程潔萍（新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局704隊(duì)　哈密　839000）

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新疆哈密市天湖東鐵礦水文地質(zhì)條件與工程地質(zhì)條件淺析

程潔萍
（新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局704隊(duì)哈密839000）

摘要新疆哈密市天湖東鐵礦屬戈壁丘陵地貌，區(qū)內(nèi)地表逕流不發(fā)育，四季多風(fēng)，氣候干燥。礦區(qū)內(nèi)多組斷層交匯，使得巖石破碎，裂隙發(fā)育。經(jīng)實(shí)地調(diào)研和綜合研究，筆者認(rèn)為，天湖東鐵礦區(qū)水文地質(zhì)類型以風(fēng)化裂隙水為主，頂、底板間接充水，水文地質(zhì)條件屬簡單的基巖裂隙充水和構(gòu)造充水，工程地質(zhì)類型屬堅(jiān)硬-半堅(jiān)硬巖層為主、工程地質(zhì)條件屬中等。在此研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步指出，天湖東鐵礦開發(fā)對環(huán)境影響不大，礦山開采活動(dòng)基本不會(huì)引起崩塌、滑坡、泥石流、尾礦垮壩等次生地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞水文地質(zhì)工程地質(zhì)裂隙構(gòu)造堅(jiān)硬-半堅(jiān)硬環(huán)境

DOI∶10.16206/j.cnki.65-1136/tg.2016.02.006

0　引言

天湖東鐵礦發(fā)現(xiàn)于上個(gè)世紀(jì)70年代，經(jīng)新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局704隊(duì)近年來的找礦工作，礦區(qū)深部相繼發(fā)現(xiàn)了工業(yè)礦體，進(jìn)一步提升了其工業(yè)價(jià)值。本次工作旨在通過礦區(qū)實(shí)地調(diào)研、水文、工程地質(zhì)條件分析，大致了解礦區(qū)水文地質(zhì)、工程地質(zhì)等開采技術(shù)條件，對礦山開采活動(dòng)引發(fā)的環(huán)境地質(zhì)問題等進(jìn)行初步評價(jià)，為礦山開發(fā)提供依據(jù)。

1　礦區(qū)地理概況

新疆哈密市天湖東鐵礦位于哈密市南東直線距離180余千米處，行政區(qū)劃屬新疆哈密市管轄。從哈密市經(jīng)國道312或G30和簡易公路可達(dá)礦區(qū)，交通較為便利。礦區(qū)屬戈壁丘陵地貌，相對高差50 m左右。礦區(qū)屬典型的溫帶大陸性氣候，冬季嚴(yán)寒，夏季炎熱，氣候干燥、四季多風(fēng)。區(qū)內(nèi)地表逕流不發(fā)育，除夏季偶見間歇性洪水外，多為干溝谷系，植被不發(fā)育。區(qū)內(nèi)人煙稀少，最近的人員聚居區(qū)分別為東邊10余公里和西邊20余公里相距的天湖鐵礦和M1033鐵礦。生產(chǎn)和生活物資均需由哈密市供應(yīng)和解決。

2　礦區(qū)地質(zhì)概況

天湖東鐵礦在大地構(gòu)造位置上處于中天山古板塊，伊犁星星峽弧盆帶中的Ⅲ級構(gòu)造單元、那拉提星星峽古生代島弧，位于東疆主要的鐵礦成礦帶上。天湖東鐵礦產(chǎn)于尖山子大斷裂與紅柳河深大斷裂所挾持的楔形地帶中。出露地層以震旦系天湖組第三亞組的一套深變質(zhì)巖系為主，主要巖性組合為角閃黑云母片巖、黑云母石英片巖、大理巖、條帶狀混合巖及滲透混合巖等。受區(qū)域性構(gòu)造影響，礦區(qū)主體構(gòu)造以近NE向斷裂為主，并伴生有多組次級斷裂，使得區(qū)內(nèi)巖石風(fēng)化破碎強(qiáng)烈，形成地表大面積分布的碎石+土狀風(fēng)化物堆積而成的大平灘。巖漿巖以加里東期侵入的肉紅色花崗巖為主，多分布于礦區(qū)東南部，與鐵礦成礦具有一定的成因聯(lián)系。

天湖東鐵礦現(xiàn)已圈出4條鐵礦體，礦體多呈近NE-SW向延伸，長30～150 m，寬2～6 m不等，北傾，傾角60°～80°，TFe品位20%～56%，礦體多產(chǎn)于大理巖中，部分產(chǎn)于黑云母石英片巖中。礦石具中粗粒結(jié)構(gòu)，條帶狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造等，礦石礦物以磁鐵礦為主。礦床規(guī)模為小型鐵礦規(guī)模。

3　礦床水文地質(zhì)條件

結(jié)合區(qū)域水文資料，經(jīng)與附近天湖礦區(qū)水文地質(zhì)資料對比可知，天湖地區(qū)地下水為無色、無臭、無味、透明、微咸、微苦，水溫9～12℃，pH值6.6～7.9，總硬度29.4°～52°（德國度），暫時(shí)硬度1.3°～26°，礦化度2.8～7.8 g/L，水化學(xué)類型為SO2-Na型水。

在天湖-天湖東戈壁丘陵地形地貌景觀區(qū)，因受地形、巖性、補(bǔ)給等條件的控制，礦區(qū)地下水的動(dòng)態(tài)表現(xiàn)長期穩(wěn)定在地下8～10 m，但在降水和氣溫的影響下，局部時(shí)間呈現(xiàn)出補(bǔ)給氣候型動(dòng)態(tài)。每年5～9月份氣溫較高，降水量大時(shí)，水位呈緩慢上升趨勢，反之，蒸發(fā)強(qiáng)烈時(shí)，水位趨勢下降，春冬季水位相對穩(wěn)定。由圖1天湖地區(qū)水文地質(zhì)單元示意圖可知，該區(qū)大氣降水在溝谷低洼地區(qū)匯集，通過蒸發(fā)和地表破碎松散的巖石迅速排泄。反映出該區(qū)地形形態(tài)特征、地形標(biāo)高及地形對地表水匯集、方向的影響。

根據(jù)鉆探資料，天湖東礦區(qū)含水層主要為前寒武系星星峽組上段，其巖石組合主要為碎裂糜棱巖、片巖、片麻巖、大理巖等，該套巖石組合中基巖裂隙發(fā)育的深度及巖石構(gòu)造破碎程度直接決定了礦區(qū)含水層的厚度。

礦區(qū)施工鉆孔簡易水文觀測結(jié)果表明，礦區(qū)基巖裂隙發(fā)育的深度平均在100 m左右，構(gòu)造部位特別是尖山子大斷裂及其附近，基巖裂隙發(fā)育的深度（風(fēng)化殼）近200 m。裂隙發(fā)育的層位，巖芯破碎不完整，多呈碎塊狀、片裝及粉沫狀，裂隙面上有較多的氧化形成的褐鐵礦薄膜，水蝕現(xiàn)象明顯，可見較多的水蝕溶洞。鉆機(jī)施工到此位置時(shí)，鉆孔中漏水、滲水現(xiàn)象嚴(yán)重，提鉆時(shí)鉆孔中水位恢復(fù)較快。經(jīng)鉆孔抽水試驗(yàn)，孔內(nèi)單位涌水量為0.00042～0.02 L/s·m，巖石的滲透系數(shù)為0.0002～0.29 m/晝夜，說明地下水的逕流很微弱，地下水主要是靜貯量。據(jù)此推斷，礦區(qū)含水層厚度一般為80 m左右，構(gòu)造部位含水層厚度較大，近200 m左右。

所以，礦區(qū)地下水類型以基巖裂隙和構(gòu)造裂隙潛水為主，但基巖裂隙富水性較差，且裂隙連通性不好，補(bǔ)給源不足，礦床充水主要是通過大的構(gòu)造斷裂對礦床充水。因此，開采過程中，一定要避開大的構(gòu)造，否則，將對礦山開采造成巨大的危害，如淹沒坑道、損壞機(jī)器、發(fā)生坍塌等事故。豎井的位置也要避開溝谷，以防雨季地表洪水對井口的威脅，造成淹井，給生產(chǎn)帶來困難，甚至造成人員傷亡。

圖1　天湖地區(qū)水文地質(zhì)單元示意圖

流入礦坑的地下水由貯存量和補(bǔ)給量組成，開采初期進(jìn)入礦坑的地下水以疏干漏斗范圍內(nèi)的貯存量為主，隨著長期的疏干降壓，補(bǔ)給量便逐漸取代貯存量進(jìn)入礦坑。故礦坑充水以貯存量為主時(shí)，排水初期涌水量最大，隨著貯存量的消耗，礦坑涌水量逐漸減少而被疏干；以補(bǔ)給量為主時(shí)，隨著降落漏斗的形成便漸趨穩(wěn)定?？梢姡A存量一般較易疏干，而補(bǔ)給量常是礦坑充水的主要威脅。

4　礦床工程地質(zhì)條件

礦區(qū)較強(qiáng)的蝕變帶與頻繁交錯(cuò)的斷裂構(gòu)造構(gòu)成了礦區(qū)工程地質(zhì)條件的主體。礦區(qū)構(gòu)造破碎帶較發(fā)育，多為壓性、壓扭性斷層，受風(fēng)化作用的影響，巖石較破碎，裂隙發(fā)育，發(fā)育深度深淺不一，一般100 m左右，局部裂隙深度可達(dá)200 m。

礦區(qū)地層巖石建造主要分為三大類，即變質(zhì)巖系、侵入巖和磁鐵礦，三者表現(xiàn)出各自的工程力學(xué)性質(zhì)（表1）。

表1　巖石物理力學(xué)性質(zhì)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

（1）變質(zhì)巖系：主要為片巖、片麻巖類。片巖類主要為黑云母石英片巖、絹云母石英片巖、綠簾綠泥石石英片巖、斜長石英片巖等；其次為斜長巖、石英斜長片巖等。第一類為力學(xué)強(qiáng)度較高的石英片巖，抗壓強(qiáng)度一般大于400 kg/cm2，片理愈發(fā)育，抗壓強(qiáng)度則愈低；第二類為力學(xué)強(qiáng)度較低的片巖，主要為石英斜長片巖、斜長巖等，抗壓強(qiáng)度一般小于400 kg/ cm2，片理愈發(fā)育，抗壓強(qiáng)度則愈低；片麻巖類主要以黑云母斜長片麻巖為主，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，致密完整、堅(jiān)硬，RQD平均值絕大部分在70%以上，其它大理巖、橄欖巖、透閃石巖等一般夾于礦層及底板片巖、片麻巖中，巖石物理力學(xué)性能均較好。

（2）侵入巖：以混合花崗巖及斜長花崗巖為主，致密、堅(jiān)硬、裂隙中等發(fā)育，塊狀構(gòu)造，巖石力學(xué)強(qiáng)度較高，抗壓強(qiáng)度最高達(dá)800 kg/cm2。

（3）磁鐵礦石：無論貧富礦，礦石的結(jié)構(gòu)極其致密、完整，比重大，裂隙不發(fā)育，力學(xué)強(qiáng)度極高，抗壓強(qiáng)度在600～1 000 kg/cm2以上，因此，礦石的物理力學(xué)性能和工程地質(zhì)性質(zhì)都比較好。

總體而言，礦區(qū)巖石物理力學(xué)性質(zhì)較好，僅隨巖性不同而表現(xiàn)出一定的差異，一般巖石自然抗壓強(qiáng)度在400～1 000 kg/cm2，飽和抗壓強(qiáng)度大于300 kg/ cm2，軟化系數(shù)0.6以上，屬于堅(jiān)硬-半堅(jiān)硬巖石。礦體（脈）頂、底板巖石基本穩(wěn)定，綠泥石片巖可能形成軟弱結(jié)構(gòu)面，對礦體的開采會(huì)產(chǎn)生一定的工程危害，在開采過程中應(yīng)加強(qiáng)對較軟弱結(jié)構(gòu)面的界定，采取有效措施進(jìn)行加固處置。一般情況下，礦體底板巖石比礦體頂板巖石穩(wěn)定性好。

綜上，天湖東礦區(qū)工程地質(zhì)類型屬堅(jiān)硬-半堅(jiān)硬巖層為主、工程地質(zhì)條件中等、頂?shù)装鍘r石比較穩(wěn)固的礦床。

5　礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)評價(jià)

天湖鐵礦區(qū)屬低山丘陵地貌景觀，地表巖石風(fēng)化破碎強(qiáng)烈。氣候干燥、四季多風(fēng)，區(qū)內(nèi)地表逕流不發(fā)育，僅為少量干溝谷系，植被不發(fā)育，人煙稀少。

礦床是以基巖裂隙和構(gòu)造裂隙充水為主的水文地質(zhì)條件簡單、工程地質(zhì)條件中等的的礦床。

礦床開采采用地下坑道開采方式，開采過程中產(chǎn)生的污染物主要有裝卸及破碎礦石、爆破作業(yè)產(chǎn)生的粉塵、電機(jī)設(shè)備排放的廢氣及機(jī)械設(shè)備使用時(shí)發(fā)出的噪聲等。所以，造成區(qū)域性地質(zhì)條件和地貌景觀的改變，產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性極小，基本不會(huì)引起崩塌、滑坡、泥石流、尾礦垮壩等現(xiàn)象。

選礦廠采用磁選選礦工藝，其工業(yè)廢水中不含有毒物質(zhì)，可回收重復(fù)利用或就地排放，也可用于礦山環(huán)境綠化，對環(huán)境沒有影響；場區(qū)應(yīng)嚴(yán)控工業(yè)噪聲強(qiáng)度，以工業(yè)噪聲不超過65分貝作為降噪、控噪標(biāo)準(zhǔn)，加之礦區(qū)附近無居民，噪聲對周圍環(huán)境無影響。采礦以地下開采為主，不會(huì)造成地表水土流失，無需進(jìn)行地表土地復(fù)墾。另外，礦山開發(fā)產(chǎn)生的廢石只有圍巖和夾石等，廢石量不大，只要合理選擇固定的廢石堆積場所，不占交通、泄洪道路，不影響礦山施工，則對環(huán)境影響甚少，不會(huì)造成污染。

6　結(jié)論

綜上所述，天湖東鐵礦水文地質(zhì)勘探類型屬于以風(fēng)化裂隙為主，頂、底板間接充水、水文地質(zhì)條件簡單的基巖裂隙充水和構(gòu)造充水的礦床，工程地質(zhì)類型屬堅(jiān)硬-半堅(jiān)硬巖層為主、工程地質(zhì)條件中等的礦床。由于其特殊的經(jīng)濟(jì)地理?xiàng)l件，礦山開采基本不會(huì)引起地貌改變、井巷崩塌、滑坡、泥石流、尾礦垮壩等次生地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象，也不會(huì)引起廢石、廢水、廢氣等處置不當(dāng)引發(fā)的環(huán)境污染問題，總體對環(huán)境影響不大。

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收稿：2015-12-10