和静县诺尔湖铁矿水文地质特征分析及涌水量预测

2017-12-20

地下水 2017年6期

(新疆地矿局第九地质大队，新疆乌鲁木齐 830009)

王斌

(新疆地矿局第九地质大队，新疆乌鲁木齐 830009)

诺尔湖铁矿主要分为西、中、东三个矿段，依次呈NW-SE向分布，铁矿体规模和资源量以东矿段为主，中矿段次之，西矿段最差。本文以新疆和静县诺尔湖铁矿地下水系统为对象，在基本查明矿区地质条件的基础上，重点分析其地下水的类型、含水层特征以及补径排条件，并对矿区东矿段的涌水量进行了预测，预测结果显示：未来矿坑涌水量不大，但不排除构造破碎带或基岩裂隙发育带的突水现象。通过对该矿区水文地质特征和矿坑涌水量的预测，可以为后续的矿山开采技术条件提供必要的理论依据。

水文地质特征；矿坑涌水量；诺尔湖铁矿；和静县

诺尔湖铁矿区隶属新疆巴音郭楞蒙古自治州和静县管辖。该铁矿主要分为西、中、东三个矿段，依次呈NW-SE向分布，铁矿体规模和资源量以东矿段为主，中矿段次之，西矿段最差。由于主要矿体集中在东矿段东部，沿走向东西长约1 200 m，储量超3亿 t，品位较高，是矿区勘探的重点，也是矿区水文地质工作的主要对象。因此，本文在野外实地调查的基础上，结合相关研究成果[1-5]，对矿区内地下水的类型、含水层特征以及补径排条件进行了分析，并对矿区东矿段的矿坑涌水量进行了预测，进而为该矿区的安全开采提供了理论基础，从而可以为后续矿山开采技术条件提供理论依据。

1 研究区地质条件分析

1.1 自然地理概况

诺尔湖铁矿区属中高山区，位于诺尔湖中部，总体北高南低，海拔3 699～4 370 m，最低侵蚀基准面标高为3 580 m，属高山深切地貌。区内属高寒地带，气候寒冷，变化无常。矿区主要以降雪降雨天气为主，降水丰沛是本区气候的特点。本区年降水量1 059.5 mm，日平均降水量为2.9 mm，最大降水量为146 mm，蒸发量452 mm左右。矿区年最高温度在16℃，较高温度的天气主要出现在7～8月份。最低气温在～30℃左右，每年12月至次年1月的气温最低，也经常出现极端天气。沟谷两侧山岭附近冰雪，夏季可有部分融化，可形成季节性洪水，不易通行。

1.2 地层岩性

诺尔湖铁矿矿区出露地层为下石炭统大哈拉军山组第三亚组地层，其余为大面积的残坡积物。

1.2.1 下石炭统大哈拉军山组第三亚组

为矿区主要地层，在矿区中部及南部大面积出露，主要岩性为灰褐色、灰绿色的玄武岩、玄武质凝灰岩、玄武粗面安山岩、粗面安山岩、安山岩和粗面岩。地层产状北倾，走向北西东南方向。

1.2.2 第四系

矿区第四系覆盖范围较大，高大山体的山前地带及冲沟上游主要坡积砾石。工区中部高山前形成残坡积，冲沟内为冲洪积。其中第四系坡积物分布于矿区中部高山北部阴坡处；第四系冰川分布于矿区中部高山北部阴坡处，主要为冰层，其内部冻结少量砾石；第四系冰碛物分布于矿区中部第四系冰川下部，小面积出露，以冰积砾石为主；第四系冲积物主要分布于敦德艾肯及阿尔宰来库乃沟两测，出露宽30～60 m，呈近南北向贯穿工区。

1.2.3 侵入岩

矿区内主要有两种岩体，一种为浅肉红色的花岗闪长岩，主要分布在矿区西南部，呈北西东南向条带状侵入；另一种为灰白色、灰褐色的石英闪长岩，主要分布在矿区北部，它与中部的火山岩地层之间为侵入接触关系，它对中部的铁矿床起破坏作用。

1.3 地质构造

矿区构造较为简单，主要为一单斜构造，局部地段可见小的向斜、背斜构造嵌入其中。矿区出露的地层为大哈拉军山组的一套玄武质安山岩，总体走向NW300～330°左右，倾角中等50°～75°，而受向斜构造的影响，局部地段的倾角平缓，在10°～30°。受火山机构的制约，因而各种构造形迹较为复杂。矿区位于NW向区域性大断裂南侧，岩层的劈理、节理较发育。层内韧性变形复杂，发育有膝状褶皱。

2 矿区水文地质特征分析

2.1 地下水类型

2.1.1 现代洪积砂砾层中的孔隙潜水

由卵碎石、砾石组成，砂及少量粘性土充填，因接近水系源头，厚度一般不大，只有几米，多为冰碛层浅部再搬运而成。分布在沟谷底部，最宽处200 m，流向阿尔宰来库乃沟之前变窄，在400 m长的范围内，只有10～20 m宽。向北折向该沟，此层骤然变宽，可达300～350 m，厚度相对变厚。砾石成分以安山岩、花岗闪长岩为主，颗粒排列杂乱，多呈棱角状、次棱角状，少量为半圆状，砾径10～30 cm居多。单泉流量一般为0.4～1.5 L/s，最大可达3.7 L/s，地层富水性较好。水温0.5℃～3.0℃(7月)，属极冷水。矿化度98～456 mg/L，为重碳酸盐·硫酸盐-钙·钠型水。浅部地下水随季节变化而冻融，深部为常年冻土。此层厚度2～10 m，实际上是对冰碛砾石的再搬运。

2.1.2 坡积碎石层中的孔隙潜水

分布在沟谷两侧山坡坡脚，连续出现组成坡积裙，地面坡度12°～18°。砾石分选性极差，呈棱角-次棱角状，粒径1～40 cm，浅部有泥砂充填，局部覆有植被，透水性强。泉较多，出露在扇缘地带，可见到泉群。单泉流量多为0.5～3.0 L/s，地层富水性较好。水温0.5℃～2.0℃，属极冷水。矿化度102～198 mg/L，属硫酸盐·重碳酸盐-钙·钠型水(或钙·镁型水)。同样表层随季节冻融，深部冻土终年不化甚至有纯冰层存在，此层厚度1～15 m。

2.1.3 冰碛砾石层中的孔隙潜水

在本区冰碛层与现代洪积层呈上叠关系，谷底一带后者覆于前者之上，而洪积两侧，冰碛物又可裸布于较高的位置。冰碛层以终碛为主，侧碛次之，是气候变暖冰川退缩所致。冰碛堆积以大小不均、杂乱无序、无分选为其特征，多为与附近山体母岩成分相同的角砾块石构成，甚至可以见到上百立方的巨型块石堆积在河谷之中。

此层空隙较大，成为高山带夏季融冰化雪的良好径流通道，局部地段可以形成暗流。与上述两个含水层一样，所充潜水冬季冰冻，夏暖季节近地表一带季节性融化，但不能全部融化，深部仍然处在常年冻土带中。泉水流量1～12 L/s，属中等-强富水地层。矿化度<1 g/L，属重碳酸盐-钙型水，水温0.5℃～2℃，此层厚度10～65 m。

2.1.4 基岩风化带裂隙网状水

矿区地表大面积出露岩石主要为浅灰绿色、浅褐红色安山岩，属下石炭统大哈拉军山组，主要侵入岩为浅灰、灰黑色石英闪长岩。由于昼夜温差和季节温差大，物理风化作用尤其是霜劈作用强烈，浅部基岩风化裂隙比较发育，雨水及融雪渗入形成风化带裂隙网状水。风化带深度10～50 m。贯通分水岭南北的交通隧道总长2 254.3 m，在西硐口0～40 m和东硐口0～50 m，基岩裂隙存在滴水、洞壁潮湿现象。气温低时滴水上冻形成冰挂，但未见明显的涌水现象。本层地下水明显受地形和气温控制，顺风化裂隙向下运移，多补给到坡积层潜水中。泉水流量大多<1 L/s，属弱富水层，个别泉水丰水期可达到1.5 L/s。水温0.5℃～2.0℃(7月份)，为极冷水。矿化度216 mg/L，属硫酸盐·重碳酸盐-钙型水。以上描述只对近地表部位，季节性融冻深度不超过1 m，以下仍处于常年冰冻状态，作为风化带裂隙水，其厚度与风化带深度一致，只有40～50 m。

2.1.5 基岩裂隙脉状水

在通过对研究区10个钻孔的反复观测和深入研究，可以看出：(1)基岩深部存在地下水(非固态)；(2)地下水水位高低与地形基本一致。详查范围内，沟谷上游水位高，下游水位低，在沟谷横断面上，谷坡处水位高，谷底处水位低。沿谷纵向600 m距离水位差33 m，水力坡度1:18，横向水力坡度就更大了，显然深部基岩裂隙水与当地大气降水和融冰化雪有着十分密切的联系。

2.2 地下水补径排特征

本区地下水的补给来源是大气降水和冰雪融水。降雨和融冰化雪只发生在5～10月份的五、六个月“暖季”中。这些水体一部分以季节性溪流的方式直接排向北部的阿尔宰来库乃沟，另一部分渗入基岩风化裂隙中，成为风化带裂隙网状水。当遇到向深部导水的构造裂隙带时，则沿结构面向下渗入，成为深部的基岩裂隙脉状水，对矿区的安全开采造成一定威胁。

第四系孔隙水(洪积、坡积、冰碛)只是季节性存在于冻土的融化带中，河、溪等季节性地表水的渗入也是形成孔隙水的重要原因。但半年以上处于断流和冰冻状态，其下冻土终年不化，起着“隔水层”作用，割断了地表水、孔隙潜水与基岩之间的联系。

由此可见矿区位于天山主岭附近，汇水范围很小，补、径、排条件比较简单。研究区地下水补给、径流和排泄关系如图1所示。

图1 研究区地下水补、径、排关系图

3 矿坑涌水量预测

诺尔湖铁矿一共分为西、中、东三个矿段，本文重要以东矿段位研究对象，对其涌水量进行预测。

3.1 预测方法

东矿段属弱富水矿床，汇水范围小，补给边界简单而清楚。矿体深埋，根据矿体形态，未来拓采巷道系统大致呈东西长南北窄的矩形。因此未来矿坑涌水量计算采用“大井法”，并计算全域补给量进行对照。

3.2 计算参数确定

利用钻孔抽水试验成果对渗透系数、未来矿坑排水最大降深、含水层厚度、“大井”引用半径、“大井”引用影响半径进行了确定。因此，在对研究区东矿段的涌水量进行计算时，分别采用渗透系数k=0.096 m/d，未来矿坑排水最大降深Sw=420 m，含水层厚度H=420 m，“大井”引用半径r0=380 m，“大井”引用影响半径R0=1 681 m。