交口县铁金村铝土矿区水工环地质特征分析

Huabei land and Resources
论文
华北国土资源031
白志超
（山西省第三地质工程勘察院，山西 晋中 030620）
摘 要：文章通过分析矿区的水文地质、工程地质条件，并对环境地质进行了评价，为今后矿山总体建设规划和设计提供了一定的地质依据。

关键词：铝土矿；水文地质；工程地质；环境地质；矿山建设中图分类号：P642 文 献标识码：A 文章编号：1672-7487（2018）04 -31-3作者简介：白志超(1989—)，男，山西汾阳人，水工环助理工程师,大专，毕业于阳泉职业技术学院，主要从
事水工环地质工作。

(邮箱)540426020@
铁金村铝土矿区位于山西省交口县城115°方向直距7.5km 处的水头镇铁金村、上庄村、下庄村一带，行政隶属交口县水头镇管辖。

矿区处于霍西盆地与吕梁山过渡地带，地貌形态类型属于低中山区，为典型的黄土高原地貌，地形切割较强烈。

矿区内赋存的地层由老到新有：奥陶系中统峰峰组、石炭系中统本溪组、石炭系上统太原组一段、古近系渐新统、第四系中上更新统及全新统。

现将本区的水文地质特征、工程地质特征和环境地质特征分别叙述如下：
1 水文地质
1.1 气象、水文
本区属北温带大陆性季风气候，一年内受大气环流的影响，四季分明，春季干旱多风少雨，夏季炎热雨量集中，秋季相对温凉湿润，冬季寒冷干燥少雪。

据交口县气象局统计资料，年平均气温6.7℃；年内降水极不均衡，主要集中在7-9月份，该三个月的降雨量可占到全年的63.6％，年平均降水量618mm，年内无霜期在120天左右。

矿区所在区域属黄河流域汾河水系的二级支流下村川河(宝岩河)。

宝岩河自北东至南西流经矿区西南部。

宝岩河发源于交口县西北部的南峪沟，流经交口县城后自西北向东南径流，在秦王岭汇入回龙河，全长36km，流域面积
23
277km，最大洪峰流量136m/s。

矿区内最大洪水位标高约1229m。

1.2 水文地质特征
矿区内构造影响程度中等，Ⅰ号矿体为一个轴向为北北东向的背斜构造，两翼倾角5-15°。

Ⅱ号矿体总体上为一较平缓的具有波状起伏的单斜构造，向南倾斜，倾角10°左右。

Ⅲ号矿体总体上为一较平缓的具有波状起伏的单斜构造，向南偏东倾斜，倾角8°左右。

Ⅳ矿体为一个轴向东西的向斜构造，两翼倾角3-6°上述构造对矿区水文地质条件起着控制作用。

根据地层岩性组合及地下水赋存特
征，分为奥陶系岩溶裂隙含水层、石炭系碎屑岩夹碳酸盐岩类裂隙含水层、第四系松散岩类孔隙含水层。

1.2.1 矿区主要含水层特征
1）奥陶系碳酸盐岩类岩溶裂隙含水岩层
该含水层主要由奥陶系上马家沟组灰岩、泥质白云岩等组成，主要分布于矿区东部，与下伏寒武系鲕状灰岩、白云岩等共同构成碳酸盐岩溶裂隙含水岩系。

裂隙岩溶十分发育，浅部渗水性能强。

岩溶水主要接受大气降水和上覆松散岩类孔隙水的补给，以径流向东南部郭庄泉排泄及人工开采排泄方式为主。

2）石炭系碎屑岩夹碳酸盐岩类裂隙含水层
该含水岩层由石炭系太原组中、细粒砂岩和薄层灰岩组成，由于泥岩的隔水作用多形成层间裂隙岩溶承压水，含水层间水力联系相对较差。

该含水层主要是指石炭系上统太原组、中统本溪组上段的区域稳定砂岩、灰岩含水层。

据矿区水文地质调查资料，该含水层所处地势较高，由于地形切割作用，矿区内连续性差，水位标高1233.7-1337.8m，地下水补给条件较差，含水层富水性弱，有的甚至成为透水不含水层，含水层渗透系数为0.1857-0.1943m/d。

一般单井涌水量在2-10 3m /d，水质类型为HCO －Ca·Mg 型或HCO ·SO －Ca 型，矿化334度0.272-0.339g/l，总硬度220.2-267.7mg/l，水质较好。

该含水层主要接受大气降水的渗透补给，主要以径流及下渗补给下伏含水层的方式排泄。

3）第四系松散岩类孔隙含水层
该地层广泛分布于矿区梁峁之上，含水层主要是中上更新统黄土，由于无完整隔水层，一般为透水不含水层，仅局部可形成上层滞水，水量微弱，单井出水量小于10t/d，水质类型为HCO —Ca 型。

3交口县铁金村铝土矿区水工环地质特征分析
032地质勘探
DI ZHI KAN TAN
1.2.2 矿区内主要隔水层
矿区内较稳定的隔水层为本溪组地层，该段是一套以粘土岩或硬质耐火粘土矿、铝土矿、铁质粘土岩和山西式铁矿组成的一套隔水地层，平均厚度18m，隔水性能较好，是奥陶系灰岩顶面重要的隔水层。

但铝土矿开采后，该隔水层将部分遭到破坏。

1.2.3 矿区水文地质类型
区内未发现大的断层，构造条件简单。

据区域资料推测奥灰水水位标高在680m左右，矿区内铝土矿层最低底板标高为1223.56m，矿区内无奥灰水带压区。

未来矿区Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ号矿体开采方式为露天开采，Ⅱ号矿体开采方式为地下开采。

矿区内以及附近无地表水体，露采矿体涌水水源主要为采坑汇水及上游沟谷来水。

坑采矿体涌水水源主要为上覆石炭系碎屑岩夹碳酸盐岩类裂隙岩溶水。

因而矿区水文地质类型为二类一型至二型。

2 工程地质特征
2.1 矿体顶、底板岩石的稳固性
本区矿体埋藏较浅，全区剥采比为13.22，小于15，确定该矿区为露采矿区。

矿区内铝土矿床赋存于石炭系层状岩类之中，其直接顶板为新生界松散岩类、石炭系中统本溪组耐火粘土矿，间接顶板为石炭系中统本溪组砂岩、灰岩；直接底板为石炭系中统本溪组铁质粘土矿，间接底板为奥陶系峰峰组灰岩。

粉质粘土、粘土等岩土体为软岩类，结构较松散，遇水后易膨胀，在空气中暴露易风化崩解，稳定性差，工程力学强度低；而砂岩、灰岩则属硬岩类，岩石工程力学强度较高。

由于矿体顶、底板均发育软弱夹层，矿区露采时，软弱夹层可能发生崩滑，因此矿体顶、底板岩石的稳固性属较差型。

2.2 矿体顶底板及井巷围岩的物理力学性质
2.2.1 铝土矿顶板
C b耐火粘土矿：极限抗拉强度1.5-2.8Mpa，平均
2
2.1Mpa，极限抗压强度96.2-98.8Mpa，平均97.2Mpa，岩石凝聚力C值
3.8Mpa，内摩擦角45.5°，为稳定性较差的岩层。

C b砂岩：极限抗拉强度0.6-1.7Mpa，平均1.1Mpa，极
2
限抗压强度32.9-114.2Mpa，平均77.37Mpa，岩石凝聚力C值3.2Mpa，内摩擦角43.8°，为稳定性较差的岩层。

C b灰岩：极限抗拉强度2.5-2.7Mpa，平均2.6Mpa，极
2
限抗压强度97.4-150.9Mpa，平均122.06Mpa，岩石凝聚力C值10.12Mpa，内摩擦角45.3°，为稳定性较好的岩层。

2.2.2 铝土矿底板
C b山西式铁矿：极限抗拉强度1.40Mpa，极限抗压强度
2
37.6-53.8Mpa,平均43.67Mpa，岩石凝聚力C值3.4Mpa,内摩擦角45.9°,为稳定性较好的岩层。

O f灰岩：极限抗拉强度1.8-1.9Mpa，平均1.85Mpa，极2
限抗压强度25.5-153.9Mpa，平均77.40Mpa，岩石凝聚力C值8.8Mpa，内摩擦角46.4°，为稳定性较好的岩层。

2.3 矿区工程地质类型
矿区为露采矿区，矿体顶底板均存在软弱夹层，稳固性较差，未来矿区开采时，在人工采矿形成的顺向坡段易失稳发生崩滑。

综合判定矿区内工程地质条件属中等-复杂类型。

3 环境地质特征
3.1 环境地质调查
3.1.1 区域稳定性调查
据GB18306-2001《中国地震动参数区划图》，本区地震动峰值加速度值为0.05g，地震基本烈度值为Ⅵ。

矿区位于吕梁山隆，阳泉曲-汾西盆状复向斜中部，区域内无新构造活动。

矿区为稳定性一般区域。

3.1.2 矿区环境地质现状
1）灾害地质调查。

经现状调查，矿区内崩塌、滑坡、地面塌陷、地裂隙、泥石流地质灾害不发育。

2）生态地质调查。

矿区内土地利用类型除耕地外，主要为草地，以生长草本植物为主。

3）人类工程活动。

矿区内人类工程活动以农业种植为主，另外有一些民采老硐私采滥挖。

农业种植破坏了地表植被覆盖，加剧了本地的水土流失；民采老硐私挖滥挖，弃渣随处堆放，污染了周围地质环境。

3.2 环境地质评价
3.2.1 区域稳定性评价
根据区域构造及工程地质条件，初步查明区域稳定性中等。

3.2.2 水环境质量评价
矿区现状未进行开采，地表水及地下水未遭到污染破坏，水环境质量好。

未来矿区开采后，导致地表水、地下水漏失，水量因采矿疏干排水而减少，水质会受到污染。

3.2.3 灾害地质评价
现状条件下，矿区内崩塌、滑坡、地面塌陷、地裂隙、泥石流地质灾害不发育，地质灾害危险性小。

矿区开采方式为露采，由前述工程地质条件可知，矿体顶、底板围岩存在软弱夹层，在开挖形成的高陡顺向坡段易失稳发生崩塌、滑坡的可能性大，且露采形成大量松散堆积物，在废渣堆放不合理情况下，极易构成泥石流物源，遇暴雨，易形成泥石流地质灾害，威胁矿区内工作人员生命及财产设备安全。

因此，未来矿区开采时，要有专人负责崩塌、滑坡、泥石流地质灾害预防和防治，确保矿区内工作人员生命和财产安全。

3.2.4 生态环境影响评价
未来矿区开采后，由采矿引发的生态环境问题包括矿区工业场地建筑活动、采矿活动对矿区内地形地貌景观和土地资源的影响破坏。

工业场地建筑活动中的挖方、填方工程，彻底改变原有
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地形地貌景观，且将土地利用类型由耕地(草地)变为采矿
用地。

采矿活动形成崩塌、滑坡等地质现象改变原有地形
地貌景观，破坏耕地、植被，甚至威胁矿区内居民房屋安
全，对生态环境影响程度严重。

3.3 矿区环境地质类型
因采矿活动造成矿区内水环境受污染破坏，引发崩塌、
滑坡、泥石流地质灾害，且生态环境影响严重，耕地、建筑
物遭受破坏，判定矿区环境地质类型属不良。

4 结论
综上所述，本矿区水文地质类型为二类一型至二型，工
程地质条件属中等-复杂型，环境地质条件属不良型。

因
此，矿区开采技术条件为以环境地质为主的Ⅲ-3复杂型，
局部为以工程地质、环境地质为主的Ⅲ-4复杂型。

参考文献：
[1] 程方解,张迎波,白志超,等.山西省交口县铁金村铝土
矿勘探地质报告[R].2014,6.
[2] 中华人民共和国国家技术监督局.GB 12719-91矿区水文
地质工程地质勘探规范[S].北京:地质出版社,1991.
矿石SiO含量一般0.24%-2.94%,仅ZK401孔为5.50%。

2
Al O含量一般0.10%-0.94%，仅ZK401孔为2.85%。

Fe O含量
2323
一般0.15%-0.69%，仅ZK401孔为1.34%。

烧失量一般
41.50%-43.94%，仅ZK401孔为38.16%。

据多元素分析结果详见表4，矿石中有害元素MgO、Cl、
SO等均未超标。

烧失量41.61%-42.75%。

3
3.3 矿石类型和品级
矿石自然类型主要为团块微晶灰岩和鲕粒亮晶灰岩，次
为团块亮晶灰岩。

矿层上部为团块微晶灰岩，下部为鲕粒亮
晶灰岩，底部为团块微晶灰岩。

工业类型为水泥用石灰岩。

矿区矿石品级可划分为Ⅰ级品、Ⅱ级品，Ⅰ级品分布于矿区
西部0-4线和5-9线北部。

Ⅱ级品分布于矿区中南部5-9线南部。

3.4 矿体顶底板和夹层
矿体顶板为张夏组团块微晶灰岩、团块含泥白云岩，有
少量泥质条带灰岩以及第四系黄土。

岩体主要分布于5线和
7线南部。

矿体底板为张夏组下部团块微晶灰岩、豆粒灰
岩。

矿体夹层主要为灰岩，化学成分主要是MgO含量超标，
但考虑到最大限度利用资源，并入矿体后不影响矿石品级
后都圈入矿体。

3.5 表土
第四系表土主要分布于矿区南部山前，在矿区北东部山
梁亦有分布。

岩性主要为土黄色亚粘土，含有少量灰岩砾
石等。

厚度一般0.10-2.00m，最大厚度16.55m。

经取样测
试，硅酸率3.3-3.7，铝氧率2.5-2.8，MgO为2.38%-2.60%，
K O+Na O为3.22%-3.67%，Cl为0.01%，对照《冶金、化工石
22
灰岩及白云岩、水泥原料矿产地质勘查规范》（DZ／T0213
—2002）附录D中表D.7，水泥用粘土质原料矿石化学成分一
般要求，矿区表土可作为水泥用粘土质原料，达一类类别。

4 矿床成因及找矿标志
4.1 矿床成因
根据区域资料和岩石成分，张夏组为单一的碳酸盐建
造，为浅海相沉积类型。

4.2 找矿标志
地貌标志：张夏组地貌上常形成大的陡坎。

岩性标志：张夏组中部普遍含有鲕粒，因而鲕粒亮晶灰岩
是其岩性标志。

表4 多元素分析结果表
工程
编号
样品
编号
分析结果（％） 矿石
品级
SiO2Al2O3Fe2O3CaO MgO K
2O Na2O ZK201 DY001 2.26 1.400.4052.71 1.21 0.13 0.016Ⅰ
ZK701DY002 1.05 0.400.2050.94 3.06 0.076 0.010Ⅱ
工程样品分析结果（％）矿石
编号编号品级
Cl SO3Mn3O4Ti02P2O5烧失量
ZK201DY0010.004 0.0380.0170.15 0.030 41.61 Ⅰ
ZK701DY0020.006 0.0150.0120.10 0.024 42.75 Ⅱ
参考文献：
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[4] 赵祥,朱建林,田丰,李小明,庞淑红.运城中联水泥有限
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勘局二一四队,2013.
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