三道莊鉬礦水文地質、工程地質與環境地質條件調查研究

黃 超，王 薇

（1.洛陽鉬業集團股份有限公司礦山公司，河南欒川454033）（2.洛陽鉬業集團股份有限公司礦業投資部，河南欒川454033）

0 前言

為適應洛鉬集團三道莊鉬礦區域經濟的可持續性發展需要，對其進行區域水文地質、工程地質、環境地質調查。調查工作按中華人民共和國地質礦產行業標準《銅、鉛、鋅、銀、鉬地質勘查規范》（DZ/T0214－2002）普查階段和中華人民共和國國家標準《礦區水文地質工程地質勘探規范》（GB12719－1991）相關要求進行。

采用手持式GPS衛星定位儀對水文地質和工程地質點進行定位，定位誤差不大于10 m；地表水和地下水流量采用鋼制薄壁三角堰進行觀測，流速采用浮標法進行觀測。基本查明了區內水文地質條件和礦床水文地質條件。巖石試樣采用封口膠帶進行密封，巖石物理力學試驗委托湖北省地質局實驗室進行測試。通過調查核實了圖幅內工程地質巖組的分布、巖性和物理力學指標，并按巖組和構造部位調查統計節理裂隙發育特點，基本查明區域工程地質、環境地質條件和礦床工程地質、環境地質條件。為三道莊鉬礦區的整體工程建設布置及礦床開采方法確定提供參考依據。

1 礦區自然地理地質概況

1.1 礦區自然地理概況

三道莊鉬礦田處于伏牛山與熊耳山之間，位于黃河與長江兩水系的地表分水嶺地帶。區內基巖裸露，水流深切；研究區最低高程為三道莊嶺主峰1 630.79 m，區域相對高差200～500 m；地面坡度：在黃河水系區內大于45°，在長江水系內小于30°；溝谷發育，呈“V”字型，呈現嶺谷相間的地貌景觀，屬侵蝕構造中山地形。區內地形有利于地表逕流的自然排泄。年平均氣溫12.2℃，年平均降水量809.3 mm，降水多集中在7～9月內，占年降水總量的60％左右，年降水日數92～114 d。區內四季分明，屬山地型大陸性氣候。

1.2 礦區地質概況

1.2.1 地層

礦田內出露地層主要為中元古界官道口群和新元古界上欒川群（見表1），礦田內的地層均為整合接觸。

表1 三道莊鉬礦區地層劃分系統表

1.2.2 構造

礦區位于秦嶺緯向構造帶的南亞帶，受淮陽山字型構造干擾影響，向南拖移呈弧形轉折的部位。區內地層、構造、變質帶及巖漿巖均呈北西西－北西向分布。本區自晚元古代以來，經歷了多次地殼運動，不同方向、不同性質、不同時期的構造形跡廣泛發育。

礦田位于三川－欒川陷褶斷帶構造線方向由北西西轉向北西的弧形轉折處和新華夏系構造的復合部位。受青和堂－莊科背斜的北西傾伏端次級構造；南莊口－三道莊嶺箱狀背斜所控制。礦田北部馬圈以斷裂為主，褶皺緊密多呈線狀，中部以褶皺為主，較開闊，南部斷裂亦發育，其方向主要呈北西西－北西向展布，次為北北東向。由于礦田斷裂發育，控制地下水的徑流和排泄。

2 水文地質

2.1 區域含水層和隔水層

2.1.1 含水層

區域含水層主要有以下幾個，簡述如下：

（1）第四紀松散巖石與基巖風化巖石孔隙－裂隙水。第四紀松散巖石在礦田內分布不廣、厚度不大。山坡上主要堆積殘坡積物，厚度下，因而幾乎不含水，局部有上層滯水；溝谷坡洪積物為泥砂含礫石夾亞砂土，厚5～10 m，為主要含水地段。有部分泉出露，且沿主溝谷呈條帶狀分布，水動態直接受降水的控制。

（2）石英巖及長英角巖裂隙水。南泥湖組下段的石英巖及長英角巖是礦區內的主要含水巖石。裸露于地表分水嶺的脊部，巖石裂隙發育，直接受降水滲入補給，鉆孔揭露局部巖石破碎。巖石透水性差，無明顯的含水部位，主要是微裂隙含水；巖層含水量主要受斷裂構造的控制，且含水極不均一，含水量不大。水的動態曲線反映出水位、自流水量在降雨滯后1月后出現高峰值。

（3）大理巖及夕卡巖裂隙水。零星出露，呈似條帶狀分布，巖溶以溶隙為主，發育極不均一，個別部位偶見溶孔，幾乎無溶洞發育。

2.1.2 隔水層

區域隔水層主要為巖漿巖隔水層，簡述如下：

（1）輝長巖隔水層。分布于礦區的東北部，呈北西西向條帶狀展布，巖石致密堅硬，裂隙極不發育，鉆孔單位涌水量小于0.001 L/s·m。

（2）變細晶正長巖隔水層。分布于礦區中北部，呈北西西向條帶狀展布，巖石致密堅硬，裂隙極不發育，透水性差，為良好的隔水層。

2.2 區域地下水補給、徑流和排泄

降水是地下水唯一的補給水源。降水沿裸露巖石裂隙直接滲入補給，由于降水的集中，地形、植被有利于地表徑流的自然排泄，加上巖石裂隙發育與分布的局限性和多被充填等，降水對地下水的補給極為有限，其量甚微。沿斷裂構造帶呈似條帶分布，具網絡狀的分布特征。裂隙水在天然條件下，沿斷裂構造裂隙帶由北向南運移，抵于輝長巖帶，由于受阻，則沿輝長巖北部接觸帶裂隙，轉向西南運移，流出礦區，進行排泄。

在天然條件下，含水斷裂構造裂隙既是地下水貯存的場所，又是運移的通道。因此，礦區內基巖地下水呈孤立的細脈狀分布，無統一的地下水面存在。孔隙裂隙潛水和基巖裂隙水間無水力聯系，但在人為條件下，基巖裂隙水補給孔隙裂隙潛水。綜上所述：本礦區水文地質勘探類型為第二類，即以裂隙含水層充水為主的礦床。礦區地下水對未來礦山開采充水無大的影響。

2.3 礦田水文地質分區

礦區位于長江和黃河兩大水系的分水嶺處，即該分水嶺在礦區內沿三道莊嶺和玉皇嶺一線分布，走向近南北向。據此將礦區劃分為兩個水文地質區。（1）西區：面積較小，屬長江水系。地下水主要為裂隙水，主要接受大氣降水補給。含水量不大，無統一的區域性地下水面存在。隔水巖層主要為花崗斑巖脈，零星分布于西部。（2）東區：占礦區面積約2/3，屬黃河水系。地下水主要為角巖裂隙水、大理巖、夕卡巖裂隙水，隔水層主要為變細晶正長巖脈和輝長巖脈。第四系沿溝底呈樹枝狀分布。主要接受大氣降水滲入補給。大理巖及夕卡巖巖溶不發育，見有溶隙，偶見溶孔，發育極不均一。巖石透水性差，含水不均一，含水量不大。隔水巖層分布在該區北部，裂隙不發育，隔水性良好。

3 工程地質

3.1 巖性對工程地質條件的影響

巖石力學試驗結果（表2），除大理巖軸向抗壓強度為846 MPa，屬中等強度外，其他皆在1 120～2 240 kg/cm2之間，屬高強度巖石。礦區范圍內，出露地層主要是三川組、南泥湖組的一套碎屑巖、碳酸鹽巖、火山噴發巖的變質巖系與第四系。其中變細晶正長巖呈脈狀產出，第四系地層零星分布，二者對區內工程地質條件影響甚小。礦體及圍巖為角巖、夕卡巖及大理巖，整體塊狀構造，巖石致密堅硬，力學強度高，工程地質條件較好。

3.2 構造對工程地質的影響

礦區內主構造線方向為北西西向，另一組為北北東向。北西西向的構造主要有：三道莊嶺箱狀背斜、王家東溝向斜和F1斷層。北北東向構造主要有：王家東溝－下南溝斷裂（北端），太保山－老母廟斷裂（北端）。兩組構造及其組合對礦區工程地質條件的影響起主導作用。

（1）受王家東溝－下南溝斷裂影響，使第四系下伏地層形成較寬的擠壓破碎帶，斷裂帶成群出現，平行排列。據鉆孔資料，上部地層多處遇斷裂破碎帶，所取巖心多為碎塊狀、豆粒狀、砂狀，部分為巖屑或巖粉，一般采取率為60％左右。

（2）南－三背斜北翼，地層遭受長期構造變動，產生復向斜和沖斷層，使地層發生倒轉和不協調褶皺，產狀變化大，巖層裂隙發育，工程地質條件較復雜。

表2 三道莊鉬鎢礦區巖石力學試驗成果表

3.3 采空區對工程地質的影響

由于長期的無序開采，在礦區內存在著較多的采空區，雜亂無序，大小不一，形狀極不規則，跨度較大，尤其在富礦段，采場內礦柱稀少。這些采空區的存在，產生了強烈的地壓活動，使原本強度較高的巖體，造成了穩固程度降低，產生地裂縫、地表塌陷及滑坡等現象，因此，采空區對巖體穩定影響較大。礦區井下開采方法為全面采礦法，在開采初期，由于礦巖力學強度高，其整體穩固性可定為穩固的。但是經過多年的開采，采空區規模較大而且密集，結構復雜，其整體的穩固程度已大大降低，尤其是在采空區密集處和富礦處，礦柱較少，整體的穩固性較差。礦山采用安全厚度來管理采空區，控制其地壓活動。即采空區頂板厚度達到30 m為安全厚度。

3.4 邊坡穩定性

根據調查得知，在礦田界線的西北部，地形較高，坡度較大，構造密集，巖石破碎，邊坡不穩定，露天開采時應加注意。在工程地質條件復雜或者結構面組合交線與邊坡傾向一致，結構面組合交線傾角大于穩定邊坡的臨界傾角，邊坡不穩定部位，可根據施工技術條件和邊坡維持時間長短，適當減少階高和坡角。采空區塌陷能引發邊坡失穩，在露天開采時應加以注意。

4 環境地質

4.1 地表水及地下水可能的污染

近年來隨著采礦業的發展，礦區內人員不斷增多。生活垃圾隨手拋于溝谷內，這樣會造成細菌和大腸桿菌的增多，將直接影響地表水和地下水的水源。

據調查、區域內現有選礦企業9家，其每天區域內產生廢水約85 800 t，日排放廢水約8 580 t（主要是大氣蒸發、地下裂隙滲漏）。雖然廢水中含有煤油、二號油和巰基乙酸鈉等，但由于該區域內的主要水源為地表水，水量隨大氣降水程度變化較大，屬于缺水區，生產用水和生活用水需要從數千米外供應。選廠所排出的廢水經處理后，95％以上返回選廠重新利用，因此，生產廢水不會給環境造成大的污染。

4.2 廢石

采礦時的廢棄石（礦）碴，其數量以萬噸計，隨著露采坑的增大，數量會越來越多，這樣就為當地的環境地質埋下了隱患。裸露于地表的廢棄石（礦）碴，經風吹雨淋，有的元素極易分解析出，溶于水中，可能造成地表水及地下水中某些元素含量超標，使水質受到污染。河谷上游的尾礦壩和礦碴堆放為自然堆放，加之地形較陡，其穩固性沒有保障，一旦遇到暴雨或特大暴雨，有形成人為泥石流的可能。

4.3 地裂縫、地表塌陷及滑坡

由于多年的無序開采，在礦區內留下了大量的采空區，上下重疊，雜亂無序，形態十分復雜。經過多年來受地壓作用的影響，采空區頂盤多產生斷裂、冒落和塌陷現象。隨著采礦活動的加強，近年來曾發生過地裂縫、地表塌陷及滑坡，其主要原因是采空區冒落和塌陷造成的，嚴重地影響了人員、生產、設備的安全。因此地裂縫、塌陷及滑坡是三道莊礦區主要的礦山地質環境災害。

4.4 放射性污染

對礦區部分鉆孔的部分巖礦心進行了伽馬（γ）強度檢查。檢查結果，礦區內巖礦心伽馬（γ）強度一般在2γ以下，花崗斑巖中稍高，但沒有超過2.5γ，不會給人畜造成大的傷害。在花崗斑巖型礦石的選礦試驗中，發現硫精礦內含有微量的放射性鈾0.006 3％，二氧化釷0.031 5％。據分析原礦中含鈾0.002 5％，二氧化釷0.007 2％。所以提請礦山做該類型礦石的硫精礦伽馬（γ）值測量。如果其伽馬（γ）值超標，要采取相應的防護措施，以保證生產人員的人身安全。

4.5 粉塵－游離SiO2對人體的影響

游離SiO2粉塵對人身的影響是肯定的。過量吸入會使人得矽肺病。本礦床的礦石類型為：長英角巖型礦石，斑狀花崗巖型礦石；夕卡巖型礦石；透輝石斜長石角巖型礦石。前2種礦石類型中，石英含量＞10％，后2種礦石類型中，石英含量＜10％。這樣在礦山采掘爆破，礦石的破碎、球磨，都會產生一定的游離SiO2粉塵，給生產人員造成一定的傷害。因此，提醒礦山安全部門，要對作業場地進行游離SiO2粉塵測量，并采取相應的措施，保障生產人員的身體健康。

5 結論

（1）三道莊地下水主要為基巖裂隙水，水文地質類型為以裂隙含水層充水為主的礦床。大氣降水是地下水的唯一補給水源。構造斷裂雖較發育，但導水性差；巖石裂隙不發育，分布極不均一，且多被充填。礦床水文地質條件簡單。

（2）礦區內礦體及圍巖均為變質巖和巖漿巖，無軟弱夾層分布。斷裂構造較發育，沿斷裂構造帶裂隙較發育，張開度小，多被后期充填，破壞了巖體的完整性。采空區的坍塌能產生地裂縫、地表塌陷及滑坡等現象。建議在地形較高，坡度較大，構造密集，巖石破碎，邊坡不穩定部位，可適當減少階高和坡角。

（3）尾礦壩及碴堆有形成人為泥石流的可能，礦區內無重大的污染源，地表水、地下水水質較好。經調查，礦區地質環境質量中等。

［1］王潤堂.石硐溝銀多金屬礦床水文地質條件分析［J］.甘肅冶金，2008，30（2）：24－26.

［2］中華人民共和國地質礦產行業標準：DZ/T0214－2002，銅、鉛、鋅、銀、鉬地質勘查規范［S］.北京：中華人民共和國國土資源部.

［3］中華人民共和國國家標準：GB12719－1991，礦區水文地質工程地質勘探規范［S］.北京：國家技術監督局.