白银矿田四方山矿床水文地质工程地质环境地质条件调查研究

王立铭，郭继统

（1.甘肃省有色金属地质勘查局张掖矿产勘查院，甘肃 张掖 734000；2.华池县自然资源局，甘肃 庆阳 745000）

为了适应白银矿田四方山区域经济可持续性发展需要，对其进行区域水文地质、工程地质、环境地质调查。调查工作按照《矿区水文地质工程地质勘探规范》（GB12971—91）相关要求进行。大致查明白银矿田四方山矿床的水文地质、工程地质、环境地质条件，初步评价矿床水文地质、工程地质和环境地质对矿床开发的影响，为进一步工作和矿山开发初步规划提供依据。

1 自然地理地质概况

1.1 自然地理概况

四方山矿床属于低中山区，总体呈北高南低，地面风化强烈，冲沟发育，大多为“V”字型沟,局部沟系较开阔，最宽达20m以上。区内水系不发育，地形有利于地表水的排泄，沟谷只有在雨季才有暂时性洪流自东北流向西南最终汇入白银厂沟。该区主要的河流为黄河，自南向北从矿区东南部流过，其中四龙口河段距白银市区最近，直距约25km，流量在2100～2400m3/s，洪泛期可达4550m3/s。

1.2 地质概况

1.2.1 地层

白银矿田处于北祁连山褶皱带东段，四方山矿床位于白银矿田的中部位置，在地层区划上属于北祁连山分区靖远-西吉小区，地层自寒武系至第四系均有出露，但其中缺失上寒武统、中上志留统及上白垩统地层。矿体均赋存在中寒武统富钠质海底火山喷发细碧角斑岩中，其中夹有千枚岩、硅质岩、大理岩及各类火山角砾岩和集块岩。矿田为一复式背斜构造，各矿床均位于以石英角斑岩、石英角斑凝灰岩为核心的短轴背斜构造内，矿体与中粒石英角斑凝灰岩关系密切，与地层大致呈整合产出，明显受层位控制。

1.2.2 构造

祁连造山带东段构造较为发育，线性构造较为清晰，断裂构造为先导，岩浆活动源自断裂，形成火山构造、褶皱构造。断裂构造按走向可分为东西向、南北向、北东向和北西西向四组断裂构造。

2 水文地质

2.1 区域含水层和隔水层

2.1.1 第四系冲、洪积松散岩孔隙弱含水岩组

由第四系风积黄土（Qeol）、残坡积物（Qel+dl）及洪积物（Qpl）组成。风积黄土主要分布在矿床沟谷两侧及部分山顶和山坡处，岩性为黄褐色粉质粘土，残积物与坡积物之间无明显界线，岩性为石英角斑岩及石英角斑凝灰岩的风化碎块与粘性土的混和物，洪积物分布于沟谷的交汇处及相对平缓的地带，组成成分为块石、碎石、角砾、砂，充填物为粘土矿物，结构松散，孔隙度在20%～30%之间，厚度大约1m～20m。

该岩组在矿床范围内厚度约0.1m～37m，单位涌水量介于0.03～0.05L/s.m，水化学类型为Cl--SO42--Na+型水，矿化度4～10g/L，直接由大气降水补给，流向因地形而异，总体由南向北径流排泄，属第四系松散岩类孔隙水。

2.1.2 碎屑岩类裂隙、孔隙弱含水岩组

该含水岩组包括石英角斑岩（π1）、石英角斑凝灰岩（π3）、石英角斑凝灰熔岩（π2）、细碧岩（β1）、细碧玢岩（φ1）、细碧凝灰岩(β3)等，分布于整个矿床，地表浅部以张性风化裂隙为主，岩体较破碎或破碎，宽度一般为1mm～10mm左右，最大的宽度可达20mm～50mm，亦由泥质、硅质、碳酸盐、黄铁矿薄膜等充填。

该含水岩组地下水埋深不均匀，层顶埋深大致在1867m（ZK6-5）-1663m（ZK4-3）；地下水化学类型为Cl--SO42--Na+型咸水，矿化度约为12.8g/L，pH值在6.40-7.02之间，Cl-含量约为4.6g/L左右，无侵蚀性CO2，具微腐蚀性；主要由大气降雨及上覆的第四系松散岩类孔隙潜水补给，最终以泉和地下径流的的形式向外阶地前缘和白银厂沟排泄，地下水径流条件差，富水性弱，属于碎屑岩类裂隙潜水[1]。

2.1.3 变质岩类裂隙弱含水岩组

四方山矿床内变质岩在地表较少出露，根据钻孔水文地质、工程地质编录可知，该含水岩组包括千枚岩（Mp）、大理岩（ML）、铁锰硅质岩（GT）等，部分钻孔未见产出，地表浅部以风化裂隙为主；地表深部以构造裂隙为主，岩体整体来说较完整，局部位置铁的碳酸盐化发育，有地下水活动迹象。

该含水岩组层厚较薄且分布不均，厚度大多数在1.5m～10m之间且埋深较深，水化学类型属SO42-·Cl--Na+·Mg2+型水，矿化度5～20g/L，为盐水，具有腐蚀性和侵蚀性；主要由大气降水以及上覆的第四系冲、洪积松散岩孔隙弱含水岩组补给，最终以泉和地下径流的的形式向外阶地前缘和黄河排泄，地下水径流条件差，弱含裂隙潜水。

2.1.4 隔水层

根据钻孔水文地质、工程地质编录可知，溶孔普遍发育在石英角斑岩及石英角斑凝灰岩中，石英角斑凝灰熔岩、细碧岩和硅质岩溶孔发育相对较少。石英角斑凝灰熔岩及细碧岩岩石较硬，岩石强度较高，岩石完整性系数普遍在80%～90%以上，且随着钻孔深度的增加，裂隙越偏向于不发育。因此推断四方山矿床的相对不含水部位存在于裂隙及溶孔不发育的石英角斑凝灰熔岩和细碧岩中[2]。

2.2 矿床地下水的补给、径流、排泄条件

矿床范围内的地表水和地下水主要靠大气降水补给。大气降水中渗入第四系覆盖层中的一部分沿风化裂隙、基岩裂隙补给基岩裂隙水，其流向大致为南西向，水位随降水而变化，其余在第四系堆积物中径流，在沟谷底或地形有利处排泄；在风化裂隙发育的基岩裸露地带，由于迳流途径短，地下水受大气降水影响快，变化幅度大，一般滞后4～6天左右水位开始上升至高位；长期水文观测孔年水位变幅在6.74m（ZK1-1），一个水文年内最低水位标高1877.39m，最高水位标高1884.13m；第四系冲洪积孔隙潜水，只在夏季泛洪期短暂存在，由地表水、基岩裂隙水及大气降水补给，受气候及季节的影响大，迳流途径短。

矿床地表水主要是附近的白银厂沟沟内的地表水（排污废水或暂时性洪流），其动态变化受季节的控制，雨季降水后，地下水位上升，开始出现地表水流，旱季以蒸发为主，地表水流量减小或消失，以潜流的形式向下游排泄，出现断流现象。由于矿床沟谷底部岩石风化裂隙不发育，且沟谷径流较短，仅在局部有风化裂隙段地表水可以渗流形式补给地下水。

3 工程地质

3.1 矿床工程地质岩组特征

四方山矿床是赋存在坚硬、半坚硬的变质海相火山岩中。从坑道及岩芯编录表明，岩石大多为完整-较完整，裂隙以构造裂隙为主，裂隙一般闭合，张开度一般都小于2mm，并有石英脉及泥钙质充填；岩石软化系数普遍在0.75以下，属于易软化岩石；岩石片理化普遍发育于石英角斑凝灰岩（π3）层中，而石英角斑凝灰岩属于四方山矿床的含矿岩层；另外，小的0.5cm～2cm的软弱夹层普遍发育，夹层普遍为灰黑色泥质充填，局部夹层可见黄铁矿化及石英碎块；个别层位（大多为矿体上下盘）受断裂影响，裂隙较发育，岩体破碎，岩石稳定性差。根据岩体的地质特征，时代、成因、岩石组合及工程地质性质及地下水特征，矿床工程地质分带依据岩体结构类型可划分为三类工程岩组：

3.1.1 四系松散软弱岩组（土体）

该岩组包括第四系风积黄土、残坡积物、冲积物、洪积物及人工素填土。风积黄土主要为黄褐色粉质粘土，可塑—硬塑，发育有植物根系，厚度约0m～10m不等残坡积物广泛分布在矿床山顶、坡麓上，残积物与坡积物无明显界线，岩性为石英角斑岩及石英角斑凝灰岩的风化碎块与粘性土的混和物，结构疏松；冲洪积物分布于沟谷的交汇处及相对平缓的地带，组成成分为块石、碎石、角砾、砂和泥质，分选性差；人工堆积物主要分布在沟谷的两旁道路处，为矿山修建道路及人工建筑剥离的土石方，结构松散，岩性混杂，厚度一般为1m左右。

该类岩组的RQD值普遍在0～1.1%之间，岩石完整程度属于破碎，岩石质量等级为Ⅴ级。查阅临近场地资料，粘聚力为10.0～16.0Mpa，内摩擦角19.0°～32.0°，容重18.0～19.5KN/m³，承载力特征值为200～300KPa[3]。

3.1.2 碎屑岩类较坚硬岩组

该岩组主要包括石英角斑岩（π1）、石英角斑凝灰岩（π3）、石英角斑凝灰熔岩（π2）、细碧岩（β1）、细碧玢岩（φ1）、细碧凝灰岩(β3)等，分布于整个矿床，地表浅部以张性风化裂隙为主，岩体较破碎或破碎；地层深部以剪性构造裂隙为主，岩体相对较完整，石英角斑凝灰熔岩（π2）普遍硬度较高，用铁锤敲击声音清脆悠长，局部构造破碎带或裂隙极发育位置岩体较破碎，个别层位的石英角斑凝灰岩（π3）片理化较发育。

该类岩组的RQD值普遍在50%以上，岩石完整程度绝大多数属于中等完整以上，岩石质量等级大多数为Ⅲ级以上。岩石物理学试验显示，其内聚力为1.02～9.67Mpa之间；内摩擦角在30°～35°左右；软化系数在0.19-0.75之间不等，多属于易软化岩石；结构面间距在0～100cm不等，差异化较大；结构面摩擦系数在0.54-0.76之间；岩体饱和单轴抗压强度随着裂隙发育程度的变化，在3.03～29.3Mpa之间不等。由于力学样取样集中在矿体上下盘，而在矿石富集的位置裂隙及构造较发育，因此该类岩组岩石物理学性质差异较大。

3.1.3 变质岩类较坚硬—坚硬岩组

该岩组主要由千枚岩（Mp）、大理岩（ML）、铁锰硅质岩（GT）等组成，地表较少出露，部分钻孔也未见揭露。地表浅部以风化裂隙为主；地表深部以构造裂隙为主，岩体整体来说较完整，岩石硬度较高，局部位置铁的碳酸盐化发育，有地下水活动迹象。

该类岩组RQD值普遍在75%以上，岩石完整程度绝大多数属于较完整以上，岩石质量等级绝大多数属于Ⅱ级以上。岩石物理学试验显示，其内聚力为14.1Mpa；内摩擦角为29°11'；软化系数在0.57，属于易软化岩石；结构面间距大多数在100cm以上；结构面摩擦系数为0.56；岩石饱和单轴抗压强度为80.8Mpa。由于力学样取样集中在矿体上下盘，而在矿石富集位置裂隙及构造一般较发育，因此上述试验数据基本代表了该类岩组整体的物理力学性质。

3.2 断裂带的工程地质特征

矿床断裂构造较为发育，主要有F5及其次生断层，均显示压性或剪性力学性质，构造变动剧烈，均为泥质胶结，遇水易软化、泥化、崩解，岩石质量等级为Ⅴ级；F1为白银矿田主干断裂，走向约为东西向，长度1km以上，从四方山矿床北部穿过，次一级断裂有一条在四方山矿田北部与F1断裂近垂直交汇，以及四方山矿床西南部的F5断裂。上述断裂构成了本区的基本构造格架，四方山矿床的断裂构造属在F1发生发展过程中诱导出来的次级断裂构造，是在同一力学性质影响和作用下发生发展的。

综上所述，四方山矿床地形地貌简单，地形有利于自然排水；地层岩性单一，地质构造较发育，岩溶不发育；岩体结构主要为整体块状结构及层状结构，岩石稳定性较好，岩石完整程度大多为中等完整-完整，岩石质量为中等-极好；岩石绝大多数属于易软化岩石；在部分矿体的围岩处，片理较为发育，其工程地质条件较差；在断裂构造破碎带附近，岩石一般呈碎裂结构中的破碎结构，其整体强度低，大多为断层泥及碎砾的结合体，遇水软化膨胀，岩体的塑形强，变形时间效应明显，开采中可能产生坍塌、滑移等不良工程地质现象。总的来说，矿床工程地质条件属于简单偏中等。

4 环境地质

四方山矿床所在地区无大的地震活动记载，区域稳定性较好，但是白银地区受周边地震波及次数较多；地表放射性结果差异不大，钻孔岩性不同层位的放射性差异不大，地下水的放射性也远小于国家标准值，区内伽马照射率、伽马能谱测量、土壤氡、水样氡测量均符合国家规范要求，不会对人类活动、环境质量、水质、工程施工、矿山开发利用造成影响；矿床范围内未发现地质灾害隐患点；矿床地下水含盐量较高，各矿物离子指数偏大，属于Ⅴ类水。综合来看，矿床的环境地质条件属于良好。

5 防治建议

四方山矿床的矿体（矿体首采标高1424m）埋藏在当地最低侵蚀基准面（1800m）以下，根据同属白银矿田的生产矿山小铁山及深部铜矿分析，目前情况下地表水与地下水的联系甚微，地下水主要为基岩裂隙潜水，岩石富水性不均，估算1424m中段矿坑涌水量最大约567m3/d；矿坑岩石稳定性属中等，在构造破碎带附近岩石稳定性较差；矿床附近没有大的污染源，矿石、废石不易析出对人体和环境有害组份。矿床水文地质条件属于简单；工程地质条件属于简单偏中等；环境地质条件属于良好。

6 结语

综上所述，今后矿床的水文地质、工程地质工作应加强对水文地质相关参数的测试及验证；在矿山开拓生产期间对坑道工程地质的调查需进一步深入，以更加准确的了解矿体围岩稳定性对矿山开采造成的影响；对于选矿后产生的尾矿一定要建立尾矿坝进行处理，并在尾矿坝周围种植永久性植物如牛毛草、苇草等防止水土流失；切实做好环境保护工作，定期对地下水进行水质分析，杜绝污染环境的各类事故发生；进一步加强各项工作内容的质量管理，对原有工作中存在的不足之处进行补充，提高工作程度；矿山生产开采期间，要防止地表水，特别是雨季大暴雨后大量从坑口流入坑道，与此配备一定能力的水泵建立合理的排水系统即可保证矿山的正常安全生产。