新疆哈密市天湖东铁矿水文地质条件与工程地质条件浅析

程洁萍（新疆维吾尔自治区有色地质勘查局704队　哈密　839000）



新疆哈密市天湖东铁矿水文地质条件与工程地质条件浅析

程洁萍
（新疆维吾尔自治区有色地质勘查局704队哈密839000）

摘要新疆哈密市天湖东铁矿属戈壁丘陵地貌，区内地表迳流不发育，四季多风，气候干燥。矿区内多组断层交汇，使得岩石破碎，裂隙发育。经实地调研和综合研究，笔者认为，天湖东铁矿区水文地质类型以风化裂隙水为主，顶、底板间接充水，水文地质条件属简单的基岩裂隙充水和构造充水，工程地质类型属坚硬-半坚硬岩层为主、工程地质条件属中等。在此研究基础上，进一步指出，天湖东铁矿开发对环境影响不大，矿山开采活动基本不会引起崩塌、滑坡、泥石流、尾矿垮坝等次生地质灾害现象。

关键词水文地质工程地质裂隙构造坚硬-半坚硬环境

DOI∶10.16206/j.cnki.65-1136/tg.2016.02.006

0　引言

天湖东铁矿发现于上个世纪70年代，经新疆维吾尔自治区有色地质勘查局704队近年来的找矿工作，矿区深部相继发现了工业矿体，进一步提升了其工业价值。本次工作旨在通过矿区实地调研、水文、工程地质条件分析，大致了解矿区水文地质、工程地质等开采技术条件，对矿山开采活动引发的环境地质问题等进行初步评价，为矿山开发提供依据。

1　矿区地理概况

新疆哈密市天湖东铁矿位于哈密市南东直线距离180余千米处，行政区划属新疆哈密市管辖。从哈密市经国道312或G30和简易公路可达矿区，交通较为便利。矿区属戈壁丘陵地貌，相对高差50 m左右。矿区属典型的温带大陆性气候，冬季严寒，夏季炎热，气候干燥、四季多风。区内地表迳流不发育，除夏季偶见间歇性洪水外，多为干沟谷系，植被不发育。区内人烟稀少，最近的人员聚居区分别为东边10余公里和西边20余公里相距的天湖铁矿和M1033铁矿。生产和生活物资均需由哈密市供应和解决。

2　矿区地质概况

天湖东铁矿在大地构造位置上处于中天山古板块，伊犁星星峡弧盆带中的Ⅲ级构造单元、那拉提星星峡古生代岛弧，位于东疆主要的铁矿成矿带上。天湖东铁矿产于尖山子大断裂与红柳河深大断裂所挟持的楔形地带中。出露地层以震旦系天湖组第三亚组的一套深变质岩系为主，主要岩性组合为角闪黑云母片岩、黑云母石英片岩、大理岩、条带状混合岩及渗透混合岩等。受区域性构造影响，矿区主体构造以近NE向断裂为主，并伴生有多组次级断裂，使得区内岩石风化破碎强烈，形成地表大面积分布的碎石+土状风化物堆积而成的大平滩。岩浆岩以加里东期侵入的肉红色花岗岩为主，多分布于矿区东南部，与铁矿成矿具有一定的成因联系。

天湖东铁矿现已圈出4条铁矿体，矿体多呈近NE-SW向延伸，长30～150 m，宽2～6 m不等，北倾，倾角60°～80°，TFe品位20%～56%，矿体多产于大理岩中，部分产于黑云母石英片岩中。矿石具中粗粒结构，条带状构造、块状构造、浸染状构造等，矿石矿物以磁铁矿为主。矿床规模为小型铁矿规模。

3　矿床水文地质条件

结合区域水文资料，经与附近天湖矿区水文地质资料对比可知，天湖地区地下水为无色、无臭、无味、透明、微咸、微苦，水温9～12℃，pH值6.6～7.9，总硬度29.4°～52°（德国度），暂时硬度1.3°～26°，矿化度2.8～7.8 g/L，水化学类型为SO2-Na型水。

在天湖-天湖东戈壁丘陵地形地貌景观区，因受地形、岩性、补给等条件的控制，矿区地下水的动态表现长期稳定在地下8～10 m，但在降水和气温的影响下，局部时间呈现出补给气候型动态。每年5～9月份气温较高，降水量大时，水位呈缓慢上升趋势，反之，蒸发强烈时，水位趋势下降，春冬季水位相对稳定。由图1天湖地区水文地质单元示意图可知，该区大气降水在沟谷低洼地区汇集，通过蒸发和地表破碎松散的岩石迅速排泄。反映出该区地形形态特征、地形标高及地形对地表水汇集、方向的影响。

根据钻探资料，天湖东矿区含水层主要为前寒武系星星峡组上段，其岩石组合主要为碎裂糜棱岩、片岩、片麻岩、大理岩等，该套岩石组合中基岩裂隙发育的深度及岩石构造破碎程度直接决定了矿区含水层的厚度。

矿区施工钻孔简易水文观测结果表明，矿区基岩裂隙发育的深度平均在100 m左右，构造部位特别是尖山子大断裂及其附近，基岩裂隙发育的深度（风化壳）近200 m。裂隙发育的层位，岩芯破碎不完整，多呈碎块状、片装及粉沫状，裂隙面上有较多的氧化形成的褐铁矿薄膜，水蚀现象明显，可见较多的水蚀溶洞。钻机施工到此位置时，钻孔中漏水、渗水现象严重，提钻时钻孔中水位恢复较快。经钻孔抽水试验，孔内单位涌水量为0.00042～0.02 L/s·m，岩石的渗透系数为0.0002～0.29 m/昼夜，说明地下水的迳流很微弱，地下水主要是静贮量。据此推断，矿区含水层厚度一般为80 m左右，构造部位含水层厚度较大，近200 m左右。

所以，矿区地下水类型以基岩裂隙和构造裂隙潜水为主，但基岩裂隙富水性较差，且裂隙连通性不好，补给源不足，矿床充水主要是通过大的构造断裂对矿床充水。因此，开采过程中，一定要避开大的构造，否则，将对矿山开采造成巨大的危害，如淹没坑道、损坏机器、发生坍塌等事故。竖井的位置也要避开沟谷，以防雨季地表洪水对井口的威胁，造成淹井，给生产带来困难，甚至造成人员伤亡。

图1　天湖地区水文地质单元示意图

流入矿坑的地下水由贮存量和补给量组成，开采初期进入矿坑的地下水以疏干漏斗范围内的贮存量为主，随着长期的疏干降压，补给量便逐渐取代贮存量进入矿坑。故矿坑充水以贮存量为主时，排水初期涌水量最大，随着贮存量的消耗，矿坑涌水量逐渐减少而被疏干；以补给量为主时，随着降落漏斗的形成便渐趋稳定。可见，贮存量一般较易疏干，而补给量常是矿坑充水的主要威胁。

4　矿床工程地质条件

矿区较强的蚀变带与频繁交错的断裂构造构成了矿区工程地质条件的主体。矿区构造破碎带较发育，多为压性、压扭性断层，受风化作用的影响，岩石较破碎，裂隙发育，发育深度深浅不一，一般100 m左右，局部裂隙深度可达200 m。

矿区地层岩石建造主要分为三大类，即变质岩系、侵入岩和磁铁矿，三者表现出各自的工程力学性质（表1）。

表1　岩石物理力学性质经验数据表

（1）变质岩系：主要为片岩、片麻岩类。片岩类主要为黑云母石英片岩、绢云母石英片岩、绿帘绿泥石石英片岩、斜长石英片岩等；其次为斜长岩、石英斜长片岩等。第一类为力学强度较高的石英片岩，抗压强度一般大于400 kg/cm2，片理愈发育，抗压强度则愈低；第二类为力学强度较低的片岩，主要为石英斜长片岩、斜长岩等，抗压强度一般小于400 kg/ cm2，片理愈发育，抗压强度则愈低；片麻岩类主要以黑云母斜长片麻岩为主，粒状变晶结构，致密完整、坚硬，RQD平均值绝大部分在70%以上，其它大理岩、橄榄岩、透闪石岩等一般夹于矿层及底板片岩、片麻岩中，岩石物理力学性能均较好。

（2）侵入岩：以混合花岗岩及斜长花岗岩为主，致密、坚硬、裂隙中等发育，块状构造，岩石力学强度较高，抗压强度最高达800 kg/cm2。

（3）磁铁矿石：无论贫富矿，矿石的结构极其致密、完整，比重大，裂隙不发育，力学强度极高，抗压强度在600～1 000 kg/cm2以上，因此，矿石的物理力学性能和工程地质性质都比较好。

总体而言，矿区岩石物理力学性质较好，仅随岩性不同而表现出一定的差异，一般岩石自然抗压强度在400～1 000 kg/cm2，饱和抗压强度大于300 kg/ cm2，软化系数0.6以上，属于坚硬-半坚硬岩石。矿体（脉）顶、底板岩石基本稳定，绿泥石片岩可能形成软弱结构面，对矿体的开采会产生一定的工程危害，在开采过程中应加强对较软弱结构面的界定，采取有效措施进行加固处置。一般情况下，矿体底板岩石比矿体顶板岩石稳定性好。

综上，天湖东矿区工程地质类型属坚硬-半坚硬岩层为主、工程地质条件中等、顶底板岩石比较稳固的矿床。

5　矿区环境地质评价

天湖铁矿区属低山丘陵地貌景观，地表岩石风化破碎强烈。气候干燥、四季多风，区内地表迳流不发育，仅为少量干沟谷系，植被不发育，人烟稀少。

矿床是以基岩裂隙和构造裂隙充水为主的水文地质条件简单、工程地质条件中等的的矿床。

矿床开采采用地下坑道开采方式，开采过程中产生的污染物主要有装卸及破碎矿石、爆破作业产生的粉尘、电机设备排放的废气及机械设备使用时发出的噪声等。所以，造成区域性地质条件和地貌景观的改变，产生地质灾害的可能性极小，基本不会引起崩塌、滑坡、泥石流、尾矿垮坝等现象。

选矿厂采用磁选选矿工艺，其工业废水中不含有毒物质，可回收重复利用或就地排放，也可用于矿山环境绿化，对环境没有影响；场区应严控工业噪声强度，以工业噪声不超过65分贝作为降噪、控噪标准，加之矿区附近无居民，噪声对周围环境无影响。采矿以地下开采为主，不会造成地表水土流失，无需进行地表土地复垦。另外，矿山开发产生的废石只有围岩和夹石等，废石量不大，只要合理选择固定的废石堆积场所，不占交通、泄洪道路，不影响矿山施工，则对环境影响甚少，不会造成污染。

6　结论

综上所述，天湖东铁矿水文地质勘探类型属于以风化裂隙为主，顶、底板间接充水、水文地质条件简单的基岩裂隙充水和构造充水的矿床，工程地质类型属坚硬-半坚硬岩层为主、工程地质条件中等的矿床。由于其特殊的经济地理条件，矿山开采基本不会引起地貌改变、井巷崩塌、滑坡、泥石流、尾矿垮坝等次生地质灾害现象，也不会引起废石、废水、废气等处置不当引发的环境污染问题，总体对环境影响不大。

参考文献

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收稿：2015-12-10