寧夏中衛市香山冶金用石英巖礦水文與工程地質條件分析

曾亞新

（中國建筑材料工業地質勘查中心寧夏總隊，寧夏 銀川 750021）

1 區域地質構造背景

依據《中國區域地質志·寧夏志》（2017），綜合地層區：柴達木-華北地層大區（Ⅲ），阿拉善地層區（Ⅲ3），阿拉善南緣地層分區（Ⅲ31），景泰-中寧地層小區（Ⅲ31-1）。區域大地構造單元屬柴達木-華北板塊（Ⅲ），阿拉善微陸塊（Ⅲ4）、騰格里早古生代增生楔（Ⅲ41）、衛寧北山-香山晚古生代前陸-上疊盆地（Ⅲ41-1）、香山褶斷帶（Ⅲ41-1-5）[3]。該區域經歷了長期的構造活動，形成了一系列近東西向擠壓褶皺帶。構造形態復雜，褶皺、斷裂較發育[4]。

2 區域水文地質概括

勘查區位于香山腹地，屬基巖裂隙水，地下水屬徑流小的水文地質區。主要受地質構造、巖性特征、地形地貌及氣候變化等多種因素綜合影響和控制的水文地質條件。地質構造、地形地貌、礦床成因及不同巖性特征等主要因素，主要影響地下水的埋藏、分布、水質及水量的變化。大氣降水是地下水補給的主要來源。

含水層按照水力性質、賦存條件及巖性特征，將區域含水層類型劃分為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水，含水層形成條件、規模、水質水量特征如下：

2.1 松散巖類孔隙水

該類型地下水分布于較大的“U”形溝谷內。香山地區受衛寧區域性東西向構造帶的控制，發育有“U”型溝谷，基底為古生界奧陶系淺變質巖類和石炭系、二疊系碎屑巖類。其內沉積有厚度不等的砂礫石，大氣降水為主要補給來源，少量溝壁基巖裂隙水滲透補給，以此形成了孔隙水，呈帶狀分布，受地形影響，溝谷潛水由暗流轉為明流，明暗互補。由于含水介質是高含鹽份的碎屑巖類和淺變質巖類的風化產物，地下水力坡度平緩，經流緩慢，地下水質受其影響，水質較差，礦化度＞2 g/L,屬氯化物硫酸鹽-鈉型水和硫酸鹽氯化物-鈉鈣型水。

2.2 基巖裂隙水

基巖裂隙水主要風化裂隙水，層狀和帶狀裂隙水三種類型。

以奧陶系變質巖類、石炭系煤系地層及二疊系碎屑巖，三者所組成的向斜構造盆地，局部零星分布有泥盆系地層。盆地中部為碎屑巖類砂礫巖、砂巖、砂質泥巖、泥巖互層夾煤層組成，盆地周邊為淺變質砂巖、板巖、硅質灰巖組成，碎屑巖類和淺變質巖類成巖程度較高，致密堅硬，層理尚發育，透水性富水性差，泥巖和炭質泥巖具隔水性。受多期構造運動和長久的外動力地質作用，風化裂隙發育，呈不規則分布，深部發育層間裂隙，局部構造破碎帶較發育。層間裂隙充填方解石脈，主斷層中斷層破碎帶導水性號、富水性強，使隔水層之間的層間裂隙水構成水力鏈接。

大氣降水入滲補給風化裂隙水，在裂隙中賦存和運移，面積小，徑流短，泉水流量較小。排泄方式主要以蒸發和滲透補給層狀裂隙水。

風化裂隙水滲透補給層狀裂隙水，主要沿帶狀裂隙滲流，少量層間橫向補給。排泄方式主要沿斷裂帶徑流補給臨區含水層。

總體基巖裂隙水水質普遍較差，礦化度＞3 g/L，屬硫酸鹽氯化物-鈉型水。

勘查區水文地質條件與區域水文地質條件相似，勘查區位于區域向斜構造盆地北東側，區域構造破碎帶勾通了區域內和勘查區的水力聯系，其水量、水質、水溫等水文地質條件基本相同。

3 勘查區水文地質條件

3.1 地下水賦存條件與分布規律

由石炭系煤系地層及二疊系碎屑巖所組成的向斜構造組成，形狀近似橢圓，向斜軸自北西向南東向分布。勘查區屬中低山丘陵，發育“U”型谷及“V”型沖溝，地形利于自然排水。地形切割強烈，基巖裂隙發育，大氣降水滲透補給風化裂隙中，地下水賦存于此。

石炭-二疊系砂礫巖，致密堅硬，透水性差，富水性弱。長期受構造運動影響，構造破碎帶較發育，局部層間裂隙發育，形成了良好的儲存含水層條件。風化裂隙水滲透補給，以層狀和帶狀裂隙方式儲存。

勘查區北部以及西部均發育“U”型谷，溝床寬60 m～150 m，主要堆積第四系沖洪積砂礫石，沉積厚度＞2 m，透水性好且具有較好的富水性，使沖洪積砂礫石賦存有孔隙潛水，受溝床制約，呈帶狀分布。

3.2 地下水類型及含水巖組劃分

3.2.1 松散巖類孔隙水 主要賦存于勘查區“U”型溝谷內第四系沖洪積砂礫石，含水層厚度＞1.0 m，水位埋深隨地形起伏變化，最大埋深溝床上游水位＞3 m，最小埋深中下游＜0.5 m。下游逐漸由暗轉明，流量約為10～200 m3/d。勘查區西部溝谷出露下降泉，見圖1。

圖1 松散巖類孔隙潛水示意圖

3.2.2 二疊-石炭系基巖裂隙孔隙水 主要賦存于風化裂隙，層狀裂隙以及構造破碎帶。補給方式：大氣降水補給風化裂隙水，風化裂隙水滲透補給層狀裂隙及構造破碎帶。風化裂隙含水層較薄，面積小，徑流短，水質差，見圖2。二疊-石炭系含水巖組，成巖度高，致密堅硬，層理尚發育，透水性富水性差，泥巖和炭質泥巖具隔水性,受構造影響,形成帶狀裂隙水和層狀裂隙水，二者水位埋深52 m～61 m。

圖2 基巖裂隙水示意圖

3.3 地下水補給、徑流與排泄條件

3.3.1 松散巖類含水層 主要依靠大氣降水和溝谷上游潛水徑流補給，水位埋藏較淺。蒸發量遠大于降雨量，因此排泄方式以蒸發為主。

3.3.2 基巖裂隙孔隙含水層 主要依靠大氣降水滲透補給，受地形地貌影響，地下水的徑流條件制約，地表水與地下水分水嶺基本相同，地下水沿地形自上而下運移。風化裂隙水徑流較短短，蒸發及補給層狀裂隙水的方式排泄，以此補給層狀和帶狀裂隙水，最終沿斷裂帶徑流補給下部或臨區含水組。

3.4 地下水水化學特征

3.4.1 松散巖類地下水水化學特征 溝谷中水力坡度較平緩，砂礫石鹽份含量較高，導致地下水徑流緩慢，易溶含水介質中得鹽份，使其松散巖類地下水水質逐漸變差，本次在該類地下水含水層泉眼中取水樣1 件，礦化度2.30 g/L,PH=7.60，屬硫酸鹽氯化物-鈉型水。

3.4.2 基巖裂隙孔隙水水化學特征 基巖裂隙水的含水介質自身含鹽份高，降水入滲后沿風化裂隙、層狀裂隙和帶狀裂隙滲流緩慢，使地下水充分溶濾基巖中的鹽份，因此水質差。本次在該類地下水含水層泉眼及民井中取水樣3 件，地下水礦化度1.30～3.50 g/L，屬硫酸鹽重碳酸鹽氯化物-鈉鈣型水和硫酸鹽氯化物-鈉型水。

4 充水因素分析

4.1 大氣降水

勘查區屬干旱-半干旱的大陸性氣候，具有氣候干燥、雨量少而集中，蒸發強烈，冬寒長，夏熱短，溫差大，日照長，冬春季多風，無霜期短等典型的大陸性氣候特征，因此大氣降水是勘查區地下水的唯一補給來源。

4.2 地形

勘查區屬中低山丘陵地形，地勢總體起伏不大，構造和地層巖性直接影響地形地貌的變化。隨著時代變化，地殼緩慢上升，使地形切割強烈，發育“V”型及“U”型谷，利于自然排水，雨停即失，不易形成洪積區。

4.3 構造

勘查區屬向斜盆地，因此匯水量較大，由于斷層發育，導致斷裂帶巖石破碎，導水性強，但區內補給條件較差，降雨量遠小于蒸發量，導致富水性弱。

4.4 人為因素

勘查區內多處存有老窖及采坑，采空區易形成匯水區域，由于規模較小，豐雨期時積水多以蒸發，不會對采礦造成威脅。下：

5.2.1 第四系松散沉積物巖組（DL1） 風成黃土主要分布于勘查區北部和局部溝谷內，厚度1.0 m～13.6 m，垂直節理裂隙和孔隙度較發育，干燥疏松，遇水濕陷性強，易塌方流失。沖洪積砂礫卵石分布于溝谷內，松散，第四系風成黃土和沖洪積砂礫卵石工程地質條件極差。但其位于溝谷內，不影響礦床開采。

5.2.2 石炭-二疊系太原組上段炭質頁巖、泥巖組（DL2）該巖組為礦石頂板，RQD 值為5.7%～84.0%，未采集巖石物理力學性質樣巖石質量等級為Ⅱ-Ⅴ級，巖石質量屬好的-極劣的，巖體完整性屬破碎-較完整（表1）。其工程條件極差，極易剝離，不影響礦床開采。

表1 DL2 巖組工程地質特征一覽表

5 勘查區工程地質條件

工程地質巖組劃分：

5.1 巖石物理力學性質

勘查區在地表具有代表性的位置，共采集15 組力學樣，分別測試了天然狀態下的抗壓、抗拉及抗剪強度。礦石（石英砂巖）天然抗壓強度一般在58.48～120.65 Mpa、抗剪強度一般在4.09～8.35 Mpa、抗拉強度一般在1.75～4.01 Mpa，屬較高強度硬質巖石；底板（鈣質砂巖）天然抗壓強度一般在37.61～102.85 Mpa、抗剪強度一般在2.41～6.99 Mpa、抗拉強度一般在1.13～3.15 Mpa，屬較高強度硬質巖石。礦石及底板巖石力學強度較高，巖石穩固性較好。

5.2 工程地質巖組

根據勘查區內巖體地質特征、力學性質、完整程度及結構面特征，共劃分了4 個工程地質巖組[5]，分別第四系松散沉積物巖組（DL1）、石炭-二疊系太原組上段炭質頁巖、泥巖組（DL2）、石炭-二疊系太原組下段中細粒石英砂巖組（DL3）及石炭系上統羊虎溝組上段第二層鈣質砂巖組（DL4），各巖組特征如

5.2.3 石炭- 二疊系太原組下段中細粒石英砂巖組（DL3） 該巖組為礦石目標層，中厚層狀構造，RQD 值為9.0～81.0%，天然抗壓強度58.48～120.65 MPa，天然抗剪強度4.09～8.35 MPa，天然抗拉強度1.75～4.01 MPa，屬較高強度硬質巖石，巖石穩固性好；巖石質量等級為Ⅱ-Ⅴ級，巖石質量屬極劣的-好的，巖體完整性屬破碎-較完整（表2）。

表2 DL3 巖組工程地質特征一覽表

5.2.4 石炭系上統羊虎溝組上段第二層鈣質砂巖組（DL4） 該巖組為礦石底板，中-厚層狀構造，天然抗壓強度37.61～102.85 MPa，天然抗剪強度2.41～6.99 MPa，天然抗拉強度1.13～3.15 MPa，屬較高強度硬質巖石，巖石穩固性好；巖石質量等級為Ⅰ-Ⅴ級，巖石質量屬極劣的-好的，巖體完整性屬破碎-完整（表3）。

表3 DL4 巖組工程地質特征一覽表

6 水文與工程地質條件評述

勘查區未見有地表水系，“U”型溝谷內可見地下水露頭，但水量較小，水質差，不可作為生活用水。根據所施工鉆孔均為揭露含水層，且最低開采標高位于最低侵蝕基準面以上。礦床充水因素主要為大氣降水補給，由于蒸發量遠遠大于降水量，僅有少部分降水滲入地下補給地下水。將勘查區的水文地質勘查類型劃分為第二類裂隙充水礦床,屬第一型水文地質條件簡單的礦床，即第二類第一型[1]。依據勘查區工程地質巖組的劃分，礦石及底板巖石物理力學性質較好，穩固性強；礦石其圍巖節理均不發育，局部裂隙較發育；根據相關規范要求[2]，將勘查區的工程地質勘查類型劃分為第三類層狀巖類，屬工程地質條件簡單的礦床，即第四類簡單型。由此證明，地下水對礦山開采不造成影響。