處及相對平緩的地帶，組成成分為塊石、碎石、角礫、砂，充填物為粘土礦物，結構松散，孔隙度在20%～30%之間，厚度大約1m～20m。

該巖組在礦床范圍內厚度約0.1m～37m，單位涌水量介于0.03～0.05L/s.m，水化學類型為Cl--SO42--Na+型水，礦化度4～10g/L，直接由大氣降水補給，流向因地形而異，總體由南向北徑流排泄，屬第四系松散巖類孔隙水。

2.1.2 碎屑巖類裂隙、孔隙弱含水巖組

該含水巖組包括石英角斑巖（π1）、石英角斑凝灰巖（π3）、石英角斑凝灰熔巖（π2）、細碧巖（β1）、細碧玢巖（φ1）、細碧凝灰巖(β3)等，分布于整個礦床，地表淺部以張性風化裂隙為主，巖體較破碎或破碎，寬度一般為1mm～10mm左右，最大的寬度可達20mm～50mm，亦由泥質、硅質、碳酸鹽、黃鐵礦薄膜等充填。

該含水巖組地下水埋深不均勻，層頂埋深大致在1867m（ZK6-5）-1663m（ZK4-3）；地下水化學類型為Cl--SO42--Na+型咸水，礦化度約為12.8g/L，pH值在6.40-7.02之間，Cl-含量約為4.6g/L左右，無侵蝕性CO2，具微腐蝕性；主要由大氣降雨及上覆的第四系松散巖類孔隙潛水補給，最終以泉和地下徑流的的形式向外階地前緣和白銀廠溝排泄，地下水徑流條件差，富水性弱，屬于碎屑巖類裂隙潛水[1]。

2.1.3 變質巖類裂隙弱含水巖組

四方山礦床內變質巖在地表較少出露，根據鉆孔水文地質、工程地質編錄可知，該含水巖組包括千枚巖（Mp）、大理巖（ML）、鐵錳硅質巖（GT）等，部分鉆孔未見產出，地表淺部以風化裂隙為主；地表深部以構造裂隙為主，巖體整體來說較完整，局部位置鐵的碳酸鹽化發育，有地下水活動跡象。

該含水巖組層厚較薄且分布不均，厚度大多數在1.5m～10m之間且埋深較深，水化學類型屬SO42-·Cl--Na+·Mg2+型水，礦化度5～20g/L，為鹽水，具有腐蝕性和侵蝕性；主要由大氣降水以及上覆的第四系沖、洪積松散巖孔隙弱含水巖組補給，最終以泉和地下徑流的的形式向外階地前緣和黃河排泄，地下水徑流條件差，弱含裂隙潛水。

2.1.4 隔水層

根據鉆孔水文地質、工程地質編錄可知，溶孔普遍發育在石英角斑巖及石英角斑凝灰巖中，石英角斑凝灰熔巖、細碧巖和硅質巖溶孔發育相對較少。石英角斑凝灰熔巖及細碧巖巖石較硬，巖石強度較高，巖石完整性系數普遍在80%～90%以上，且隨著鉆孔深度的增加，裂隙越偏向于不發育。因此推斷四方山礦床的相對不含水部位存在于裂隙及溶孔不發育的石英角斑凝灰熔巖和細碧巖中[2]。

2.2 礦床地下水的補給、徑流、排泄條件

礦床范圍內的地表水和地下水主要靠大氣降水補給。大氣降水中滲入第四系覆蓋層中的一部分沿風化裂隙、基巖裂隙補給基巖裂隙水，其流向大致為南西向，水位隨降水而變化，其余在第四系堆積物中徑流，在溝谷底或地形有利處排泄；在風化裂隙發育的基巖裸露地帶，由于逕流途徑短，地下水受大氣降水影響快，變化幅度大，一般滯后4～6天左右水位開始上升至高位；長期水文觀測孔年水位變幅在6.74m（ZK1-1），一個水文年內最低水位標高1877.39m，最高水位標高1884.13m；第四系沖洪積孔隙潛水，只在夏季泛洪期短暫存在，由地表水、基巖裂隙水及大氣降水補給，受氣候及季節的影響大，逕流途徑短。

礦床地表水主要是附近的白銀廠溝溝內的地表水（排污廢水或暫時性洪流），其動態變化受季節的控制，雨季降水后，地下水位上升，開始出現地表水流，旱季以蒸發為主，地表水流量減小或消失，以潛流的形式向下游排泄，出現斷流現象。由于礦床溝谷底部巖石風化裂隙不發育，且溝谷徑流較短，僅在局部有風化裂隙段地表水可以滲流形式補給地下水。

3 工程地質

3.1 礦床工程地質巖組特征

四方山礦床是賦存在堅硬、半堅硬的變質海相火山巖中。從坑道及巖芯編錄表明，巖石大多為完整-較完整，裂隙以構造裂隙為主，裂隙一般閉合，張開度一般都小于2mm，并有石英脈及泥鈣質充填；巖石軟化系數普遍在0.75以下，屬于易軟化巖石；巖石片理化普遍發育于石英角斑凝灰巖（π3）層中，而石英角斑凝灰巖屬于四方山礦床的含礦巖層；另外，小的0.5cm～2cm的軟弱夾層普遍發育，夾層普遍為灰黑色泥質充填，局部夾層可見黃鐵礦化及石英碎塊；個別層位（大多為礦體上下盤）受斷裂影響，裂隙較發育，巖體破碎，巖石穩定性差。根據巖體的地質特征，時代、成因、巖石組合及工程地質性質及地下水特征，礦床工程地質分帶依據巖體結構類型可劃分為三類工程巖組：

3.1.1 四系松散軟弱巖組（土體）

該巖組包括第四系風積黃土、殘坡積物、沖積物、洪積物及人工素填土。風積黃土主要為黃褐色粉質粘土，可塑—硬塑，發育有植物根系，厚度約0m～10m不等殘坡積物廣泛分布在礦床山頂、坡麓上，殘積物與坡積物無明顯界線，巖性為石英角斑巖及石英角斑凝灰巖的風化碎塊與粘性土的混和物，結構疏松；沖洪積物分布于溝谷的交匯處及相對平緩的地帶，組成成分為塊石、碎石、角礫、砂和泥質，分選性差；人工堆積物主要分布在溝谷的兩旁道路處，為礦山修建道路及人工建筑剝離的土石方，結構松散，巖性混雜，厚度一般為1m左右。

該類巖組的RQD值普遍在0～1.1%之間，巖石完整程度屬于破碎，巖石質量等級為Ⅴ級。查閱臨近場地資料，粘聚力為10.0～16.0Mpa，內摩擦角19.0°～32.0°，容重18.0～19.5KN/m3，承載力特征值為200～300KPa[3]。

3.1.2 碎屑巖類較堅硬巖組

該巖組主要包括石英角斑巖（π1）、石英角斑凝灰巖（π3）、石英角斑凝灰熔巖（π2）、細碧巖（β1）、細碧玢巖（φ1）、細碧凝灰巖(β3)等，分布于整個礦床，地表淺部以張性風化裂隙為主，巖體較破碎或破碎；地層深部以剪性構造裂隙為主，巖體相對較完整，石英角斑凝灰熔巖（π2）普遍硬度較高，用鐵錘敲擊聲音清脆悠長，局部構造破碎帶或裂隙極發育位置巖體較破碎，個別層位的石英角斑凝灰巖（π3）片理化較發育。

該類巖組的RQD值普遍在50%以上，巖石完整程度絕大多數屬于中等完整以上，巖石質量等級大多數為Ⅲ級以上。巖石物理學試驗顯示，其內聚力為1.02～9.67Mpa之間；內摩擦角在30°～35°左右；軟化系數在0.19-0.75之間不等，多屬于易軟化巖石；結構面間距在0～100cm不等，差異化較大；結構面摩擦系數在0.54-0.76之間；巖體飽和單軸抗壓強度隨著裂隙發育程度的變化，在3.03～29.3Mpa之間不等。由于力學樣取樣集中在礦體上下盤，而在礦石富集的位置裂隙及構造較發育，因此該類巖組巖石物理學性質差異較大。

3.1.3 變質巖類較堅硬—堅硬巖組

該巖組主要由千枚巖（Mp）、大理巖（ML）、鐵錳硅質巖（GT）等組成，地表較少出露，部分鉆孔也未見揭露。地表淺部以風化裂隙為主；地表深部以構造裂隙為主，巖體整體來說較完整，巖石硬度較高，局部位置鐵的碳酸鹽化發育，有地下水活動跡象。

該類巖組RQD值普遍在75%以上，巖石完整程度絕大多數屬于較完整以上，巖石質量等級絕大多數屬于Ⅱ級以上。巖石物理學試驗顯示，其內聚力為14.1Mpa；內摩擦角為29°11'；軟化系數在0.57，屬于易軟化巖石；結構面間距大多數在100cm以上；結構面摩擦系數為0.56；巖石飽和單軸抗壓強度為80.8Mpa。由于力學樣取樣集中在礦體上下盤，而在礦石富集位置裂隙及構造一般較發育，因此上述試驗數據基本代表了該類巖組整體的物理力學性質。

3.2 斷裂帶的工程地質特征

礦床斷裂構造較為發育，主要有F5及其次生斷層，均顯示壓性或剪性力學性質，構造變動劇烈，均為泥質膠結，遇水易軟化、泥化、崩解，巖石質量等級為Ⅴ級；F1為白銀礦田主干斷裂，走向約為東西向，長度1km以上，從四方山礦床北部穿過，次一級斷裂有一條在四方山礦田北部與F1斷裂近垂直交匯，以及四方山礦床西南部的F5斷裂。上述斷裂構成了本區的基本構造格架，四方山礦床的斷裂構造屬在F1發生發展過程中誘導出來的次級斷裂構造，是在同一力學性質影響和作用下發生發展的。

綜上所述，四方山礦床地形地貌簡單，地形有利于自然排水；地層巖性單一，地質構造較發育，巖溶不發育；巖體結構主要為整體塊狀結構及層狀結構，巖石穩定性較好，巖石完整程度大多為中等完整-完整，巖石質量為中等-極好；巖石絕大多數屬于易軟化巖石；在部分礦體的圍巖處，片理較為發育，其工程地質條件較差；在斷裂構造破碎帶附近，巖石一般呈碎裂結構中的破碎結構，其整體強度低，大多為斷層泥及碎礫的結合體，遇水軟化膨脹，巖體的塑形強，變形時間效應明顯，開采中可能產生坍塌、滑移等不良工程地質現象。總的來說，礦床工程地質條件屬于簡單偏中等。

4 環境地質

四方山礦床所在地區無大的地震活動記載，區域穩定性較好，但是白銀地區受周邊地震波及次數較多；地表放射性結果差異不大，鉆孔巖性不同層位的放射性差異不大，地下水的放射性也遠小于國家標準值，區內伽馬照射率、伽馬能譜測量、土壤氡、水樣氡測量均符合國家規范要求，不會對人類活動、環境質量、水質、工程施工、礦山開發利用造成影響；礦床范圍內未發現地質災害隱患點；礦床地下水含鹽量較高，各礦物離子指數偏大，屬于Ⅴ類水。綜合來看，礦床的環境地質條件屬于良好。

5 防治建議

四方山礦床的礦體（礦體首采標高1424m）埋藏在當地最低侵蝕基準面（1800m）以下，根據同屬白銀礦田的生產礦山小鐵山及深部銅礦分析，目前情況下地表水與地下水的聯系甚微，地下水主要為基巖裂隙潛水，巖石富水性不均，估算1424m中段礦坑涌水量最大約567m3/d；礦坑巖石穩定性屬中等，在構造破碎帶附近巖石穩定性較差；礦床附近沒有大的污染源，礦石、廢石不易析出對人體和環境有害組份。礦床水文地質條件屬于簡單；工程地質條件屬于簡單偏中等；環境地質條件屬于良好。

6 結語

綜上所述，今后礦床的水文地質、工程地質工作應加強對水文地質相關參數的測試及驗證；在礦山開拓生產期間對坑道工程地質的調查需進一步深入，以更加準確的了解礦體圍巖穩定性對礦山開采造成的影響；對于選礦后產生的尾礦一定要建立尾礦壩進行處理，并在尾礦壩周圍種植永久性植物如牛毛草、葦草等防止水土流失；切實做好環境保護工作，定期對地下水進行水質分析，杜絕污染環境的各類事故發生；進一步加強各項工作內容的質量管理，對原有工作中存在的不足之處進行補充，提高工作程度；礦山生產開采期間，要防止地表水，特別是雨季大暴雨后大量從坑口流入坑道，與此配備一定能力的水泵建立合理的排水系統即可保證礦山的正常安全生產。