内蒙古苏尼特右旗别鲁乌铜矿外围矿区岩金矿水文地质特征浅析

张盼 孙磊 郭趋靖

（华北地质勘查局五一九大队，河北保定 071051）

0 概述

别鲁乌铜矿外围矿区岩金矿是内蒙古自治区最新发现的一中型规模金矿床，位于苏尼特右旗政府所在地赛罕塔拉镇东南约70km 处，距集宁—二连浩特铁路线朱日和车站东南约15km，地处乌力吉—锡林浩特元古代、华力西期、燕山期铜、铁、铬、金、萤石三级成矿带（Ⅲ7）中部，其矿床水文地质特征在区域上极具代表性。

别鲁乌铜矿外围矿区岩金矿产于石炭系上统本巴图组变质砂岩地层中，受区域上近东西向大断裂F16与F19之间的挤压构造破碎带控制，矿体主要呈脉状、透镜状，具有膨胀狭缩、尖灭再现的特点，晚古生代末期到中生代初期构造岩浆活动使本巴图组地层中的金被活化萃取、迁移、沉淀，形成富含金的成矿热液，断裂构造带为含金热液的流动与迁移提供了通道。金矿床成因类型为构造蚀变岩型。本文对别鲁乌铜矿外围矿区岩金矿水文地质特征作初步浅析。

1 区域水文地质概况

区域上属内蒙古高原南缘，总体地势南高北低，海拔一般为1017～1480m，相对高差400 余米。区域地貌类型主要包括丘陵、山前坡洪积倾斜平原和山间波状高平原，山脉总体呈北东向展布，山脉之间为波状高平原。

区域水系不发育，河流均为内陆河，干旱季节，多数无水。其中矿区西部的朱日和河为朝勒卜尔山间洼地里的一条较小河流，全长25km，平均坡降6‰，平时干涸，仅在雨季大雨、暴雨时，形成洪水，洪水注入哈尔诺尔湖积平原的洼地。

矿区地下水系统属于蒙北高原地下水系统区（D），阴山北部高平原一级地下水系统区（D01），达来诺尔二级地下水系统（D01B）［1］。

该地下水系统位于区域东部高平原区，根据含水介质可将本系统地下水含水层分为第四系松散岩类孔隙水；新近系、古近系碎屑岩类裂隙孔隙水；石炭系、二叠系与侏罗系等变质岩、火山（碎屑）岩，以及燕山期、华力西期各种侵入岩类基岩裂隙水；新近系松散-半胶结的棕红色砂质泥岩及砖红色泥岩类隔水层。

区域地下水的补给来源主要是大气降水，径流受地形地貌控制，大体上由西南向北东方向径流。本区属半干旱区，蒸发强度较大，年最大蒸发量为3324.8mm

因此，蒸发排泄是区域地下水的主要排泄方式之一。此外，地下水以径流的方式排泄于区外，人畜的饮用及工农业用水也是地下水的排泄方式之一［2］。

2 矿区水文地质条件

矿区属于东部高平原三级地下水系统（D01B01），矿区处于该系统的基岩裂隙潜水区的补给区。矿区为低山丘陵地貌，地形标高为1204～1344m，相对高差140m。最低侵蚀基准面为矿区北部德德查干哈达近南北向冲沟与其上一级莫若格其郭勒近东西向水系交汇处，海拔1110m。区内地势较平坦、山势低缓，因切割微弱，在山间发育开阔的“U”型沟谷。沟谷两侧大部分基岩裸露，出露岩层主要为古生界变质砂岩（砾岩）组、片岩组及华力西晚期及燕山早期的闪长岩组和花岗斑岩组。在矿区东部的石炭系上统地层中发育有近东西向的构造挤压破碎带，构造带地表出露宽度30～300m，断续出露长度约7km（矿区F16与F19断裂之间）。

2.1 含水层的富水性

根据含水层的富水性、含水介质、含水空间的不同，将矿区划分为以下含（隔）水层，分别介绍其富水性：

（1）第四系孔隙含水层

主要分布于沟谷中，含水层岩性主要是第四系坡洪积砂、砾石等组成，第四系厚度一般为0.2～12.0m，地下水埋深为2.5～10.0m。根据民井调查资料，该含水层含水量极少，属于透水不含水层，对矿床开采没有影响［3］。

（2）基岩裂隙含水层

在区内广泛分布，主要由古生界变质砂岩、片岩、千枚岩和各类中酸性岩浆岩体（脉）等组成的基岩风化裂隙含水层和基岩构造裂隙含水层。根据钻孔岩芯编录，风化带发育深度一般在20～80m 不等，局部受构造影响深度达200m 以上，地表线裂隙率为0.013～0.080%，平均线裂隙率为0.038%，ⅡEZK96-3钻孔打穿此基岩裂隙含水层，并进行了抽水试验，其涌水量为0.11L/s，渗透系数0.0039m/d，单位涌水量0.0030L/s·m。地下水化学类型为SO4·HCO3—Na 型水，矿化度为0.82g/L。

（3）构造破碎带含水层

在矿区东部的石炭系上统地层中发育有近东西向的构造挤压破碎带，位于区域性断裂F16与F19之间，构造带地表出露宽度30～300m，断续出露长度约7km。带内岩石挤压变形强烈，挤压片理、糜棱岩化发育，以变形矿物石英压扁拉长定向排列为代表，形成石英质的绢云千枚岩。该构造破碎带富水、导水，是矿床充水主要因素之一。据SHZK-3钻孔岩芯分析，该已打穿此构造挤压破碎带含水层，并且已打到含水层的含水底板位置，具备抽水试验条件，进行了相应的抽水试验，其涌水量为0.43L/s，渗透系数0.041m/d，单位涌水量0.021L/s·m，地下水化学类型为SO4·HCO3—Na型水，矿化度为0.88g/L。

（4）隔水层

主要是下部完整基岩隔水层，广泛分布于矿区，由古生界变质岩屑砂岩、绢云千枚岩、含碳质变质粉砂岩、各类岩浆岩等组成。深部风化作用较弱，岩石完整，裂隙不发育或构造裂隙多被后期方解石细脉充填，不利于地下水的活动，隔水性能强［4］。根据本次在南部岩浆岩地段的ZK156-2 水文孔资料，地下水位埋深32.07m，单位涌水量0.00072L/s·m，渗透系数0.0008m/d，水化学类型为HCO3—Na·Mg 型水，矿化度1.57g/L。根据《矿区水文地质工程地质勘探规范（GB12719-1991）》，该地段的完整基岩单位涌水量＜0.001 L/s.m，基本可视为隔水层，可视为矿床隔水边界［5］。

2.2 地下水动态及其补给、径流与排泄

（1）地下水动态

对水文孔进行了长期动态观测，观测资料显示，地下水位埋深主要受降雨影响，雨季6、7、8月份地下水位上升，变幅不大，之后水位逐渐下降，以此循环波动。大气降水与地下水之间有密切的联系，在大气降雨量出现峰值时，地下水位并未达到最大值，中间有一个滞后期，因此地下水的流量及水位与降雨量关系密切［6］。

（2）地下水补给、径流和排泄条件

本区大气降水是地下水主要补给来源。大气降水除大部分蒸发外部分补给地下水和形成地表径流。流向顺地形由高向低，水力坡度与地形坡度相近（见图1），河谷阶地地下水径流条件较好。

第四系孔隙水，接受大气降水的垂向补给和基岩裂隙水的侧向补给，地下水主要以潜流方式总体上由东向西排泄出矿区，部分消耗于大气蒸发和少量人工取水。

基岩裂隙水，主要接受大气降水补给，由于岩石裸露及风化裂隙发育，裂隙水直接接受大气降水的补给，径流方向受地形控制明显，由基岩出露区向乌兰敖包浑迪和那清音浑迪径流，主要以潜流形式排泄补给沟谷洼地中的第四系孔隙水。

构造破碎带水，主要接受大气降水和基岩裂隙水的侧向径流补给，总体径流方向由东向西径流，排泄方式沿构造带向地势低的方向排泄。

2.3 充水因素

矿床充水水源为大气降水、基岩裂隙水和构造破碎带水。矿区未来的开采形式为巷道开采，矿床主要充水通道为裂隙和构造破碎带，采矿冒落带主要集中在风化带和构造破碎带发育的围岩段。

3 矿坑涌水量预测

3.1 矿坑充水因素

未来矿山拟采用地下硐采，竖井与平巷联合开拓的方式进行生产，矿坑充水来源以大气降水为主，其次为基岩本身的裂隙水，而第四系、上更新统残坡积层分布很少，且基本不含水，可不考虑。

3.2 计算方法及公式的选择

根据矿区水文地质特征和充水因素分析，选择地下水动力学法中“集水廊道法”对先期开采阶段坑道涌水量进行计算，其公式为Q=BK[(2H-M)M-h02]/2R。式中：Q：矿坑涌水量（m3/d）；B 为巷道长度（m）；K 为渗透系数（m/d）；H 为降深（m）；M 为含水层厚度（m）；h0为含水层底板至动水位高度（m）；R 为影响半径（m）。

3.3 计算参数的确定

（1）巷道长度B，先期开采阶段为一矩形截面，沿脉长620m，穿脉长300m，巷道总长920m。

（2）渗透系数K，SHZK-3 水文孔位于先期开采阶段内，其抽水试验成果资料具有代表性，将抽水试验获得的渗透系数作为本次计算参数，数值为0.041 m/d。

（3）降深H，未来矿床开采将疏干整个含水层，因此降深同含水层厚度。

（4）含水层厚度M，根据先期开采范围内钻孔含水层厚度平均值确定，数值为48.69m。

（5）含水层底板至动水位高度h0，未来疏干排水至矿层底板，h0为0。

（6）影响半径R，水文孔抽水试验计算的影响半径，取最大值为65.37m。

3.4 计算结果及评述

将有关计算参数带入涌水量计算公式进行计算，正常涌水量计算数值为683.98m3/d。根据收集到的该区多年降水资料分析计算得出该区多年平均降雨量为183.01mm、多年最大降雨量为342.00mm，平均值与最大值的比值1∶1.87，根据此数据确定最大涌水量为正常涌水量的1.87 倍，即最大涌水量预测为1279.04m3/d。而相邻的西南6km 处的别鲁乌图铜矿区矿坑“集水廊道法”预测正常涌水量816m3/d［7］，二者正常涌水量相近，说明本次采用“集水廊道法”对先期开采阶段坑道涌水量进行计算是适宜的，其参数确定基本是合理的。

4 矿区水源评价

矿区地处牧区，附近无污染源，区内水资源匮乏，地表无水体，地下水经水质化验分析表明：矿区及周边范围内地下水水质较差（见表1），大部分均超过饮用水卫生标准，不经处理不宜饮用，但水量极小，不作为今后矿山开采生产生活用水，可从距矿区19.5km的朱日和镇水站调用。

表1 矿区地下水源单项指标取值及评价结果表

5 结论

(1)矿区内主要含水层为基岩裂隙含水层和构造破碎带含水层，弱富水性；主要隔水层为完整基岩隔水层。大气降水是矿区地下水的主要补给来源。大气降水、基岩裂隙水和构造破碎带水是矿床充水的主要因素。充水通道为裂隙和构造破碎带。

(2)综合矿区所处的自然地理条件，地形地貌特征，地层岩性，地质构造，岩石的含水类型，含水部位特征，岩石的富水性、透水性、含水层之间的水力联系，地表水体发育情况及地下水的径排条件和地下水化学特征等因素，本区水文地质条件可归属为第二类第一型，即裂隙充水矿床，水文地质条件简单。

(3)建立健全地下水长期动态观测网，监测地下水位动态及矿坑涌水量的变化情况，在矿井建设及生产中应根据实际观测的涌水量，及时对矿区涌水量进行修正，指导生产。秉承“探采结合”的思想，做到先探水，后生产，以防止突水、透水等事故的发生。