河北永和水泥灰岩矿水文地质特征及矿床成因分析

段长虹

摘 要：承德县永和水泥灰巖矿位于承德县县城东9km处，隶属甲山镇富台子、王杖子两村管辖，所在1：5万图幅为承德县幅（11-50-117-丙）和上谷幅（11-50-117-丁），矿区面积2.8km2。矿床主要含水岩组为中奥陶系裂隙-岩溶含水层。矿山采取露天开采，主要汇水量来自大气降水，受地下水的影响较小。采场排水可采取自然排泄。

关键词：灰岩矿；水文地质；汇水量预测

1 区域水文地质条件

根据河北省1：50万水文地质图，本区属于“河北省燕山山地水文地质区”中的“平泉-兴隆低山深谷裂隙岩溶水分区”。地下水类型及富水性受岩性及构造的控制。按地下水类型及其含水性，区域含水层可划为以下四个亚区。

（1）第四系孔隙含水区（Ⅰ），分布于小寺沟-承德县白马河沿岸，含水层厚度3-6m。其富水性较好，为主要含水层。

（2）砂砾岩裂隙、孔隙含水区（Ⅱ），分布于小寺沟-承德县白马河两岸。为三叠系地层分布区，含水层厚度100-500m，其富水性较差。

（3）碳酸盐裂隙-岩溶含水区（Ⅲ），分布于小寺沟-承德县一线以南，为中、上元古界和寒武-奥陶系碳酸盐岩类分布区。溶洞不发育，其富水性不强。

（4）火成岩裂隙含水区（Ⅳ），多数为岩脉个别为岩基，有稀疏的裂隙和次生裂隙，其富水性较差。

2 矿区水文地质条件

2.1地形、地貌特征

矿区地形南高北低，南部山峰叠嶂，地形陡峻，北部为向白马河床的过渡地段、地形相对平缓。区内海拔标高最高为627m，最低310.8m，相对高差300多米。属强烈侵蚀构造低山地形。区内主要河流为白马河，矿区位于白马河以南，石子沟两侧。石子沟为白马河的支流，由南向北流入白马河。白马河常年有水，平水期流量0.5m3/秒，干旱年份常断流。

2.2地层的含水性及水文地质特征

（1）第四系冲、洪积孔隙含水层，主要分布在矿区北部之河床阶地及石子沟两侧。岩性为砂砾卵石层、砂质黄土及砂砾石层，分选性不太明显，砾径大小不一。含水层厚度3-6m不等，水位埋深3-5m。支沟含水层厚度2-5m，水位埋深2-4m。单井涌水量一般30-50m3/h，最大涌水量100 m3/h。可供六寸水泵抽水，用于灌溉。地下水质良好，水质分析结果为，Ca2+含量76.86-80.6mg/L，Mg2+含量19.91-29.87mg/L，HCo3-含量285.01-330.01mg/L，NO3-18-20mg/L。总硬度293.95-324.27mg/L，总矿化度450.25-542.33mg/L，PH值7.5-7.7。本区第四系孔隙水属HCO3-Ca-Mg型水，各项指标均符合规定的饮用水标准。

（2）第四系黄土弱水不透水层，分布在矿区西北部，主由黄土组成，局部有砂、砾石，该层厚度几米至数十米，含很少的水但不透水。

（3）三叠系砂岩裂隙孔隙含水层，主要岩性为砂岩、砂砾岩，该套地层不整合于中奥陶系马家沟组之上，主要分布于白马河床以上，岩层中裂隙较发育但未见地下水出露，其富水性不强。

（4）中奥陶系裂隙-岩溶含水层，主要为奥陶系马家沟组，由厚层灰岩组成，层面裂隙发育，。在三叠系与奥陶系不整合面上，由于岩性松软，加之层面裂隙发育，有少量溶沟、溶坑，其规模较小。奥陶系灰岩北部裂隙发育，南部较少，未见溶洞和地下水露头，在层面上见有水流氧化痕迹，其富水性不强。

（5）下奥陶系白云石化灰岩裂隙-岩溶含水层，岩层为亮甲山组白云石化灰岩，以中薄层和中厚层层理为主，层面裂隙发育，其它裂隙较少。裂隙水相对马家沟组（O2m）要少一些，未见溶洞和地下水露头出露，含水性较差。

（6）燕山期英安玢岩裂隙含水层，英安玢岩呈岩脉产出，切割马家沟组灰岩，岩石呈块状构造，原生及次生裂隙较少，侵入接触面为主要裂隙，大气降水为唯一的水来源，裂隙水是有限的。

（7）F1-F4断层破碎带的含水性，F1-F4断层分布在矿区北部，F1和F4断层破碎带较宽（10-20m），F2和F3较窄（1-2m）。破碎带内裂隙孔隙发育，灰岩裂隙水向其汇集，因此它具有导水性且含水。其浅部较强，下部由于岩石胶结，渗水、导水较浅部弱。

3 矿床成因及找矿标志

3.1矿床成因

该水泥灰岩矿是沉积矿床，主要控矿因素一是沉积物来源及搬运条件，二是沉积环境，即海盆形态、坡度、古气候、古生物发育情况等。本区奥陶系灰岩未生成前，海盆基底及陆源区是中、上元古界碳酸盐系和寒武系灰岩岩系，它为海盆提供了较丰富的钙质来源。在奥陶系早期，发生海浸，海盆广阔，海水较浅，有利于生物发育、繁衍，不太稳定，使陆源碎屑增多，生成杂质较多的灰岩，再加上环境的改变交替，古气候变化，海水盐度变化等，使杂质较多的灰岩产生白云石化。

在进入奥陶系中期（马家沟期）浅海动荡趋缓，在浅海陆棚范围内，在潮上带静水环境中，气候温和，海洋生物发育，主要有三叶虫、辨腮类、海百合、介形虫、腕足类、头足类等多种古生物，它们繁殖、生长、活动，使大量灰泥沉淀，生成厚度较大、纯度较高的灰岩。

水泥灰岩的成矿还与灰岩成岩过程中白云石化有关。在马家沟末期，海盆向泻湖相转变，随之海水盐度，碱度亦发生改变，产生含镁溶液，该溶液向灰岩中的孔隙渗流，在虫孔等有利的环境中，含镁溶液充填、交代生成白云石，从而使镁质增高，使灰岩成分改变而达不到水泥灰岩的要求。

成岩后的方解石化，生成细脉因其质地较纯，增加一点钙质成分，对水泥灰岩的成矿是有利用的。

3.2找矿标志

（1）在中国北方奥陶系中统马家沟组灰岩是生成水泥灰岩矿的最好层位，在马家沟组主要有下部和中上部两个层位。

（2）水泥灰岩新鲜面一般灰色较暗，灰色越深质量越好，多为中厚层、泥晶结构，常含数量不等的生屑，少数具砾屑或角砾结构，主由泥晶方解石组成。

（3）虫孔构造发育的灰岩，即所谓的重豹皮灰岩均是非矿，白云石化较强。

（4）岩石新鲜面白色，薄-中层者，一般是非矿。

（5）水泥灰岩可含有燧石和硅质条带，当其含量大于6.1%以上时，则为非矿。