雙河林場寶興溝金礦水文地質特征及水質評價*

劉　江　閆永生　湯鵬飛　李向文

(1.黑龍江省塔河縣國土資源局；2.武警黃金第三支隊)

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雙河林場寶興溝金礦水文地質特征及水質評價*

劉江1閆永生2湯鵬飛2李向文2

(1.黑龍江省塔河縣國土資源局；2.武警黃金第三支隊)

摘要寶興溝金礦位于大興安嶺北部塔河縣雙河林場，礦區(qū)水文地質條件相對簡單，可劃分為4個含水層，即第四系全新統(tǒng)砂礫石含水層、中侏羅統(tǒng)砂巖含水層(漠河組、二十二站組)、燕山期閃長(玢)巖含水層、燕山期花崗細晶巖含水層，均屬弱富水性含水層。礦床充水水源有大氣降水、河水補給、地下水側向徑流補給，其中地下水側向徑流補給為主要充水水源。區(qū)內水質評價結果表明：①區(qū)內地表水耗氧量普遍超標，不適合直接作為飲用水；②雙河林場深水井水質較好，礦化度高，為弱堿水，有一定的開發(fā)潛力。

關鍵詞水文地質特征礦床充水水源水質評價

寶興溝巖金礦位于黑龍江省塔河縣雙河林場場部西6km處，是大興安嶺塔河縣境內唯一的大型巖金礦。2006年以來，武警黃金第三支隊在該區(qū)開展了地質普查工作，目前該礦床已基本完成了普查階段的勘查任務，并于2013年提交了普查報告，礦床規(guī)模達到大型。本研究以該礦區(qū)水文地質調查工作成果為基礎，系統(tǒng)總結礦區(qū)水文地質特征并對區(qū)內水質進行評價分析，為后續(xù)地質勘查和礦山開發(fā)建設提供依據。

1礦區(qū)概況

1.1地質概況

寶興溝金礦床位于上黑龍江盆地南緣、腰站斷陷北緣與二十二站隆起南緣交接地帶[1]。礦區(qū)出露地層簡單，主要為侏羅系中統(tǒng)二十二站組、漠河組(圖1)，為一套陸源碎屑巖，主要巖性為黑灰色中粒砂巖、泥(炭)質粉砂巖、鈣質泥巖、長石雜砂巖等[1-3]。區(qū)內巖漿巖較發(fā)育，以淺成侵入體形式侵入侏羅紀地層組中，主要有閃長巖、閃長玢巖、花崗細晶巖等。礦區(qū)斷裂構造發(fā)育，以NE—NEE向為主。寶興溝金礦床以I#、Ⅱ#礦化蝕變帶為主[2-4]，礦化體呈脈狀產出于閃長巖與二十二站組砂巖的接觸帶內，礦體走向0°～40°，傾角30°～40°，呈舒緩波狀，厚6.21～8.77m，品位(1.46～1.60)×10-6，礦體總體埋深-600～350m。金礦化與閃長巖、閃長玢巖關系密切，礦石中的金屬礦物主要有黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦、毒砂等，其中黃鐵礦、毒砂與金礦化關系密切。

圖1　寶興溝金礦區(qū)地質特征

寶興溝礦區(qū)地勢南高北低，海拔300～500m，最高504.4m，相對高差100～200m，屬低山丘陵地形。該區(qū)地處寒溫帶，屬大陸型季風氣候，春季寒冷短暫，晝夜溫差大，氣溫回升快；夏季濕熱，降水集中；秋季溫和涼爽，降溫迅速；冬季漫長寒冷，冰雪封山長達6個月。區(qū)內多年平均氣溫-2.4 ℃，1月份最冷，平均氣溫-25.4 ℃，極端最低氣溫-45.8 ℃；7月份最熱，平均氣溫18.5 ℃。初霜期為9月份，終霜期為5月份，最大凍深2.5～3.0m；積雪期長達180d，年日照時數為2 400h，年平均風速為 2.9m/s。蒸發(fā)量年內變化較明顯，春季最大，冬季為最小。調查區(qū)降水多受季風影響，以冷鋒雨和氣旋雨為主，多集中在6—9月份，約占年降水量的64%。區(qū)內多年平均降水量470.5mm(據1971—2000年塔河縣氣象局資料)，年際間降水量差異較大，1997—2006年，最大降水量達588.4mm(2003年)，最小降水量為211.4mm(2002年)。調查區(qū)蒸發(fā)量年內變化較明顯，春季最大，冬季最小。

1.2地表水動態(tài)

區(qū)內水系較發(fā)育，溝谷縱橫，多構成樹枝狀水系，主要有小西爾根氣河、二十一站河、八里灣河及其支流。其中小西爾根氣河屬黑龍江二級水系，流經礦區(qū)東側，距礦區(qū)20～40km，向北流入大西爾根氣河，其一條支流流經礦區(qū)北側，距礦區(qū)8～10km；二十一站河流流經礦區(qū)南側，自西向東穿過礦區(qū)，距礦體位置約6km，向東流入小西爾根氣河，最大流量4.428m3/s，最小流量0.483m3/s。區(qū)內主要河流有寶興溝溝谷小溪Ⅰ及其支流寶興溝溝谷小溪Ⅱ，該2條河流均常年有水，但隨季節(jié)變化較大，河流每年10月中旬開始結凍，翌年4月中下旬開始解凍，封凍期約180d。寶興溝溝谷小溪Ⅰ屬小西爾根氣河二級水系，流經Ⅰ#金礦帶與Ⅱ#金礦帶之間，向東北流入小西爾根氣河一級支流，水深0.10～0.55m，河寬1.75～3.1m，最大流量0.797m3/s，最小流量0.014m3/s。寶興溝溝谷小溪Ⅱ流經Ⅰ#礦體西北側，向東流入寶興溝溝谷小溪Ⅰ，流量約0.017m3/s。

2含水層劃分

2.1第四系全新統(tǒng)砂礫石含水層

第四系全新統(tǒng)砂礫石含水層主要分布于調查區(qū)中部河谷小溪的一級階地區(qū)，階地寬65～200m，出露面積約0.15km2，含水介質為沖洪積砂卵石層，厚1～5m，地下水位埋深約1m，自然條件下主要接受大氣降水和山區(qū)基巖裂隙水補給，排泄途徑包括向河水排泄、地下水徑流排泄和潛水蒸發(fā)排泄，屬于弱富水性孔隙含水層(圖2)[4]。

2.2中侏羅統(tǒng)砂巖含水層

砂巖含水層由中侏羅統(tǒng)漠河組、二十二站組組成，出露面積約2.54km2，占調查區(qū)面積的70%。砂巖含水層厚度在空間上變化較大，在研究區(qū)西南部含水層厚度小，一般0～150m，中部、東北部厚度大，一般大于1 000m，如位于調查區(qū)中部ZK0007鉆孔揭露的含水層厚度可達1 182m。受構造作用影響，含水層產狀變化較大，總體傾向NE。該含水層賦存碎屑巖類孔隙裂隙水，與礦體直接接觸，是礦床的主要充水、含水層，主要富水部位為頂部的風化裂隙帶和下部的節(jié)理裂隙帶。

圖2　寶興溝金礦區(qū)水文地質特征

砂巖含水層受風化作用的影響自地表向地下深處逐漸減弱。強風化帶一般厚1～6m，最厚達10.85m；弱風化帶一般厚2～13m，最厚為17.86m。在地表，與閃長(玢)巖、花崗細晶巖的接觸部位風化作用一般較強，風化帶厚度較大。該含水層頂部風化裂隙密集且均勻發(fā)育，據探槽中3個裂隙發(fā)育點的裂隙率統(tǒng)計，弱風化帶面裂率平均為0.047。裂隙開啟性較好，填充物較少，有利于大氣降水入滲。該含水層風化裂隙水為潛水，多呈層狀分布，具有良好的水力聯系和統(tǒng)一的地下水面，但因補給不足，水量貧乏。風化裂隙帶之下的砂巖，節(jié)理裂隙較發(fā)育，但發(fā)育不均一，主要發(fā)育于礦體周圍的圍巖及其與閃長(玢)巖及花崗細晶巖的接觸部位。區(qū)內斷裂構造發(fā)育，在礦床圍巖中形成了多層似層狀的節(jié)理裂隙發(fā)育帶，其內巖石較破碎，多呈碎塊狀、碎屑狀，甚至部分呈砂狀、泥狀。受斷裂構造和巖脈侵入等作用的影響，局部砂巖含水層在垂向上也發(fā)育節(jié)理裂隙帶，使各似層狀含水段與頂部的風化裂隙帶發(fā)生了密切的水力聯系。由于節(jié)理裂隙發(fā)育程度受構造應力場的控制，該區(qū)又經歷過多期構造應力場作用，節(jié)理裂隙發(fā)育程度極不均勻，導致地下水的分布和運動狀態(tài)差異較大。在調查區(qū)西南部該含水層節(jié)理裂隙較發(fā)育，含水性相對均勻，水力聯系較密切，地下水位埋深一般為1～6m，具有統(tǒng)一的地下水流場，如ZK0707鉆孔施工至地下240～540m處時，因沖洗液的使用，相距80m的ZK0703地下水長期觀測孔發(fā)生涌水現象。在調查區(qū)中部和東北部，砂巖厚度大，節(jié)理裂隙不發(fā)育，含水性不均一，個別地段常形成孤立的地下水流。砂巖含水層的補給來源主要為大氣降水，大氣降水入滲補給風化裂隙水，風化裂隙水下滲補給下部孔隙裂隙水。由于含水層的含水性不均勻，導致其缺乏補給，水量較貧乏，屬于弱富水性含水層。

2.3燕山期閃長(玢)巖含水層

燕山期閃長(玢)巖含水層分布于調查區(qū)西南部，出露面積約0.81km2，由閃長巖、閃長玢巖、花崗閃長巖和二長斑巖組成，呈巖株狀、巖脈狀產出，厚度在空間上變化較大，在調查區(qū)西南部含水層厚度大，大于300m，呈巖株狀產出，在調查區(qū)中西部厚度較小，一般為0～140m，呈巖脈狀產出。該含水層賦存裂隙水，與礦體直接接觸，為礦床的主要充水、含水層，主要含水部位為頂部的風化裂隙帶和下部的節(jié)理裂隙帶。

該含水層受風化作用影響較砂巖強烈，強風化帶一般厚5～16m，最厚達18.60m；弱風化帶一般厚5～14m，最厚為23.50m。該含水層頂部風化裂隙發(fā)育，據探槽中裂隙發(fā)育點的裂隙率統(tǒng)計，弱風化帶面裂隙率為0.068，裂隙開啟性較好，填充物少，有利于大氣降水入滲。該含水層風化裂隙水為潛水，多呈層狀分布，具有良好的水力聯系和統(tǒng)一的地下水面，但因補給不足，水量貧乏。該含水層風化裂隙帶之下，構造裂隙發(fā)育不均一，其中中西部巖脈狀閃長(玢)巖節(jié)理裂隙發(fā)育，西南部巖株狀閃長巖節(jié)理裂隙不發(fā)育。中西部閃長(玢)巖呈巖脈狀與砂巖互層，節(jié)理裂隙發(fā)育帶與砂巖一致，即位于礦體周圍的圍巖及其與砂巖的接觸帶上。受構造作用影響，該含水層側向、垂向上均發(fā)育節(jié)理裂隙帶，與相鄰的砂巖節(jié)理裂隙帶及頂部的風化裂隙帶發(fā)生了密切的水力聯系，具有統(tǒng)一的地下水流場，構成了一個含水層。西南部閃長巖呈巖株狀產出，構造裂隙不發(fā)育，僅局部受構造作用影響形成節(jié)理裂隙發(fā)育帶。但因其圍巖較完整，缺乏與風化裂隙帶的聯通通道，一般不與風化裂隙帶發(fā)生水力聯系，形成孤立的地下水流。該含水層在天然條件下主要接受大氣降水和砂巖孔隙裂隙水補給，但因補給不足，含水量較小，屬于弱富水性含水層。

2.4燕山期花崗細晶巖含水層

燕山期花崗細晶巖含水層分布于調查區(qū)東部，出露面積約0.14km2，主要巖性為花崗細晶巖，呈小巖株狀出露。據槽探和鉆孔資料，該含水層產出形態(tài)受緩傾角斷層控制，厚度較小，一般為0～30m。該含水層受風化作用的影響較小，風化帶厚度一般小于3m，節(jié)理裂隙不發(fā)育，僅在與砂巖接觸帶發(fā)育緩傾角斷層，斷層傾角7°～12°，傾向SE，厚約1m，其內發(fā)育斷層泥，富水性較好，為局部富水地段。在天然條件下，該含水層主要接受大氣降水和砂巖孔隙裂隙水補給，因補給不足，缺乏導水通道，水量貧乏，屬于弱富水性含水層。

3礦床充水條件

3.1礦床充水水源

(1)大氣降水。大氣降水是礦坑主要補給水源，礦坑涌水，直接或間接與降水相關。根據區(qū)內近10a的降水資料，該區(qū)降水量最大年份(2003)的降水量為588.4mm，多年平均降水量為470.5mm/a，降水量最小年份(2002)的降水量為211.4mm。受地形地貌因素影響，降水可直接入滲補給地下水，也可匯集至河流，間接補給地下水[5-6]。

(2)河水補給。調查區(qū)內匯水條件一般，地表產流系數較小，寶興溝溝谷小溪流量較小，枯水期基巖地下水補給河水，河水流量基本為流域的地下水排泄量。河水流量及河水與礦體的間距是直接影響礦山井巷充水強度的因素，礦體開采后寶興溝溝谷小溪會加大滲透補給地下水，是礦坑涌水的重要補給源。采礦時應注意河水極有可能通過不可預知的裂隙巖溶通道進入礦井。

(3)地下水側向徑流補給。采用地下井采方式時，地下水易直接涌入井巷，構成井巷直接充水水源。在礦體開采后，由于地下水水頭梯度加大，側向徑流量會增加。該區(qū)地下水雖然富水性差，但由于裂隙儲水空間發(fā)育極不均勻，在似層狀蝕變帶周圍，圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，常具有較大的儲水空間，采礦時會有較大的水量釋放，在短期內將構成井巷充水水源。

3.2充水巖組的邊界條件

充水巖組的垂向和側向邊界條件(邊界形態(tài)、水力性質及交換能力)等對礦井涌水量的大小起主要控制作用。寶興溝各充水巖層的頂部邊界為與大氣水系統(tǒng)發(fā)生聯系的垂直交換邊界，通過第四系殘坡積層接受大氣降水補給。充水巖層的側向邊界隨礦體開采深度的變化而變化。當礦體開采深度位于當地侵蝕基準面以上時，充水巖層的側向邊界與垂直邊界一致，接受降水入滲補給；當礦體開采深度位于當地最低侵蝕基準面以下時，含水巖層的側向邊界轉化為側向徑流的補給邊界。

4礦區(qū)水源水質評價

表1　雙河林場寶興溝金礦水質分析結果

5結語

根據寶興溝金礦礦區(qū)水文地質條件，將礦區(qū)含水層劃分為第四系全新統(tǒng)砂礫石含水層、中侏羅統(tǒng)砂巖含水層(漠河組、二十二站組)、燕山期閃長(玢)巖含水層、燕山期花崗細晶巖含水層等4類，均屬弱富水性含水層，在此基礎上對該礦區(qū)礦床的充水條件進行了分析，并對區(qū)內水質進行了評價，研究表明，盡管區(qū)內地表水耗氧量普遍超標，不適合直接作為飲用水，但雙河林場深水井水質較好，具有天然飲用礦泉水的特征，開發(fā)潛力較大。

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(收稿日期2016-03-14)

*武警黃金指揮部黃金專項業(yè)務費項目(編號：2008—20150301)。

劉江(1972—)，男，工程師，165200 黑龍江省塔河縣。