三道庄钼矿水文地质、工程地质与环境地质条件调查研究

时间：2024-07-28

黄超，王薇

（1.洛阳钼业集团股份有限公司矿山公司，河南栾川454033）（2.洛阳钼业集团股份有限公司矿业投资部，河南栾川454033）

0 前言

为适应洛钼集团三道庄钼矿区域经济的可持续性发展需要，对其进行区域水文地质、工程地质、环境地质调查。调查工作按中华人民共和国地质矿产行业标准《铜、铅、锌、银、钼地质勘查规范》（DZ/T0214－2002）普查阶段和中华人民共和国国家标准《矿区水文地质工程地质勘探规范》（GB12719－1991）相关要求进行。

采用手持式GPS卫星定位仪对水文地质和工程地质点进行定位，定位误差不大于10 m；地表水和地下水流量采用钢制薄壁三角堰进行观测，流速采用浮标法进行观测。基本查明了区内水文地质条件和矿床水文地质条件。岩石试样采用封口胶带进行密封，岩石物理力学试验委托湖北省地质局实验室进行测试。通过调查核实了图幅内工程地质岩组的分布、岩性和物理力学指标，并按岩组和构造部位调查统计节理裂隙发育特点，基本查明区域工程地质、环境地质条件和矿床工程地质、环境地质条件。为三道庄钼矿区的整体工程建设布置及矿床开采方法确定提供参考依据。

1 矿区自然地理地质概况

1.1 矿区自然地理概况

三道庄钼矿田处于伏牛山与熊耳山之间，位于黄河与长江两水系的地表分水岭地带。区内基岩裸露，水流深切；研究区最低高程为三道庄岭主峰1 630.79 m，区域相对高差200～500 m；地面坡度：在黄河水系区内大于45°，在长江水系内小于30°；沟谷发育，呈“V”字型，呈现岭谷相间的地貌景观，属侵蚀构造中山地形。区内地形有利于地表迳流的自然排泄。年平均气温12.2℃，年平均降水量809.3 mm，降水多集中在7～9月内，占年降水总量的60％左右，年降水日数92～114 d。区内四季分明，属山地型大陆性气候。

1.2 矿区地质概况

1.2.1 地层

矿田内出露地层主要为中元古界官道口群和新元古界上栾川群（见表1），矿田内的地层均为整合接触。

表1 三道庄钼矿区地层划分系统表

1.2.2 构造

矿区位于秦岭纬向构造带的南亚带，受淮阳山字型构造干扰影响，向南拖移呈弧形转折的部位。区内地层、构造、变质带及岩浆岩均呈北西西－北西向分布。本区自晚元古代以来，经历了多次地壳运动，不同方向、不同性质、不同时期的构造形迹广泛发育。

矿田位于三川－栾川陷褶断带构造线方向由北西西转向北西的弧形转折处和新华夏系构造的复合部位。受青和堂－庄科背斜的北西倾伏端次级构造；南庄口－三道庄岭箱状背斜所控制。矿田北部马圈以断裂为主，褶皱紧密多呈线状，中部以褶皱为主，较开阔，南部断裂亦发育，其方向主要呈北西西－北西向展布，次为北北东向。由于矿田断裂发育，控制地下水的径流和排泄。

2 水文地质

2.1 区域含水层和隔水层

2.1.1 含水层

区域含水层主要有以下几个，简述如下：

（1）第四纪松散岩石与基岩风化岩石孔隙－裂隙水。第四纪松散岩石在矿田内分布不广、厚度不大。山坡上主要堆积残坡积物，厚度下，因而几乎不含水，局部有上层滞水；沟谷坡洪积物为泥砂含砾石夹亚砂土，厚5～10 m，为主要含水地段。有部分泉出露，且沿主沟谷呈条带状分布，水动态直接受降水的控制。

（2）石英岩及长英角岩裂隙水。南泥湖组下段的石英岩及长英角岩是矿区内的主要含水岩石。裸露于地表分水岭的脊部，岩石裂隙发育，直接受降水渗入补给，钻孔揭露局部岩石破碎。岩石透水性差，无明显的含水部位，主要是微裂隙含水；岩层含水量主要受断裂构造的控制，且含水极不均一，含水量不大。水的动态曲线反映出水位、自流水量在降雨滞后1月后出现高峰值。

（3）大理岩及夕卡岩裂隙水。零星出露，呈似条带状分布，岩溶以溶隙为主，发育极不均一，个别部位偶见溶孔，几乎无溶洞发育。

2.1.2 隔水层

区域隔水层主要为岩浆岩隔水层，简述如下：

（1）辉长岩隔水层。分布于矿区的东北部，呈北西西向条带状展布，岩石致密坚硬，裂隙极不发育，钻孔单位涌水量小于0.001 L/s·m。

（2）变细晶正长岩隔水层。分布于矿区中北部，呈北西西向条带状展布，岩石致密坚硬，裂隙极不发育，透水性差，为良好的隔水层。

2.2 区域地下水补给、径流和排泄

降水是地下水唯一的补给水源。降水沿裸露岩石裂隙直接渗入补给，由于降水的集中，地形、植被有利于地表径流的自然排泄，加上岩石裂隙发育与分布的局限性和多被充填等，降水对地下水的补给极为有限，其量甚微。沿断裂构造带呈似条带分布，具网络状的分布特征。裂隙水在天然条件下，沿断裂构造裂隙带由北向南运移，抵于辉长岩带，由于受阻，则沿辉长岩北部接触带裂隙，转向西南运移，流出矿区，进行排泄。

在天然条件下，含水断裂构造裂隙既是地下水贮存的场所，又是运移的通道。因此，矿区内基岩地下水呈孤立的细脉状分布，无统一的地下水面存在。孔隙裂隙潜水和基岩裂隙水间无水力联系，但在人为条件下，基岩裂隙水补给孔隙裂隙潜水。综上所述：本矿区水文地质勘探类型为第二类，即以裂隙含水层充水为主的矿床。矿区地下水对未来矿山开采充水无大的影响。

2.3 矿田水文地质分区

矿区位于长江和黄河两大水系的分水岭处，即该分水岭在矿区内沿三道庄岭和玉皇岭一线分布，走向近南北向。据此将矿区划分为两个水文地质区。（1）西区：面积较小，属长江水系。地下水主要为裂隙水，主要接受大气降水补给。含水量不大，无统一的区域性地下水面存在。隔水岩层主要为花岗斑岩脉，零星分布于西部。（2）东区：占矿区面积约2/3，属黄河水系。地下水主要为角岩裂隙水、大理岩、夕卡岩裂隙水，隔水层主要为变细晶正长岩脉和辉长岩脉。第四系沿沟底呈树枝状分布。主要接受大气降水渗入补给。大理岩及夕卡岩岩溶不发育，见有溶隙，偶见溶孔，发育极不均一。岩石透水性差，含水不均一，含水量不大。隔水岩层分布在该区北部，裂隙不发育，隔水性良好。

3 工程地质

3.1 岩性对工程地质条件的影响

岩石力学试验结果（表2），除大理岩轴向抗压强度为846 MPa，属中等强度外，其他皆在1 120～2 240 kg/cm2之间，属高强度岩石。矿区范围内，出露地层主要是三川组、南泥湖组的一套碎屑岩、碳酸盐岩、火山喷发岩的变质岩系与第四系。其中变细晶正长岩呈脉状产出，第四系地层零星分布，二者对区内工程地质条件影响甚小。矿体及围岩为角岩、夕卡岩及大理岩，整体块状构造，岩石致密坚硬，力学强度高，工程地质条件较好。

3.2 构造对工程地质的影响

矿区内主构造线方向为北西西向，另一组为北北东向。北西西向的构造主要有：三道庄岭箱状背斜、王家东沟向斜和F1断层。北北东向构造主要有：王家东沟－下南沟断裂（北端），太保山－老母庙断裂（北端）。两组构造及其组合对矿区工程地质条件的影响起主导作用。

（1）受王家东沟－下南沟断裂影响，使第四系下伏地层形成较宽的挤压破碎带，断裂带成群出现，平行排列。据钻孔资料，上部地层多处遇断裂破碎带，所取岩心多为碎块状、豆粒状、砂状，部分为岩屑或岩粉，一般采取率为60％左右。

（2）南－三背斜北翼，地层遭受长期构造变动，产生复向斜和冲断层，使地层发生倒转和不协调褶皱，产状变化大，岩层裂隙发育，工程地质条件较复杂。

表2 三道庄钼钨矿区岩石力学试验成果表

3.3 采空区对工程地质的影响

由于长期的无序开采，在矿区内存在着较多的采空区，杂乱无序，大小不一，形状极不规则，跨度较大，尤其在富矿段，采场内矿柱稀少。这些采空区的存在，产生了强烈的地压活动，使原本强度较高的岩体，造成了稳固程度降低，产生地裂缝、地表塌陷及滑坡等现象，因此，采空区对岩体稳定影响较大。矿区井下开采方法为全面采矿法，在开采初期，由于矿岩力学强度高，其整体稳固性可定为稳固的。但是经过多年的开采，采空区规模较大而且密集，结构复杂，其整体的稳固程度已大大降低，尤其是在采空区密集处和富矿处，矿柱较少，整体的稳固性较差。矿山采用安全厚度来管理采空区，控制其地压活动。即采空区顶板厚度达到30 m为安全厚度。

3.4 边坡稳定性

根据调查得知，在矿田界线的西北部，地形较高，坡度较大，构造密集，岩石破碎，边坡不稳定，露天开采时应加注意。在工程地质条件复杂或者结构面组合交线与边坡倾向一致，结构面组合交线倾角大于稳定边坡的临界倾角，边坡不稳定部位，可根据施工技术条件和边坡维持时间长短，适当减少阶高和坡角。采空区塌陷能引发边坡失稳，在露天开采时应加以注意。

4 环境地质

4.1 地表水及地下水可能的污染

近年来随着采矿业的发展，矿区内人员不断增多。生活垃圾随手抛于沟谷内，这样会造成细菌和大肠杆菌的增多，将直接影响地表水和地下水的水源。

据调查、区域内现有选矿企业9家，其每天区域内产生废水约85 800 t，日排放废水约8 580 t（主要是大气蒸发、地下裂隙渗漏）。虽然废水中含有煤油、二号油和巯基乙酸钠等，但由于该区域内的主要水源为地表水，水量随大气降水程度变化较大，属于缺水区，生产用水和生活用水需要从数千米外供应。选厂所排出的废水经处理后，95％以上返回选厂重新利用，因此，生产废水不会给环境造成大的污染。

4.2 废石

采矿时的废弃石（矿）碴，其数量以万吨计，随着露采坑的增大，数量会越来越多，这样就为当地的环境地质埋下了隐患。裸露于地表的废弃石（矿）碴，经风吹雨淋，有的元素极易分解析出，溶于水中，可能造成地表水及地下水中某些元素含量超标，使水质受到污染。河谷上游的尾矿坝和矿碴堆放为自然堆放，加之地形较陡，其稳固性没有保障，一旦遇到暴雨或特大暴雨，有形成人为泥石流的可能。

4.3 地裂缝、地表塌陷及滑坡

由于多年的无序开采，在矿区内留下了大量的采空区，上下重叠，杂乱无序，形态十分复杂。经过多年来受地压作用的影响，采空区顶盘多产生断裂、冒落和塌陷现象。随着采矿活动的加强，近年来曾发生过地裂缝、地表塌陷及滑坡，其主要原因是采空区冒落和塌陷造成的，严重地影响了人员、生产、设备的安全。因此地裂缝、塌陷及滑坡是三道庄矿区主要的矿山地质环境灾害。

4.4 放射性污染

对矿区部分钻孔的部分岩矿心进行了伽马（γ）强度检查。检查结果，矿区内岩矿心伽马（γ）强度一般在2γ以下，花岗斑岩中稍高，但没有超过2.5γ，不会给人畜造成大的伤害。在花岗斑岩型矿石的选矿试验中，发现硫精矿内含有微量的放射性铀0.006 3％，二氧化钍0.031 5％。据分析原矿中含铀0.002 5％，二氧化钍0.007 2％。所以提请矿山做该类型矿石的硫精矿伽马（γ）值测量。如果其伽马（γ）值超标，要采取相应的防护措施，以保证生产人员的人身安全。

4.5 粉尘－游离SiO2对人体的影响

游离SiO2粉尘对人身的影响是肯定的。过量吸入会使人得矽肺病。本矿床的矿石类型为：长英角岩型矿石，斑状花岗岩型矿石；夕卡岩型矿石；透辉石斜长石角岩型矿石。前2种矿石类型中，石英含量＞10％，后2种矿石类型中，石英含量＜10％。这样在矿山采掘爆破，矿石的破碎、球磨，都会产生一定的游离SiO2粉尘，给生产人员造成一定的伤害。因此，提醒矿山安全部门，要对作业场地进行游离SiO2粉尘测量，并采取相应的措施，保障生产人员的身体健康。