双河林场宝兴沟金矿水文地质特征及水质评价*

刘　江　闫永生　汤鹏飞　李向文

(1.黑龙江省塔河县国土资源局；2.武警黄金第三支队)



双河林场宝兴沟金矿水文地质特征及水质评价*

刘江1闫永生2汤鹏飞2李向文2

(1.黑龙江省塔河县国土资源局；2.武警黄金第三支队)

摘要宝兴沟金矿位于大兴安岭北部塔河县双河林场，矿区水文地质条件相对简单，可划分为4个含水层，即第四系全新统砂砾石含水层、中侏罗统砂岩含水层(漠河组、二十二站组)、燕山期闪长(玢)岩含水层、燕山期花岗细晶岩含水层，均属弱富水性含水层。矿床充水水源有大气降水、河水补给、地下水侧向径流补给，其中地下水侧向径流补给为主要充水水源。区内水质评价结果表明：①区内地表水耗氧量普遍超标，不适合直接作为饮用水；②双河林场深水井水质较好，矿化度高，为弱碱水，有一定的开发潜力。

关键词水文地质特征矿床充水水源水质评价

宝兴沟岩金矿位于黑龙江省塔河县双河林场场部西6km处，是大兴安岭塔河县境内唯一的大型岩金矿。2006年以来，武警黄金第三支队在该区开展了地质普查工作，目前该矿床已基本完成了普查阶段的勘查任务，并于2013年提交了普查报告，矿床规模达到大型。本研究以该矿区水文地质调查工作成果为基础，系统总结矿区水文地质特征并对区内水质进行评价分析，为后续地质勘查和矿山开发建设提供依据。

1矿区概况

1.1地质概况

宝兴沟金矿床位于上黑龙江盆地南缘、腰站断陷北缘与二十二站隆起南缘交接地带[1]。矿区出露地层简单，主要为侏罗系中统二十二站组、漠河组(图1)，为一套陆源碎屑岩，主要岩性为黑灰色中粒砂岩、泥(炭)质粉砂岩、钙质泥岩、长石杂砂岩等[1-3]。区内岩浆岩较发育，以浅成侵入体形式侵入侏罗纪地层组中，主要有闪长岩、闪长玢岩、花岗细晶岩等。矿区断裂构造发育，以NE—NEE向为主。宝兴沟金矿床以I#、Ⅱ#矿化蚀变带为主[2-4]，矿化体呈脉状产出于闪长岩与二十二站组砂岩的接触带内，矿体走向0°～40°，倾角30°～40°，呈舒缓波状，厚6.21～8.77m，品位(1.46～1.60)×10-6，矿体总体埋深-600～350m。金矿化与闪长岩、闪长玢岩关系密切，矿石中的金属矿物主要有黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、毒砂等，其中黄铁矿、毒砂与金矿化关系密切。

图1　宝兴沟金矿区地质特征

宝兴沟矿区地势南高北低，海拔300～500m，最高504.4m，相对高差100～200m，属低山丘陵地形。该区地处寒温带，属大陆型季风气候，春季寒冷短暂，昼夜温差大，气温回升快；夏季湿热，降水集中；秋季温和凉爽，降温迅速；冬季漫长寒冷，冰雪封山长达6个月。区内多年平均气温-2.4 ℃，1月份最冷，平均气温-25.4 ℃，极端最低气温-45.8 ℃；7月份最热，平均气温18.5 ℃。初霜期为9月份，终霜期为5月份，最大冻深2.5～3.0m；积雪期长达180d，年日照时数为2 400h，年平均风速为 2.9m/s。蒸发量年内变化较明显，春季最大，冬季为最小。调查区降水多受季风影响，以冷锋雨和气旋雨为主，多集中在6—9月份，约占年降水量的64%。区内多年平均降水量470.5mm(据1971—2000年塔河县气象局资料)，年际间降水量差异较大，1997—2006年，最大降水量达588.4mm(2003年)，最小降水量为211.4mm(2002年)。调查区蒸发量年内变化较明显，春季最大，冬季最小。

1.2地表水动态

区内水系较发育，沟谷纵横，多构成树枝状水系，主要有小西尔根气河、二十一站河、八里湾河及其支流。其中小西尔根气河属黑龙江二级水系，流经矿区东侧，距矿区20～40km，向北流入大西尔根气河，其一条支流流经矿区北侧，距矿区8～10km；二十一站河流流经矿区南侧，自西向东穿过矿区，距矿体位置约6km，向东流入小西尔根气河，最大流量4.428m3/s，最小流量0.483m3/s。区内主要河流有宝兴沟沟谷小溪Ⅰ及其支流宝兴沟沟谷小溪Ⅱ，该2条河流均常年有水，但随季节变化较大，河流每年10月中旬开始结冻，翌年4月中下旬开始解冻，封冻期约180d。宝兴沟沟谷小溪Ⅰ属小西尔根气河二级水系，流经Ⅰ#金矿带与Ⅱ#金矿带之间，向东北流入小西尔根气河一级支流，水深0.10～0.55m，河宽1.75～3.1m，最大流量0.797m3/s，最小流量0.014m3/s。宝兴沟沟谷小溪Ⅱ流经Ⅰ#矿体西北侧，向东流入宝兴沟沟谷小溪Ⅰ，流量约0.017m3/s。

2含水层划分

2.1第四系全新统砂砾石含水层

第四系全新统砂砾石含水层主要分布于调查区中部河谷小溪的一级阶地区，阶地宽65～200m，出露面积约0.15km2，含水介质为冲洪积砂卵石层，厚1～5m，地下水位埋深约1m，自然条件下主要接受大气降水和山区基岩裂隙水补给，排泄途径包括向河水排泄、地下水径流排泄和潜水蒸发排泄，属于弱富水性孔隙含水层(图2)[4]。

2.2中侏罗统砂岩含水层

砂岩含水层由中侏罗统漠河组、二十二站组组成，出露面积约2.54km2，占调查区面积的70%。砂岩含水层厚度在空间上变化较大，在研究区西南部含水层厚度小，一般0～150m，中部、东北部厚度大，一般大于1 000m，如位于调查区中部ZK0007钻孔揭露的含水层厚度可达1 182m。受构造作用影响，含水层产状变化较大，总体倾向NE。该含水层赋存碎屑岩类孔隙裂隙水，与矿体直接接触，是矿床的主要充水、含水层，主要富水部位为顶部的风化裂隙带和下部的节理裂隙带。

图2　宝兴沟金矿区水文地质特征

砂岩含水层受风化作用的影响自地表向地下深处逐渐减弱。强风化带一般厚1～6m，最厚达10.85m；弱风化带一般厚2～13m，最厚为17.86m。在地表，与闪长(玢)岩、花岗细晶岩的接触部位风化作用一般较强，风化带厚度较大。该含水层顶部风化裂隙密集且均匀发育，据探槽中3个裂隙发育点的裂隙率统计，弱风化带面裂率平均为0.047。裂隙开启性较好，填充物较少，有利于大气降水入渗。该含水层风化裂隙水为潜水，多呈层状分布，具有良好的水力联系和统一的地下水面，但因补给不足，水量贫乏。风化裂隙带之下的砂岩，节理裂隙较发育，但发育不均一，主要发育于矿体周围的围岩及其与闪长(玢)岩及花岗细晶岩的接触部位。区内断裂构造发育，在矿床围岩中形成了多层似层状的节理裂隙发育带，其内岩石较破碎，多呈碎块状、碎屑状，甚至部分呈砂状、泥状。受断裂构造和岩脉侵入等作用的影响，局部砂岩含水层在垂向上也发育节理裂隙带，使各似层状含水段与顶部的风化裂隙带发生了密切的水力联系。由于节理裂隙发育程度受构造应力场的控制，该区又经历过多期构造应力场作用，节理裂隙发育程度极不均匀，导致地下水的分布和运动状态差异较大。在调查区西南部该含水层节理裂隙较发育，含水性相对均匀，水力联系较密切，地下水位埋深一般为1～6m，具有统一的地下水流场，如ZK0707钻孔施工至地下240～540m处时，因冲洗液的使用，相距80m的ZK0703地下水长期观测孔发生涌水现象。在调查区中部和东北部，砂岩厚度大，节理裂隙不发育，含水性不均一，个别地段常形成孤立的地下水流。砂岩含水层的补给来源主要为大气降水，大气降水入渗补给风化裂隙水，风化裂隙水下渗补给下部孔隙裂隙水。由于含水层的含水性不均匀，导致其缺乏补给，水量较贫乏，属于弱富水性含水层。

2.3燕山期闪长(玢)岩含水层

燕山期闪长(玢)岩含水层分布于调查区西南部，出露面积约0.81km2，由闪长岩、闪长玢岩、花岗闪长岩和二长斑岩组成，呈岩株状、岩脉状产出，厚度在空间上变化较大，在调查区西南部含水层厚度大，大于300m，呈岩株状产出，在调查区中西部厚度较小，一般为0～140m，呈岩脉状产出。该含水层赋存裂隙水，与矿体直接接触，为矿床的主要充水、含水层，主要含水部位为顶部的风化裂隙带和下部的节理裂隙带。

该含水层受风化作用影响较砂岩强烈，强风化带一般厚5～16m，最厚达18.60m；弱风化带一般厚5～14m，最厚为23.50m。该含水层顶部风化裂隙发育，据探槽中裂隙发育点的裂隙率统计，弱风化带面裂隙率为0.068，裂隙开启性较好，填充物少，有利于大气降水入渗。该含水层风化裂隙水为潜水，多呈层状分布，具有良好的水力联系和统一的地下水面，但因补给不足，水量贫乏。该含水层风化裂隙带之下，构造裂隙发育不均一，其中中西部岩脉状闪长(玢)岩节理裂隙发育，西南部岩株状闪长岩节理裂隙不发育。中西部闪长(玢)岩呈岩脉状与砂岩互层，节理裂隙发育带与砂岩一致，即位于矿体周围的围岩及其与砂岩的接触带上。受构造作用影响，该含水层侧向、垂向上均发育节理裂隙带，与相邻的砂岩节理裂隙带及顶部的风化裂隙带发生了密切的水力联系，具有统一的地下水流场，构成了一个含水层。西南部闪长岩呈岩株状产出，构造裂隙不发育，仅局部受构造作用影响形成节理裂隙发育带。但因其围岩较完整，缺乏与风化裂隙带的联通通道，一般不与风化裂隙带发生水力联系，形成孤立的地下水流。该含水层在天然条件下主要接受大气降水和砂岩孔隙裂隙水补给，但因补给不足，含水量较小，属于弱富水性含水层。

2.4燕山期花岗细晶岩含水层

燕山期花岗细晶岩含水层分布于调查区东部，出露面积约0.14km2，主要岩性为花岗细晶岩，呈小岩株状出露。据槽探和钻孔资料，该含水层产出形态受缓倾角断层控制，厚度较小，一般为0～30m。该含水层受风化作用的影响较小，风化带厚度一般小于3m，节理裂隙不发育，仅在与砂岩接触带发育缓倾角断层，断层倾角7°～12°，倾向SE，厚约1m，其内发育断层泥，富水性较好，为局部富水地段。在天然条件下，该含水层主要接受大气降水和砂岩孔隙裂隙水补给，因补给不足，缺乏导水通道，水量贫乏，属于弱富水性含水层。

3矿床充水条件

3.1矿床充水水源

(1)大气降水。大气降水是矿坑主要补给水源，矿坑涌水，直接或间接与降水相关。根据区内近10a的降水资料，该区降水量最大年份(2003)的降水量为588.4mm，多年平均降水量为470.5mm/a，降水量最小年份(2002)的降水量为211.4mm。受地形地貌因素影响，降水可直接入渗补给地下水，也可汇集至河流，间接补给地下水[5-6]。

(2)河水补给。调查区内汇水条件一般，地表产流系数较小，宝兴沟沟谷小溪流量较小，枯水期基岩地下水补给河水，河水流量基本为流域的地下水排泄量。河水流量及河水与矿体的间距是直接影响矿山井巷充水强度的因素，矿体开采后宝兴沟沟谷小溪会加大渗透补给地下水，是矿坑涌水的重要补给源。采矿时应注意河水极有可能通过不可预知的裂隙岩溶通道进入矿井。

(3)地下水侧向径流补给。采用地下井采方式时，地下水易直接涌入井巷，构成井巷直接充水水源。在矿体开采后，由于地下水水头梯度加大，侧向径流量会增加。该区地下水虽然富水性差，但由于裂隙储水空间发育极不均匀，在似层状蚀变带周围，围岩节理裂隙发育，常具有较大的储水空间，采矿时会有较大的水量释放，在短期内将构成井巷充水水源。

3.2充水岩组的边界条件

充水岩组的垂向和侧向边界条件(边界形态、水力性质及交换能力)等对矿井涌水量的大小起主要控制作用。宝兴沟各充水岩层的顶部边界为与大气水系统发生联系的垂直交换边界，通过第四系残坡积层接受大气降水补给。充水岩层的侧向边界随矿体开采深度的变化而变化。当矿体开采深度位于当地侵蚀基准面以上时，充水岩层的侧向边界与垂直边界一致，接受降水入渗补给；当矿体开采深度位于当地最低侵蚀基准面以下时，含水岩层的侧向边界转化为侧向径流的补给边界。

4矿区水源水质评价

表1　双河林场宝兴沟金矿水质分析结果

5结语

根据宝兴沟金矿矿区水文地质条件，将矿区含水层划分为第四系全新统砂砾石含水层、中侏罗统砂岩含水层(漠河组、二十二站组)、燕山期闪长(玢)岩含水层、燕山期花岗细晶岩含水层等4类，均属弱富水性含水层，在此基础上对该矿区矿床的充水条件进行了分析，并对区内水质进行了评价，研究表明，尽管区内地表水耗氧量普遍超标，不适合直接作为饮用水，但双河林场深水井水质较好，具有天然饮用矿泉水的特征，开发潜力较大。

参考文献

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(收稿日期2016-03-14)

*武警黄金指挥部黄金专项业务费项目(编号：2008—20150301)。

刘江(1972—)，男，工程师，165200 黑龙江省塔河县。