新疆和静县诺尔湖铁矿矿床水文地质特征

王斌

新疆和静县诺尔湖铁矿矿床水文地质特征

王斌

（新疆地矿局第九地质大队，乌鲁木齐 830009）

根据和静县诺尔湖铁矿地下水类型、含水岩组等区域水文地质特征，研究构造破碎带和地表水对铁矿安全开采的影响，结果表明：研究区地下水类型主要包括现代洪积砂砾层中的孔隙潜水、坡积碎石层中的孔隙潜水、冰碛砾石层中的孔隙潜水、基岩风化带裂隙网状水以及基岩裂隙脉状水等五种类型；区内地下水的补给来源主要是大气降水和冰雪融水，通过季节性溪流和渗入基岩风化裂隙两种方式径流和排泄；基岩破碎带和裂隙发育带的存在，为基岩充水提供了有利空间。

地下水；含水层特征；充水因素；铁矿

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 370m，最低侵蚀基准面标高为3 580m，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。该区年降水量1 059.5mm，日平均降水量为2.9mm，最大降水量为146mm，蒸发量452mm左右，5月下旬~10月中旬降水较多，7~8月的蒸发量较大，在气温较高时出现雨加雪天气。由于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。在野外实地调查的基础上，结合相关研究成果[1-12]，以诺尔湖铁矿区地下水系统为研究对象，对矿区地下水的类型、含水层特征、补径排条件以及地下水动态特征进行了分析，分析构造破碎带和地表水对矿床充水的影响。

1 研究区区域地质条件分析

1.1 地形地貌

诺尔湖铁矿区位处中天山主分水岭一带，分水岭海拔4 122~4 369m，地形相对高差800m。研究区海拔3 600~4 000m，相对高差400m。由侵蚀剥蚀-构造高山地貌和剥蚀-堆积高山河谷地貌组成。海拔3 700~3 900m可视为当今的雪线，其上冰雪终年覆盖，多在阴坡呈岛状分布。现代山岳冰川、冰斗、角峰、鱼脊岭、终碛垅等冰蚀和冰碛地形随处可见。

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）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。

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30～60m，呈近南北向贯穿工区。

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。

矿区西部见一明显的NW向压扭性断层，对矿体的延伸和侧伏形态都有一定的破坏作用，并伴有较强的阳起石化、绿泥石化、绿帘石化，该断层为成矿后断裂，对铁矿体有一定破坏作用。从西矿段PD01平硐的施工情况看，深部次级的小断层较发育，主要为正断层，断层北倾，对深部的矿体具有一定的破坏作用。从东矿段施工的钻探工程看，矿区构造简单，矿体产状平缓，矿区深部没有大的构造活动，只有小断层活动，对矿体整体形态没起到太大的破坏作用。

因此，矿区内构造对矿体破坏作用不大。

1.4 工程地质条件

1）下石炭统大哈拉军山组岩层：该岩层为矿区主要地层，岩性以玄武质安山岩、绿帘石化、钾长石化安山岩或绿帘石化、磁铁矿化安山岩为主，凝灰质岩石和闪长岩所占比例很小，磁铁矿体即赋存于这套地层中。此层在东矿段和中矿段大面积出露，也是矿体的主要围岩或直接顶底板。RQD平均值在69%~97%，大部分回次岩心RQD值都在80%以上。以ZK0805、1602、2003等孔为例，RQD>90%的占21%~39%，75%以上的占到66%~75%；<50%的占7%~11%，而<25%的只占到3%~4%。

2）磁铁矿体：诺尔湖铁矿全矿区磁铁矿矿化带长5．5km，矿体分西、中、东三个矿段，东矿段主矿体为Fe18、Fe19，矿体以埋藏深、层数多、厚度大、品位富为其特征。矿体走向近东西向，北倾，倾角较缓，15°~35°或近水平。矿体受构造破坏较轻，岩体较完整。RQD平均值一般在67%~88%，岩石质量为中等-好的，岩体中等完整—较完整，属Ⅱ-Ⅲ级。

3）第四系松散状砂砾碎石类土体：由洪积、坡积、冰碛等组成，分布在矿区谷底及两侧。冰碛层较厚，可达37~65m，多年处于冻土状态，仅在夏暖季节有厚度不大的融化。一般来说对深部开采无影响，若就地建设竖井，井筒浅部数十米内将遇到冻土融化带来的工程地质和水文地质问题。

2 研究区含水层类型及特征

2.1 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200m，流向阿尔宰来库乃沟之前变窄，在400m长的范围内，只有10～20m宽。向北折向该沟，此层骤然变宽，可达300~350m，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10~30cm居多。单泉流量一般为0.4～1.5L/s，最大可达3.7L/s，地层富水性较好。水温0.5~3.0℃（7月），属极冷水。矿化度98~456mg/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2~10m，实际上是对冰碛砾石的再搬运。

2.2 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1~40cm，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0.5~3.0L/s，地层富水性较好。水温0.5~2.0℃，属极冷水。矿化度102~198mg/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1~15m。

2.3 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1~12L/s，属中等-强富水地层。矿化度<1g/L，属重碳酸盐-钙型水，水温0.5~2℃，此层厚度10~65m。

2.4 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10~50m。贯通分水岭南北的交通隧道总长2254.3m，在西硐口0~40m和东硐口0~50m，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<1L/s，属弱富水层，个别泉水丰水期可达到1.5L/s。水温0.5~2.0℃（7月份），为极冷水。矿化度216mg/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1m，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40~50m。

2.5 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600m距离水位差33m，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。

图1 研究区地下水补、径、排关系图

3 研究区水文地质条件分析

3.1 地下水补给、径流和排泄条件

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；研究区东矿段横断面示意图如图2所示。

图2 东矿段横断面示意图

3.2 地下水动态变化特征

对研究区地表水和地下水动态的特征进行了观测，绘制了研究区地表水与地下水动态长观图如图3所示。

图3可以看出，地表水和地下水动态随季节变化极其明显，泉水流量属季节性，一般从4月底到5月上旬，因融雪降水，开始出现水流，7~8月流量达到高峰，11月到翌年4月底断流。河溪因融冰化雪，7~8月份出现洪流，冬寒季节同样结冰断流。从钻孔观测获取的深部地下水，年水位变幅可达5m，但高水位与低水位期要比地表水滞后约一个月。

3.3 构造破碎带对矿坑充水的影响

矿区构造较为简单，主要为一单斜构造。矿区出露的地层为下石炭统大哈拉军山组的一套玄武质安山岩，走向NW-SE（300°~330°），倾向NE，中等-缓倾斜。矿区位于NW向区域性大断裂南侧，次级构造和节理裂隙应该比较发育，但平硐中只见到较小规模的断层的存在。从东矿段施工的钻孔以及矿区区域地质构造图上看，矿区及深部没有大的断裂构造，只有小断层存在，对矿体整体形态没有起到大的破坏作用，但基岩破碎带和裂隙发育带的存在，为基岩充水提供了空间。

3.4 地表水对矿床充水的影响

矿区地表水可分为三部分：①盖在基岩上的季节性冰雪融水；②第四系（包括洪积、冰碛、坡积）浅表部位的季节性融冻水；③夏季融冰化雪和降雨汇成的河溪。

第①部分是盖在基岩露头分布区的积雪，夏季消融，一部分流向谷底汇入季节性河溪，另一部分通过裂隙直接渗入基岩深部，成为矿床充水的主要来源。第②部分，第四系为多年冻土，每年5~10月不足半年的时间可将浅部化冻，融冻深度不足1m，供给溪流的水量有限。冻土隔离了地表水与基岩之间的直接联系。第③部分是矿区主要的地表水体，雨水和融冰化雪的水流汇聚成河溪，是玛纳斯河的源头之一。季节性河溪从东矿段向西流出，折向北汇入阿尔宰来库乃河谷。

图3 地表水与地下水动态长观图

4 结论

本文在对诺尔湖铁矿地质条件分析的基础上，结合野外实地调查，详细论述了诺尔湖铁矿矿床的水文地质特征，并分析了构造破碎带和地表水对铁矿安全开采的影响。

1) 研究区地下水类型主要包括现代洪积砂砾层中的孔隙潜水、坡积碎石层中的孔隙潜水、冰碛砾石层中的孔隙潜水、基岩风化带裂隙网状水以及基岩裂隙脉状水等五种类型。

2）由于矿区位于天山主岭附近，汇水范围很小，补给、径流、排泄条件比较简单。区内地下水的补给来源主要是大气降水和冰雪融水，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。

3）构造破碎带和地表水将会对铁矿的安全开采造成一定威胁。研究区内虽然没有发育大的断裂构造，只有小断层存在，对矿体整体形态没有起到大的破坏作用，但基岩破碎带和裂隙发育带的存在，为基岩充水提供了空间。

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Hydrogeological Characteristics of the Nuoerhu Fe Deposit in Hejing, Xinjiang

WANG Bin

(No.9 Geological Party, Xinjiang Bureau Geology and Mineral Resources, Ürümqi 830009)

This study deals with the influence of structural fracture zone and surface water upon mining safety based on underground water type and aquifer group indicates. The results indicate that underground water in the studied may be divided into 5 types such aspore water in the modern diluvial gravel layer, pore water in diluvial gravel layer, pore water in moraine gravel layer, mesh fissure water in bedrock weathering zone and bedrock fissure vein water. The groundwater recharge is originated from atmospheric precipitation and snow melt water. The existence of the bedrock fracture zone and fracture zone provides a favorable space for bedrock water filling.

underground water; aquifer group; water filling factor; Fe deposit

2017-04-22

王斌（1985-），男，陕西渭南人，工程师，从事水文地质、工程地质和环境地质方面的工作

P641.4；P618.31

A

1006-0995（2017）04-0643-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2017.04.026