河北永和水泥灰巖礦水文地質特征及礦床成因分析

段長虹

摘 要：承德縣永和水泥灰巖礦位于承德縣縣城東9km處，隸屬甲山鎮富臺子、王杖子兩村管轄，所在1：5萬圖幅為承德縣幅（11-50-117-丙）和上谷幅（11-50-117-丁），礦區面積2.8km2。礦床主要含水巖組為中奧陶系裂隙-巖溶含水層。礦山采取露天開采，主要匯水量來自大氣降水，受地下水的影響較小。采場排水可采取自然排泄。

關鍵詞：灰巖礦；水文地質；匯水量預測

1 區域水文地質條件

根據河北省1：50萬水文地質圖，本區屬于“河北省燕山山地水文地質區”中的“平泉-興隆低山深谷裂隙巖溶水分區”。地下水類型及富水性受巖性及構造的控制。按地下水類型及其含水性，區域含水層可劃為以下四個亞區。

（1）第四系孔隙含水區（Ⅰ），分布于小寺溝-承德縣白馬河沿岸，含水層厚度3-6m。其富水性較好，為主要含水層。

（2）砂礫巖裂隙、孔隙含水區（Ⅱ），分布于小寺溝-承德縣白馬河兩岸。為三疊系地層分布區，含水層厚度100-500m，其富水性較差。

（3）碳酸鹽裂隙-巖溶含水區（Ⅲ），分布于小寺溝-承德縣一線以南，為中、上元古界和寒武-奧陶系碳酸鹽巖類分布區。溶洞不發育，其富水性不強。

（4）火成巖裂隙含水區（Ⅳ），多數為巖脈個別為巖基，有稀疏的裂隙和次生裂隙，其富水性較差。

2 礦區水文地質條件

2.1地形、地貌特征

礦區地形南高北低，南部山峰疊嶂，地形陡峻，北部為向白馬河床的過渡地段、地形相對平緩。區內海拔標高最高為627m，最低310.8m，相對高差300多米。屬強烈侵蝕構造低山地形。區內主要河流為白馬河，礦區位于白馬河以南，石子溝兩側。石子溝為白馬河的支流，由南向北流入白馬河。白馬河常年有水，平水期流量0.5m3/秒，干旱年份常斷流。

2.2地層的含水性及水文地質特征

（1）第四系沖、洪積孔隙含水層，主要分布在礦區北部之河床階地及石子溝兩側。巖性為砂礫卵石層、砂質黃土及砂礫石層，分選性不太明顯，礫徑大小不一。含水層厚度3-6m不等，水位埋深3-5m。支溝含水層厚度2-5m，水位埋深2-4m。單井涌水量一般30-50m3/h，最大涌水量100 m3/h。可供六寸水泵抽水，用于灌溉。地下水質良好，水質分析結果為，Ca2+含量76.86-80.6mg/L，Mg2+含量19.91-29.87mg/L，HCo3-含量285.01-330.01mg/L，NO3-18-20mg/L。總硬度293.95-324.27mg/L，總礦化度450.25-542.33mg/L，PH值7.5-7.7。本區第四系孔隙水屬HCO3-Ca-Mg型水，各項指標均符合規定的飲用水標準。

（2）第四系黃土弱水不透水層，分布在礦區西北部，主由黃土組成，局部有砂、礫石，該層厚度幾米至數十米，含很少的水但不透水。

（3）三疊系砂巖裂隙孔隙含水層，主要巖性為砂巖、砂礫巖，該套地層不整合于中奧陶系馬家溝組之上，主要分布于白馬河床以上，巖層中裂隙較發育但未見地下水出露，其富水性不強。

（4）中奧陶系裂隙-巖溶含水層，主要為奧陶系馬家溝組，由厚層灰巖組成，層面裂隙發育，。在三疊系與奧陶系不整合面上，由于巖性松軟，加之層面裂隙發育，有少量溶溝、溶坑，其規模較小。奧陶系灰巖北部裂隙發育，南部較少，未見溶洞和地下水露頭，在層面上見有水流氧化痕跡，其富水性不強。

（5）下奧陶系白云石化灰巖裂隙-巖溶含水層，巖層為亮甲山組白云石化灰巖，以中薄層和中厚層層理為主，層面裂隙發育，其它裂隙較少。裂隙水相對馬家溝組（O2m）要少一些，未見溶洞和地下水露頭出露，含水性較差。

（6）燕山期英安玢巖裂隙含水層，英安玢巖呈巖脈產出，切割馬家溝組灰巖，巖石呈塊狀構造，原生及次生裂隙較少，侵入接觸面為主要裂隙，大氣降水為唯一的水來源，裂隙水是有限的。

（7）F1-F4斷層破碎帶的含水性，F1-F4斷層分布在礦區北部，F1和F4斷層破碎帶較寬（10-20m），F2和F3較窄（1-2m）。破碎帶內裂隙孔隙發育，灰巖裂隙水向其匯集，因此它具有導水性且含水。其淺部較強，下部由于巖石膠結，滲水、導水較淺部弱。

3 礦床成因及找礦標志

3.1礦床成因

該水泥灰巖礦是沉積礦床，主要控礦因素一是沉積物來源及搬運條件，二是沉積環境，即海盆形態、坡度、古氣候、古生物發育情況等。本區奧陶系灰巖未生成前，海盆基底及陸源區是中、上元古界碳酸鹽系和寒武系灰巖巖系，它為海盆提供了較豐富的鈣質來源。在奧陶系早期，發生海浸，海盆廣闊，海水較淺，有利于生物發育、繁衍，不太穩定，使陸源碎屑增多，生成雜質較多的灰巖，再加上環境的改變交替，古氣候變化，海水鹽度變化等，使雜質較多的灰巖產生白云石化。

在進入奧陶系中期（馬家溝期）淺海動蕩趨緩，在淺海陸棚范圍內，在潮上帶靜水環境中，氣候溫和，海洋生物發育，主要有三葉蟲、辨腮類、海百合、介形蟲、腕足類、頭足類等多種古生物，它們繁殖、生長、活動，使大量灰泥沉淀，生成厚度較大、純度較高的灰巖。

水泥灰巖的成礦還與灰巖成巖過程中白云石化有關。在馬家溝末期，海盆向瀉湖相轉變，隨之海水鹽度，堿度亦發生改變，產生含鎂溶液，該溶液向灰巖中的孔隙滲流，在蟲孔等有利的環境中，含鎂溶液充填、交代生成白云石，從而使鎂質增高，使灰巖成分改變而達不到水泥灰巖的要求。

成巖后的方解石化，生成細脈因其質地較純，增加一點鈣質成分，對水泥灰巖的成礦是有利用的。

3.2找礦標志

（1）在中國北方奧陶系中統馬家溝組灰巖是生成水泥灰巖礦的最好層位，在馬家溝組主要有下部和中上部兩個層位。

（2）水泥灰巖新鮮面一般灰色較暗，灰色越深質量越好，多為中厚層、泥晶結構，常含數量不等的生屑，少數具礫屑或角礫結構，主由泥晶方解石組成。

（3）蟲孔構造發育的灰巖，即所謂的重豹皮灰巖均是非礦，白云石化較強。

（4）巖石新鮮面白色，薄-中層者，一般是非礦。

（5）水泥灰巖可含有燧石和硅質條帶，當其含量大于6.1%以上時，則為非礦。