白銀礦田四方山礦床水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)條件調(diào)查研究

王立銘，郭繼統(tǒng)

（1.甘肅省有色金屬地質(zhì)勘查局張掖礦產(chǎn)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(yīng)白銀礦田四方山區(qū)域經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性發(fā)展需要，對(duì)其進(jìn)行區(qū)域水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)調(diào)查。調(diào)查工作按照《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范》（GB12971—91）相關(guān)要求進(jìn)行。大致查明白銀礦田四方山礦床的水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)條件，初步評(píng)價(jià)礦床水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)對(duì)礦床開發(fā)的影響，為進(jìn)一步工作和礦山開發(fā)初步規(guī)劃提供依據(jù)。

1 自然地理地質(zhì)概況

1.1 自然地理概況

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

1.2 地質(zhì)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(qū)劃上屬于北祁連山分區(qū)靖遠(yuǎn)-西吉小區(qū)，地層自寒武系至第四系均有出露，但其中缺失上寒武統(tǒng)、中上志留統(tǒng)及上白堊統(tǒng)地層。礦體均賦存在中寒武統(tǒng)富鈉質(zhì)海底火山噴發(fā)細(xì)碧角斑巖中，其中夾有千枚巖、硅質(zhì)巖、大理巖及各類火山角礫巖和集塊巖。礦田為一復(fù)式背斜構(gòu)造，各礦床均位于以石英角斑巖、石英角斑凝灰?guī)r為核心的短軸背斜構(gòu)造內(nèi)，礦體與中粒石英角斑凝灰?guī)r關(guān)系密切，與地層大致呈整合產(chǎn)出，明顯受層位控制。

1.2.2 構(gòu)造

祁連造山帶東段構(gòu)造較為發(fā)育，線性構(gòu)造較為清晰，斷裂構(gòu)造為先導(dǎo)，巖漿活動(dòng)源自斷裂，形成火山構(gòu)造、褶皺構(gòu)造。斷裂構(gòu)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(gòu)造。

2 水文地質(zhì)

2.1 區(qū)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(fēng)積黃土（Qeol）、殘坡積物（Qel+dl）及洪積物（Qpl）組成。風(fēng)積黃土主要分布在礦床溝谷兩側(cè)及部分山頂和山坡處，巖性為黃褐色粉質(zhì)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?guī)r的風(fēng)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(duì)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(jié)構(gòu)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(nèi)厚度約0.1m～37m，單位涌水量介于0.03～0.05L/s.m，水化學(xué)類型為Cl--SO42--Na+型水，礦化度4～10g/L，直接由大氣降水補(bǔ)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?guī)r（π3）、石英角斑凝灰熔巖（π2）、細(xì)碧巖（β1）、細(xì)碧玢巖（φ1）、細(xì)碧凝灰?guī)r(β3)等，分布于整個(gè)礦床，地表淺部以張性風(fēng)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(dá)20mm～50mm，亦由泥質(zhì)、硅質(zhì)、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(xué)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(bǔ)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(zhì)巖類裂隙弱含水巖組

四方山礦床內(nèi)變質(zhì)巖在地表較少出露，根據(jù)鉆孔水文地質(zhì)、工程地質(zhì)編錄可知，該含水巖組包括千枚巖（Mp）、大理巖（ML）、鐵錳硅質(zhì)巖（GT）等，部分鉆孔未見產(chǎn)出，地表淺部以風(fēng)化裂隙為主；地表深部以構(gòu)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(fā)育，有地下水活動(dòng)跡象。

該含水巖組層厚較薄且分布不均，厚度大多數(shù)在1.5m～10m之間且埋深較深，水化學(xué)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(bǔ)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(jù)鉆孔水文地質(zhì)、工程地質(zhì)編錄可知，溶孔普遍發(fā)育在石英角斑巖及石英角斑凝灰?guī)r中，石英角斑凝灰熔巖、細(xì)碧巖和硅質(zhì)巖溶孔發(fā)育相對(duì)較少。石英角斑凝灰熔巖及細(xì)碧巖巖石較硬，巖石強(qiáng)度較高，巖石完整性系數(shù)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(fā)育。因此推斷四方山礦床的相對(duì)不含水部位存在于裂隙及溶孔不發(fā)育的石英角斑凝灰熔巖和細(xì)碧巖中[2]。

2.2 礦床地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件

礦床范圍內(nèi)的地表水和地下水主要靠大氣降水補(bǔ)給。大氣降水中滲入第四系覆蓋層中的一部分沿風(fēng)化裂隙、基巖裂隙補(bǔ)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(fēng)化裂隙發(fā)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(cè)孔年水位變幅在6.74m（ZK1-1），一個(gè)水文年內(nèi)最低水位標(biāo)高1877.39m，最高水位標(biāo)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(bǔ)給，受氣候及季節(jié)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(nèi)的地表水（排污廢水或暫時(shí)性洪流），其動(dòng)態(tài)變化受季節(jié)的控制，雨季降水后，地下水位上升，開始出現(xiàn)地表水流，旱季以蒸發(fā)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(xiàn)斷流現(xiàn)象。由于礦床溝谷底部巖石風(fēng)化裂隙不發(fā)育，且溝谷徑流較短，僅在局部有風(fēng)化裂隙段地表水可以滲流形式補(bǔ)給地下水。

3 工程地質(zhì)

3.1 礦床工程地質(zhì)巖組特征

四方山礦床是賦存在堅(jiān)硬、半堅(jiān)硬的變質(zhì)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(gòu)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(zhì)充填；巖石軟化系數(shù)普遍在0.75以下，屬于易軟化巖石；巖石片理化普遍發(fā)育于石英角斑凝灰?guī)r（π3）層中，而石英角斑凝灰?guī)r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(fā)育，夾層普遍為灰黑色泥質(zhì)充填，局部夾層可見黃鐵礦化及石英碎塊；個(gè)別層位（大多為礦體上下盤）受斷裂影響，裂隙較發(fā)育，巖體破碎，巖石穩(wěn)定性差。根據(jù)巖體的地質(zhì)特征，時(shí)代、成因、巖石組合及工程地質(zhì)性質(zhì)及地下水特征，礦床工程地質(zhì)分帶依據(jù)巖體結(jié)構(gòu)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(fēng)積黃土、殘坡積物、沖積物、洪積物及人工素填土。風(fēng)積黃土主要為黃褐色粉質(zhì)粘土，可塑—硬塑，發(fā)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?guī)r的風(fēng)化碎塊與粘性土的混和物，結(jié)構(gòu)疏松；沖洪積物分布于溝谷的交匯處及相對(duì)平緩的地帶，組成成分為塊石、碎石、角礫、砂和泥質(zhì)，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(jié)構(gòu)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(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。查閱臨近場(chǎng)地資料，粘聚力為10.0～16.0Mpa，內(nèi)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(jiān)硬巖組

該巖組主要包括石英角斑巖（π1）、石英角斑凝灰?guī)r（π3）、石英角斑凝灰熔巖（π2）、細(xì)碧巖（β1）、細(xì)碧玢巖（φ1）、細(xì)碧凝灰?guī)r(β3)等，分布于整個(gè)礦床，地表淺部以張性風(fēng)化裂隙為主，巖體較破碎或破碎；地層深部以剪性構(gòu)造裂隙為主，巖體相對(duì)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(gòu)造破碎帶或裂隙極發(fā)育位置巖體較破碎，個(gè)別層位的石英角斑凝灰?guī)r（π3）片理化較發(fā)育。

該類巖組的RQD值普遍在50%以上，巖石完整程度絕大多數(shù)屬于中等完整以上，巖石質(zhì)量等級(jí)大多數(shù)為Ⅲ級(jí)以上。巖石物理學(xué)試驗(yàn)顯示，其內(nèi)聚力為1.02～9.67Mpa之間；內(nèi)摩擦角在30°～35°左右；軟化系數(shù)在0.19-0.75之間不等，多屬于易軟化巖石；結(jié)構(gòu)面間距在0～100cm不等，差異化較大；結(jié)構(gòu)面摩擦系數(shù)在0.54-0.76之間；巖體飽和單軸抗壓強(qiáng)度隨著裂隙發(fā)育程度的變化，在3.03～29.3Mpa之間不等。由于力學(xué)樣取樣集中在礦體上下盤，而在礦石富集的位置裂隙及構(gòu)造較發(fā)育，因此該類巖組巖石物理學(xué)性質(zhì)差異較大。

3.1.3 變質(zhì)巖類較堅(jiān)硬—堅(jiān)硬巖組

該巖組主要由千枚巖（Mp）、大理巖（ML）、鐵錳硅質(zhì)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(fēng)化裂隙為主；地表深部以構(gòu)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(fā)育，有地下水活動(dòng)跡象。

該類巖組RQD值普遍在75%以上，巖石完整程度絕大多數(shù)屬于較完整以上，巖石質(zhì)量等級(jí)絕大多數(shù)屬于Ⅱ級(jí)以上。巖石物理學(xué)試驗(yàn)顯示，其內(nèi)聚力為14.1Mpa；內(nèi)摩擦角為29°11'；軟化系數(shù)在0.57，屬于易軟化巖石；結(jié)構(gòu)面間距大多數(shù)在100cm以上；結(jié)構(gòu)面摩擦系數(shù)為0.56；巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度為80.8Mpa。由于力學(xué)樣取樣集中在礦體上下盤，而在礦石富集位置裂隙及構(gòu)造一般較發(fā)育，因此上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)基本代表了該類巖組整體的物理力學(xué)性質(zhì)。

3.2 斷裂帶的工程地質(zhì)特征

礦床斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，主要有F5及其次生斷層，均顯示壓性或剪性力學(xué)性質(zhì)，構(gòu)造變動(dòng)劇烈，均為泥質(zhì)膠結(jié)，遇水易軟化、泥化、崩解，巖石質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)；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(jí)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(gòu)成了本區(qū)的基本構(gòu)造格架，四方山礦床的斷裂構(gòu)造屬在F1發(fā)生發(fā)展過程中誘導(dǎo)出來的次級(jí)斷裂構(gòu)造，是在同一力學(xué)性質(zhì)影響和作用下發(fā)生發(fā)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(zhì)構(gòu)造較發(fā)育，巖溶不發(fā)育；巖體結(jié)構(gòu)主要為整體塊狀結(jié)構(gòu)及層狀結(jié)構(gòu)，巖石穩(wěn)定性較好，巖石完整程度大多為中等完整-完整，巖石質(zhì)量為中等-極好；巖石絕大多數(shù)屬于易軟化巖石；在部分礦體的圍巖處，片理較為發(fā)育，其工程地質(zhì)條件較差；在斷裂構(gòu)造破碎帶附近，巖石一般呈碎裂結(jié)構(gòu)中的破碎結(jié)構(gòu)，其整體強(qiáng)度低，大多為斷層泥及碎礫的結(jié)合體，遇水軟化膨脹，巖體的塑形強(qiáng)，變形時(shí)間效應(yīng)明顯，開采中可能產(chǎn)生坍塌、滑移等不良工程地質(zhì)現(xiàn)象。總的來說，礦床工程地質(zhì)條件屬于簡單偏中等。

4 環(huán)境地質(zhì)

四方山礦床所在地區(qū)無大的地震活動(dòng)記載，區(qū)域穩(wěn)定性較好，但是白銀地區(qū)受周邊地震波及次數(shù)較多；地表放射性結(jié)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(yuǎn)小于國家標(biāo)準(zhǔn)值，區(qū)內(nèi)伽馬照射率、伽馬能譜測(cè)量、土壤氡、水樣氡測(cè)量均符合國家規(guī)范要求，不會(huì)對(duì)人類活動(dòng)、環(huán)境質(zhì)量、水質(zhì)、工程施工、礦山開發(fā)利用造成影響；礦床范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)；礦床地下水含鹽量較高，各礦物離子指數(shù)偏大，屬于Ⅴ類水。綜合來看，礦床的環(huán)境地質(zhì)條件屬于良好。

5 防治建議

四方山礦床的礦體（礦體首采標(biāo)高1424m）埋藏在當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面（1800m）以下，根據(jù)同屬白銀礦田的生產(chǎn)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(lián)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(wěn)定性屬中等，在構(gòu)造破碎帶附近巖石穩(wěn)定性較差；礦床附近沒有大的污染源，礦石、廢石不易析出對(duì)人體和環(huán)境有害組份。礦床水文地質(zhì)條件屬于簡單；工程地質(zhì)條件屬于簡單偏中等；環(huán)境地質(zhì)條件屬于良好。

6 結(jié)語

綜上所述，今后礦床的水文地質(zhì)、工程地質(zhì)工作應(yīng)加強(qiáng)對(duì)水文地質(zhì)相關(guān)參數(shù)的測(cè)試及驗(yàn)證；在礦山開拓生產(chǎn)期間對(duì)坑道工程地質(zhì)的調(diào)查需進(jìn)一步深入，以更加準(zhǔn)確的了解礦體圍巖穩(wěn)定性對(duì)礦山開采造成的影響；對(duì)于選礦后產(chǎn)生的尾礦一定要建立尾礦壩進(jìn)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(shí)做好環(huán)境保護(hù)工作，定期對(duì)地下水進(jìn)行水質(zhì)分析，杜絕污染環(huán)境的各類事故發(fā)生；進(jìn)一步加強(qiáng)各項(xiàng)工作內(nèi)容的質(zhì)量管理，對(duì)原有工作中存在的不足之處進(jìn)行補(bǔ)充，提高工作程度；礦山生產(chǎn)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(tǒng)即可保證礦山的正常安全生產(chǎn)。