王建國(guó)，馬英英，鄧標(biāo)榮，樊彥紅，周來(lái)遜

(1.江西省核工業(yè)地質(zhì)局二六一大隊(duì)，江西鷹潭 335001;2.內(nèi)蒙古自治區(qū)第七地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010020)

相山鈾礦田地層主要由中元古界的千枚巖和片巖組成的基底及由火山巖系組成的蓋層組成，區(qū)內(nèi)火山巖既是組成相山鈾礦田蓋層的主要巖石，又是含礦圍巖，其主要巖性為上侏羅統(tǒng)打鼓頂組、鵝湖嶺組的酸性、中酸性火山熔巖、火山碎屑巖以及陸相沉積碎屑巖。經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的勘查和開(kāi)采，對(duì)相山鈾礦田主要礦體圍巖的工程地質(zhì)特征有了一定的認(rèn)識(shí)，但是，由于過(guò)往的工作主要針對(duì)定性資料進(jìn)行收集分析，而在定量分析方面工作欠缺，至今相山鈾礦田主要巖石還未有一套較為完整、可供借鑒的巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果資料，以及相關(guān)的巖石質(zhì)量指標(biāo)資料(谷德振，1983;羅國(guó)煜，1990;薛裕鶴，1994)。

1 主要礦體圍巖類型及分布規(guī)律

相山鈾礦田主要礦體圍巖是指在相山火山巖系中占主導(dǎo)地位的上侏羅統(tǒng)火山熔巖—流紋英安巖、碎斑熔巖，以及次火山巖—花崗斑巖，同時(shí)亦是主要含礦圍巖。鈾礦體主要賦存于斷裂中，斷裂旁側(cè)的次級(jí)斷裂、裂隙，斷裂與火山巖層組間界面復(fù)合部位，火山巖層組間界面附近，不同巖性接觸帶附近，尤其是組間界面變異部位等。這些部位與斷裂、裂隙構(gòu)造關(guān)系十分密切。

流紋英安巖、碎斑熔巖及花崗斑巖在空間上分布具有如下特點(diǎn):前二者主要分布在礦田西部、中部及西北部;后二者分布于北部、東部及南部，其中花崗斑巖主要分布在北部、東部及南部邊緣，反映了淺成侵入巖的特點(diǎn)。一般正常層序和厚度為:底部流紋英安巖，層厚60～515 m，地表只有零星出露;之上為碎斑熔巖，層厚345～590 m，地表分布面積大;花崗斑巖主要穿插于千枚巖、碎斑熔巖中，規(guī)模變化大(圖1)。

2 主要圍巖工程地質(zhì)特征

礦田內(nèi)的主要礦體圍巖形成于燕山運(yùn)動(dòng)的侏羅系，之后經(jīng)歷喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)，早先形成的巖石被不同走向的區(qū)域性斷裂構(gòu)造切割成形狀各異的巖塊，最終形成現(xiàn)在的巖石(體)的結(jié)構(gòu)體。受區(qū)內(nèi)多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和巖漿活動(dòng)的影響，各塊體之間結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)不同，表現(xiàn)為:北東向的斷裂構(gòu)造為壓扭性特征，主要有蕪頭—小陂、鄒家山—石洞、鄒家—布水?dāng)嗔训?北西向的斷裂構(gòu)造為張扭性特征，主要有河源背—石洞、石城—書(shū)堂斷裂。而巖石(體)的結(jié)構(gòu)體和結(jié)構(gòu)面決定了它們的工程地質(zhì)性質(zhì)特征。經(jīng)大量工程揭露證實(shí)，盡管這些斷裂及次級(jí)斷裂構(gòu)造組成的結(jié)構(gòu)面工程地質(zhì)特性各異，但所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)面都為礦田巖石的軟弱部位。

圖1 居隆庵鈾礦床地層綜合柱狀圖Fig.1 The stratum histogram of Julongan uranium deposit

通過(guò)對(duì)主要礦體圍巖即流紋英安巖、碎斑熔巖和花崗斑巖三種巖石的物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果的分析，三種巖石主要礦物成分為長(zhǎng)石、石英，容重2.49～2.64 g/cm3，密度2.56～2.71 g/cm3。由于組成巖石的主要礦物成分相同，成巖環(huán)境大致一致，各巖石組成的結(jié)構(gòu)體特征基本相似，集中表現(xiàn)為巖石力學(xué)強(qiáng)度大，極限抗壓強(qiáng)度值高(表1)。從工程地質(zhì)角度來(lái)分析，只要其中不存在軟、硬懸殊的夾層(帶)，它們的物理力學(xué)性質(zhì)相差不大，各向異性不甚明顯，可視為均質(zhì)體。

本區(qū)巖石工程地質(zhì)特征的主要影響因素有風(fēng)化作用、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和蝕變作用。礦田內(nèi)基巖大都出露地表，風(fēng)化普遍存在。風(fēng)化作用是隨著深度而逐漸衰減。因巖性不同，外營(yíng)力的作用不同，不但風(fēng)化層在厚度上有變化，其工程地質(zhì)性質(zhì)會(huì)產(chǎn)生變化。不同性質(zhì)的構(gòu)造與蝕變種類及強(qiáng)弱對(duì)巖石工程地質(zhì)條件都將產(chǎn)生不同影響。下面從風(fēng)化作用、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和蝕變作用3個(gè)方面對(duì)各主要礦體圍巖的工程地質(zhì)特征進(jìn)行分析(曹壽孫等，2009;吉高萍等，2013)。

表1 巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表Table 1 Rock physical and mechanical properties

2.1 流紋英安巖

主要分布在碎斑熔巖之下，埋藏較深，幾乎不受風(fēng)化作用的影響，一般巖石的RQD值為87.2%～90.0%(已降低10%，下同)，巖石質(zhì)量好。巖石的圍壓隨深度增加而增大，深部構(gòu)造發(fā)育處，巖石一般較破碎，強(qiáng)度降低，破壞嚴(yán)重，在地下工程開(kāi)拓過(guò)程中遇到破碎的地方，易發(fā)生巖爆現(xiàn)象。李家?guī)X礦床ZK72—36在孔深945.65～948.75 m的深部流紋英安巖中見(jiàn)工業(yè)礦化。該礦段正處于孔深939.50～951.45 m巖心破碎、構(gòu)造裂隙發(fā)育部位，RQD值為15.5%，鉆孔施工曾經(jīng)發(fā)生過(guò)嚴(yán)重卡鉆事故就是佐證。

流紋英安巖中的蝕變類型主要有:赤鐵礦化、綠泥石化、絹云母化、鈉長(zhǎng)石化和螢石化等。流紋英安巖發(fā)生蝕變過(guò)程中，由于組成的礦物發(fā)生交代作用，其結(jié)構(gòu)構(gòu)造也會(huì)隨之變化，工程地質(zhì)性質(zhì)亦會(huì)變差。如居隆庵礦床統(tǒng)計(jì)資料顯示，正常的流紋英安巖與蝕變的流紋英安巖極限抗壓強(qiáng)度之比是0.64∶1。說(shuō)明蝕變的巖石工程地質(zhì)性質(zhì)與正常的巖石相差很大。

2.2 碎斑熔巖

分布在流紋英安巖之上，出露于地表。出露地表和近地表的巖石受風(fēng)化作用的影響，巖石質(zhì)量會(huì)發(fā)生變化，力學(xué)強(qiáng)度變低。如居隆庵礦床風(fēng)化的碎斑熔巖的RQD值17.2%～86.8%，巖石質(zhì)量相差較大。風(fēng)化層的發(fā)育深度一般為20～40 m，在構(gòu)造部位風(fēng)化裂隙發(fā)育較深，局部工程地質(zhì)條件差。

碎斑熔巖中的構(gòu)造十分發(fā)育，各個(gè)不同走向的斷裂、次級(jí)斷裂構(gòu)造，將碎斑熔巖切割成形狀各異的塊體。由斷裂及裂隙構(gòu)造構(gòu)成的破碎帶是區(qū)內(nèi)碎斑熔巖的軟弱夾層(帶)。據(jù)鄒家山礦床2～30孔的巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)資料，構(gòu)造巖的極限抗壓強(qiáng)度為43.54 Mpa，強(qiáng)度低。居隆庵礦床ZK44-12，ZK48-19等孔資料顯示，F(xiàn)7構(gòu)造破碎帶的RQD值小于17.8%，巖石的完整性差，巖石質(zhì)量劣(照片1)。1976年8月30日上午發(fā)生在鄒家山礦床3號(hào)帶110中段主巷的突水事故，就是因?yàn)轭A(yù)防措施不當(dāng)，人工爆破時(shí)，近地表的F1構(gòu)造裂隙含水帶上部突然涌水，涌水量達(dá)56 m3/h，其井筒涌水量超過(guò)泵量，使110 m中段主巷被淹，停產(chǎn)3天。據(jù)居隆庵礦床統(tǒng)計(jì)資料，碎斑熔巖RQD值一般為72.7%～89.4%，平均極限抗壓強(qiáng)度146.0 Mpa。也就說(shuō)，除斷裂和構(gòu)造破碎帶外，巖石完整、質(zhì)量好，抗壓強(qiáng)度高。區(qū)內(nèi)多個(gè)已開(kāi)采礦床的巷道大多數(shù)不需支護(hù)，靠自撐能力可以抵御因開(kāi)挖造成釋放的應(yīng)力影響，僅斷裂及破碎帶等軟弱夾層(帶)需要支護(hù)，充分證明了巖石質(zhì)量好。

碎斑熔巖中的蝕變類型與流紋英安巖相同，蝕變的碎斑熔巖較蝕變前，不但成分已經(jīng)發(fā)生改變，其強(qiáng)度也因蝕變的影響而變?nèi)?。鄒家山礦床正常碎斑熔巖與蝕變碎斑熔巖的極限抗壓強(qiáng)度之比為1∶0.51。一般巖石有蝕變的地方亦必定存在裂隙構(gòu)造，甚至斷裂構(gòu)造，它們之間相互作用和影響，使巖石的完整性被破壞，抗壓強(qiáng)度變低，破壞愈厲害，強(qiáng)度愈低。

另外，在與次斑狀花崗巖接觸界面附近的巖石中，裂隙構(gòu)造發(fā)育，并有礦化蝕變發(fā)生，RQD值較低。如羅陂地區(qū)ZK31-3，ZK35-2兩孔，在此接觸界線的碎斑熔巖中，RQD值僅為9.6%～16.9%(未作降低調(diào)整)。這些部位巖石質(zhì)量差，可以說(shuō)是碎斑熔巖中的軟弱夾層。

照片1 F7斷裂構(gòu)造Photo 1 The rock from F7fault

2.3 花崗斑巖

在地表有出露，分布面積次于碎斑熔巖?；◢彴邘r中未有大的斷裂構(gòu)造存在部位巖石質(zhì)量好。橫澗礦床露天采場(chǎng)深幾十米的高峻斜坡就是有力的證明。而花崗斑巖與片巖接觸界面附近，由于片巖經(jīng)受多次構(gòu)造活動(dòng)的影響，片理和節(jié)理裂隙均較發(fā)育，工程地質(zhì)條件比與碎斑熔巖接觸界面附近稍遜一籌。如橫澗礦床427孔在孔深337～370 m遇到該接觸帶，巖石強(qiáng)烈破碎，鉆進(jìn)過(guò)程中發(fā)生孔壁嚴(yán)重垮塌?？梢哉f(shuō)，花崗斑巖與片巖的接觸構(gòu)造破碎帶，巖石的穩(wěn)固性是差的。

總之，由流紋英安巖、碎斑熔巖及花崗斑巖組成的相山鈾礦田主要礦體圍巖工程地質(zhì)條件總體來(lái)說(shuō)是好的，屬堅(jiān)硬巖石。但蝕變處的巖石質(zhì)量較差，一般為堅(jiān)硬—半堅(jiān)硬巖石;斷裂構(gòu)造發(fā)育處和風(fēng)化作用形成的強(qiáng)、弱風(fēng)化巖，巖石的質(zhì)量差，尤其是當(dāng)構(gòu)造與蝕變作用疊加在一起，巖石的質(zhì)量更差，屬軟弱巖。這些軟弱巖往往是鈾礦體賦存的有利部位，不但礦體穩(wěn)固性差，部分近礦圍巖的穩(wěn)固性亦差。

3 勘查過(guò)程中的若干問(wèn)題探討

3.1 資料收集

當(dāng)前，深部找礦工作主要手段是以鉆探為主，在鉆探工程中如何對(duì)巖石(體)工程地質(zhì)條件進(jìn)行評(píng)價(jià)，以最少的工作量，獲得最多合乎要求的地質(zhì)資料，仍是一個(gè)有待解決的問(wèn)題。相山鈾礦田從勘查之初至今已有半個(gè)多世紀(jì)，就鉆孔終孔直徑而言，從最初的φ 110 mm，到如今的φ 56.5 mm，已發(fā)生很大的變化。礦田工程地質(zhì)工作也是如此，使用的行業(yè)規(guī)范也修改達(dá)三次之多。根據(jù)多年野外工作實(shí)踐，認(rèn)為要搞好這項(xiàng)基礎(chǔ)工作，必須從以下五個(gè)方面考慮。

(1)巖心工程地質(zhì)描述和編錄。這項(xiàng)工作一般是與鉆孔巖心水文地質(zhì)編錄同步進(jìn)行，水文地質(zhì)與工程地質(zhì)關(guān)系是緊密相聯(lián)的，水文地質(zhì)條件復(fù)雜的地方，一般構(gòu)造發(fā)育，工程地質(zhì)差;工程地質(zhì)條件劣處，構(gòu)造發(fā)育，加上地下水的作用，工程地質(zhì)條件會(huì)變得復(fù)雜。因此編錄時(shí)除統(tǒng)計(jì)裂隙發(fā)育情況外，應(yīng)結(jié)合孔內(nèi)情況對(duì)工程地質(zhì)情況進(jìn)行描述，尤其是構(gòu)造部位和礦化蝕變處要仔細(xì)察看巖心破碎處的裂隙構(gòu)造的力學(xué)性質(zhì)、裂隙面特征、裂隙充填、充填物及膠結(jié)情況，蝕變類型、強(qiáng)度、對(duì)巖石堅(jiān)固性的影響程度等。

(2)巖心各種指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)。除巖心采取率外，還有巖心獲得率及巖石質(zhì)量指標(biāo)(RQD值)，其中RQD值是工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)一個(gè)重要指標(biāo)。為真實(shí)地反映客觀實(shí)際，要認(rèn)真進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。RQD=LP/ LI×100%，LP鉆孔獲取某一巖組中大于10 cm巖心長(zhǎng)度之和(m);LI在某一巖組中鉆探進(jìn)尺總長(zhǎng)度(m)，要求確保每回次巖心采取率和巖心嚴(yán)格按順序擺放。

(3)孔內(nèi)情況記錄。當(dāng)鉆進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)不良工程地質(zhì)現(xiàn)象，如掉鉆、卡鉆、塌孔、漏水、涌水等時(shí)，應(yīng)記錄孔深位置及程度。

(4)巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)樣的采取。巖石樣不要等工程結(jié)束再取，可提前選擇有代表性鉆孔和孔段進(jìn)行，對(duì)典型部位的各主要巖石采集巖石物理力學(xué)試驗(yàn)樣，試驗(yàn)項(xiàng)目符合規(guī)范要求。當(dāng)試驗(yàn)結(jié)果不能滿足要求或有疑問(wèn)時(shí)可補(bǔ)采樣，直至試驗(yàn)結(jié)果滿足要求止。

(5)巖石波速測(cè)量。在有條件的地方可選擇1～2個(gè)鉆孔進(jìn)行巖石波速測(cè)量，有助于確定巖體的完整性系數(shù)及對(duì)巖石(體)的工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)。

3.2 資料整理

這里主要對(duì)RQD值進(jìn)行討論?！兜V區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范》(GB12719—91)第5.4.2.2條規(guī)定，“當(dāng)鉆頭內(nèi)徑小于54.1 mm時(shí)，RQD值作適當(dāng)降低，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)降低20%～50%”。而有的行業(yè)規(guī)范，如《鈾礦水文地質(zhì)勘探規(guī)范》(EJ/T299—1998)，不論鉆頭內(nèi)徑大小，則對(duì)此未作要求。執(zhí)行的規(guī)范不同，采用的標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，將得出不同的結(jié)果，這樣給巖石質(zhì)量等級(jí)評(píng)價(jià)造成一定困難。不同的巖石，由于受構(gòu)造影響程度不同，巖石中的構(gòu)造裂隙發(fā)育不均勻，裂隙中的充填物、膠結(jié)程度、以及地下水作用的強(qiáng)弱等都會(huì)對(duì)巖石的工程地質(zhì)特征產(chǎn)生影響。如巖心完整的孔段，RQD值一般在100%，按“GB12719—91”表E1的標(biāo)準(zhǔn)巖石質(zhì)量屬于極好之列。若按“GB12719—91”第5.4.2.2條規(guī)定，RQD值降低20%(取小值)，巖石質(zhì)量屬好的，巖石質(zhì)量評(píng)價(jià)等級(jí)下降一級(jí)，與實(shí)際情況不完全相符;若將RQD值降低10%，巖石質(zhì)量仍在極好范疇內(nèi)，不會(huì)影響巖石質(zhì)量的評(píng)價(jià)。根據(jù)本地區(qū)的巖石特征和礦山開(kāi)采實(shí)踐，認(rèn)為鉆頭內(nèi)徑小于54.1 mm的巖心 RQD值降低10% ～25%為宜。RQD值降低范圍，在巖心完整時(shí)，降低值取小值;當(dāng)遇到構(gòu)造巖或構(gòu)造破碎帶時(shí)，降低值取大值。

不同地區(qū)的地質(zhì)情況不盡相同，對(duì)于鉆頭內(nèi)徑小于54.1 mm的巖心RQD值降低沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一規(guī)定，各地可根據(jù)本地區(qū)的實(shí)際情況選擇。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)相山鈾礦田主要礦體圍巖等的工程地質(zhì)特征從風(fēng)化作用、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和蝕變作用三個(gè)方面進(jìn)行分析，根據(jù)一些具有代表性的實(shí)例，說(shuō)明礦體圍巖受風(fēng)化、蝕變、構(gòu)造作用等的影響程度不同，其巖石工程地質(zhì)性質(zhì)相差很大，主要是礦體圍巖的巖石質(zhì)量、極限抗壓強(qiáng)度、物理力學(xué)性質(zhì)等有不同程度的變化。同時(shí)，以RQD值的測(cè)量及計(jì)算方法為例，對(duì)相山地區(qū)水文地質(zhì)勘查實(shí)踐工作提出相應(yīng)的建議以及對(duì)勘查過(guò)程中的若干問(wèn)題進(jìn)行初步研究，提出了自己的建議。

曹壽孫，謝國(guó)發(fā)，吳志堅(jiān)，等.2009.居隆庵地段鈾成礦的地質(zhì)條件［J］.世界核地質(zhì)科學(xué)，26(4):187-196.

谷德振.1983.巖體工程地質(zhì)力學(xué)基礎(chǔ)［M］.北京:科學(xué)出版社.

吉高萍，龐文靜，成霖.2013.相山礦田林頭-苔洲鈾成礦地質(zhì)特征及遠(yuǎn)景分析［J］.東華理工大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，36(2):120-127.

羅國(guó)煜.1990.工程地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)［M］.北京:地質(zhì)出版社.

薛裕鶴.1994.我國(guó)鈾礦床的水文地質(zhì)特征及勘探［M］.北京:原子能出版社:1-6.