山西紫金斑岩金矿裂隙含水带导水通道浅析

严建飞

（紫金矿业集团股份有限公司 矿产地质勘查院，福建 厦门 361000）

山西紫金矿业有限公司金矿位于山西省繁峙县县城45°方向35km处义兴寨村。行政区划隶属于繁峙县砂河镇管辖。目前的研究认为，斑岩型金矿成矿与区域近东西与北西向构造控制的燕山晚期火山活动、次火山侵入有关。目前探明的金资源量达到54吨[1]。

由于历史原因，山西紫金分为义兴寨、义联两个矿权，义联矿权矿体类型主要为斑岩型矿体以及近南北向的7#脉石英脉型金矿体，斑岩矿体全部及石英脉矿体部分位于义兴寨河床之下，地下水补径排条件复杂，日前义联矿区单日排水量为4000～6000m³/d，涌水量较大，且河床下方的主矿体斑岩矿体尚未开采，整体水文地质条件复杂。本文通过现场水文地质调查，结合探矿钻孔工程，尝试分析斑岩型金矿充水通道在地表的渗漏范围。

1 义联金矿概况

矿床地处晋北腹地，恒山山脉中段南麓。地势北高南低，北为恒山主脉分水岭，南为滹沱河谷地北侧丘陵缓坡区。属低中山构造侵蚀地貌。本矿区区内东部铁塘硐最高海拔1474m，南部最低海拔1250m，相对高差224m，地形切割较强，冲沟发育，地表大多裸露，植被不发育。

矿区内河流为义兴寨河，发源于应县乱翅沟，经本县朱家坊于代堡村汇入滹沱河，长21.9km。义兴寨河主要来自上游朱家坊沟、上角峪沟、店门沟、同路沟的流水，河口以上流域面积157km2(其中应县52km2，本县105km2)。矿区内河床纵坡坡降2.27%。义兴寨河的最大洪峰流量35m3/s，平均清水流量0.1m3/s。2017-2019年观测数据显示，每年12月至翌年1月会出现短时断流现象。在河流出山口处建有龙山水库（距离矿区3公里以上），控制流域面积135km2，总库容690万m3。龙山水库为区域侵蚀基准面，因其地处下游，地势较低且距离较远，对区内采矿无影响。矿区侵蚀基准面位于义兴寨河床内，海拔1250m，未来开采矿体均位于矿井最低排泄面标高之下。

2 义联涌水情况调查

山西紫金斑岩首次出现较大涌水源于2017年在525中段CM02穿脉7JW2内施工的生产小钻揭露裂隙含水带导致，自揭露含水裂隙带至今，CM02穿脉涌水量稳定在1600～2000m³/d。鉴于斑岩涌水量常年较为稳定无任何减小趋势，给矿区生产以及下一步开采带来一定威胁，紫金矿业集团地质矿产勘查院对山西紫金开展水文地质调查。

山西紫金分为义兴寨、义联两个矿权，斑岩涌水主要位于义联矿区。义联主要有827、525、425、300等中段，目前义联井巷及钻孔涌水主要集中在525中段CM02穿脉钻孔中钻孔及巷道出水，以及827中段2线CM10穿脉及钻孔出水。巷道及钻孔涌水概况如图1、图2所示。

图1 525中段涌水概况

图2 827中段涌水概况

对525中段出水点裂隙发育情况、产状及水化学特征进行了调查，结果显示525中段出水为一组东西向、北倾的张性导水裂隙出水，裂隙倾向340/358°，倾角75/87°，水温14.8℃，TDS为351mg/L，Ph为7.0～7.25，具有明显的浅层水补给特征。此出水钻洞（7JW2）施工的4个钻孔如图1所示，B525ZK201孔及B525ZK105孔出水具浅层水特征（表1）岩心亦有氧化痕迹，B525ZK403孔涌水位置破碎，岩心无氧化痕迹，B525ZK402全孔漏水。裂隙越陡则入渗力越强，入渗速度越快，渗入量越多[1]，因此对于525中段出现的陡倾裂隙在其上方标高追根溯源可能会有所发现。

表1 巷道集中出水点统计表

后序调查发现827中段钻洞施工钻孔及巷道涌水，又于2019年8月对827中段涌水钻孔及巷道进行调查，结果显示827中段BJW203钻洞三个涌水孔及2线CM10穿脉出水均具有浅层水补给特征，水温11.6℃～13℃，TDS313-395mg/L，Ph7.0～7.25。从水体特征看，与525中段较为相似，且从827中段渗流至525中段，水温仅升高2℃～3℃，TDS变化不明显，反映出导水裂隙导水性能良好。巷道内出水位置如图2所示，CM10穿脉入口向南43.5m处有巷道壁有一张开裂隙涌水，裂隙倾向177°～178°，倾角79°，此处向南约有20m钢支护，巷道均有出水，具体裂隙产状无法观测，穿脉入口南侧约64m～75m处为淋水区，发育一组北倾裂隙，倾向10°，倾角79°。

3 导水通道分析

3.1 F4断层的导水性

（1）井巷涌水专项调查。对义兴寨-义联矿区井巷进行水文地质工程地质编录，编录中对巷道内的出水点进行了详细统计，主要包括各出水点的位置、岩性、裂隙的产状以及出水点的流量等，具体见表1。

节理玫瑰花图可以反映本区最具代表性的节理裂隙发育方向，采用极坐标的形式，其半径方向长度为节理条数，角度方向为裂隙走向或倾向。利用表1中的数据，将节理裂隙中的条数换成涌水量数据[2]，即可得出反映节理裂隙产状与流量关系的玫瑰花图，以得出本矿区主要导水裂隙产状，如图3、图4所示。

图3 节理走向-流量玫瑰花图

图4 节理倾向-流量玫瑰花图

由图3可知，山西紫金井巷涌水多产出于走向70°～90°，倾向340°～360°的节理裂隙中，少数产于走向10°～20°，倾向100°～110°的节理裂隙中。结合图3、图4、表1，矿区涌水裂隙均为陡倾，倾角为75～87°。即总体上本区导水裂隙主要为一组近东西走向北北西倾向近陡倾的节理裂隙。

义联金矿主要断裂有两组，按走向断裂构造主要分NW断裂（义兴寨断裂（F4））和SN断裂（7#脉）。北西向义兴寨断裂（F4）处可见充填粘土矿物，这类矿物遇水易膨胀，能够减小断层间的孔隙，降低断层处的导水性能，增加断层阻隔水的能力[3]，在巷道水文地质调查中发现2线以南，F4断层西侧（上盘）一定范围内多见淋水滴水现象，至F4处淋水滴水现象消失，穿过F4至断层东侧（下盘）巷道壁无淋水滴水现象转为干燥，这一现象在525中段、827中段均十分明显，F4为不导水断裂，与图3反应的结果相一致；SN断裂为7#脉矿体构造，断裂性质以不导水为主，局部次级裂隙见出水（表1）。

综上所述，义联金矿井巷涌水集中产于近东西走向的斑岩体裂隙中，与区域上的SN/NW向断裂接近垂直。成因上归结于成矿后期东西向挤压条件下形成的东西向拉张性导水节理裂隙[2]，而在南北向表现为主断裂为压扭性不导水构造，局部南北向节理裂隙（斑岩体接触带）出水（出水量总体较少），北西向的F4断裂为不导水断裂。

（2）钻孔工程。将2017年至今F4两侧穿过2号勘探线的施工钻孔进行统计，结果如表2所示，从表2中可看出525中段F4断层两侧涌水特征有明显差异，其中东侧钻孔涌水显示出中深层承压水特征，西侧钻孔及巷道涌水显示出浅层水补给特征。827中段F4断层东侧施工钻孔无涌水或显示中层承压水特征，西侧钻孔涌水显示出浅层水补给特征。据此结合前述专项水文地质调查结果，进一步验证了F4断层为一阻水断层。

表2 F4两侧钻孔涌水情况

3.2 导水通道

目前525中段和827中段已有浅层水揭露迹象，525中段水量及水压较大，827中段水量较大，水压较525小，827中段钻孔和巷道揭露范围较大。本区地温梯度约1.4℃/100m[3]，常年平均气温约8.3℃[4]，一般至地下20m深度左右地温大致保持为当地的年平均地温，即为恒温层[5]，恒温层温度可近似取当地年平均气温[5，6]，即本区恒温层深度暂取20m深，温度为8.3℃，本区地表标高约1250m，由此可知525中段和827中段钻孔及巷道断层西侧（上盘）出水点水温具有明显的浅层水特征且水温低于地温。将525中段和827中段涌水点和涌水孔标注在中段图中，如图1、图2所示，827中段钻孔及巷道控制较多，故此以827中段为主，向地表推测涌水范围。对于827中段，由于目前揭露工程尚未能完全控制住所有隔水边界，且经巷道调查F4断层西侧边界出多为淋水滴水区，故东边以阻水的F4断层为隔水边界，利用827中段工程控制确定827中段导水通道南侧、北侧和西侧边界，827导水通道范围如图5所示。

图5 827中段涌水范围

为对矿区导水通道进一步分析，对827中段出水巷道CM10进行调查，此巷道出水集中于一组近东西向北倾的裂隙，倾角约80°，按此倾角投影至地表，范围如图4所示。针对图4中范围显示的斑岩角砾岩筒区域进行裂隙统计，统计结果显示地表斑岩主要发育两组裂隙，一组为近东西向（倾向0°～10°，倾角75°～80°）的张性裂隙，一组为近北西向的闭合裂隙，结合525和827中段近东西向裂隙出水的特征，推断827中段至地表导水通道受近东西向北倾，倾角约80°的裂隙控制，按此产状可推测地表导水通道范围如图6所示，位于1线和5线之间。

图6 推测地表渗漏范围

4 结论

（1）目前已基本查明义联矿区斑岩浅层水下渗通道受东西向北倾，倾角约为80°的张性裂隙控制，525、827中段整体涌水范围大致位于斑岩体西南侧，整体位于2线以南，F4以西，南边基本以斑岩边界为控制区域，西侧边界为7号脉以东，从827至525中段范围收缩。

（2）根据巷道涌水裂隙产状推测出地表渗漏范围位于1线和5线之间。

5 存在问题

（1）525中段钻洞揭露的产状有限，且裂隙产状在垂向上会在一定范围内发生变化，对渗漏区域的推测将会造成一定误差。

（2）由于F4断层为南西倾向的断层，因此从827向地表推测的东边隔水边界至地表F4之间的导水性无法确定。

（3）827中段CM10巷道揭露一条南倾产状的出水裂隙，但由于后续有约20m长巷道已经做了支护，无法观测到南倾产状出水裂隙的规模，因此整体以北倾为产状还有待后续工程控制以后加以修正。