宁夏中卫市香山冶金用石英岩矿水文与工程地质条件分析

曾亚新

（中国建筑材料工业地质勘查中心宁夏总队，宁夏 银川 750021）

1 区域地质构造背景

依据《中国区域地质志·宁夏志》（2017），综合地层区：柴达木-华北地层大区（Ⅲ），阿拉善地层区（Ⅲ3），阿拉善南缘地层分区（Ⅲ31），景泰-中宁地层小区（Ⅲ31-1）。区域大地构造单元属柴达木-华北板块（Ⅲ），阿拉善微陆块（Ⅲ4）、腾格里早古生代增生楔（Ⅲ41）、卫宁北山-香山晚古生代前陆-上叠盆地（Ⅲ41-1）、香山褶断带（Ⅲ41-1-5）[3]。该区域经历了长期的构造活动，形成了一系列近东西向挤压褶皱带。构造形态复杂，褶皱、断裂较发育[4]。

2 区域水文地质概括

勘查区位于香山腹地，属基岩裂隙水，地下水属径流小的水文地质区。主要受地质构造、岩性特征、地形地貌及气候变化等多种因素综合影响和控制的水文地质条件。地质构造、地形地貌、矿床成因及不同岩性特征等主要因素，主要影响地下水的埋藏、分布、水质及水量的变化。大气降水是地下水补给的主要来源。

含水层按照水力性质、赋存条件及岩性特征，将区域含水层类型划分为松散岩类孔隙水和基岩裂隙水，含水层形成条件、规模、水质水量特征如下：

2.1 松散岩类孔隙水

该类型地下水分布于较大的“U”形沟谷内。香山地区受卫宁区域性东西向构造带的控制，发育有“U”型沟谷，基底为古生界奥陶系浅变质岩类和石炭系、二叠系碎屑岩类。其内沉积有厚度不等的砂砾石，大气降水为主要补给来源，少量沟壁基岩裂隙水渗透补给，以此形成了孔隙水，呈带状分布，受地形影响，沟谷潜水由暗流转为明流，明暗互补。由于含水介质是高含盐份的碎屑岩类和浅变质岩类的风化产物，地下水力坡度平缓，经流缓慢，地下水质受其影响，水质较差，矿化度＞2 g/L,属氯化物硫酸盐-钠型水和硫酸盐氯化物-钠钙型水。

2.2 基岩裂隙水

基岩裂隙水主要风化裂隙水，层状和带状裂隙水三种类型。

以奥陶系变质岩类、石炭系煤系地层及二叠系碎屑岩，三者所组成的向斜构造盆地，局部零星分布有泥盆系地层。盆地中部为碎屑岩类砂砾岩、砂岩、砂质泥岩、泥岩互层夹煤层组成，盆地周边为浅变质砂岩、板岩、硅质灰岩组成，碎屑岩类和浅变质岩类成岩程度较高，致密坚硬，层理尚发育，透水性富水性差，泥岩和炭质泥岩具隔水性。受多期构造运动和长久的外动力地质作用，风化裂隙发育，呈不规则分布，深部发育层间裂隙，局部构造破碎带较发育。层间裂隙充填方解石脉，主断层中断层破碎带导水性号、富水性强，使隔水层之间的层间裂隙水构成水力链接。

大气降水入渗补给风化裂隙水，在裂隙中赋存和运移，面积小，径流短，泉水流量较小。排泄方式主要以蒸发和渗透补给层状裂隙水。

风化裂隙水渗透补给层状裂隙水，主要沿带状裂隙渗流，少量层间横向补给。排泄方式主要沿断裂带径流补给临区含水层。

总体基岩裂隙水水质普遍较差，矿化度＞3 g/L，属硫酸盐氯化物-钠型水。

勘查区水文地质条件与区域水文地质条件相似，勘查区位于区域向斜构造盆地北东侧，区域构造破碎带勾通了区域内和勘查区的水力联系，其水量、水质、水温等水文地质条件基本相同。

3 勘查区水文地质条件

3.1 地下水赋存条件与分布规律

由石炭系煤系地层及二叠系碎屑岩所组成的向斜构造组成，形状近似椭圆，向斜轴自北西向南东向分布。勘查区属中低山丘陵，发育“U”型谷及“V”型冲沟，地形利于自然排水。地形切割强烈，基岩裂隙发育，大气降水渗透补给风化裂隙中，地下水赋存于此。

石炭-二叠系砂砾岩，致密坚硬，透水性差，富水性弱。长期受构造运动影响，构造破碎带较发育，局部层间裂隙发育，形成了良好的储存含水层条件。风化裂隙水渗透补给，以层状和带状裂隙方式储存。

勘查区北部以及西部均发育“U”型谷，沟床宽60 m～150 m，主要堆积第四系冲洪积砂砾石，沉积厚度＞2 m，透水性好且具有较好的富水性，使冲洪积砂砾石赋存有孔隙潜水，受沟床制约，呈带状分布。

3.2 地下水类型及含水岩组划分

3.2.1 松散岩类孔隙水 主要赋存于勘查区“U”型沟谷内第四系冲洪积砂砾石，含水层厚度＞1.0 m，水位埋深随地形起伏变化，最大埋深沟床上游水位＞3 m，最小埋深中下游＜0.5 m。下游逐渐由暗转明，流量约为10～200 m3/d。勘查区西部沟谷出露下降泉，见图1。

图1 松散岩类孔隙潜水示意图

3.2.2 二叠-石炭系基岩裂隙孔隙水 主要赋存于风化裂隙，层状裂隙以及构造破碎带。补给方式：大气降水补给风化裂隙水，风化裂隙水渗透补给层状裂隙及构造破碎带。风化裂隙含水层较薄，面积小，径流短，水质差，见图2。二叠-石炭系含水岩组，成岩度高，致密坚硬，层理尚发育，透水性富水性差，泥岩和炭质泥岩具隔水性,受构造影响,形成带状裂隙水和层状裂隙水，二者水位埋深52 m～61 m。

图2 基岩裂隙水示意图

3.3 地下水补给、径流与排泄条件

3.3.1 松散岩类含水层 主要依靠大气降水和沟谷上游潜水径流补给，水位埋藏较浅。蒸发量远大于降雨量，因此排泄方式以蒸发为主。

3.3.2 基岩裂隙孔隙含水层 主要依靠大气降水渗透补给，受地形地貌影响，地下水的径流条件制约，地表水与地下水分水岭基本相同，地下水沿地形自上而下运移。风化裂隙水径流较短短，蒸发及补给层状裂隙水的方式排泄，以此补给层状和带状裂隙水，最终沿断裂带径流补给下部或临区含水组。

3.4 地下水水化学特征

3.4.1 松散岩类地下水水化学特征 沟谷中水力坡度较平缓，砂砾石盐份含量较高，导致地下水径流缓慢，易溶含水介质中得盐份，使其松散岩类地下水水质逐渐变差，本次在该类地下水含水层泉眼中取水样1 件，矿化度2.30 g/L,PH=7.60，属硫酸盐氯化物-钠型水。

3.4.2 基岩裂隙孔隙水水化学特征 基岩裂隙水的含水介质自身含盐份高，降水入渗后沿风化裂隙、层状裂隙和带状裂隙渗流缓慢，使地下水充分溶滤基岩中的盐份，因此水质差。本次在该类地下水含水层泉眼及民井中取水样3 件，地下水矿化度1.30～3.50 g/L，属硫酸盐重碳酸盐氯化物-钠钙型水和硫酸盐氯化物-钠型水。

4 充水因素分析

4.1 大气降水

勘查区属干旱-半干旱的大陆性气候，具有气候干燥、雨量少而集中，蒸发强烈，冬寒长，夏热短，温差大，日照长，冬春季多风，无霜期短等典型的大陆性气候特征，因此大气降水是勘查区地下水的唯一补给来源。

4.2 地形

勘查区属中低山丘陵地形，地势总体起伏不大，构造和地层岩性直接影响地形地貌的变化。随着时代变化，地壳缓慢上升，使地形切割强烈，发育“V”型及“U”型谷，利于自然排水，雨停即失，不易形成洪积区。

4.3 构造

勘查区属向斜盆地，因此汇水量较大，由于断层发育，导致断裂带岩石破碎，导水性强，但区内补给条件较差，降雨量远小于蒸发量，导致富水性弱。

4.4 人为因素

勘查区内多处存有老窖及采坑，采空区易形成汇水区域，由于规模较小，丰雨期时积水多以蒸发，不会对采矿造成威胁。下：

5.2.1 第四系松散沉积物岩组（DL1） 风成黄土主要分布于勘查区北部和局部沟谷内，厚度1.0 m～13.6 m，垂直节理裂隙和孔隙度较发育，干燥疏松，遇水湿陷性强，易塌方流失。冲洪积砂砾卵石分布于沟谷内，松散，第四系风成黄土和冲洪积砂砾卵石工程地质条件极差。但其位于沟谷内，不影响矿床开采。

5.2.2 石炭-二叠系太原组上段炭质页岩、泥岩组（DL2）该岩组为矿石顶板，RQD 值为5.7%～84.0%，未采集岩石物理力学性质样岩石质量等级为Ⅱ-Ⅴ级，岩石质量属好的-极劣的，岩体完整性属破碎-较完整（表1）。其工程条件极差，极易剥离，不影响矿床开采。

表1 DL2 岩组工程地质特征一览表

5 勘查区工程地质条件

工程地质岩组划分：

5.1 岩石物理力学性质

勘查区在地表具有代表性的位置，共采集15 组力学样，分别测试了天然状态下的抗压、抗拉及抗剪强度。矿石（石英砂岩）天然抗压强度一般在58.48～120.65 Mpa、抗剪强度一般在4.09～8.35 Mpa、抗拉强度一般在1.75～4.01 Mpa，属较高强度硬质岩石；底板（钙质砂岩）天然抗压强度一般在37.61～102.85 Mpa、抗剪强度一般在2.41～6.99 Mpa、抗拉强度一般在1.13～3.15 Mpa，属较高强度硬质岩石。矿石及底板岩石力学强度较高，岩石稳固性较好。

5.2 工程地质岩组

根据勘查区内岩体地质特征、力学性质、完整程度及结构面特征，共划分了4 个工程地质岩组[5]，分别第四系松散沉积物岩组（DL1）、石炭-二叠系太原组上段炭质页岩、泥岩组（DL2）、石炭-二叠系太原组下段中细粒石英砂岩组（DL3）及石炭系上统羊虎沟组上段第二层钙质砂岩组（DL4），各岩组特征如

5.2.3 石炭- 二叠系太原组下段中细粒石英砂岩组（DL3） 该岩组为矿石目标层，中厚层状构造，RQD 值为9.0～81.0%，天然抗压强度58.48～120.65 MPa，天然抗剪强度4.09～8.35 MPa，天然抗拉强度1.75～4.01 MPa，属较高强度硬质岩石，岩石稳固性好；岩石质量等级为Ⅱ-Ⅴ级，岩石质量属极劣的-好的，岩体完整性属破碎-较完整（表2）。

表2 DL3 岩组工程地质特征一览表

5.2.4 石炭系上统羊虎沟组上段第二层钙质砂岩组（DL4） 该岩组为矿石底板，中-厚层状构造，天然抗压强度37.61～102.85 MPa，天然抗剪强度2.41～6.99 MPa，天然抗拉强度1.13～3.15 MPa，属较高强度硬质岩石，岩石稳固性好；岩石质量等级为Ⅰ-Ⅴ级，岩石质量属极劣的-好的，岩体完整性属破碎-完整（表3）。

表3 DL4 岩组工程地质特征一览表

6 水文与工程地质条件评述

勘查区未见有地表水系，“U”型沟谷内可见地下水露头，但水量较小，水质差，不可作为生活用水。根据所施工钻孔均为揭露含水层，且最低开采标高位于最低侵蚀基准面以上。矿床充水因素主要为大气降水补给，由于蒸发量远远大于降水量，仅有少部分降水渗入地下补给地下水。将勘查区的水文地质勘查类型划分为第二类裂隙充水矿床,属第一型水文地质条件简单的矿床，即第二类第一型[1]。依据勘查区工程地质岩组的划分，矿石及底板岩石物理力学性质较好，稳固性强；矿石其围岩节理均不发育，局部裂隙较发育；根据相关规范要求[2]，将勘查区的工程地质勘查类型划分为第三类层状岩类，属工程地质条件简单的矿床，即第四类简单型。由此证明，地下水对矿山开采不造成影响。