(山東黃金地質(zhì)礦產(chǎn)勘查有限公司，山東 萊州 261400)

三山島斷裂帶與焦家斷裂帶，是膠東西北部著名的金礦成礦帶。隨著淺部資源的日益減少，找礦工作逐漸轉(zhuǎn)向深部[1]。多年來，地質(zhì)工作者陸續(xù)在三山島斷裂帶與焦家斷裂帶的深部做了大量的地質(zhì)調(diào)查及水工環(huán)地質(zhì)工作[2]，先后施工了多個(gè)水文地質(zhì)孔，進(jìn)行了鉆孔抽水試驗(yàn)、注水試驗(yàn)、壓水試驗(yàn)。在收集整理和分析研究三山島斷裂帶與焦家斷裂帶鉆孔試驗(yàn)資料的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析典型金礦床深部的水文地質(zhì)參數(shù)特征，并進(jìn)行了對(duì)比分析，以期提高對(duì)兩條斷裂帶深部水文地質(zhì)參數(shù)的認(rèn)識(shí)。

1 構(gòu)造特征與水文地質(zhì)條件

1.1 構(gòu)造特征

三山島斷裂帶位于萊州市三山島—倉(cāng)上—潘家屋子一帶，大部分地段被第四系覆蓋，地表出露長(zhǎng)約12 km，寬20～400 m，平面上呈“S”形展布，總體走向40°～50°，傾向SE，傾角30°～40°，局部可達(dá)80°，屬壓扭性斷裂，主裂面發(fā)育有5～10 cm厚的灰黑色斷層泥[3]。三山島斷裂由北向南控制了三山島、新立、倉(cāng)上等金礦[4]。近年來，在新立深部、三山島西嶺礦區(qū)及北部海域礦區(qū)發(fā)現(xiàn)的特大型金礦床，也受此斷裂控制。

焦家斷裂帶位于三山島斷裂之東，南起萊州市紫羅姬家一帶，北至龍口姚家，全長(zhǎng)約60 km，寬50～500 m，斷裂在平面上呈“S”形，形態(tài)不規(guī)則，走向40°，傾向NW，傾角30°～50°，局部可達(dá)78°，主裂面發(fā)育有2～50 cm厚的灰黑色斷層泥。其下盤發(fā)育較多與其走向平行或呈“入”字形相交的分支構(gòu)造。新城、焦家、馬塘、寺莊、河?xùn)|、上莊等多個(gè)金礦受焦家斷裂或其旁側(cè)次級(jí)斷裂控制。

三山島斷裂帶與焦家斷裂帶大致平行展布，相向而傾，控制的礦體均具有“階梯式”分布規(guī)律[5]，即：金礦的控礦斷裂沿傾斜方向自淺部向較深部延展中，傾角不斷發(fā)生陡、緩交替變化，金礦體主要賦存于較平緩的臺(tái)階位置[6]。目前均已揭露了2個(gè)成礦臺(tái)階，三山島和焦家斷裂向深部延伸趨于交會(huì)，交會(huì)部位估計(jì)在地表以下4 500 m左右(圖1)。

1.2 水文地質(zhì)條件

(1)含水層：綜合考慮三山島斷裂帶與焦家斷裂帶各巖層的儲(chǔ)水方式、水力特征、富水性、所處位置及其對(duì)礦床開采的影響，將斷裂帶含水層劃分為第四系松散巖類孔隙含水層、基巖風(fēng)化裂隙含水層、基巖構(gòu)造裂隙含水層[7]。第四系松散巖類孔隙含水層主要分布在區(qū)域的表層，巖性主要為中細(xì)砂、中粗砂、含礫亞砂土等，富水性中等-強(qiáng)，其中三山島斷裂帶第四系孔隙含水層水化學(xué)類型為Cl-Na型，焦家斷裂帶第四系孔隙含水層水化學(xué)類型為Cl·HCO3—Ca·Na型，前者礦化度較高，高達(dá)28 g/L?；鶐r風(fēng)化裂隙含水層主要分布在第四系孔隙含水層之下，巖性主要為變輝長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)花崗巖等，受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響程度以及裂隙、風(fēng)化裂隙發(fā)育程度不同，富水性有所差異?；鶐r構(gòu)造裂隙含水層，主要分布在斷裂帶及構(gòu)造蝕變巖帶中裂隙較發(fā)育的部位，位于斷裂帶的中深部，主裂面又將其分為上盤構(gòu)造裂隙含水層與下盤構(gòu)造裂隙含水層，含水層富水性弱，常具有承壓特征。

圖1 焦家和三山島巨型金礦床礦區(qū)地質(zhì)圖(據(jù)文獻(xiàn)[1])

(2)隔水層：三山島斷裂帶隔水層有第四系粉質(zhì)粘土隔水層與中間隔水帶，第四系粉質(zhì)粘土隔水層位于第四系松散孔隙含水層與基巖風(fēng)化裂隙含水層之間，巖性主要為黃褐色含礫石粉質(zhì)粘土。中間隔水帶位于三山島主斷裂的中間部位，呈條帶狀分布，巖性由斷層泥、糜棱巖，黃鐵絹英巖化碎裂巖等組成。焦家斷裂帶隔水層為中間隔水帶，位于焦家主干斷裂帶的中間部位，呈北北東向條帶分布，巖性由斷層泥及兩側(cè)的碎裂巖組成。

(3)含水層水力聯(lián)系：三山島斷裂帶第四系孔隙含水層與基巖風(fēng)化裂隙含水層以及基巖構(gòu)造裂隙含水層之間不發(fā)生直接水力聯(lián)系。焦家斷裂帶第四系孔隙含水層與基巖風(fēng)化裂隙含水層之間的水力聯(lián)系密切，第四系孔隙含水層與基巖構(gòu)造裂隙含水層通過二者之間的基巖風(fēng)化裂隙含水層發(fā)生水力聯(lián)系。三山島斷裂帶與焦家斷裂帶上下盤構(gòu)造裂隙含水層之間分布著中間隔水帶，隔水帶的隔水性能良好，使二者不發(fā)生水力聯(lián)系[8]。

2 水文地質(zhì)參數(shù)求解

2.1 水文地質(zhì)參數(shù)求解方法

三山島斷裂帶與焦家斷裂帶深部水文地質(zhì)參數(shù)的求解，主要通過單孔穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)、鉆孔注水試驗(yàn)以及鉆孔壓水試驗(yàn)求得。單孔穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)應(yīng)用于該區(qū)大部分試驗(yàn)孔，適用于地下水水位埋深不大，補(bǔ)給量較充足，并能夠滿足單孔穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)規(guī)范要求。根據(jù)含水層的特征，利用裘布依潛水潛水及承壓水井流公式求得含水層滲透系數(shù)K、影響半徑等[9-11]。鉆孔注水試驗(yàn)適用于地下水水位埋深大，不便進(jìn)行抽水試驗(yàn)的鉆孔，利用注水試驗(yàn)規(guī)程中的計(jì)算公式，可求得鉆孔滲透系數(shù)[12]。鉆孔壓水試驗(yàn)適用于滲透性小的巖層，利用壓力與流量的關(guān)系，確定巖體滲透性。

2.2 鉆孔抽水試驗(yàn)流程

(1)先進(jìn)行下盤含水層抽水試驗(yàn)，后進(jìn)行上盤含水層抽水試驗(yàn)，此流程下文簡(jiǎn)稱“Ⅰ”。該試驗(yàn)流程的工序?yàn)椋恒@孔施工完畢后，進(jìn)行洗孔、丈量孔深，下入止水裝置，檢查止水效果，安裝抽水設(shè)備進(jìn)行下盤含水層抽水試驗(yàn)，然后封閉下盤含水層，待水泥凝固后，再進(jìn)行上盤含水層抽水試驗(yàn)。該試驗(yàn)流程的優(yōu)勢(shì)：可以分層直接求得上、下盤含水層的水文地質(zhì)參數(shù)。缺點(diǎn)：三山島斷裂帶與焦家斷裂帶施工的抽水試驗(yàn)孔深度大，止水難度較大且效果差[13]，施工工序復(fù)雜，工期較長(zhǎng)且成本相對(duì)高。

圖2 三山島斷裂帶與焦家斷裂帶含水層剖面示意圖

(2)先進(jìn)行全孔混合抽水試驗(yàn)，后進(jìn)行上盤含水層抽水試驗(yàn)，此流程下文簡(jiǎn)稱“Ⅱ”。該試驗(yàn)流程的工序?yàn)椋恒@孔施工完畢后，進(jìn)行洗孔、丈量孔深，安裝抽水設(shè)備進(jìn)行全孔混合抽水，然后封閉下盤含水層，待水泥凝固后，再進(jìn)行上盤含水層抽水試驗(yàn)。該試驗(yàn)流程的優(yōu)勢(shì)：工序簡(jiǎn)單，無需進(jìn)行上盤含水層的止水工作，工期短且成本較低。缺點(diǎn)：不能直接準(zhǔn)確地獲得下盤含水層的水文地質(zhì)參數(shù)，需要進(jìn)行進(jìn)一步求解計(jì)算獲得下盤含水層水文地質(zhì)參數(shù)。

三山島斷裂帶與焦家斷裂帶抽水試驗(yàn)孔，均選擇主裂面(中間隔水帶)深度大于600 m，可以較好地反應(yīng)深部水文地質(zhì)參數(shù)特征。深部水文地質(zhì)參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表見表1。

3 結(jié)果與討論

3.1 水文地質(zhì)參數(shù)特征

(1)上盤含水層水文地質(zhì)參數(shù)：利用厚度加權(quán)平均法計(jì)算

(1)

式中：Kcp為平均滲透系數(shù)(m/d)；Hi為含水層各垂向分段厚度(m)；Ki為各垂向分段的滲透系數(shù)(m/d)；

三山島斷裂帶與焦家斷裂帶抽水試驗(yàn)孔均對(duì)上盤含水層進(jìn)行了單獨(dú)的抽水試驗(yàn)。利用上述計(jì)算方法，三山島斷裂帶上盤含水層滲透系數(shù)平均值為0.000 8 m/d。焦家斷裂帶上盤含水層滲透系數(shù)平均值為0.001 5 m/d。三山島斷裂帶上盤含水層滲透系數(shù)平均值小于0.001 m/d，可視為相對(duì)隔水層，以往提交的勘查報(bào)告也說明了這一點(diǎn)，有的將其概化為上盤含水層，也有的將上盤完整部分視為相對(duì)隔水巖體或隔水巖體看待。

表1 水文地質(zhì)參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表

注：A-單孔穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)；B-鉆孔注水試驗(yàn)；C-鉆孔壓水試驗(yàn)

(2)下盤含水層水文地質(zhì)參數(shù)：?jiǎn)蝹€(gè)抽水試驗(yàn)孔下盤含水層滲透系數(shù)是通過含水層厚度加權(quán)平均法計(jì)算的[14]，公式為K下盤=(K全孔·H全孔-K上盤·H上盤)/H下盤，其中H為含水層厚度；對(duì)斷裂帶上各個(gè)抽水孔下盤含水層滲透系數(shù)利用公式(1)計(jì)算，結(jié)果顯示，三山島斷裂帶下盤含水層滲透系數(shù)平均值為0.003 6 m/d。焦家斷裂帶下盤含水層滲透系數(shù)平均值為0.005 3 m/d，其中焦家斷裂帶利用流程“Ⅰ”(編號(hào)1-4)直接求得的下盤含水層滲透系數(shù)平均值為0.004 6 m/d，利用流程“Ⅱ”(編號(hào)5-8)間接求得的下盤含水層滲透系數(shù)平均值為0.005 9 m/d。

(3)注水試驗(yàn)孔水文地質(zhì)參數(shù)：焦家斷裂帶對(duì)三個(gè)深部鉆孔(編號(hào)9-11)進(jìn)行了分段注水試驗(yàn)，深度大于600 m的試段，含水層滲透系數(shù)利用公式(1)計(jì)算值為0.007 7 m/d。

(4)壓水試驗(yàn)孔水文地質(zhì)參數(shù)：三山島斷裂帶對(duì)兩個(gè)深部鉆孔(編號(hào)16-17)進(jìn)行了鉆孔壓水試驗(yàn)，由表1可知主斷裂深度較深，試段大部分位于主斷裂的上盤，滲透系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于0.001 m/d，近乎于0，說明1 500 m以下的深部巖體完整性相對(duì)較好，透水性極弱。

3.2 對(duì)比分析

(1)三山島斷裂帶與焦家斷裂帶上盤含水層滲透系數(shù)均小于下盤含水層滲透系數(shù)，三山島斷裂帶上、下盤含水層滲透系數(shù)分別小于焦家斷裂帶上、下盤含水層滲透系數(shù)，對(duì)比結(jié)果見表2。對(duì)比分析表明：兩條斷裂帶上盤巖體透水性均弱于下盤巖體；三山島斷裂帶的巖體透水性整體弱于焦家斷裂帶，尤其下盤滲透系數(shù)之間的差值較大，表明焦家斷裂帶下盤構(gòu)造裂隙較發(fā)育，透水性好，這與前文敘述其下盤構(gòu)造特征相符。

表2 抽水試驗(yàn)滲透系數(shù)結(jié)果對(duì)比表 m/d

(2)焦家斷裂帶鉆孔分段注水試驗(yàn)滲透系數(shù)在垂向上隨深度(試驗(yàn)段中間值)變化情況見圖3。以600 ms深度為界，對(duì)比分析表明：600 m以上淺部，滲透系數(shù)波動(dòng)較大，沒有規(guī)律性，說明淺部裂隙發(fā)育程度不同，具有顯著的不均勻特點(diǎn)；600 m以下深部，滲透系數(shù)波動(dòng)較小，說明深部裂隙隨深度發(fā)育較淺部均勻，透水性趨于穩(wěn)定。

圖3 注水試驗(yàn)孔滲透系數(shù)與深度關(guān)系曲線圖

(3)三山島斷裂帶壓水試驗(yàn)孔，對(duì)比ZK112-2與ZK96-5分析結(jié)果表明：隨著深度加深，滲透系數(shù)進(jìn)一步發(fā)生顯著降低，趨于0，說明巖體隨深度加深的完整性變好，透水性減弱。

(4)三山島斷裂帶編號(hào)13-15抽水試驗(yàn)孔，是結(jié)合物探測(cè)井準(zhǔn)確判斷了上、盤含水層厚度，不同于其它抽水試驗(yàn)孔將試驗(yàn)段長(zhǎng)度視為含水層厚度。由表1含水層厚度對(duì)比分析可知：物探測(cè)井孔上盤含水層厚度均小于下盤含水層厚度，與三山島斷裂帶上盤含水層特征相符，含水層實(shí)際厚度較小。

(5)下盤含水層是深部金礦床的直接充水含水層。下盤含水層滲透系數(shù)的求解，是為了通過大井法、集水廊道法等解析法，預(yù)測(cè)礦坑未來開采時(shí)的涌水量。由于構(gòu)造裂隙發(fā)育的不均勻性以及單孔抽水試驗(yàn)自身的弊端(一個(gè)抽水孔而無觀測(cè)孔的抽水試驗(yàn)，成果精度較低[15-16])，造成單孔抽水試驗(yàn)獲取的滲透系數(shù)代表性有限，實(shí)際應(yīng)用中常取同一礦區(qū)多個(gè)抽水試驗(yàn)孔下盤含水層滲透系數(shù)的平均值代入計(jì)算。這種方法對(duì)礦井涌水量預(yù)測(cè)的精度在0.3～0.5之間。由于三山島斷裂帶與焦家斷裂帶淺部金礦床已開發(fā)利用多年，積累了大量礦井涌水量實(shí)際觀測(cè)資料，利用水文地質(zhì)比擬法，對(duì)斷裂帶深部金礦床進(jìn)行涌水量預(yù)測(cè)，往往準(zhǔn)確度較高，涌水量預(yù)測(cè)的精度在0.5～0.7之間。實(shí)際工作中，解析法與比擬法常對(duì)比使用。

4 結(jié)語

(1)三山島斷裂帶與焦家斷裂帶深部滲透系數(shù)均較小，巖石透水性整體較弱。上盤含水層滲透系數(shù)較下盤含水層滲透系數(shù)小，三山島斷裂帶含水層滲透系數(shù)整體小于焦家斷裂帶。

(2)滲透系數(shù)隨深度變化在淺部波動(dòng)性大，深部波動(dòng)性小，滲透系數(shù)在深部趨于穩(wěn)定。淺部裂隙發(fā)育程度隨深度變化差異較大，具有顯著的不均勻性特點(diǎn)。

(3)1500m深度以下，巖體滲透系數(shù)進(jìn)一步減小，趨近于0，在上盤的深部巖石相對(duì)完整，透水性極弱。

(4)上盤含水層實(shí)際厚度小于下盤含水層實(shí)際厚度。鉆孔抽水試驗(yàn)流程“Ⅱ”在實(shí)際應(yīng)用中使用較多，結(jié)合物探測(cè)井工作對(duì)含水層厚度的準(zhǔn)確判斷，可以較為準(zhǔn)確的計(jì)算出下盤含水層的水文地質(zhì)參數(shù)。

(5)礦區(qū)滲透系數(shù)的厚度加權(quán)平均法可以提高涌水量預(yù)測(cè)的精度。

[1]宋英昕，宋明春，丁正江，等.膠東金礦集區(qū)深部找礦重要進(jìn)展及成礦特征[J].黃金科學(xué)技術(shù).2017.25(3)：4-18.

[2]劉樂軍，顏景生.焦家斷裂帶深部抽水試驗(yàn)成井止水方法探索[J].山東國(guó)土資源.2013.29：88-90.

[3]趙海軍，馬鳳山，李國(guó)慶，等.新立海底金礦水文地質(zhì)特征及水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)分析[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì).2009.4：41-45.

[4]曹春國(guó)，于義文，郭國(guó)強(qiáng)，等.綜合物探技術(shù)在三山島斷裂帶與焦家斷裂帶深部成礦模式中的應(yīng)用[J].山東國(guó)土資源.2012.28(4)：19-24.

[5]宋明春，伊丕厚，徐軍祥，等.膠西北金礦階梯式成礦模式[J].中國(guó)科學(xué).2012.42(7)：992-1000.

[6]宋明春.對(duì)我國(guó)深部金礦資源勘查有關(guān)問題的認(rèn)識(shí)與思考[J].黃金科學(xué)技術(shù).2017.25(3)：1-2.

[7]孫瑞剛，解英芳，楊志杰. 焦家斷裂帶深部水文地質(zhì)特征探討[J].科技傳播.2010.(13)：60-61.

[8]高松，張軍進(jìn)，孫珊珊，等.三山島北部海域金礦區(qū)水文地質(zhì)特征分析[J].黃金科學(xué)技術(shù).2016.24(1)：11-16.

[9]王繼芳,韓廷寶,杜顯彪,等.滕縣煤田濱湖煤礦16煤層開采充水條件淺析[J].山東國(guó)土資源.2016.32(1):42-47.

[10]韓玉英.山東半島海岸帶南段主要富水地段地下水資源開發(fā)利用潛力分析[J].山東國(guó)土資源.2016.32(6):47-51.

[11]王有智,高松,王偉.海陽(yáng)市丁字灣新城區(qū)地下水資源量及增源增采淺析[J].山東國(guó)土資源.2016.32(10):41-45.

[12]張貽火.鉆孔注水試驗(yàn)方法淺析[J].資源環(huán)境與工程.2008.22:203-206.

[13]趙宗昌，鄒海江，李鵬飛.一孔多層抽水試驗(yàn)分層止水技術(shù)及應(yīng)用[J].地下水.2016.38(3)：128-130.

[14]高敬亮.混合抽水試驗(yàn)理論與實(shí)踐問題的討論[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì).1958.5:24-28.

[15]蔣輝，郭訓(xùn)武.專門水文地質(zhì)學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社.2007.45-64.

[16]王辛，張碩，葉疆，等.基于抽水試驗(yàn)的水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算方法[J].資源環(huán)境與工程.2015.29(12)：836-838.

[17]段乃金,陳剛,候海巔,等.基于Neuman井流理論確定玄武巖潛水含水層滲透系數(shù)的應(yīng)用——以吉林靖宇煤礦為例[J].山東國(guó)土資源.2016.32(10):57-60.

[18]李軍.山東省東平縣大高莊鐵礦礦床充水因素分析及涌水量預(yù)測(cè)[J].山東國(guó)土資源.2016.32(3):48-52.