崔蓓蕾，王軍強(qiáng)，付曉強(qiáng)，陳曉龍，李大卓

(1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)勘查院，河南 鄭州 450000)

(2.河南省地質(zhì)調(diào)查院，河南 鄭州450001)

0 引言

河南省欒川縣東魚庫鉬鎢礦床位于的秦嶺山脈支脈—熊耳山南麓南泥湖超大型鉬鎢礦田的東南部，礦床規(guī)模為大型;基于礦床水文、工程及環(huán)境地質(zhì)條件對(duì)未來礦山大規(guī)模機(jī)械化露天開采的影響，有必要進(jìn)行梳理和探討，以對(duì)礦山開發(fā)設(shè)計(jì)提供一定的依據(jù)［1］。

1 成礦背景及礦區(qū)礦床地質(zhì)概況

1.1 大地構(gòu)造及成礦背景

該區(qū)位于華北克拉通與秦嶺褶皺系中部的銜接部位;區(qū)域地層有中元古界熊耳群及官道口群，新元古界欒川群、寬坪群和下元古界陶灣群;上述各群、組、段地層巖性均為淺變質(zhì)的系列的各種大理巖、結(jié)晶白云巖、千枚巖及砂礫巖等;構(gòu)造主要為北西西向大斷裂群，構(gòu)造線方向與東秦嶺一級(jí)大地構(gòu)造線方向總體一致;巖漿活動(dòng)主要為中生代燕山晚期白堊紀(jì)花崗巖大規(guī)模侵入，花崗巖基展布于欒川大型鉬鎢礦田地下深部的幾乎所有部位，這一現(xiàn)象充分揭示了中生代印度板塊與歐亞板塊拉張和伸展所產(chǎn)生的地幔柱與地殼相互作用同時(shí)進(jìn)行物質(zhì)交換形成的規(guī)模宏大的礦化圈涵蓋了全部南泥湖鉬鎢礦田。

1.2 礦區(qū)地質(zhì)

礦區(qū)地層分別為中元古界官道口群白術(shù)溝組上段厚層白云大理巖夾絹云石英片巖;新元古界欒川群三川組變質(zhì)砂巖、白云大理巖、硅質(zhì)條帶白云大理巖;礦區(qū)構(gòu)造主要為黃背嶺-石寶溝背斜及北西向的中小型斷裂;巖漿巖為中生代燕山晚期白堊紀(jì)斑狀黑云二長(zhǎng)花崗巖(圖1)，其花崗斑巖鋯石SHRIMP 法U-Pb 和石英脈輝鉬礦Re-Os 同位素等時(shí)線年齡為134～141 Ma［2］，基本上是侏羅紀(jì)末至白堊紀(jì)初成礦。各時(shí)代地層的大理巖段受燕山晚期花崗巖巖漿期后熱液接觸交代結(jié)果形成各種類型的賦礦矽卡巖(石榴石矽卡巖為主)。

圖1 東魚庫鉬(鎢)礦區(qū)地質(zhì)圖

1.3 礦床與礦體地質(zhì)

顯然，東魚庫鉬鎢礦床成因類型為巖漿接觸變質(zhì)-高溫?zé)嵋撼涮罱淮偷V床，也就是通常命名的矽卡巖-斑巖型鉬鎢礦床;工業(yè)鉬鎢礦體的賦礦巖石為矽卡巖、角巖、變質(zhì)砂巖、花崗斑巖、大理巖及白云巖等。成礦母巖-花崗斑巖體內(nèi)外接觸帶均可形成礦化;礦體形態(tài)呈層狀、似層狀圍繞花崗斑巖體頂面起伏形態(tài)呈“整合”狀展布;鉬礦體以外接觸帶為主要分布區(qū)，鎢礦體則嚴(yán)格受地層巖性控制，主要賦存于新元古界欒川群三川組上段矽卡巖及透輝斜長(zhǎng)角巖中。鎢礦體多分布于鉬礦體下部。鉬鎢互為共生礦產(chǎn)且以同體為主(圖2)，但鉬的礦化圈范圍遠(yuǎn)大于鎢的礦化圈范圍，而兩者的礦化強(qiáng)度則呈正相關(guān)關(guān)系。

2 水文地質(zhì)

2.1 區(qū)域水文地質(zhì)概況

2.1.1 地貌景觀及氣象條件

圖2 東魚庫鉬(鎢)礦床剖面圖

(1)地形地貌:東魚庫鉬鎢礦區(qū)地層分區(qū)為華北區(qū)豫西分區(qū)熊耳山小區(qū)，構(gòu)造位置在石寶溝復(fù)式背斜核部。礦區(qū)地形北高南低，溝谷發(fā)育，基巖裸露，水流深切，河水排泄暢通;魚庫尖主峰高程1 685.27 m，最低處標(biāo)高1 112.93 m，相對(duì)高差572.34 m，屬中山區(qū);地面坡度:區(qū)內(nèi)大于35°;山頂似饅頭狀，山脊呈鞍形;溝谷發(fā)育，呈“V”字形，水系呈魚刺狀分布，呈現(xiàn)嶺谷相間的地貌景觀，屬侵蝕構(gòu)造中低山地形［3］。區(qū)內(nèi)地形有利于地表逕流的排泄。

(2)氣候:依欒川氣象站多年觀測(cè)資料，氣溫:平均12.2 ℃、最高42.1 ℃、最低-19.1 ℃，年平均降水量809.3 mm，年最大降水量1 462.6 mm，年最小降水量468.7 mm，降水多集中在7～9 月內(nèi)，占年降水總量的60%，一次連續(xù)最大降水量301.8 mm，日最大降水量257.1 mm，一次連續(xù)降水量最長(zhǎng)13 天，年降水日數(shù)92～114 天，最大風(fēng)速20 m/s，最大凍結(jié)深度0.27 m，最大積雪厚度0.2 m。區(qū)內(nèi)夏季涼爽，冬季寒冷，四季分明，屬大陸性山地型氣候。

(3)地表水:該區(qū)屬黃河水系，常年性水流有:伊河支流東魚庫溝、中魚庫溝、石寶溝，分別從礦區(qū)西、中、東部流過，至魚庫和石廟入伊河主流，由伊河注入黃河。根據(jù)礦區(qū)地形條件及區(qū)域水文特征，工作區(qū)位于魚庫溝、石寶溝兩個(gè)水文地質(zhì)單元中，主要工業(yè)礦體則分布于魚庫溝水文地質(zhì)單元。

2.1.2 區(qū)域水文地質(zhì)特征

礦區(qū)內(nèi)上述兩個(gè)水文地質(zhì)單元均屬山區(qū)水文地質(zhì)單元。大氣降水是地下水的唯一補(bǔ)給來源，地下水主要為孔隙水，次為裂隙水，均屬潛水類型，孔隙水賦存于第四系全新統(tǒng)沖洪積物中，裂隙水賦存于中元古界官道口群、新元古界欒川群、下古生界陶灣群、燕山期花崗斑巖體等基巖風(fēng)化裂隙及斷裂破碎帶裂隙中。

大氣降水通過各類巖石的裂隙、孔隙、斷裂破碎帶滲入地下，在不同的地質(zhì)構(gòu)造及地形、地貌條件控制下，進(jìn)行垂直或水平運(yùn)移，部分地下水于深切溝谷處以泉的形式排泄。地下水與地表水的分水嶺基本一致，以垂直補(bǔ)給為主，徑流途徑短，向溝谷和河流排泄。

2.2 礦區(qū)水文地質(zhì)特征

礦區(qū)內(nèi)地貌類型分為剝蝕及構(gòu)造低中山區(qū)、侵蝕堆積河谷區(qū)。剝蝕低山區(qū)由中元古界官道口群白術(shù)溝組及新元古界欒川群三川組、南泥湖組、煤窯溝組和大紅口組變質(zhì)巖系及燕山晚期期花崗斑巖組成。山高坡陡，坡角一般40°～50°，溝谷呈“V”字形，坡降較大，利于大氣降水的排泄。

侵蝕堆積河谷區(qū)沿魚庫溝、石寶溝兩岸分布，構(gòu)成河漫灘，主要由第四系砂礫石、亞粘土組成。礦區(qū)內(nèi)主要地表水為魚庫溝、石寶溝及其支流，四季水流不斷，水質(zhì)類型HCO3·SO4-Ca 型。地表水的匯水邊界即為礦區(qū)的水文地質(zhì)邊界。

2.2.1 含水巖組

(1)第四系沖洪積物(Q4)孔隙含水層:第四系沉積物分布于山坡上的亞粘土含碎石、巖塊等為殘坡積物，厚1～5 m;分布在溝谷中的泥砂含礫石，碎石夾亞砂土等為沖洪積物，厚5～10 m，富水性差異較大，總體呈弱富水性。

(2)風(fēng)化裂隙水基巖組:廣泛分布于地表及第四系沉積物以下，基巖風(fēng)化深度一般5～20 m，弱富水性。

由于上述兩者間無隔水巖石存在，組成統(tǒng)一地下水，在山坡上為上層滯水，溝谷內(nèi)為潛水。

2.2.2 隔水巖組

中元古界官道口群白術(shù)溝組及新元古界欒川群三川組、南泥湖組、煤窯溝組和大紅口組變質(zhì)巖系及黃背嶺、魚庫、石寶溝等燕山晚期花崗斑巖體、晉寧期變輝長(zhǎng)巖脈基巖裂隙多閉合或被巖脈、各類礦脈充填［4］，在極少量開裂隙中含脈狀裂隙水，水位埋深16.00～276.00 m，水位標(biāo)高1 008.08～1 403.82 m，礦區(qū)南部部分鉆孔終孔無水。該巖組富水性極弱且不均勻或不含水，可視為相對(duì)隔水巖組。

(1)中元古界官道口群白術(shù)溝組(Pt2b3)。主要分布于工作區(qū)中部，巖性為厚層狀白云石大理巖夾絹云母石英片巖，局部為含炭白云石大理巖，其頂部為炭質(zhì)板巖。厚度860～1 160 m。

(2)新元古界欒川群。①三川組(Pt3s):沿黃背嶺背斜兩翼分布［5］，為含石英細(xì)礫變質(zhì)砂巖，局部夾石英大理巖，中厚層條帶狀黑云大理巖、石英大理巖及絹云大理巖。厚度860～1 160 m。②南泥湖組(Pt3n):主要在工作區(qū)中部沿黃背嶺背斜兩翼分布，主要為細(xì)粒石英巖、炭質(zhì)絹云片巖、變斑黑云二云片巖、黑云大理巖。厚度930 m。③煤窯溝組(Pt3m):主要分布在礦區(qū)中部，巖性為變質(zhì)細(xì)砂巖、石英巖夾二云片巖、厚層白云石大理巖、硅質(zhì)條帶白云石大理巖夾石煤、磁鐵石英巖。厚度大于400 m。

2.2.3 礦床水文地質(zhì)特征

礦床位于礦區(qū)中部和中南部，礦體絕大部分在風(fēng)化帶以下，賦礦巖石為變質(zhì)巖及巖體，變質(zhì)巖系巖性主要為矽卡巖、角巖、變質(zhì)砂巖、變輝長(zhǎng)巖、大理巖、白云巖等，巖體巖性為花崗巖。根據(jù)上述含(隔)水巖組的論述，賦礦巖石屬相對(duì)不透水巖組或隔水巖石。因此，礦床充水直接水源為變質(zhì)巖弱裂隙脈狀水［6］。

2.2.4 斷層特征及其富水性

穿過礦床的主要構(gòu)造破碎帶主要為展布于礦床中部的F2 斷裂，其為成礦前斷裂，屬壓扭性斷裂，透水性差，弱富水性，對(duì)礦床充水影響弱。F1 斷裂及F3 斷裂分別位于礦床的北側(cè)、南側(cè)，也均為成礦前斷裂隙，力學(xué)性質(zhì)壓扭性。弱富水性。由于斷裂兩側(cè)巖層均為脆性巖層，斷裂兩側(cè)多發(fā)育開張性較好的扭張性次級(jí)斷裂，使得斷裂兩側(cè)成為弱導(dǎo)水帶。在PD1、PD2 生產(chǎn)坑道中，當(dāng)坑道通過次級(jí)斷裂帶時(shí)，頂多有滴水或淋水現(xiàn)象，水量不大。總的來看，礦區(qū)內(nèi)斷裂表現(xiàn)為弱富水性。

2.2.5 礦床充水因素

2.2.5.1 地表水對(duì)礦床充水的影響

在自然狀態(tài)下，礦床蓋層風(fēng)化裂隙含水巖組的地下水補(bǔ)給河水，補(bǔ)給形式有:①以泉及溪流形式補(bǔ)給;②以潛流形式補(bǔ)給。

賦礦巖石及其圍巖結(jié)構(gòu)致密、堅(jiān)硬，完整巖體在自然狀態(tài)下透水性弱，可視為隔水層［7］。

由于該礦區(qū)內(nèi)主要斷裂的碎裂巖帶不寬，多屬壓扭性，裂隙緊閉;礦體圍巖均屬相對(duì)不透水巖組或隔水巖石。故地表水對(duì)礦床充水的影響不大。

2.2.5.2 主要構(gòu)造破碎帶對(duì)礦床充水的影響

根據(jù)上述斷層帶富水性的論述，構(gòu)造破碎帶對(duì)礦床充水的影響較弱。

2.2.6 生產(chǎn)坑道水文地質(zhì)特征

通過對(duì)PD1、PD2 生產(chǎn)坑道調(diào)查，其均位于礦床的中南部，屬小型生產(chǎn)坑道，均采用水平巷道開采方式?？拥理?shù)装寰鶠榛◢彴邘r型輝鉬礦、矽卡巖型輝鉬礦、鈣質(zhì)片巖型輝鉬礦等，巖石裂隙緊閉，多為隔水巖石，局部地段在構(gòu)造破碎帶處有地下水滲入現(xiàn)象，礦井涌水主要來自地表淺部，風(fēng)化裂隙水沿基巖的各類裂隙(主要為構(gòu)造裂隙)進(jìn)入坑道［8］。從坑口排出，排入地表水體。據(jù)調(diào)查，PD1 坑道開采1 280 m標(biāo)高，開采面積約6 000 m2，平水季節(jié)排水量1 t/h，涌水主要來自坑道頂部，坑道內(nèi)僅有4 處滴水，滴水面積1～5 m2，1 處小量涌水，為PD3 坑道水滲入;PD2 坑道開采1 228 m 標(biāo)高，開采面積約14 600 m2，平水季節(jié)排水量合計(jì)10 t/h，坑道內(nèi)有16 處滴水，滴水面積1～10 m2，2 處淋水，1 處涌水，涌水量3 t/h。

區(qū)內(nèi)生產(chǎn)礦井、探礦坑道均未發(fā)生過突水現(xiàn)象。

2.2.7 礦區(qū)地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄

大氣降水是礦區(qū)內(nèi)的地下水唯一的補(bǔ)給水源，降水和降水所形成的地表徑流，沿巖石孔隙，裂隙滲入，補(bǔ)給地下水，其量有限。

基巖裂隙水的補(bǔ)給、貯存和分布:基巖裂隙水唯一靠降水滲入補(bǔ)給，主要貯存于長(zhǎng)英角巖和斷裂構(gòu)造裂隙中，以微裂隙含水為主。沿?cái)嗔褬?gòu)造裂帶呈似條帶分布，具網(wǎng)絡(luò)狀的分布特征，裂隙水在天然條件下，沿?cái)嗔褬?gòu)造裂隙帶由北向南運(yùn)移，流出礦區(qū)進(jìn)行排泄［9］。

2.2.8 礦區(qū)水文地質(zhì)勘查類型

礦床的一部分位于侵蝕基準(zhǔn)面以上，有利于自然排水，位于侵蝕基準(zhǔn)面以下的礦床部分，由于礦床本身為不透水層，在開采侵蝕基準(zhǔn)面以下礦體時(shí)，礦坑內(nèi)將不會(huì)出現(xiàn)太大的涌水量。降水為主要的礦坑充水水源。因此，礦床水文地質(zhì)復(fù)雜程度為第二類第一型，屬裂隙充水的水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單的礦床。

2.2.9 供 水

2.2.9.1 水 源

工作區(qū)內(nèi)河谷只接受大氣降水補(bǔ)給，水量隨季節(jié)變化大，枯季無水或水量很少。豐水季節(jié)大氣降水易排泄，地表水無保證。第四系全新統(tǒng)沖積物孔隙水、基巖風(fēng)化裂隙水及構(gòu)造裂隙水，可作為生活飲用水供水水源。

2.2.9.2 水量水質(zhì)評(píng)述

(1)水量評(píng)述

礦區(qū)內(nèi)新近系全新統(tǒng)堆積物孔隙含水層，受大氣降水補(bǔ)給。由于含水層含泥質(zhì)，民井涌水量差別較大，一般情況下，靠近溝溪水流地點(diǎn)，涌水量較大，反之則小。

基巖裂隙水的水量:由于補(bǔ)給水源不足、儲(chǔ)水空間有限等綜合說明:礦區(qū)內(nèi)基巖裂隙水的水量及補(bǔ)給量很小，以靜貯存量為主，其量也小，表明水資源極不豐富。

(2)水質(zhì)評(píng)述

新近系沖積物孔隙水及風(fēng)化裂隙水質(zhì)按東魚庫溝水樣(1#水樣)，對(duì)生活飲用水水質(zhì)評(píng)價(jià)見表1。

表1 生活飲用水質(zhì)評(píng)價(jià)表

(3)礦區(qū)水資源綜合利用評(píng)價(jià)

礦區(qū)內(nèi)新近系沖積物孔隙水、基巖裂隙水及構(gòu)造裂隙水可供飲用水水源，建大型選礦廠等工業(yè)用水，可采用伊河作為供水水源。

3 工程地質(zhì)

3.1 影響巖體穩(wěn)定的主要因素

基巖風(fēng)化巖石，未脫離母巖形成巖塊［10］;礦體及圍巖均為變質(zhì)巖和巖漿巖，無軟弱夾層分布。巖石透水性差，含水量小，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造雖較發(fā)育，巖石以局部構(gòu)造裂隙為主。裂隙張開度小，多被后期充填，但破壞了巖石本身的完整性［11］，因此，斷裂構(gòu)造裂隙組合結(jié)構(gòu)面是影響巖體穩(wěn)定的主要因素。

依調(diào)查資料，區(qū)內(nèi)裂隙的發(fā)育具以下規(guī)律:(1)裂隙走向與構(gòu)造線走向基本一致;(2)長(zhǎng)英角巖內(nèi)裂隙較發(fā)育;(3)裂隙的發(fā)育程度具淺部向深部減弱的一般規(guī)律。

3.2 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)

該礦床與南泥湖-三道莊相鄰，并且礦床類型相同，礦石類型和圍巖巖性基本相同。所以該區(qū)巖石的物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果收集了南泥湖-三道莊資料。

南泥湖-三道莊礦床室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果見表2。力學(xué)樣品只在一種風(fēng)干狀態(tài)和一種垂直層面方向條件下進(jìn)行試驗(yàn)的結(jié)果。

表2 巖石物理性質(zhì)試驗(yàn)成果表

表3 巖石力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)成果表

花崗巖依上房溝礦區(qū)試驗(yàn)結(jié)果:抗壓強(qiáng)度地表巖石為158.3 MPa，地下石為225.1 MPa。依力學(xué)性質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(表3)，抗壓強(qiáng)度均大于100 MPa，說明礦區(qū)內(nèi)巖石抗壓強(qiáng)度大巖體穩(wěn)定，屬極堅(jiān)硬的巖石，巖體穩(wěn)固性極大［12］。

3.3 礦區(qū)工程地質(zhì)勘查類型

礦床地層條件較簡(jiǎn)單，地質(zhì)構(gòu)造不發(fā)育，巖石風(fēng)化作用較弱，無軟弱夾層存在，除在構(gòu)造破碎帶外，不易發(fā)生礦山工程地質(zhì)問題［13］?？傊?，礦床工程地質(zhì)復(fù)雜程度類型劃分為塊狀巖類簡(jiǎn)單型。

4 環(huán)境地質(zhì)

4.1 地 震

根據(jù)地震歷史資料，欒川縣歷史上無發(fā)生5.0級(jí)以上的地震，據(jù)河南省地震烈度區(qū)劃圖，本區(qū)地震基本烈度為6°(圖3)，地震動(dòng)峰值加速度為0.05 g，礦區(qū)及附近無活斷層存在。區(qū)域穩(wěn)定性好。

圖3 河南省地震烈度區(qū)劃圖

4.2 地質(zhì)災(zāi)害問題

礦區(qū)雖然地形陡峭，溝谷較狹窄，但山體均為較穩(wěn)定的基巖，因此無大的山體滑坡及泥石流發(fā)生，地質(zhì)災(zāi)害小，地質(zhì)環(huán)境優(yōu)越。僅在個(gè)別地段陡壁上，易產(chǎn)生微小型崩塌體。

4.3 地表水和地下水

礦區(qū)主要飲用水源為新近系沖洪積物孔隙潛水及淺層風(fēng)化裂隙水，易被污染。

由于地下水為脈狀裂隙水，礦區(qū)巖石為堅(jiān)硬、半堅(jiān)硬巖石，疏干排水不會(huì)引起地面塌陷、沉降等問題。

礦山開采時(shí)礦石直接運(yùn)送到選礦廠，集中堆放。未來礦床開采和選礦過程中，原礦和廢渣集中堆放，對(duì)環(huán)境基本無影響。選礦工藝為浮選，廢水經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后排放，對(duì)環(huán)境不會(huì)造成影響。

總之，未來礦山開采對(duì)周邊環(huán)境影響不大，對(duì)礦山的開采人員無毒無害，故未來礦山開采環(huán)境地質(zhì)條件較好。

5 結(jié)語

5.1 水文地質(zhì)對(duì)開采的影響

東魚庫鉬鎢礦區(qū)礦床屬裂隙水充水，大氣降水為唯一的補(bǔ)給水源，補(bǔ)給強(qiáng)度小，巖石儲(chǔ)水空間極為有限，斷裂構(gòu)造不發(fā)育，巖石富水性弱，含水量小。礦床的一部分位于侵蝕基準(zhǔn)面以上，有利于自然排水，位于侵蝕基準(zhǔn)面以下的礦床部分，由于礦床本身為不透水層，在開采侵蝕基準(zhǔn)面以下礦體時(shí)，坑道內(nèi)將不會(huì)出現(xiàn)太大的涌水量。因此，礦床水文地質(zhì)復(fù)雜程度為第二類第一型，屬裂隙充水的水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單的礦床。

5.2 工程地質(zhì)條件對(duì)開采的影響

礦區(qū)礦床地層條件較簡(jiǎn)單，地質(zhì)構(gòu)造不發(fā)育，巖石堅(jiān)硬，巖石風(fēng)化作用較弱，無軟弱夾層存在，除在構(gòu)造破碎帶外，不易發(fā)生礦山工程地質(zhì)問題，巖體穩(wěn)固性構(gòu)好。礦區(qū)東部礦體埋藏淺，蓋層薄，適合于露天開采。礦床工程地質(zhì)復(fù)雜程度類型劃分為塊狀巖類簡(jiǎn)單型。

5.3 環(huán)境地質(zhì)條件對(duì)開采的影響

礦床在開采過程中對(duì)地質(zhì)環(huán)境破壞不大，區(qū)內(nèi)無污染源，地表水無污染，地下水水質(zhì)較好，礦坑排水對(duì)附近水體無污染。礦石和尾礦堆化學(xué)成分穩(wěn)定，基本無其它環(huán)境地質(zhì)隱患。故礦床地質(zhì)環(huán)境類型屬礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量良好。

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