1. 自然地理概况 [1]
矿区位于北、南、西三面环海东南与陆地相连的“舌”状岛屿上。岛内有相连的三个山包，最高点为67.14米，矿体埋藏于三个山包东南侧的山脚下。统观区内地形，南高、北低，东高、西低，略向北西倾斜，地面标高1~6米。
矿区西南约6公里的仓上北西近海处，地面隆起，标高30米；东北侧十几公里的海上山包，标高22米；东南侧4公里的单山，标高41.8米。
王河是区内唯一间歇性河流，源于莱州市东南大泽山白云洞水库，河长48公里，流域面积376平方公里，经矿区南侧入渤海。河流干枯期较长，夏季连续水流不超过10天。
区内属暖温带东亚季风区大陆性气候。夏季以东南风为主，冬季多西北风。据莱州市气象站1959~1989年31年的气象资料统计：年平均气温12.5℃，最高38.9℃，最低−17℃；年平均降水量595.77毫米，最大1204.8毫米，最小313.8毫米，降雨多集中在7~9月份，占全年降雨的60%以上，最长连续降雨日数为4天，降水208.8毫米；年最大蒸发度2379毫米，最小1779.2毫米；平均相对湿度63.87%；区域性最大积雪深度200毫米；最大冻土深度680毫米，解冻期为2月下旬至3月上旬。百年一遇海啸侵袭标高为3.95米。
2. 地层及构造
2.1. 地层
区内出露地层主要是第四系冲洪积砂砾石、粘质砂土和海积砂，最大厚度50米，伏于该层之下的太古界胶东群岩性为：斜长角闪岩、黑云母片岩、黑云母变粒岩。地层总体走向北东–南西向，倾向南东。山包上出露的为燕山期花岗岩。
2.2. 构造
矿区构造形迹主要有北东向及北西向两组，其中走向40˚、倾向南东、倾角45˚的F1断裂和走向20˚的F2断裂，还有本次调查新发现的北西向的F3断裂，F3断裂：总体走向325˚~335˚、倾角较陡，均在85˚以上，在倾向上呈舒缓波状，时而倾向北东，时而倾向南西。
3. 构造对水文地质、工程地质条件的控制 [2]
构造不仅控制着金矿的成生，同时也严格控制水文地质、工程地质条件。F1主断裂属压扭性质，挤压带岩石紧密，中心部位稳定分布15~30厘米的断层泥，具有阻水性。F3、F4、F5三条北西向断裂经历了扭、张、张扭的破坏，造成沿北西向断裂带张性裂隙发育，充填程度差，导水性能强的特点，形成一条北西–南东方向的带状强含水带，这条带状强含水带是矿床充水的主要威胁。其它方向的裂隙，对不同块段的地下水起着勾通作用。三条北西向断裂横跨各条巷道，松散的破碎带给巷道开拓带来了隐患。
4. 含水层(带、块段)、隔水层及其特征
区内可分第四系含水层、隔水层和基岩含水带(块带)，其富水、隔水特征如下。
4.1. 第四系孔隙含水层
除三个山包外，第四系广泛分布，从山脚向东南逐渐变厚，最厚50米，岩性可分四层，自上而下，一、三层为含水层；二、四层为隔水层。
第一含水层主要为中、粗砂，局部有细砂、砾石，向下有机质增多，含贝壳、海螺及灰色泥质物，厚度3.50~17.09米，平均厚9.93米，含孔隙潜水，因泥质物不均，富水性各异。
第二含水层(承压水)为中、粗砂，埋藏在棕黄色粘质砂土和含钙质结核的砂质粘土、粘质砂土之下，分布于32 (1660)线以东、40 (1900)线7孔以南和20 (1300)线16孔西南，该层不连续，24 (1420)~32 (1660)线缺失，含水层岩性为中、粗砂，厚度3~4米，最大11.90米，最小0.50米，水质类型Cl−∙
∙ - Na+∙Mg2+型，矿化度60 (2500)线47.7克/升，40 (1900)线22.4克/升，接受南部基岩裂隙水及第一含水层、海水补给。
4.2. 基岩含水带(块段)
基岩含水带(块段)是研究矿区水文地质条件的重点。
区内基岩主要有太古界胶东群的斜长角闪岩、黑云母片岩、黑云母变粒岩和燕山期花岗岩，除三个山包出露的花岗岩外，其余全被0~50米的第四系覆盖。
受构造的影响，致密、坚硬的岩石产生裂隙或破碎，从而为地下水的储存和运移开辟了空间。在不同部位，岩石受力不均一，所产生的裂隙或破碎程度亦不均匀，致使富水性和地下水的运移复杂化，形成了含水不均的脉状裂隙水。这种裂隙水的存在，在平面上受断裂走向及断裂带宽度所控制，在剖面上将随断裂的倾向及发育深度而变化。根据F1主断裂的阻水性质，可将本区地下水分为F1断裂下盘水和上盘水。由于F3、F4、F5三条北西向断裂的破坏，F1断裂上、下盘各自的富水性并不均匀。因此，按富水程度将F1断裂下盘分为强含水带(I)、中等含水块段(II)和不含水块段(III)；将F1断裂上盘分为弱含水带(IV)和极弱含水块段(V)。分述如下。
4.2.1. F1断裂下盘含水带(块段) [3]
I带——强含水带：位于F1主断裂下盘(北西侧)的34 (1720)~36 (1780)勘探线之间(F3断裂影响带)和40 (1900)~42 (1960)线之间(F4、F5两断裂间)。这两条北西–南东展布的带状块段合称I带。
此带北西端基岩出露地表并延至渤海，向南东呈45˚斜面被埋藏于F1主断裂之下(F1主断裂倾角45˚)，带宽120~130 m，北西端略宽。含水带厚度依从F3、F4、F5三条断裂的发育深度，现尚未查明。含水带岩性为花岗岩、蚀变花岗岩、绢英岩化花岗岩、绢英岩等。岩石裂隙发育且为开型，裂隙面有铁质沉淀，有密集的流失孔。钻孔单位涌水量最大1.0629升/秒∙米。
在同一带内，富水性并不均一，如40 (1900)/ZK7孔单位涌水量0.1436升/秒∙米，而40 (1900)/ZK59孔的单位涌水量1.0629升/秒∙米，坑道内涌水点多集中在北西向断裂面及北西向裂隙，远离断裂面涌水点则少。就是同一断裂的不同部位，随其断裂开启程度不同，涌水量也不相同。如−240 m巷道F4断裂处，巷道北西侧断裂面有泥质物、糜棱岩等充填，故无涌水现象，而南东壁断裂面呈开启型或仅有很疏松的角砾充填，巷道开拓时曾涌水。又如各巷道开拓至F3断裂时，涌水量也不相同(见表1)。
Table 1. Water inflow at the opening F3 fault in each middle section
表1. 各中段开拓F3断层处涌水量
II块段——中等含水块段：位于42 (1960)线北东、F1断裂下盘和I带所夹部分块段。北西端局部基岩裸露并延伸渤海，向南东隐伏于F1断裂之下，顶面呈45˚斜面延伸。主要岩性为花岗岩、蚀变花岗岩、绢英岩化花岗岩、绢英岩等。裂隙面黄铁矿明显，局部有开口裂隙及不连续的流失孔。坑道内观察，北西、北东东向裂隙均有，但其规模、数量远不如I带，涌水点、涌水量也少。钻孔抽水单位涌水量为0.0463升/秒∙米。
III块段——不含水块段：位于34 (1720)线南西、F1断裂下盘。北西端岩石出露地表并伸向渤海，其余地区隐伏于第四系或F1断裂之下；向南东也是呈45˚角斜下延伸。主要岩性有花岗岩、蚀变花岗岩、绢英岩化花岗岩、绢英岩等。岩石裂隙不发育，偶遇裂隙也多为闭型或被泥质硅质充填，钻孔单位涌水量为0.0092升/秒∙米。已开拓的巷道均较干燥，仅局部见滴水、渗水现象，故将此块段视为无水块段。
4.2.2. F1断裂上盘含水带(块段)
IV带——弱含水带：位于F1断裂上盘(南东侧) 34 (1720)~36 (1780)线之间(F3断裂影响带)和40 (1900)~42 (1960)线间(F4、F5两断裂间)的两条北西–南东展布的带状块段。埋藏于0~50 m第四系之下。底面随F1断裂45˚角向南东延伸。岩性为胶东群老地层、花岗岩等，钻孔单位涌水量为0.039升/秒∙米。
V块段——极弱含水块段：F1断裂上盘出Ⅳ带的所有地段。伏于0~50 m第四系之下，底面呈45˚角向南东斜下延伸。岩性为胶东群老地层、花岗岩等，含水性极弱，钻孔抽水试验，单位涌水量为0.0144升/秒∙米。
矿体赋存于F1断裂下盘蚀变带，坑道及系列构筑物均在下盘。由上述分析可知，F1断裂下盘34 (1720)线南西块段(III)为无水区；I带为强含水带，是坑道充水的主要威胁；II块段亦有一定水量流入坑道。F1断裂上盘的IV带和V块段的地下水受F1断裂的阻隔，水量也不大，对坑道充水不会造成威胁。
5. 各坑道间的水力联系
矿山的各坑道都揭露了断裂F3、F4、F5，其性质为张扭性，断裂两侧裂隙发育，大都为张开型，为地下水的运动提供了良好的通道，使各坑道间存在着密切的水力联系 [4] 。
5.1. 垂直方向上的水力联系
三山岛金矿建设中，随着开采深度的增加，各中段巷道的水量不断变化，当下一中段开拓中出现涌水，上一中段的涌水量则明显减少，以致干枯。
如1986年7月，−105 m中段42 (1960)线掌子面发生涌水，Q = 1920立方米/日，−70 m中段的705、706、708及−70 m干线各出水点全部干枯；
还有1986年6月29日，−150 m中段向北掘进遇到F3断裂时，产生冒顶、塌帮及涌水现象，导致斜坡道−130 m处水量明显减少，−135 m出水点干枯；
1986年9月14日，−150 m中段主井石门处涌水，导致−105 m中段出水点全部干枯；
1988年2月29日，−195 m中段42 (1960)线附近涌水，3月8日发现−150 m中段40 (1900)线钻孔由喷水变为无水，3月9日正式将−150 m中段1880、1900、1920、1940、1960线各涌水孔全部打开，除个别孔涌水外，其他由原来的涌水变为无水；
1988年11月，粉矿回收斜坡道−320 m处突水，水量3633立方米/日，导致−195 m中段40 (1900)~42 (1960)线间干枯，−240 m中段42 (1960)线附近水量减少，1940线钻孔喷水距离由原来的5 m减少到2 m。
充分证实了地下水沿构造裂隙在垂直方向上有着密切的水力联系。
5.2. 同一中段内的水力联系
坑道水不仅在垂直方向上有联系，在水平方向上沿裂隙也发生联系。
如−105 m中段42 (1960)线附近突水后，导致巷道南西方向的F3断裂处及40 (1900)线附近的涌水点水量明显减少。
1988年4月−195 m中段3号溜井巷道两次涌水，水量由943立方米/日增至3079立方米/日，此时南东方向3号溜井巷道与主巷道交会处涌水点基本干枯；3号溜井巷道与主巷道交会处涌水时，使南西方向的F4断裂处涌水点基本干枯。
再如−150 m中段F4断裂出水点干枯也是因为巷道向北东方向掘进遇有新的涌水点所致。
这种水平截流现象说明坑道地下水在水平方向上有密切的水力联系。
6. 坑道涌水量的变化特征
矿山自80年开始建设，随着开拓深度的增加和水平巷道的延伸，排水量不断地发生变化，从排水量的变化曲线图看：掘进中遇到大的突水以后，总排水量有明显的增加，随着时间的延长，水量又逐渐减少。1989年1月以来，水量有逐渐减少的趋势。经过多年涌水量观测，坑道涌水量随季节、海潮影响而变化很小。
三山岛金矿矿体位于F1断裂下盘的构造影响带内，34 (1720)~42 (1960)线间发育着数条次一级的北西向断裂与F1断裂交会，构成了金矿独特的水文地质块段。矿床内裂隙发育，多为张开型，为地下水的赋存和运移创造了良好的条件。矿山建设中多次发生涌水，影响了矿山建设，证实了该区段是强富水的。
42 (1960)线以北裂隙亦较发育，但多被充填，也有张开型，其涌水点或涌水量都不如34 (1720)~42 (1960)线之间。34 (1720)线以南，裂隙不发育或有充填型及闭合型，巷道较干燥，开拓时仅见滴水或流量甚微的淋水现象。
通过调查认为34 (1720)~42 (1960)线间为富水性最强的区段，42 (1960)线以北次之，而34 (1720)线以南无水。坑道不同区段的涌水点及涌水量的不同与水文地质条件分区相吻合。
7. 水质变化特征
三山岛金矿从勘探到矿山建设开采，至本次调查，在各不同工作阶段都取得了大量的水质分析资料。大量的水质分析资料表明，矿床水位高矿化度的Cl− - K+∙Na+型水，矿化度高于海水(海水矿化度26~30克/升)，只有个别低于海水。
据矿区勘探时的水分析资料看：地下水的矿化度在矿床中段高，北东、南西两端偏低。40 (1900)~44 (2020)线附近，矿化度56.6~61.1克/升；20 (1300)~28 (1540)线附近，矿化度10.0~42.5克/升；48 (2140)~54 (2320)线，矿化度29.0~59.9克/升；64 (2620)线附近又偏高为60.4~60.8克/升。
矿山长期大量排水，不仅破坏了地下水的天然流场，同时水质也发生了变化。通过对水质资料的分析，三山岛金矿水的矿化度有如下特征(见表2)。
7.1. 从矿坑水的上下位置来看，水的矿化度随着深度的增加而增高
如1760线各中段水的矿化度(见下表2)：−240 m中段水的矿化度最高，一般大于40克/升，最高75.17克/升。在同一中段的同一位置上的探矿孔，在垂直方向上呈扇形分布，其水的矿化度同样有上低下高的特点(见表3)。
Table 2. Mineralization of water in the middle sections of Line 1760
表2. 1760线各中段水的矿化度
Table 3. Mineralization table of borehole water with fan-shaped distribution
表3. 扇形分布钻孔水的矿化度表
7.2. 在水平方向上，离断裂带F1近的，水的矿化度高，反之距F1断裂远的则矿化度低
如−250 m中段3号穿脉巷中放水孔垂直于F1断裂方向排列，其矿化度变化(见表4)。
Table 4. Mineralization table of No. 3 through vein drainage hole in −250 m middle section
表4. −250 m中段3号穿脉放水孔矿化度表
表5中两个出水点不仅矿化度不同，水温度也有差异。离F1近的−240 m中段13孔矿化度、水温都高于远离F1的−250 m中段五叉路口水点(见表5)。
Table 5. Mineralization table of two borehole water in the middle section of −240 m and −250 m
表5. −240 m、−250 m中段两钻孔水的矿化度表
7.3. 随着矿山开采大量排水时间的延长，矿坑水的矿化度有逐渐变小的趋势
−70 m中段11号水点，1981年7月11日取样矿化度为52.65克/升，同年11月25日为48.67克/升，1984年7月20日则为40.99克/升，1986年5月为31.02克/升，虽有下降趋势，但仍高于海水。
8. 结论与建议
8.1. 结论
三山岛金矿坑道主要充水地段为I带，即F1主断裂下盘的F3、F4、F5三条北西向断裂带。坑道进水方向主要为北西、南东向，其次为北东向。坑道充水水源为现代海水、封存的古海水，另有微量大气降水、第四系孔隙水的渗入补给。在矿山长期排水状态下，矿坑水的矿化度将会逐渐降低，但降速是相当缓慢的。各涌水点的矿化度将逐渐趋于海水矿化度，个别点也有可能低于海水的矿化度。
8.2. 建议
继续加强地表、坑道水位、水量、水质、水温等动态观测。选择较稳定的涌水点，观测要持久，以保证资料的连续性。在矿坑长期排水状态下，继续分析研究充水水源及水文地质条件或地下水流场的变化。在60 (2500)~64 (2620)线间第四系隔水底板缺失处建立第四系地下水长期观测孔。在F1主断裂上盘建立观测孔，掌握上盘水位动态，进一步了解F1主断裂的阻水性能。可进行专门性地下水同位素研究，并要保证有尽可能多的涌水点资料，进而研究矿坑水水源及其变化。可继续做地下水连通试验，确定各方向地下水进入矿坑的速度。监测坑道涌水量与季节变化、海潮的关系。预测下一水平坑道涌水量可采用类推法。超前疏干时，在保证采场疏干的前提下，对个别涌水点能堵即堵，可节约排水经费。