曹四夭钼矿区水文地质特征研究

沈卫立SHEN Wei-li；岑朝正CEN Chao-zheng；郜朋飞GAO Peng-fei

（河南省地质矿产勘查开发局第二地质勘查院，许昌 461000）

（No.2 Geo-exploration Institute，Henan Provincial Bureau of Geo-exploration and Mineral Development，Xuchang 461000，China）

1 概况

内蒙古兴和县曹四夭钼矿是河南省地勘二院2010年新发现的一个特大型钼矿。区内估算钼矿资源储量(122b)+(333)矿石量130235.60 万t，金属量1327649.27t，平均品位0.102%。矿区距乌兰察布市兴和县县城仅5 公里，交通方便，具有良好的开发利用前景。

2 区域水文地质

兴和县区域上为一个山川相间的小型山间盆地，位于阴山山脉东段北部。曹四夭断裂从勘查区中部穿过。水文地质地质条件受区域性断裂控制分区明显，勘查区东部含低山丘陵裂隙含水，西部为平坦的山间平原，新生界松散沉积物较厚，含孔隙潜水和弱承压水。区内沟谷较发育，有利于地表迳流的排泄。区内现代地貌景观，由东部的低山、丘陵向西部的厚层松散沉积物覆盖的山间盆地过渡，地势总体东高西低。地表水多为季节性河流，受地形控制，主要作用为排洪，同时对地下浅层水有一定的补给作用。在曹四夭断裂以东古近系和新近系松散沉积物较薄；曹四系断裂以西松散沉积物较厚。

3 矿区水文地质条件

3.1 地形、地貌及地表水特征 详查区位于后河水文地质单元的南部，地势东高西低，海拔高程最低1249m，最高1415m（图1），相对高差166m，矿区东部属低山丘陵地貌，西部为山间冲积平原。勘查区内沟谷较发育，有利于地表径流的排泄。但无常年性流水，河流均为季节性河流。最低侵蚀基准点1249m。

3.2 含、隔水岩组

3.2.1 新生界盖层含水岩层（组）

①第四系全新统冲洪积物（Qhal）孔隙含水层：主要分布于河沟的河床中，由冲洪积的砂砾石组成，一般厚度0～3.00m，局部厚度大于10m。该含水层在矿区内分布面积很少，含孔隙潜水。涌水量一般30m3/d，水质类型为HCO3-Ca型，矿化度0.36g/L，pH 值7.50。水位标高1255.20～1318.20m。该含水层直接接受大气降水补给，蒸腾与蒸发为该含水层的主要排泄方式之一，部分则经短途径流后垂向或侧向排泄。

图1 曹四夭钼矿区水文地质略图

②新近系上新统宝格达乌拉组（N2b）孔隙含水层：主要分布于曹四夭断裂以西，该层厚50-100m 左右，岩性主要为厚层砂质泥岩和薄层砂砾石层。含水层砂砾石层厚度10～20m 左右。根据民井简易抽水资料，降深5.48m，单位涌水量0.113L/s·m，富水性中等偏弱。水质类型为HCO3-Ca·Na·Mg 型、HCO3-Ca·Mg 型，矿化度0.26～0.42g/L，pH值7.82。水位标高1240～1280m。现多开采为居民生活饮用水。

③新近系中新统汉诺坝组（N1h）裂隙含水层：主要分布于曹四夭断裂以西，矿区内仅小面积出露于郭县夭子东南1km 的小山上和曹四夭村南一小沟内，含水岩性主要为灰色气孔状玄武岩、致密橄榄玄武岩，含裂隙孔洞水，个别钻孔穿见该含水层时严重漏水，有不返水现象。玄武岩分为两层，中间夹紫红色泥岩隔水层。第一层玄武岩厚度3－21.00m，第二层玄武岩厚度6.00－9.00m。据水文地质调查，泉水流量0.634L/s，个别富水地段单井涌水量300m3/d，富水性中等，水质类型为HCO3-Ca·Mg 型，矿化度0.23 g/L，pH 值7.83。水位标高1214.10～1242.11m。

④新近系中新统老梁底组（N1l）孔隙裂隙含水层：主要分布于矿区中部和南部，厚度32.60m，施工钻孔没有穿见该含水层。地表岩性为灰白色砾质岩和杂色粉砂岩、粉砂质泥岩组成，固结程度差，地表均为松散状，含孔隙潜水。

⑤古近系渐新统呼尔井组和乌兰戈楚组（E3wl+h）裂隙含水层：在曹四夭断裂以西该岩层厚度大于200m，主要岩性为紫红色泥岩夹灰白色半胶结砂岩、砂砾岩，含水层为砂砾岩，单井涌水量50-500m3/d（引自内蒙古自治区兴和县城镇供水水源地水文地质详查报告），其富水性中等，水质类型为HCO3-Ca，HCO3-Ca·Na 型水，矿化度小于1g/l。曹四夭断裂以东该层厚度0～36.80m，钻孔穿见岩性以紫红色泥岩为主，该层在曹四夭断裂以东主要表现为隔水性质。

总之，新生界盖层孔隙含水层主要分布于曹四夭断裂以西，间夹有厚层泥岩及砂质泥岩隔水层，钼矿体主要分布于曹四夭断裂以东，如果将来采坑边坡开挖到曹四夭断裂附近时对矿体开采有一定影响。

表1 含水层水文参数一览表

3.2.2 基岩裂隙含水层（组）分布于新生界沉积物以下，地表局部有少量出露。基岩风化深度一般0～78.62m，在风化带以上，岩心具褐铁矿化，裂隙发育5-10 条/m，岩心破碎强烈RQD=0～40%。含基岩风化裂隙水，地表有少量出露，直接受大气降水补给，地下水交替强烈。风化带以下靠近断层部位，岩石受断层影响裂隙发育，裂隙密度8～10条/米，裂隙面粗糙，裂隙性质主要表现张性；另外由于岩浆作用，围岩温度冷热变化的过种中形成裂隙，部分裂隙宽约0.5～5cm，后被石英不完全充填，形成直径约0.5～5cm 不规则状石英晶洞（图2），成为地下水的主要储水空间和径流通道。ZK0007 孔，深度389m 处涌水，涌水量6.696L/s，富水性中等；ZK0015 孔，穿透F1 断层时涌水，涌水量0.833L/s，终孔水头高出地表18.60m(压力表测试)。ZK0804孔37.45～64.51m 严重漏水，不返水，最大漏失量150L/min；522.70～1199.82m 严重漏水，不返水，最大漏失量150L/min。根据矿体单孔稳定流抽放水试验资料：ZK0403孔最大水位降深9.02m，单位涌水量0.467L/s·m，渗透系数0.453m/d；ZK0411 孔最大水位降深12.00m，单位涌水量0.300L/s·m，渗透系数0.183m/d；ZK1200 孔最大水位降深8.19m，单位涌水量1.505L/s·m，渗透系数0.601m/d（表1），水位埋深16.35m，水质类型为HCO3·Cl-Na，HCO3·SO4-Na型，矿化度0.52～1.61g/L，pH 值7.86～8.55。该含水层具有统一的水位标高1297.58～1302.93m。

总之，基岩裂隙含水层富水性中等－强，其富水性与基岩的裂隙分布和发育度有关，具有较强的不均一性，主要富水部位集中在阻水断裂迎一侧，是将来矿体开采矿坑充水的主要来源。

3.2.3 断裂构造含水性 矿区构造以断裂构造为主。区内新生界覆盖严重，在黄土窑岩组（Ar2h）及曹四夭花岗斑岩（K1Cγπ）出露区断裂较发育，主要为北东向、北西向，共6 组断裂分别为F1、F2、F3、F4、F5 和F6（表2）。

图2 岩心上的石英晶洞

表2 主要构造一览表

①北东向构造。

F1 断裂在曹四夭村通过，为区域性断裂，为大同—尚义北东向断裂带在区内的延伸部分。大部分被古近系、新近系地层覆盖。

在区内为隐伏断裂，钻孔ZK0815（245.60～311.70m）及ZK0007（127.11～354.00m）控制，走向为38～42°，倾向308～312°，倾角59～61°，宽27～62m，断层带内主要以碎裂岩为主，发育有构造泥砾岩、角砾岩、挤压片理化带，并充填有少斑花岗斑岩脉、普遍具硅化，高岭土化、褐铁矿化，花岗斑岩脉具辉钼矿化并且具强裂破碎现象，碎块大小为1～10cm。以上特征说明此断层为以张性为主的正断层，至少经历过成矿前、成矿期及成矿后三次以上活动。两盘岩石强烈破碎，影响范围较大，下盘相对富水。

本次施工ZK0411 孔在129.75m 穿透新生界盖层后穿见该断层带，只穿见该断层下盘的部分碎裂岩化斜长浅粒岩，厚16.31m，岩石平均裂隙密度大于12 条/m，岩石质量极劣，岩体破碎。根据ZK0411 孔在该层位抽水资料，水位降深90.04m，单位涌水量0.00093L/s·m，水位标高1278.31m，水质类型为Cl·SO4-Na 型，矿化度1.4g/L，pH 值8.29。其富水性极弱，可视为相对隔水层。根据以往施工钻孔，F1 断层东7 个钻孔，断层西6 个钻孔终孔稳定水位对比，终孔稳定水位标高，F1 断裂东比F1 断裂西高46.73m，说明该断层对地下水的运动有阻挡作用。

F2 断层主要分布在矿区内小红土窑一带，P2 铅锌矿化带产与其中。断裂带走向约60°，倾向北西，倾角约75°，宽约10～30m。该断裂多期次活动，带内岩石强烈破碎，构造岩主要以碎裂岩为主，发育有构造泥砾岩、角砾岩。XZK01 钻孔穿见该断层时有涌水现象，其富水性强。

F3 断层位于曹四夭西南部约600m，完全隐伏，由4个钻孔控制（CZK01、CZK02、CZK03 和ZK0823）。P1 铅锌矿化带产于其中，总体走向103°，倾向193°，倾角79°。矿带沿走向、倾向方向变化较大。带内岩石较为破碎，主要以角砾岩、碎裂岩、铅锌矿化碎裂岩。所施工钻孔穿见该断层时泥浆消耗局部有增大现象，其富水性一般。

②北西向构造。

该方向构造为北东向构造次级断裂，规模一般较小，地表完全隐伏，通过钻孔共控制三组深部断层，分别为F4、F5、F6 断层。

F4 断层由ZK1607 孔控制，宽约4m，ZK2400 孔控制，宽约1.5m。该断层在横16、横24 剖面明显截断两组辉绿岩脉，总体呈现逆断层特征，具有一定的阻水性。

F5 断层位于ZK0807 孔364.2～369.0m 处；ZK1203 孔215.2～221.6m 处；ZK1600 孔67.1～70.7m 处，断层产状50-60°∠71-80°，工程控制长730m，ZK0411 孔钻孔中该断层厚8.00m，断层主要为碎裂岩及断层泥，碎斑成分与断层上下盘岩石同成分，主要为浅粒岩、黑云斜长片麻岩，粒径一般为4～8mm，泥质胶结。岩心多呈扁柱状、块状。岩心受挤压具高岭土化（图3），透水性差。

F6 断层分布在曹四夭村南东，断层位于ZK0008 孔794.1～807.6m 处，断层产状50～60°∠71～80°，工程控制长约500m，它切割了黄土窑岩组及辉绿岩脉，断距约4m。断层带内充填黑云斜长片麻岩、浅粒岩碎块及碎裂岩、断层泥。碎裂岩中碎斑为黑云斜长片麻岩及浅粒岩，粒径2～5mm，次棱角状，含量约30～60%，断层岩矿化为辉钼矿化、黄铁矿化，蚀变为绿泥石化、绢云母化及泥化等。总体呈现逆断层特征，具有一定阻水作用。

3.2.4 隔水岩层

①新生界隔水层。

图3 ZK0411 孔537m 处断层泥

新近系上新统宝格达乌拉组（N2b）和古近系渐新统呼尔井组和乌兰戈楚组（E3wl+h）地层中有厚层砂质泥岩及粉砂岩，透水性差，可视为隔水层。

②基岩隔水层。

中太古界集宁岩群黄土窑岩组（Ar2h）的片麻岩、浅粒岩，岩石完整，裂隙不发育段可视做隔水层；岩浆岩主要有中生代早白垩世多斑花岗斑岩（K11γπ）、少斑花岗斑岩（K12γπ）和爆破角砾岩K12aγπ。脉岩为辉绿岩脉（βμ）、花岗斑岩脉（γπ）。风化带以下，岩石质密，裂隙不发育段可视做隔水层。

③阻水断层。

区内断层由于其多期次活动，断层性质主要表现为压扭性，断层泥发育，高岭土化较强，对地下水的运动具有一定的阻挡作用。阻水断裂主要为F1、F4、F5 和F6。

3.3 矿区地下水的补给、径流及排泄条件 矿区位于地下水的径流排泄区，矿区南部基岩裸露区接受大气降水后，一部分蒸发和通过地表径流排泄，一部分补给地下水，地下水通过基岩裂隙孔隙和导水构造由南向北西径流，主要受地形和导水构造控制，受曹四夭断裂和新生界厚层泥岩隔水层阻挡后，水头被抬高，在本区表现为承压水性质。排泄方式主要是向地下潜水补给径流和蒸发。

3.4 各充水因素对矿床开采的影响

3.4.1 主要构造破碎带对矿床开采的影响 矿区内的主要构造分为北东向、北西向两组，共6 条断层分别为F1、F2、F3、F4、F5 和F6。断层主要表现为压扭性，断层泥发育，透水性差，对矿床充水影响弱。但在阻水断裂迎水一侧可能会形成丰富的地下水富积带，开采断裂带附近的矿体时，矿坑涌水量将会增大。

3.4.2 地表水对矿床开采的影响 勘查区内地表水体不发育。雨季（6－8月份），大气降水可在地表暂时汇集，但大部分已蒸发和随地势而流失；另一部分则通过岩石裂隙渗入地下。在丰水季节应注意防护暴雨形成的暂时性洪水对矿坑的危害。

3.4.3 矿体基岩裂隙含水层对矿床开采的影响 矿体基岩裂隙含水层富水性中等-强，含水层的顶底板不明显。矿体基岩含水层为矿充直接充水含水层，因此基岩裂隙含水层将是未来矿山开采的主要充水因素。

4 总结

从以上对各含隔水层的论述，当地地表水不发育，降水稀少，蒸发强烈；新生界地层中新近系玄武岩富水性中等，是矿体的间接充水含水层；矿区主要阻水断裂为F1 断裂，F1 断裂以西新生界地层中厚层砂质泥岩隔水层发育；F1 断裂下盘迎水一侧基岩裂隙含水层富水性中等－强，是矿床开采的主要直接充水含水层。将来矿山开采时要加强防治矿体基岩裂隙含水层的突水等水害；另外在丰水季节注意防护暴雨形成的暂时性洪水对矿坑的危害。

[1]李香资.内蒙古自治区兴和县曹四夭矿区钼矿详查报告[R].河南省地矿局第二地质勘查院，2003年7月.

[2]章至浩.内蒙古自治区兴和县城镇供水水源地水文地质详查报告[R].内蒙古自治区第一地质矿产勘查开发院，2008年11月.

[3]曹剑峰.专门水文地质学[M].科学出版社出版，2006.