安徽铜陵狮子山矿区地温特征及热害评价

刘志虹

（安徽省地质矿产勘查局321地质队， 安徽铜陵 244033）

0 引言

狮子山矿区位于铜陵市东南7km，是个老矿区，区内先后发现了东、西狮子山、老鸦岭、大团山、冬瓜山等铜矿床，目前在其外围千米以下亦发现有铜金矿床。本人在收集大团山、冬瓜山铜矿床勘探时的钻孔测温及岩石热物理性质测试资料的基础上，对矿区地温特征及热害问题初步予以评价。

1 狮子山矿区地质背景

狮子山矿区位于淮阳山字形构造前弧东翼中部，属扬子准地台下扬子台皱带，朱村—大通复向斜次级褶皱之青山背斜东北段南东翼。矿区地表出露地层为三叠系中、下统地层，深部钻孔揭露可见二叠系、石炭系及泥盆系地层。青山背斜呈北东向，浅部背斜形态明显，深部渐趋平缓。在-800m以下，两翼地层倾角仅10°左右。沿走向及倾向方向波状褶曲发育，背斜轴面微向南东倾。

本区三叠纪晚期上升呈陆，结束海侵。中晚侏罗纪开始受燕山运动强烈影响，使中侏罗纪以前地层发生褶皱及断裂，继而有强烈的中—酸性岩浆侵入，为本区成矿创造了有利条件。由于矿体赋存于不同层位在垂向上形成“四层楼”，矿体最大埋深达1000m余。矿体呈似层状、透镜状或弯曲鞍状。

2 矿区地温特征

矿区地温调查的任务是查清矿山地温场的形成和地温分布规律，确定矿山地温类型。为矿山设计提供综合利用地热资源及防止矿山热害的必要数据。狮子山矿区地温调查是在大团山铜矿床、冬瓜山铜矿床普查勘探的同时进行的，充分利用普查钻孔进行测温，并选择两个代表性钻孔岩心系统采取岩石热物理参数样，取得成果经综合整理，初步查明本区地温特征，获得地温梯度、热流值等重要参数。

2.1恒温带深度及温度

恒温带的温度和深度可以从钻孔中实测得到，从一个钻孔中实测需要在一年内选在1月、4月、7月和10月测定4次资料。本区是选ZK501、ZK505、ZK3323、ZK273四个钻孔测得的浅部温度资料，绘制成曲线图（图1），得到恒温带深度20m（15～25m），恒温带温度17.55℃略高于本区多年平均气温。

2.2一般地温

地壳据温度变化程度分为三带，即外热带—受太阳辐射热影响，温度一年四季都在变化；恒温带—温度一年四季基本不变；内热带—一般不再受季节影响，温度随深度增加而增加。综合区内数十个钻孔测温资料，本区地温一般变化范围为：标高-500m，温度24～27℃；标高-600m，温度 25.5～28.5℃；标高-700m，温度27.5～31.5℃；标高-800m，温度29～34℃；标高-900m，温度31～36℃；标高-1000m，温度33～38℃。地温高低与地下水循环关系密切，岩石透水性强水交替快，则温度降低。如大团山矿床靠近阴涝破碎带的ZK431，孔深670m处，地温仅25.5℃，较远离破碎带钻孔温度低2～3℃。

2.3地温梯度

大团山铜矿床（10个钻孔）平均地温梯度为1.8℃/100m；冬瓜山铜矿床（26个钻孔）平均地温梯度2.2℃/100m。狮子山矿区总平均地温梯度为2.0℃/100m，此值低于全球陆地地温梯度平均值3℃/100m。分层平均地温梯度见表1。

图1 狮子山矿区恒温带确定图Figure 1.Determination of constant temperature zone in the Shizishan mineral district

表1 分层平均地温梯度成果表Table 1.Results of stratified mean geothermal gradient

2.4岩石热导率及其他热物理参数

岩石热导率及其他热物理性质参数是通过对大团山矿床ZK3323和冬瓜山矿床ZK501岩心采样测试测得，测试项目有：热导率、比热、密度、热扩散系数，测试结果见表2。

表2 岩石热物理参数值Table 2.Thermophysical parameters of rocks

2.5热流值计算及评述

狮子山矿区热流值计算以ZK3323孔测温成果和岩石热导率的测试值为依据，采用公式：

q=-λG……………①

式中：q为热流值，单位10-6cal/cm2s；λ为岩石热导率，单位10-3cal/cms℃；G为稳态地温梯度，单位℃/100m；负号表示热流与地温梯度方向相反，即由深部指向地面。

根据ZK3323地温变化情况，将其分成上下两段：其中孔深406～643.7m为Ⅰ段、643.7～764m为Ⅱ段（图2）。

图2 ZK3323热流值计算图Figure 2.Heat flow calculation diagram of borehole ZK3323

根据测温曲线，按照步长10m分别读取400～640m、640～770m地温，采用最小二乘法分别求得Ⅰ段地温梯度为2.09℃/100m、Ⅱ段地温梯度为1.94℃/100m。

岩石热导率计算分别采用算术平均法（Ⅰ段）及加权平均法（Ⅱ段）求得：Ⅰ段热导率为7.495×10-3cal/cms℃、Ⅱ段热导率为7.7309×10-3cal/cms℃，见表3。将所得地温梯度及热导率值代入公式①得：Ⅰ段热流值为 1.57×10-6cal/cm2s、Ⅱ段热流值为1.50×10-6cal/cm2s，全段平均热流值为1.54×10-6cal/cm2s。

ZK3323孔位终孔六年的长期观测孔，静井时间长，因此测温资料可靠，热导率测试数据充足，计算用值取460m以下孔段干扰因素小。分段计算热流值相当接近，所得结果较为理想。结合全矿区钻孔测资料地温梯度相近，所揭露的地层及岩性类似，因而用ZK3323孔的地温及热导率资料所计算的热流值具有区域代表性，可作为矿区地热评价依据。

3 矿区热害评价

由于地热或深层热水等各种热源致使井下采掘工作面温度升高，影响工人身体健康，导致生产率下降，这就构成了矿山热害。为了保证井下作业工人身体健康，有效的正常生产，冶金工业部《冶金矿山安全规程》规定，采掘工作面的空气干球温度，不得超过27℃。

按上述规定，狮子山矿区-500m以上地温在规定范围之内，-500m以下地温高于上述规定，自然状态下会有热害威胁。根据煤炭工业部1990年颁发的《煤炭资源勘探地温测量若干规定》中规定：原始岩温高于31℃的地区为一级热害区；原始岩温高于37℃的地区为二级热害区，本矿区-700m～-900m存在一级热害区，-900m以下存在二级热害区。

从本区热流值分析，热流值为1.54×10-6cal/cm2s，接近全球陆地的平均热流值，因而是正常的，说明本区无热异常存在。与隔江相望的罗河铁矿对比，罗河铁矿矿区平均大地热流值为1.84×10-6cal/cm2s，高于本区，其与深断裂、放射性等致热因素有关。

4 结语

（1）狮子山矿区地温梯度平均值为2℃/100m，属正常偏低增温。虽深部地温较高，但属正常地热增温，热流值正常。深部矿体开采时应采用制冷降温、通风降温及尾砂充填等井下降温技术，防止热害发生。

（2）随着探矿、采矿技术提高，千米以下矿山越来越常见，因而对矿山地温特征的了解及热害的评价与防治愈发重要。本文总结了狮子山矿区地温特征并对热害进行了简要评价，希望对矿区周边深部矿床的建井和开采设计提供参考依据。

表3 热导率计算成果表Table 3.Results of thermal conductivity calculation