石背山铅锌铁矿水文地质条件初探

2012-09-13周虎

采矿技术 2012年4期

关键词：盆统矿坑富水

周虎

(韶关市均瑞矿业有限公司, 广东韶关市 512030)

石背山铅锌铁矿水文地质条件初探

周虎

(韶关市均瑞矿业有限公司, 广东韶关市 512030)

根据矿区的水文地质条件及矿床充水因素,预测了矿坑涌水量,指出供水水源方向及矿体围岩局部存在的层间破碎带和少量溶蚀裂隙带。建议矿山开采时应注意岩溶裂隙水和老窿积水的影响,及时对原采坑进行回填封闭并进行老窿水治理,谨防矿坑坍塌和矿坑突水事故的发生。

石背山矿区;水文地质;矿坑涌水;涌水量预测

石背山铅锌铁矿区位于广东省韶关市翁源县境内,地处南岭山脉中段南侧,是翁城盆地北端的一部分,属中低山区,呈现岩溶地貌景观。

矿区水系为珠江水系,地形切割比较强烈,其水系不太发育,矿区旁侧有数条小溪沟自西或南向东流入凉桥河,汇入翁江,该河最低侵蚀基准面海拔标高为+142.00 m,最高洪峰水位为+154.5 m。

本区属亚热带季风湿润气候区,气候温和而潮湿,年平均气温20℃左右,最高38.9℃,最低-3.6℃,相对湿度平均77%,春夏多雨,年平均降雨量1881 mm,最大日降雨量126.6 mm,最大月降雨量639 mm。

1 区域地质特征

区内地层出露有寒武系、泥盆系、石炭系、二叠系侏罗系及第四系等,主要以泥盆系和石炭系出露最为广泛,其余次之,第四系仅见于河谷两侧的低洼地区。

本区地处雪山嶂背斜北东倾伏端,粤北山字型构造前弧东翼,区内断裂构造十分发育,主要有NE向的徐屋断裂、NNE向的凡洞断裂带、NW向凉桥断裂;褶皱构造发育,褶皱轴线主要为NNE向,如雪山嶂背斜、翁城向斜等。

区内岩浆活动一般,主要见有燕山期花岗岩类,其与成矿关系密切。

2 矿区地质特征

矿区地层简单,构造发育,岩浆活动一般。

2.1 矿区地层

矿区出露地层简单,仅见有泥盆系及第四系。主要为中下泥盆统桂头组(D1-2gt)灰白色石英砂岩、绢云母页岩;中泥盆统棋梓桥组下段(D2q1)浅灰绿色千枚状绿帘石绢云母页岩、钙质页岩夹粉砂岩、灰岩;上段(D2q2)泥质灰岩夹钙质页岩、泥灰岩、白云岩;上泥盆统天子岭组(D3t)灰黑色泥质灰岩及白云岩、白云质灰岩;第四系(Q)残坡积和冲积层。

矿体主要赋存于中泥盆统棋梓桥组上段(D2q2)与下段(D2q1)接触带-绿帘石矽卡岩蚀变带中。

2.2 矿区构造

矿区内构造发育,以断裂为主,主要呈NNW向,次为NNE向及近东西向。

NNW向组:矿区的主要成矿构造,主要为F1和F2,分布在矿区的西南侧。F1断裂纵贯全区,为一组北东倾向的正断层,分别位于桂头组、棋梓桥组、天子岭组的接触部位,有强烈矽卡岩化和后期的石英脉穿插,断层倾向北东,倾角约80°,局部近于直立;派生构造F1-1是区内铅锌矿成矿的运输通道,与矿体的形成有密切关系。F2断层多沿沟谷分布,地层有错动现象,见断层角砾岩,倾向北东,倾角约60°～70°,深部变陡。

NNE向组:该组断裂规模小,为次级小构造,倾向东,为一组正断层,分布在矿区北西部,矿区中发育有F3、F4、F5,其中F3、F4断裂中的透辉石透闪石矽卡岩,局部具铅锌矿化,局部有方解石、断层角砾岩充填。

近东西向组:主要分布在矿区的北西侧,属NNW向组派生的张扭性断裂,主要表现为辉绿岩和石英斑岩充填,呈东西向展布,倾向南或南东,倾角45°～60°,常见黄铁矿化。

矿段位于凉桥-新江向斜北西端,为北东向倾斜的单斜构造,倾角30°～60°。

矿区节理裂隙比较发育,主要为NNE向、NE向、NW向,主要有方解石、绿泥石、少量黄铁矿等矿物充填,局部地段见有方铅矿充填。

2.3 矿区岩浆岩

矿区内岩浆活动不强烈,仅见有辉绿岩和石英斑岩,呈脉状产出。

绿帘石化矽卡岩蚀变带:分布于矿区的南西部,呈北西-南东展布,倾向南西,倾角60°,矿区出露共5处。其中,矿区北部两处出露规模较小,不含矿,而北西-南东展布3处出露较大,是矿区的主要含矿带,也是形成矿体的重要场所,同时又是矿床赋存主要岩性段。

2.4 矿体特征

在该区发现有两种矿床类型:十八窑一带热液充填型原生铅锌硫化物矿床和黄泥坑一带沉积改造型原生磁铁矿-镜铁矿矿床。均赋存于中泥盆统棋梓桥组上段和下段,受层间构造控制的绿帘石化矽卡岩化带中,矿体呈层状和似层状。铅锌矿体中金属矿物以方铅矿、闪锌矿和黄铁矿为主,其次是黄铜矿和磁黄铁矿;非金属矿物含量较高的是石英、绿帘石、绿泥石、石榴石、阳起石等;磁铁矿-镜铁矿矿体的主要金属矿物为磁铁矿,其次为假象赤铁矿、镜铁矿、偶见褐铁矿,金属硫化物包括黄铁矿、毒砂、赤铁矿和少量的闪锌矿、方铅矿等。非金属矿物以石英为主,其次为绿帘石、绿泥石、石榴石、阳起石等;其它微量矿物包括磷灰石、锆石、褐榍石等。

3 矿区水文地质特征

3.1 矿区地表水系

矿区内地形切割比较强烈,水系不太发育,矿区旁侧有数条小溪沟自西或西南向东或东北流入凉桥河,汇入翁江。该河最低侵蚀基准面海拔标高+142.00 m,最大流量4.8 m3/s,最小流量0.05 m3/s,水质类型为HCO3·SO4-Ca型。矿区地表自然排泄条件较好。

3.2 岩层含水性

根据矿区出露的地层和含水特征、富水性,划分了第四系残坡积层孔隙含水层、上泥盆统天子岭组白云质灰岩裂隙弱含水层、中泥盆统棋梓桥组灰岩溶蚀裂隙中等富水层,以及下泥盆统桂头组(D1-2gt)砂页岩相对隔水层(见图1)。

(1)第四系残坡积层孔隙含水层。由第四系含砾砂、砂、亚砂土、亚粘土等残坡积层组成,主要分布于沟谷两侧及开阔谷底中,分选性差,结构松散,厚度1～20 m,该层含孔隙潜水。该层距离矿体较远,对矿床开采影响甚微。

图1 矿区水文地质分带示意

(2)上泥盆统天子岭组白云质灰岩裂隙弱含水层。出露于矿区北东部一带,其厚度大于300 m,岩性以灰黑色厚层状夹薄层状泥质灰岩及白云岩、白云质灰岩,地表表现为泥质条带。构造裂隙不发育,地表未发现塌陷和溶洞迹象,也未发现泉水出露点。由于该层位出露距矿体较远,坑道未揭露。

(3)棋梓桥组灰岩溶蚀裂隙含水层。棋梓桥组上段(D2q2)岩溶蚀裂隙中等富水层为矿区主要含矿层位,位于矿区北西部,在地表与上泥盆统天子岭组呈断层接触,厚约100 m,为一套中薄层状夹厚层泥质灰岩,局部夹钙质页岩、泥灰岩、白云岩,地表风化强烈。受构造影响,在与下段(D2q1)接触界面形成蚀变带-绿帘石矽卡岩。根据地表、钻孔及坑道揭露情况来看,5月坑道涌水量在3.87～5.57 L/s;10月～次年2月份,坑道涌水量为2.83～4.33 L/s;从抽水试验结果看,单位涌水量0.16 L/(s·m),故棋梓桥组上段(D2q2)为弱-中等富水地带。地下水位标高369.67～418.08 m,水力坡度为4.50%,泉水出露多,在西南面分布有3个泉井,流量为0.102～0.9 L/s,水质为类型为HCO3-Ca·Mg型。棋梓桥下段(D2q1)炭质、泥质灰岩微弱富水地带分布在矿区西南部,在与上段(D2q2)接触界面形成蚀变带-绿帘石矽卡岩。东以图幅边为界,西以7线为界,该带范围内出露泉水少,一般流量为0.02～0.10 L/s,但地表岩溶较发育,水质类型为HCO3-Ca型。富水部位主要受构造和裂隙控制,在断层破碎带、风化带等地段裂隙水发育。

(4)中下泥盆统桂头组砂岩相对隔水层。本组地层分布在矿区西-西南部,仅见出露少许,岩性为灰白色石英砂岩、绢云母页岩。岩层厚度不详。与上覆岩层呈整合接触关系。透水性、富水性均差,构成含水层隔水底板。

3.3 断层的含水性

(1)北北西向断层主要有F1、F2。F1结构面紧密,胶结充填差,断层导水性好,对矿体开采有一定的影响;F2为“愈合”断裂,在成矿前、成矿期、成矿后均有活动,破碎带宽10～30 m,在坑道中揭露该断裂带均有较大的水渗流,其流量为0.14～0.56 L/s,这充分证实F2断层是矿区导水性能好、富水性能强的断层,也是将来矿坑充水的主要断层。

(2)北北东向断层主要有F3、F4、F5。其中F3分布于矿区的北西部,倾向北东,为压扭性断层,富水性较弱,对矿床开采影响较小。

(3)近东西向断层主要分布在矿区的北西部,切割深度较大,富水性较强,但远离铅锌矿开采区,对矿体采矿影响不大。

3.4 地下水的补给、径流和排泄条件

地下水的主要补给来源为大气降水渗入补给,其次是地表水沿途渗漏补给,大气降雨经地表冲沟岩溶陆地、漏斗、落水洞和松散堆积物等汇集渗入,注入地下,然后沿浅部岩溶管道或断层破碎带、接触破碎带、风化破碎带径流。地下水的总体运动方向是由北西向南东,其中大部分在临近溪沟或低洼地段以涌泉形式溢出地表,其余部分继续下渗径流。

3.5 水文地质观测

据18/ZK1钻孔简易水文地质观测资料(见表1),静止水位埋深6.5 m,标高+393.5 m。该孔在2008年5月20日进行单孔抽水试验,抽水时间12 h,稳定3 h,稳定水位埋深16.3 m,水位降深9.8 m,涌水量约为1.53 L/s,单位涌水量0.16 L/(s·m)。

据4/ZK1钻孔简易水文地质观测资料(见表1):静止水位埋深5.5 m,标高+305.5 m。该孔在2008年5月21日进行单孔抽水试验,抽水时间12 h,稳定3 h,稳定水位埋深17.5 m,水位降深12.0 m,涌水量约为1.89 L/s,单位涌水量0.16 L/(s·m)。

表1 钻孔简易抽水试验数据

4～8月份,是本区降雨较多季节,占全年降雨量的70%,5月坑道涌水量在3.87～5.57 L/s;10月～次年2月份,是本区枯水期,坑道涌水量为2.83～4.33 L/s。

通过对坑道内岩层裂隙、坍塌、滴水、涌水等水文地质调查,在丰水期及枯水期每5 d或10 d进行一次流量观测。水文地质观测结果见表2。

表2 坑道水文地质观测结果

4 开采中段涌水量预测

根据现有中段丰水期与枯水期的平均涌水量,采用单位涌水量公式:Q1＝q0×S1×F1预测开采中段最大涌水量。式中,Q1为预测中段涌水量;q0为已知的单位面积、单位降深涌水量,计算公式为:q0＝Q0/(S0·F0);F1和S1为预测中段所圈定的采区面积和水位降,F0、S0为已知标高中段所圈定的采区面积及水位降。预测结果见表3。

预测计算结果:十八窑270 m水平中段矿坑涌水量319～618 m3/d;黄泥坑130 m水平中段矿坑涌水量493～861 m3/d。

5 小结

本区主要受地表汇水范围内大气降水控制,主要为第四系孔隙水和岩溶裂隙水,矿区断裂构造较发育,部分断层沟通了矿区地表水与地下水之间的水力联系。铅锌矿体和铁矿体位于当地侵蚀基准面以上,正地形地貌有利于自然排水。矿床主要含水层和构造破碎带中等强度富水性,实测坑道最大涌水量范围为3.87～5.57 L/s,开拓十八窑铅锌矿体控制最低标高+270中段预测涌水量3.69～7.15 L/s(319～618 m3/d);开拓黄泥坑铁矿体控制最低标高+130中段预测涌水量5.71～9.97 L/s(493～861 m3/d)。地下水补给条件一般,矿床水文地质边界北西、中部、南东较简单。因此,矿床水文地质属于以岩溶裂隙充水为主的水文地质条件简单-中等类型。