胶东纱岭金矿区水文地质特征

王鹏鸣,袁永忠,李明辉,杨乙

摘要：纱岭金矿区位于山东省莱州市北东部，在胶东焦家断裂金成矿带上。通过对工程背景、区域水文地质特征及矿区水文地质特征综合分析，认为纱岭金矿区含水层主要为第四系孔隙水含水层、基岩风化带裂隙水含水层、上盘（极）弱富水含水层、下盘弱富水含水层，隔水层主要由焦家断裂中部的断层泥及两侧的碎裂岩组成。对比了工勘孔预测竖井涌水量与竖井掘进建设中实际涌水量，分析了实际涌水量偏大的影响因素，为掌握焦家断裂深部的水文地质特征提供了参考。

关键词：焦家断裂；涌水量；含水性；水文地质特征；纱岭金矿区；胶东

中图分类号：TD15P618.58P641.1文献标志码：A开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

文章编号：1001-1277（2023）05-0078-04doi：10.11792/hj20230517

纱岭金矿区位于著名的胶东焦家断裂金成矿带上，该成矿带上分布着众多的金矿床，如焦家金矿床、新城金矿床、寺庄金矿床等［1-2］。这些金矿床的开采深度普遍在700～800 m，焦家断裂浅部的水文地质情况随着矿山的开发逐渐被掌握，但焦家断裂深部的水文地质情况目前尚不清楚［3］。纱岭金矿区矿体赋存于焦家断裂深部，矿体主体赋存于-960～-1 460 m标高［4］。通过对纱岭金矿区的建设开发，为了解焦家断裂深部的水文地质特征提供了一扇窗口，为全面掌握焦家断裂的水文地质情况提供了便利条件，也为同类矿床提供参考。

1工程背景

纱岭金矿区位于山东省萊州市北东部，距离莱州市区直线距离约27 km。区域濒临渤海，属暖温带季风区大陆性气候，昼夜温差较小，四季分明。莱州市气象站47年（1959—2006年）的气象资料显示，区域平均气温12.5 ℃，最高气温38.9 ℃，最低气温-17 ℃。年平均降水量595.77 mm，年最大降水量1 204.8 mm，年最小降水量313.8 mm。年最大蒸发量2 379 mm，年最小蒸发量1 779.2 mm。区域内有朱桥河和滚龙河2条季节性河流，分别从矿区南西部和中部通过，在矿区西侧合二为一。区域内没有大的淡水体，矿区北西端直线距离渤海海岸的最近点约5.3 km。

纱岭金矿区4条竖井的井深均超1 300 m，其中主井深度最大，为1 551.8 m。4条竖井于2018年开展工勘工作，对竖井施工区域的水文地质和工程地质情况进行了勘查，目前4条竖井中主井、进风井、回风井建设工程已竣工，副井还在施工中（见图1）。

2区域水文地质特征

区域内主要有两大类含水岩组：第四系松散岩类含水岩组和以花岗岩、变辉长岩为主的岩浆岩、变质岩等基岩含水岩组。区域内的第四系主要分布在浅层，多由坡洪积、冲洪积、冲积和部分海积形成，透水性、富水性中等或较好。岩浆岩只有少部分出露地表，大部分被第四系所覆盖，其透水性、富水性较弱。区域地下水的径流、排泄条件较差，地下水流向与地表水基本一致，由南向北径流，最后注入渤海［3］。区域地形东高西低、南高北低，整体向西北倾斜。通常地下水流向与地形大致一致，东部地下水补给西部地下水。这与实际观测结果一致。进风井位于纱岭金矿区东部，处于地下水的上游，主井位于西部，处于地下水的下游，距离较近。但是，在实际注浆过程中2条竖井注浆并没有相互影响，说明地下水的流动性不强，裂隙连通性不好。

焦家断裂是区域内主要的断裂蚀变带，属于压扭性断裂，规模较大，影响范围较广，分布在区域中东部的马塘—焦家一带，出露长20 km，宽140～500 m，工程控制最大斜深4 040 m，最大垂深2 012 m，总体走向20°，倾向北西，倾角22°～40°。焦家断裂不仅控制着矿体的分布与埋深，同时也控制着周边地下水的富集、运移及水力特性。焦家断裂的主裂面以灰黑色断层泥为标志，断层泥粒度极细，导水性和富水性很差，是良好的隔水带，厚度0.01～33.74 m，分布连续，倾向延伸大于1 800 m，有效阻断了上下盘含水层的水力联系。隔水带两侧受构造影响，岩石破碎，裂隙发育，是地下水赋存和运移的有利场所，是较好的富水部位。

揭露焦家断裂主裂面后，含水层的水压变大，尤其是焦家断裂主裂面下部含水层，水压较大，具有一定的承压性质。这也证明焦家主裂面的隔水性和完整性非常好，将上下盘分成了2个基本无水力联系的层位［5-8］。上部含水层岩体的裂隙中钙质、铁质沉积物较多，使得各裂隙之间水力联系不大。而焦家断裂主裂面之间为下部含水层，岩石的节理和裂隙中无后期钙质和铁质沉淀，水力联系更好。因此，揭露后的水量更大，而且下层裂隙水具有一定的承压性质。

3矿区水文地质特征

3.1岩层含水性

3.1.1含水层

纱岭金矿区位于焦家断裂西侧，根据竖井工勘相关资料，综合考虑各岩层的储水方式、地下水水力特征、富水性、所处位置，以及对矿床开采的影响等因素，将含水层划分为4类：第四系孔隙水含水层、基岩风化带裂隙水含水层、上盘（极）弱富水含水层、下盘弱富水含水层（见图2）。其与同在焦家断裂上的朱郭李家金矿区水文地质情况一致［5］。

1）第四系孔隙水含水层主要由含砾中粗砂、含砾亚黏土、砂砾等组成，岩性变化较大，主要由冲洪积作用形成。透水性很好，渗透系数5～40 m/d，是下伏基岩风化带裂隙含水层接受大气降水补给的通道。

2）基岩风化带裂隙水含水层位于第四系孔隙水含水层之下，分布在整个矿床范围内，岩性主要由变辉长岩组成。岩石以裂隙方式储水，富水性中等。由于风化层厚度差异较大，裂隙的张开程度及被充填程度不同，导致横向富水性并不均一，随着深度增加，富水性由中等至弱。该层地下水接受大气降水的补给。

3）上盘（极）弱富水含水层位于焦家断裂上盘，岩性为变辉长岩、绢英岩化花岗岩、钾长石化花岗岩等。岩层含弱构造裂隙水，透水性、富水性随裂隙发育程度有较大变化，富水性不均匀是该含水层的显著特点。岩层的地质年代久远，经历了多期次构造变动，裂隙比较发育，但多为扭性、压扭性裂隙，裂隙闭合，连通性较差。因此，该含水层的总体透水性、富水性较弱，渗透系数为0.000 343 m/d。

4）下盘弱富水含水层位于焦家断裂下盘，由黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩、黄铁绢英岩化碎裂岩、绢英岩化花岗岩等组成。距主裂面较近的岩石，构造裂隙发育。该含水层渗透系数0.002 45 m/d，大于上盘（极）弱富水含水层，属弱富水含水带。

3.1.2隔水层

隔水层位于焦家断裂中部，呈北北东向条带状分布。岩性由断层泥及两侧的碎裂岩组成，主要标志层是黑色、深灰色断层泥，厚度不均匀，目前控制厚度1～56 cm。根据掌握的资料，焦家断裂主裂面整体产状稳定，局部弯曲较大，分布连续，具有良好的隔水性（见图3）。隔水层走向12°，倾向北西，倾角25°～45°，延伸大于1 400 m。隔水层之上为上盘（极）弱富水含水层，之下为下盘弱富水含水层，隔水层隔断了上下盘之间的水力联系，使其成为各自独立的含水层。

3.2工勘孔预测竖井涌水量

工勘孔涌水量估算方法：利用工勘孔抽水试验所得的渗透系数，代入管井公式直接估算竖井的涌水量（Q），按裸壁和护壁2种情况进行公式选择及预测。

1）裸壁采用式（1）计算潜水完整井稳定流涌水量：

Q=πk（2H-s）slnRrω（1）

R=2sHk（2）

式中：Q为预测矿坑涌水量（m3/d）；s为水位降深（m），静止水位到预测坑底的铅垂距离，主井s=1 578.6 m、副井s=1 613.824 m、进风井s=1 336.7 m、回風井s=1 322.0 m；k为渗透系数（m/d），上、下盘含水层采用全孔抽水试验得到k的加权平均值，主井为0.000 543 775 m/d、副井为0.001 476 m/d、进风井为0.000 843 691 m/d、回风井为0.000 258 719 m/d；H为潜水水头高度（m），下盘弱富水含水层中静止水位到预测主井井底的最大高度，主井为1 578.6 m、副井为1 613.824 m、进风井为1 336.7 m、回风井为1 322.0 m；R为影响半径（m），主井R=2 925.15 m、副井R=4 981.47 m、进风井R=2 839.047 m、回风井R=1 563.87 m；rω为竖井半径（m），主井rω=3.65 m、副井rω=3.25 m、进风井rω=3.25 m、回风井rω=3.75 m。

2）护壁采用式（3）计算稳定流承压浅井涌水量（井底进水，井壁不进水）：

Q=2πkrωs（3）

主井预测裸壁涌水量636.36 m3/d，护壁涌水量19.68 m3/d；副井预测裸壁涌水量1 645.67 m3/d，护壁涌水量48.62 m3/d；进风井预测裸壁涌水量699.93 m3/d，护壁涌水量23.03 m3/d；回风井预测裸壁涌水量238.93 m3/d，护壁涌水量8.12 m3/d。

3.3竖井掘进建设中实际涌水量

纱岭金矿区竖井在实际建设和掘进过程中，发现主要有3层富水层，分别为第四系孔隙水含水层、上盘（极）弱富水含水层（纱岭金矿区竖井主要出水位置位于-800～-900 m标高）和下盘弱富水含水层（-1 200 m标高以下），而且涌水量大大超过了工勘预估的水量。

纱岭金矿区竖井施工过程中发现4条竖井在上盘（极）弱富水含水层的岩性为变辉长岩，成岩期为新太古代早期，年代久远，岩石节理和裂隙普遍被钙质沉淀封堵，因此整体导水性较差。但是，在-800～-900 m标高普遍存在2～3个富水层，富水层的岩石破碎，富水层之上为一套倾向10°左右，倾角约60°的断裂，断裂中间为厚2～3 m的断层泥，断层泥为灰白色，粒度极细，导水性和富水性都很差，具有良好的隔水性。断层泥下为破碎带，岩层裂隙和节理发育，岩石破碎，是地下水赋存和运移的有利场所，是较好的富水部位，厚度30～40 m。再往下随着岩性完整性变好，含水量随之减少。

下盘弱富水含水层在焦家断裂主裂面之下有一层具有承压性质的富水层，该层地下水位于焦家断裂主裂面下的破碎带内，由于有主裂面的断层泥作为隔水层，隔绝了上、下盘含水层之间的水力联系，使下盘弱富水含水层与上盘（极）弱富水含水层的水力性质不同，下盘弱富水含水层相比于上盘（极）弱富水含水层的水压要大，涌水量也更大。这也说明下盘弱富水含水层的这套花岗岩破碎带连通性要好于上盘（极）弱富水含水层的变辉长岩。

目前，4条竖井护壁后的涌水量为720～1 440 m3/d，远大于工勘孔预估涌水量。综合分析，认为原因有2个：其一，纱岭金矿区竖井建设区域的含水层赋存水均为裂隙水，且都赋存于高角度断裂形成的破碎带中，造成富水性不均匀。工勘孔在深部的直径仅为98 mm，而4条竖井直径最小的为6.5 m。竖井施工中遇到的富水破碎带，工勘孔不一定能穿过，因此掘进施工中的涌水量要大于工勘孔预估涌水量；其二，工勘孔的施工过程为钻进，对周边围岩的破坏不大。而竖井掘进过程中需要爆破，爆破造成周边围岩破坏，裂隙和断裂由压紧状态变为张开，从而使岩层的渗透率增加。

4结语

纱岭金矿区主要为构造控水，因此该区域在以后的工勘过程中，除了渗透系数等特征，重点控制区域内的构造，尤其是北东向断裂，其为与焦家断裂主裂面平行展布的次级断裂。在工勘孔施工过程中，下部破碎带被其上紧邻的细粒断层泥封死，造成出水减少的现象。由于纱岭金矿区为裂隙出水，且裂隙多为高角度断裂，如果工勘孔未能穿越该导水裂隙，则不能揭露含水层，也导致预测的涌水量偏小。［参 考 文 献］

［1］王兴刚，孙涛，向胤合，等.胶西北大尹格庄金矿床与夏甸金矿床差异性研究［J］.黄金，2023，44（2）：67-72.

［2］牛兴国，许志河，孙丰月，等.胶东招平断裂南段山后金矿区深部地球物理特征及找矿效果［J］.黄金，2022，43（6）：12-16.

［3］孫瑞刚，解英芳，杨志杰.焦家断裂带深部水文地质特征探讨［J］.科技传播，2010（13）：32-33.

［4］王静波，蔡兴健，杨建明，等.超深竖井高压裂隙涌水注浆堵水技术及其风险管理［J］.黄金，2022，43（10）：47-53.

［5］刘乐军.焦家断裂带上朱郭李家矿区地质环境现状与趋势分析［J］.山东国土资源，2014，30（9）：53-57.

［6］缪宇，宋文婷，江凌云，等.滇西马厂箐金多金属矿区水文及工程地质评价［J］.黄金，2019，40（8）：18-23.

［7］赵亮，胡庆全.辽宁省凌源市柏杖子金矿床开采技术条件评价［J］.黄金，2019，40（4）：19-23.

［8］闫永生，李向文，李师白，等.吉林省复兴村金矿区水文地质特征及涌水量预测［J］.黄金，2015，36（11）：23-27.

Hydrogeological characteristics of Shaling Gold District in JiaodongWang Pengming，Yuan Yongzhong，Li Minghui，Yang Yi

（Laizhou Huijin Mining Investment Co.，Ltd.）

Abstract：Shaling Gold District is located in the northeast of Laizhou City，Shandong Province，and is on the Jiaodong Jiaojia Fault gold metallogenic belt.Based on the comprehensive analysis of engineering background，regional hydrogeological characteristics，and district hydrogeological characteristics，the study takes that the water-bearing strata mainly include Quaternary fissure water water-bearing strata，matrix weathering zone fissure water water-bearing strata，hanging wall（extremely） weakly water-rich water-bearing strata，footwall weakly water-rich water-bearing strata，and the water-resisting strata mainly consist of the fault mud and the cataclasite on both sides in Jiaojia Fault.The study compared the water inrush amount in vertical shafts predicted by engineering exploration drill and the actual water inrush during the construction of vertical shaft excavation and analyzed the influence factors leading to more water consumption in actual situations，providing references to master the hydrogeological characteristics deep in Jiaojia Fault.

Keywords：Jiaojia Fault;water inrush;aquosity;hydrogeological characteristics;Shaling Gold District;Jiaodong