高密度电阻率法在莱州矿集区环境地质调查中的应用_李子永.pdf

78第31卷第1期2023 年 2 月Vol.31 No.1Feb.，2023Gold Science and Technology高密度电阻率法在莱州矿集区环境地质调查中的应用李子永，张利峰，田海川，王旭东中国地质调查局烟台海岸带地质调查中心，山东 烟台 264000摘 要：经过多年地质勘探与开发，莱州矿集区金矿周边环境受到不同程度的改变和破坏。为了查清莱州矿集区仓上金矿开采带来的环境地质问题，采用高密度电阻率法在仓上矿区东北侧开展调查研究，为仓上金矿的生态修复工作提供技术支撑。本次调查工作初步查明了仓上矿区地层的地电特征、隐伏三山岛断裂的空间分布情况、地下采空区的空间分布特征以及地下海水入侵情况等环境地质问题。研究结果表明：仓上金矿北部地区海水入侵现象严重，海水入侵呈东强西弱的趋势，三山岛断裂缓解了莱州湾北部的海水入侵。高密度电阻率法能够提高环境地质调查工作的效率，是一种有效的矿集区环境地质调查方法。关键词：高密度电阻率法；环境地质调查；采空区；海水入侵；三山岛断裂；莱州矿集区中图分类号：P319.2 文献标志码：A 文章编号：1005-2518（2023）01-0078-10 DOI：10.11872/j.issn.1005-2518.2023.01.092引用格式：LI Ziyong，ZHANG Lifeng，TIAN Haichuan，et al.Application of High Density Resistivity Method in Environmental Geological Survey of Laizhou Mining Concentration Area J.Gold Science and Technology，2023，31（1）：78-87.李子永，张利峰，田海川，等.高密度电阻率法在莱州矿集区环境地质调查中的应用 J.黄金科学技术，2023，31（1）：78-87.随着社会经济的快速发展，我国对金矿资源的需求不断增加，莱州地区的金矿开发力度和强度逐渐增强。自2005年以来，山东省地质矿产勘查开发局在胶东地区开展了深部找矿工作，在莱州焦家金矿带取得找矿突破后，又将找矿目标转向了近岸海域，在三山岛北部海域至仓上地区发现了多个千吨级的超大型金矿床（宋明春等，2015）。经过多年勘探开发，胶东莱州地区金矿周边环境遭受到一定程度的破坏（王鹏，2019），生态环境变得十分脆弱，产生了地下水水位下降、海水入侵、土地盐碱化、土壤污染、地下水污染、采空区及地面沉降等环境地质问题。因此，对该地区进行全面、系统的环境地质调查评价，研究其发展趋势和防治对策，具有重要的现实和历史意义（孙立新等，2004）。目前已有诸多学者围绕莱州湾地区的环境地质问题开展了研究工作，取得了诸多成果。例如：对莱州湾沿岸的海水入侵情况进行研究，指出莱州地区各年度均存在不同程度的海水入侵现象（李永萍，2011；赵景丽等，2017）；利用EH4电磁成像系统和高密度电阻率法在莱州湾地区开展海水入侵咸淡水界限的调查研究，查清了海水入侵界限和咸淡水界面分布情况（苏永军等，2014a，2014b）。然而，上述研究主要局限于莱州湾沿岸地区海水入侵情况，包括海水入侵的成因、规模、界限及防治措施等，对于矿山开发引起的环境地质问题关注较少，无法全面了解当前莱州矿集区环境地质问题。为此，需要优选高效的调查方法，开展合理有效的环境地质调查，为相关政策措施的制定奠定基础。高密度电阻率法是一种阵列式电阻率勘探方法（刘道涵等，2019）。该方法的工作原理与常规电阻率法相同，是以岩（矿）石的电性差异为基础，通过施加稳定的电场作用查明地下电流分布规律，进 收稿日期：2022-07-15；修订日期：2022-10-24基金项目：中国地质调查局项目“莱州莱西一带矿集区生态修复支撑调查”（编号：ZD20220220）资助作者简介：李子永（1991-），男，山东威海人，硕士研究生，从事地球物理勘探和数据处理工作。而研究不同地质体赋存情况的勘探方法，具有成本低、效率高的优点（季洪伟等，2013；张建国等，2020；乔得福等，2021）。高密度电阻率法具有便捷、高效的特点，能够满足提高环境地质调查效率及客观性这一需求，因而在环境地质调查中得到了广泛应用（余伟林等，2019）。本研究采用高密度电阻率法在莱州仓上金矿东北侧开展调查研究工作，以查清该区存在的环境地质问题，为开展仓上金矿矿山生态修复工作提供支持。1 区域地质地球物理特征莱州矿集区北部区域在大地构造位置上处于华北地台（级）胶北地块（级）之胶北隆起的西缘，招掖金矿成矿带的西端。其西侧与沂沭大断裂为邻，东侧临近与金矿成矿有密切关系的玲珑复式岩体，是胶东地区极为有利的金成矿地段。莱州矿集区北部区域地质简图见图1。1.1 地层莱州矿集区北部区域内新生界第四系发育，覆盖广泛，基岩地层出露较少，主要为新太古界胶东岩群。第四系有沿现代河床分布的沂河组（Qhy），沿海岸滩涂分布的旭口组（Qhxk），主要为大面积分布的河漫滩相临沂组（Qhl）和分布较少的山前组（Qs）及大站组（Qpd）。新太古界胶东岩群在工作区内仅出露齐山组（Ar3q），该地层是本区古老的结晶基底，岩性为黑云片麻岩、片岩、黑云变粒岩和斜长角闪岩等，局部见有沉积变质铁矿透镜体，属低角闪岩相角闪二辉麻粒岩亚相。1.2 构造莱州矿集区北部区域的构造以断裂为主。断裂走向以NE向为主，规模最大的断裂为三山岛断裂和焦家新城断裂，规模较小的断裂有后坡西由断裂，此外还有NW走向的三山岛三元断裂。三山岛断裂是招掖金矿成矿带最西端的断裂，平面图1莱州矿集区北部区域地质简图（修改自刘殿浩等，2015）Fig.1Sketch map of the northern part of the Laizhou mining area（modified after Liu et al.，2015）1.第四系沂河组；2.第四系旭口组；3.第四系临沂组；4.第四系山前组；5.第四系大站组；6.中粒含黑云二长花岗岩；7.片麻状细粒黑云角闪云英闪长岩；8.条带状细粒含角闪黑云角闪云英闪长岩；9.中细粒变辉长岩（斜长角闪岩）；10.实测及推断断裂；11.蚀变带；12.金矿脉；13.金矿床；14.工作区范围2023 年 2 月 第 31 卷 第 1 期79李子永等：高密度电阻率法在莱州矿集区环境地质调查中的应用而研究不同地质体赋存情况的勘探方法，具有成本低、效率高的优点（季洪伟等，2013；张建国等，2020；乔得福等，2021）。高密度电阻率法具有便捷、高效的特点，能够满足提高环境地质调查效率及客观性这一需求，因而在环境地质调查中得到了广泛应用（余伟林等，2019）。本研究采用高密度电阻率法在莱州仓上金矿东北侧开展调查研究工作，以查清该区存在的环境地质问题，为开展仓上金矿矿山生态修复工作提供支持。1 区域地质地球物理特征莱州矿集区北部区域在大地构造位置上处于华北地台（级）胶北地块（级）之胶北隆起的西缘，招掖金矿成矿带的西端。其西侧与沂沭大断裂为邻，东侧临近与金矿成矿有密切关系的玲珑复式岩体，是胶东地区极为有利的金成矿地段。莱州矿集区北部区域地质简图见图1。1.1 地层莱州矿集区北部区域内新生界第四系发育，覆盖广泛，基岩地层出露较少，主要为新太古界胶东岩群。第四系有沿现代河床分布的沂河组（Qhy），沿海岸滩涂分布的旭口组（Qhxk），主要为大面积分布的河漫滩相临沂组（Qhl）和分布较少的山前组（Qs）及大站组（Qpd）。新太古界胶东岩群在工作区内仅出露齐山组（Ar3q），该地层是本区古老的结晶基底，岩性为黑云片麻岩、片岩、黑云变粒岩和斜长角闪岩等，局部见有沉积变质铁矿透镜体，属低角闪岩相角闪二辉麻粒岩亚相。1.2 构造莱州矿集区北部区域的构造以断裂为主。断裂走向以NE向为主，规模最大的断裂为三山岛断裂和焦家新城断裂，规模较小的断裂有后坡西由断裂，此外还有NW走向的三山岛三元断裂。三山岛断裂是招掖金矿成矿带最西端的断裂，平面图1莱州矿集区北部区域地质简图（修改自刘殿浩等，2015）Fig.1Sketch map of the northern part of the Laizhou mining area（modified after Liu et al.，2015）1.第四系沂河组；2.第四系旭口组；3.第四系临沂组；4.第四系山前组；5.第四系大站组；6.中粒含黑云二长花岗岩；7.片麻状细粒黑云角闪云英闪长岩；8.条带状细粒含角闪黑云角闪云英闪长岩；9.中细粒变辉长岩（斜长角闪岩）；10.实测及推断断裂；11.蚀变带；12.金矿脉；13.金矿床；14.工作区范围Vol.31 No.1 Feb.，2023矿产勘查与资源评价80形态整体呈S形，发育在花岗岩岩体与胶东群变质岩系的接触带上（王金辉等，2017）。其上盘为变质岩系，下盘为花岗岩体。该断裂走向北段为40、南段约为60，倾向SE，倾角为3540，宽度50200 m不等，三山岛和仓上大型金矿即赋存于该断裂带的绢英质碎裂岩带中（宋明春等，2015）。三山岛三元断裂断续长度超过30 km，走向为310315。倾向SW，倾角为80，宽度为1520 m，具有多期次活动特征。该断裂连续性差，控矿作用不明显，成矿期后活动强烈，形成较宽大的构造破碎带。1.3 岩浆岩与变质岩区内岩浆岩较发育，主要为花岗质岩石，包括中生代燕山早期（晚侏罗世）玲珑超单元郭家店单元和中生代燕山早期（早白垩世）郭家岭超单元上庄单元（杜利明等，2021）。其中，郭家店单元花岗岩在工作区分布较广，主要在东部新城望儿山上坡一带和琅琊岭、后坡等地区呈岩基状产出，而在花山庙和仓上等地区呈岩株状出露，分布面积较小，岩性为中粒二长花岗岩。郭家岭超单元上庄单元呈岩株或岩瘤状出露于新城、三山岛和仓上等地区，岩性为巨斑状中粗粒花岗闪长岩。上述岩体中均含有胶东群变质岩残留体，与本工作区金矿成矿关系极为密切。区内岩脉不甚发育，主要为石英脉及少量煌斑岩，走向多为NE向，均呈脉状产出。其中，石英脉呈灰白色脉状贯入或充填裂隙构造，脉宽为0.10.5 m。煌斑岩脉多充填在三山岛三元断裂带内，走向约为NW300，倾角近直立，厚度可达40 m，岩石呈灰黑色，斑状结构，块状构造。区内变质岩较为发育，主要为古元古界荆山群（Pt1j）和粉子山群（Pt1f）。其中，荆山群岩性主要为黑云片岩、黑云变粒岩和薄层大理岩，原岩为一套海相碳酸盐建造夹少量中基性酸性火山岩；粉子山群岩性主要为浅粒岩、黑云片岩、片麻岩和部分大理岩，原岩为一套海相火山碎屑沉积及碳酸盐沉积建造。1.4 水文地质特征根据地层岩性以及含水层的孔隙性、物理性质、水力特征和埋藏分布条件，可将莱州地区地下水划分为三大类型，分别为松散岩类孔隙水含水组、基岩裂隙水含水组和碳酸盐岩类岩溶裂隙水含水组。（1）松散岩类孔隙水含水组。该类地下水为第四系松散堆积物中赋存的水，根据其所处地貌单元及构造部位，可进一步划分为3个亚组，即山间坡洪积冲洪积层孔隙水亚组、山前冲洪积平原冲积层孔隙水亚组和滨海平原浅层孔隙水亚组。其中，山间坡洪积冲洪积层孔隙水亚组分布于各河流上游山间谷地及阶地内，含水层岩性主要为中粗砂或砂砾石，地下水属潜水；山前冲洪积平原冲积层孔隙水亚组广泛分布于河流中下游河谷、阶地、冲洪积扇及其古河道含水层中，含水层岩性为粗砂夹砾石；滨海平原浅层孔隙水亚组，含水层为海积和冲积交互相地层，岩性为粉砂、中细砂、砂质黏土、淤泥和黏土等。（2）基岩裂隙水含水组。该类地下水可进一步划分为变质岩类裂隙含水岩组和岩浆岩裂隙含水岩组。其中，变质岩类裂隙含水岩组主要赋存于古元古界荆山群和粉子山群的基岩裂隙风化带中，主要岩性为层状片岩、片麻岩和变粒岩，以风化裂隙水为主；岩浆岩裂隙含水岩组主要含水层赋存于中生代艾山、牙山超单元侵入岩的风化裂隙中，以块状裂隙水为主。（3）碳酸盐岩类岩溶裂隙水含水组。该类地下水主要赋存于莱州城西至虎头崖一带的粉子山群大理岩分布区，含水层为具岩溶裂隙的粉子山群张格庄组大理岩