山西紫金斑巖金礦裂隙含水帶導水通道淺析

嚴建飛

（紫金礦業集團股份有限公司 礦產地質勘查院，福建 廈門 361000）

山西紫金礦業有限公司金礦位于山西省繁峙縣縣城45°方向35km處義興寨村。行政區劃隸屬于繁峙縣砂河鎮管轄。目前的研究認為，斑巖型金礦成礦與區域近東西與北西向構造控制的燕山晚期火山活動、次火山侵入有關。目前探明的金資源量達到54噸[1]。

由于歷史原因，山西紫金分為義興寨、義聯兩個礦權，義聯礦權礦體類型主要為斑巖型礦體以及近南北向的7#脈石英脈型金礦體，斑巖礦體全部及石英脈礦體部分位于義興寨河床之下，地下水補徑排條件復雜，日前義聯礦區單日排水量為4000～6000m3/d，涌水量較大，且河床下方的主礦體斑巖礦體尚未開采，整體水文地質條件復雜。本文通過現場水文地質調查，結合探礦鉆孔工程，嘗試分析斑巖型金礦充水通道在地表的滲漏范圍。

1 義聯金礦概況

礦床地處晉北腹地，恒山山脈中段南麓。地勢北高南低，北為恒山主脈分水嶺，南為滹沱河谷地北側丘陵緩坡區。屬低中山構造侵蝕地貌。本礦區區內東部鐵塘硐最高海拔1474m，南部最低海拔1250m，相對高差224m，地形切割較強，沖溝發育，地表大多裸露，植被不發育。

礦區內河流為義興寨河，發源于應縣亂翅溝，經本縣朱家坊于代堡村匯入滹沱河，長21.9km。義興寨河主要來自上游朱家坊溝、上角峪溝、店門溝、同路溝的流水，河口以上流域面積157km2(其中應縣52km2，本縣105km2)。礦區內河床縱坡坡降2.27%。義興寨河的最大洪峰流量35m3/s，平均清水流量0.1m3/s。2017-2019年觀測數據顯示，每年12月至翌年1月會出現短時斷流現象。在河流出山口處建有龍山水庫（距離礦區3公里以上），控制流域面積135km2，總庫容690萬m3。龍山水庫為區域侵蝕基準面，因其地處下游，地勢較低且距離較遠，對區內采礦無影響。礦區侵蝕基準面位于義興寨河床內，海拔1250m，未來開采礦體均位于礦井最低排泄面標高之下。

2 義聯涌水情況調查

山西紫金斑巖首次出現較大涌水源于2017年在525中段CM02穿脈7JW2內施工的生產小鉆揭露裂隙含水帶導致，自揭露含水裂隙帶至今，CM02穿脈涌水量穩定在1600～2000m3/d。鑒于斑巖涌水量常年較為穩定無任何減小趨勢，給礦區生產以及下一步開采帶來一定威脅，紫金礦業集團地質礦產勘查院對山西紫金開展水文地質調查。

山西紫金分為義興寨、義聯兩個礦權，斑巖涌水主要位于義聯礦區。義聯主要有827、525、425、300等中段，目前義聯井巷及鉆孔涌水主要集中在525中段CM02穿脈鉆孔中鉆孔及巷道出水，以及827中段2線CM10穿脈及鉆孔出水。巷道及鉆孔涌水概況如圖1、圖2所示。

圖1 525中段涌水概況

圖2 827中段涌水概況

對525中段出水點裂隙發育情況、產狀及水化學特征進行了調查，結果顯示525中段出水為一組東西向、北傾的張性導水裂隙出水，裂隙傾向340/358°，傾角75/87°，水溫14.8℃，TDS為351mg/L，Ph為7.0～7.25，具有明顯的淺層水補給特征。此出水鉆洞（7JW2）施工的4個鉆孔如圖1所示，B525ZK201孔及B525ZK105孔出水具淺層水特征（表1）巖心亦有氧化痕跡，B525ZK403孔涌水位置破碎，巖心無氧化痕跡，B525ZK402全孔漏水。裂隙越陡則入滲力越強，入滲速度越快，滲入量越多[1]，因此對于525中段出現的陡傾裂隙在其上方標高追根溯源可能會有所發現。

表1 巷道集中出水點統計表

后序調查發現827中段鉆洞施工鉆孔及巷道涌水，又于2019年8月對827中段涌水鉆孔及巷道進行調查，結果顯示827中段BJW203鉆洞三個涌水孔及2線CM10穿脈出水均具有淺層水補給特征，水溫11.6℃～13℃，TDS313-395mg/L，Ph7.0～7.25。從水體特征看，與525中段較為相似，且從827中段滲流至525中段，水溫僅升高2℃～3℃，TDS變化不明顯，反映出導水裂隙導水性能良好。巷道內出水位置如圖2所示，CM10穿脈入口向南43.5m處有巷道壁有一張開裂隙涌水，裂隙傾向177°～178°，傾角79°，此處向南約有20m鋼支護，巷道均有出水，具體裂隙產狀無法觀測，穿脈入口南側約64m～75m處為淋水區，發育一組北傾裂隙，傾向10°，傾角79°。

3 導水通道分析

3.1 F4斷層的導水性

（1）井巷涌水專項調查。對義興寨-義聯礦區井巷進行水文地質工程地質編錄，編錄中對巷道內的出水點進行了詳細統計，主要包括各出水點的位置、巖性、裂隙的產狀以及出水點的流量等，具體見表1。

節理玫瑰花圖可以反映本區最具代表性的節理裂隙發育方向，采用極坐標的形式，其半徑方向長度為節理條數，角度方向為裂隙走向或傾向。利用表1中的數據，將節理裂隙中的條數換成涌水量數據[2]，即可得出反映節理裂隙產狀與流量關系的玫瑰花圖，以得出本礦區主要導水裂隙產狀，如圖3、圖4所示。

圖3 節理走向-流量玫瑰花圖

圖4 節理傾向-流量玫瑰花圖

由圖3可知，山西紫金井巷涌水多產出于走向70°～90°，傾向340°～360°的節理裂隙中，少數產于走向10°～20°，傾向100°～110°的節理裂隙中。結合圖3、圖4、表1，礦區涌水裂隙均為陡傾，傾角為75～87°。即總體上本區導水裂隙主要為一組近東西走向北北西傾向近陡傾的節理裂隙。

義聯金礦主要斷裂有兩組，按走向斷裂構造主要分NW斷裂（義興寨斷裂（F4））和SN斷裂（7#脈）。北西向義興寨斷裂（F4）處可見充填粘土礦物，這類礦物遇水易膨脹，能夠減小斷層間的孔隙，降低斷層處的導水性能，增加斷層阻隔水的能力[3]，在巷道水文地質調查中發現2線以南，F4斷層西側（上盤）一定范圍內多見淋水滴水現象，至F4處淋水滴水現象消失，穿過F4至斷層東側（下盤）巷道壁無淋水滴水現象轉為干燥，這一現象在525中段、827中段均十分明顯，F4為不導水斷裂，與圖3反應的結果相一致；SN斷裂為7#脈礦體構造，斷裂性質以不導水為主，局部次級裂隙見出水（表1）。

綜上所述，義聯金礦井巷涌水集中產于近東西走向的斑巖體裂隙中，與區域上的SN/NW向斷裂接近垂直。成因上歸結于成礦后期東西向擠壓條件下形成的東西向拉張性導水節理裂隙[2]，而在南北向表現為主斷裂為壓扭性不導水構造，局部南北向節理裂隙（斑巖體接觸帶）出水（出水量總體較少），北西向的F4斷裂為不導水斷裂。

（2）鉆孔工程。將2017年至今F4兩側穿過2號勘探線的施工鉆孔進行統計，結果如表2所示，從表2中可看出525中段F4斷層兩側涌水特征有明顯差異，其中東側鉆孔涌水顯示出中深層承壓水特征，西側鉆孔及巷道涌水顯示出淺層水補給特征。827中段F4斷層東側施工鉆孔無涌水或顯示中層承壓水特征，西側鉆孔涌水顯示出淺層水補給特征。據此結合前述專項水文地質調查結果，進一步驗證了F4斷層為一阻水斷層。

表2 F4兩側鉆孔涌水情況

3.2 導水通道

目前525中段和827中段已有淺層水揭露跡象，525中段水量及水壓較大，827中段水量較大，水壓較525小，827中段鉆孔和巷道揭露范圍較大。本區地溫梯度約1.4℃/100m[3]，常年平均氣溫約8.3℃[4]，一般至地下20m深度左右地溫大致保持為當地的年平均地溫，即為恒溫層[5]，恒溫層溫度可近似取當地年平均氣溫[5，6]，即本區恒溫層深度暫取20m深，溫度為8.3℃，本區地表標高約1250m，由此可知525中段和827中段鉆孔及巷道斷層西側（上盤）出水點水溫具有明顯的淺層水特征且水溫低于地溫。將525中段和827中段涌水點和涌水孔標注在中段圖中，如圖1、圖2所示，827中段鉆孔及巷道控制較多，故此以827中段為主，向地表推測涌水范圍。對于827中段，由于目前揭露工程尚未能完全控制住所有隔水邊界，且經巷道調查F4斷層西側邊界出多為淋水滴水區，故東邊以阻水的F4斷層為隔水邊界，利用827中段工程控制確定827中段導水通道南側、北側和西側邊界，827導水通道范圍如圖5所示。

圖5 827中段涌水范圍

為對礦區導水通道進一步分析，對827中段出水巷道CM10進行調查，此巷道出水集中于一組近東西向北傾的裂隙，傾角約80°，按此傾角投影至地表，范圍如圖4所示。針對圖4中范圍顯示的斑巖角礫巖筒區域進行裂隙統計，統計結果顯示地表斑巖主要發育兩組裂隙，一組為近東西向（傾向0°～10°，傾角75°～80°）的張性裂隙，一組為近北西向的閉合裂隙，結合525和827中段近東西向裂隙出水的特征，推斷827中段至地表導水通道受近東西向北傾，傾角約80°的裂隙控制，按此產狀可推測地表導水通道范圍如圖6所示，位于1線和5線之間。

圖6 推測地表滲漏范圍

4 結論

（1）目前已基本查明義聯礦區斑巖淺層水下滲通道受東西向北傾，傾角約為80°的張性裂隙控制，525、827中段整體涌水范圍大致位于斑巖體西南側，整體位于2線以南，F4以西，南邊基本以斑巖邊界為控制區域，西側邊界為7號脈以東，從827至525中段范圍收縮。

（2）根據巷道涌水裂隙產狀推測出地表滲漏范圍位于1線和5線之間。

5 存在問題

（1）525中段鉆洞揭露的產狀有限，且裂隙產狀在垂向上會在一定范圍內發生變化，對滲漏區域的推測將會造成一定誤差。

（2）由于F4斷層為南西傾向的斷層，因此從827向地表推測的東邊隔水邊界至地表F4之間的導水性無法確定。

（3）827中段CM10巷道揭露一條南傾產狀的出水裂隙，但由于后續有約20m長巷道已經做了支護，無法觀測到南傾產狀出水裂隙的規模，因此整體以北傾為產狀還有待后續工程控制以后加以修正。