石永文　李向文　于　雷　馬治忠　陳　鵬　張恒志

(1.武警黃金第三支隊；2.武警黃金第一總隊)

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砂寶斯金礦地質(zhì)構(gòu)造特征及工程地質(zhì)巖組劃分*

石永文1李向文1于雷1馬治忠2陳鵬2張恒志1

(1.武警黃金第三支隊；2.武警黃金第一總隊)

摘要砂寶斯金礦區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，侏羅系二十二組砂巖地層中的低角度、近水平的層狀構(gòu)造為礦區(qū)的主要控礦構(gòu)造。根據(jù)斷裂發(fā)育情況，將該礦區(qū)巖體的結(jié)構(gòu)面劃分為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級結(jié)構(gòu)面，其中Ⅱ、Ⅳ級結(jié)構(gòu)面對巖體的力學(xué)性質(zhì)有較大影響。依據(jù)地層時代、巖性、巖石力學(xué)性質(zhì)，將該礦區(qū)的工程地質(zhì)巖組劃分為第四系松散巖類巖組、較硬—堅硬中厚層砂巖巖組、較軟—較硬中厚層板巖泥灰?guī)r巖組和堅硬塊狀碳酸鹽巖組。其中砂巖巖組地表風(fēng)化作用較強烈，構(gòu)造裂隙發(fā)育，蝕變現(xiàn)象嚴(yán)重，是制約礦區(qū)環(huán)境工程地質(zhì)問題的主要因素，應(yīng)為今后礦區(qū)工程地質(zhì)問題研究的主要層位。

關(guān)鍵詞地質(zhì)構(gòu)造巖體結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)工程地質(zhì)巖組

目前，砂寶斯金礦床已進(jìn)入勘探與開發(fā)階段，由于礦區(qū)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，地表風(fēng)化強烈，風(fēng)化裂隙發(fā)育，勢必會引發(fā)一系列的工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)問題。為此，本研究結(jié)合地質(zhì)觀察統(tǒng)計、巖(土)體力學(xué)測試等方法，對礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造和巖體結(jié)構(gòu)面特征進(jìn)行探討，并對工程地質(zhì)巖組進(jìn)行劃分，為研究礦區(qū)工程地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)問題提供參考。

1礦區(qū)概況

砂寶斯金礦礦區(qū)出露地層有：①中元古界興華渡口群興華組，主要巖性為大理巖、石英大理巖；②下泥盆統(tǒng)泥鰍河組，巖性為板巖、結(jié)晶灰?guī)r、泥灰?guī)r；③中生界中侏羅統(tǒng)二十二站組，巖性為碎屑砂巖(圖1)[1]。研究區(qū)位于漠河推覆體的前峰帶上，構(gòu)造發(fā)育，主要包括褶皺構(gòu)造和斷裂構(gòu)造。區(qū)內(nèi)未見大面積的巖漿巖出露，僅見有閃長巖、石英斑巖、花崗閃長巖、霏細(xì)斑巖等少量脈巖，賦礦巖石為中侏羅統(tǒng)二十二站組砂巖。區(qū)內(nèi)礦化蝕變帶有3條，長750～1 400 m，寬200～350 m。區(qū)內(nèi)圍巖蝕變發(fā)育，主要為硅化、高嶺土化、絹云母化、綠泥石化；主要金屬礦物有黃鐵礦、毒砂、輝銻礦、辰砂、閃鋅礦、黃銅礦、方鉛礦、輝鋁礦、磁黃鐵礦、磁鐵礦；脈石礦物以石英為主，次為長石、綠泥石、黏土礦物、方解石、石墨等。

研究區(qū)位于黑龍江省漠河縣，屬于大興安嶺山脈北部的低山丘陵地區(qū)，山勢平緩，海拔400～700 m，相對高差40～250 m，地處寒溫帶，屬大陸型季風(fēng)氣候，年平均氣溫為-5.5 ℃，最高氣溫30 ℃，最低可達(dá)-50 ℃，晝夜溫差大，降水多集中在7—9月份，多年平均降水量425.42 mm，蒸發(fā)量年內(nèi)變化較明顯，春季最大，冬季最小，多年平均蒸發(fā)量為890.55 mm。區(qū)內(nèi)水系較發(fā)育，主要河流為北極村河及其支流小東溝河，河流量隨季節(jié)變化較大，其中北極村河最大流量可達(dá)13.578 m3/s。研究區(qū)北部礦體埋深較淺，總體處于小東溝河侵蝕基準(zhǔn)面(540 m)以上，主礦體分布標(biāo)高476～500 m。

圖1　砂寶斯金礦床地質(zhì)及工程地質(zhì)巖組劃分

2地質(zhì)構(gòu)造特征

2.1褶皺構(gòu)造

區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造發(fā)育，總體為復(fù)背斜，表現(xiàn)形式有背斜、向斜、層間褶皺及由斷裂引起的牽引褶皺。褶皺由中侏羅統(tǒng)二十二站組地層組成。背斜由二十二站組砂巖組成，其軸跡總體呈NNE走向，兩翼傾角10°～30°，向南、北兩側(cè)傾角變緩，Ⅱ#蝕變帶位于背斜核部，Ⅰ#蝕變帶位于背斜翼部。向斜由二十二站組砂巖組成，其軸跡總體呈NNE走向，兩翼傾角15°～45°，Ⅲ#蝕變帶位于向斜核部。區(qū)內(nèi)部分地段可見層間褶皺，形式不一，或向斜，或背斜，使整個砂巖層產(chǎn)狀變化較大，部分?jǐn)鄬痈浇舶l(fā)育一些揉皺現(xiàn)象，形成牽引褶皺。

2.2斷裂構(gòu)造

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，常成群成帶分布，相互間有疊加及錯斷現(xiàn)象，表現(xiàn)為多期性、繼承性。區(qū)內(nèi)最主要的控礦構(gòu)造為發(fā)育于侏羅系地層中的低角度、近水平的層狀構(gòu)造，出露地表可表現(xiàn)為近SN向的礦化蝕變帶，深部呈低角度層狀、似層狀產(chǎn)出，呈多層、分枝復(fù)合、沿基底起伏、收縮膨脹等特征，控制區(qū)內(nèi)主要金礦(化)體的展布方向[2]。觀察巖芯可見礦化蝕變增強，但界限不明顯，個別地段無礦化蝕變時可見后期脈巖侵入。近SN向斷裂構(gòu)造走向330°～20°，傾角較陡，一般在60°以上，該組斷裂控制著Ⅲ#礦帶的展布。NE向斷裂構(gòu)造走向55°，NW傾，表現(xiàn)為張性，為成礦后構(gòu)造，主要發(fā)育于基底中。NNE向斷裂構(gòu)造走向20°～30°，具有多期性、繼承性，基底大斷裂(司洛夫卡河斷裂)在部分鉆孔中表現(xiàn)形式為構(gòu)造角礫巖，該斷裂為成礦熱液提供通道，斷裂常成組出現(xiàn)，具壓性及張性特征，壓性表現(xiàn)為斷層面的擦痕、斷層泥、構(gòu)造角礫巖、透鏡體，圍巖有片理化現(xiàn)象，張性表現(xiàn)為楔形破碎帶，該方向斷裂為成礦前構(gòu)造，在成礦期活化。NW向斷裂構(gòu)造，走向280°～310°，SW傾，傾角較緩，一般在40°以下，表現(xiàn)為平移斷裂。

3巖體結(jié)構(gòu)面

結(jié)構(gòu)面對巖體力學(xué)性質(zhì)具有重要影響，但其影響的程度主要取決于結(jié)構(gòu)面的發(fā)育情況。對于巖性完全相同的兩種巖體，由于其結(jié)構(gòu)面空間方位、連續(xù)性、密度、形態(tài)、張開度及其組合關(guān)系各不相同，在外力作用下，該兩種巖體將呈現(xiàn)出不同的力學(xué)特征[3]。礦區(qū)斷裂構(gòu)造常成群成帶分布，相互間有錯斷現(xiàn)象，形成多級結(jié)構(gòu)面，結(jié)合礦區(qū)工程地質(zhì)情況可將區(qū)內(nèi)結(jié)構(gòu)面分為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級結(jié)構(gòu)面，其中Ⅱ、Ⅳ級巖體結(jié)構(gòu)面與控礦構(gòu)造關(guān)系密切[4]。

3.1Ⅱ級結(jié)構(gòu)面

Ⅱ級結(jié)構(gòu)面是指礦區(qū)內(nèi)主要斷裂或延伸較穩(wěn)定的軟弱層，主要發(fā)育于侏羅系地層中的低角度、近水平的層狀構(gòu)造中，出露地表可表現(xiàn)為近SN向礦化蝕變帶以及控制Ⅲ#礦體的斷裂構(gòu)造，走向330°～20°，傾角較陡，一般在60°以上。

3.2Ⅲ級結(jié)構(gòu)面

Ⅲ級結(jié)構(gòu)面是指礦區(qū)內(nèi)次一級斷裂及不穩(wěn)定的軟弱層及層間錯動帶，主要表現(xiàn)為：①NE向斷裂構(gòu)造，走向55°，NW傾，表現(xiàn)為張性，為成礦后構(gòu)造，主要發(fā)育于基底中；②NW向斷裂構(gòu)造，走向280°～310°，SW傾，傾角較緩，一般在40°以下，表現(xiàn)為平移斷裂。

3.3Ⅳ級結(jié)構(gòu)面

Ⅳ級結(jié)構(gòu)面是指節(jié)理裂隙、層理、片理，礦區(qū)片理不發(fā)育，層理在二十二站組砂巖和額爾古納組碳酸巖中均較發(fā)育[5]。礦區(qū)地表附近風(fēng)化裂隙較發(fā)育，Ⅰ#、Ⅱ#、Ⅲ#礦體人工剝離區(qū)的4處節(jié)理裂隙統(tǒng)計結(jié)果(圖2)，可較明顯地反映出礦區(qū)的節(jié)理組數(shù)、方向及發(fā)育特點。各礦體節(jié)理裂隙的相關(guān)指標(biāo)計算結(jié)果見表1。

圖2　節(jié)理走向玫瑰花狀圖

礦體線密度/(條/m)間距/m面裂隙率Ⅰ#100.10000.044Ⅱ#80.12500.029Ⅲ#160.06250.073Ⅲ#200.05000.066

4工程地質(zhì)巖組劃分

4.1土體工程地質(zhì)巖組劃分4.1.1由殘坡積物組成的第四系松散巖類巖組

由殘坡積物組成的第四系松散巖類巖組廣泛連續(xù)分布于礦區(qū)山頂和坡麓上，其上部以含腐殖質(zhì)的砂土為主，黑色—黃褐色，松散。在Ⅰ#、Ⅱ#礦體附近共取6件原狀土樣進(jìn)行物理性質(zhì)測試，結(jié)果(表2)表明：土層含水量15.2%～42.8%，飽和度79.1%～92.4%，天然容重1.52～2.11 g/cm3，密度2.48～2.63 g/cm3，粒徑以0.01～0.5 mm為主，顆粒呈次棱角狀，厚0.5～1.5 m。該巖組下部主要為殘坡積物，顆粒呈次棱角狀、次圓狀，顆粒級配較好，分選較差，粒徑以0.5～10 cm為主，厚1.0～4.5 m，母巖為中侏羅統(tǒng)二十二站組砂巖，與殘坡積物之間無明顯界線。

表2　原狀土樣物理指標(biāo)測試結(jié)果

4.1.2由沖洪積物組成的第四系松散巖類巖組

沖積物主要分布于研究區(qū)東、西邊緣小東溝河和北極村河河床、漫灘及階地上，主要成分為漂石、卵石、圓礫、砂和少量泥質(zhì)，分選性差，稍密—密實，厚1～3 m。洪積物主要分布于溝谷及小東溝河和北極村河的交匯處，一般厚1～10 m，主要成分為塊石、碎石、砂和泥質(zhì)，分選性較差，松散—密實。

4.1.3由人工堆積物組成的第四系松散巖類巖組

人工堆積物主要分布于Ⅰ#、Ⅱ#、Ⅲ#礦體附近，由采礦及探礦剝離的土石方及礦渣組成，巖性混雜，結(jié)構(gòu)松散—稍密，顆粒級配良好，粒徑以0.05～ 5 cm為主，厚1～12 m。

4.2巖體工程地質(zhì)巖組劃分

根據(jù)時代、巖石組合及物理、力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)測試結(jié)果(表3)，礦區(qū)出露的地層可劃為3類工程地質(zhì)巖組(圖1)。

4.2.1較硬—堅硬中厚層砂巖巖組

較硬—堅硬中厚層砂巖巖組由二十二站組組成，在礦區(qū)內(nèi)分布廣、厚度大，是礦區(qū)主要的地層和含礦層。新鮮砂巖的巖石飽和抗壓強度68.63～112.89 MPa，抗拉強度4.46～7.24 MPa，軟化系數(shù)0.85～0.90，泊松比0.16～0.19，內(nèi)聚力13.25～13.29 MPa，彈性模量43.45～61.29 GPa，天然含水量0.19%～0.46%，孔隙率0.74%～1.86%；弱風(fēng)化砂巖的飽和抗壓強度41.79～68.81 MPa，抗拉強度3.02～5.65 MPa，軟化系數(shù)0.78～0.92，泊松比0.15～0.20，內(nèi)聚力6.58～12.85 MPa，彈性模量17.02～45.80 GPa，天然含水量0.28%～1.07%，孔隙率1.12%～2.62%。該巖組距地表30 m深度內(nèi)風(fēng)化作用較強烈，風(fēng)化殼發(fā)育不完全、不均勻，厚度較小且分布不連續(xù)，巖體呈散體或碎裂狀結(jié)構(gòu)，破碎且分布不均[6]。巖體風(fēng)化裂隙張開，一般寬1～5 mm，分布相對均勻，埋深較深的巖體中以構(gòu)造裂隙為主，構(gòu)造裂隙以剪性為主，寬度一般為1～2 mm，裂隙分布極不均勻。砂巖的蝕變現(xiàn)象嚴(yán)重(如Zk0202孔14#樣品)，常見有高嶺土化，絹云母化，綠泥石化等現(xiàn)象，巖石軟化性較強，易發(fā)生變形和破壞，是礦區(qū)工程地質(zhì)問題研究的主要層位。

4.2.2較軟—較硬中厚層板巖泥灰?guī)r巖組

較軟—較硬中厚層板巖泥灰?guī)r巖組由下泥鰍河組板巖泥灰?guī)r組成，分布于研究區(qū)西北、西南角，厚度不大，巖石完整性中等，強度較低。該巖組分布于主要采區(qū)之外，對采礦影響較小，故本研究未采集樣品進(jìn)行測試分析。該巖組的巖石飽和抗壓強度39.09～47.04 MPa，抗拉強度4.16～5.14 MPa，軟化系數(shù)0.75～0.76，泊松比0.26～0.27，內(nèi)聚力8.35～9.45 MPa，彈性模量48.26～55.42 GPa，天然含水量0.40%～0.55%，孔隙率1.04%～1.05%[7-8]。

4.2.3堅硬塊狀碳酸鹽巖組

堅硬塊狀碳酸鹽巖組由寒武系額爾古納組碳酸鹽巖組成，該巖組在礦區(qū)內(nèi)廣泛連續(xù)分布，大部分地區(qū)被二十二站組砂巖覆蓋，僅在礦區(qū)東北部和南部局部地區(qū)出露。該巖組巖層厚度較大，覆蓋區(qū)巖石完整性較好，出露區(qū)巖石溶蝕現(xiàn)象發(fā)育，較破碎，硅質(zhì)條帶不規(guī)則出現(xiàn)。巖石飽和抗壓強度41.40～87.57 MPa，抗拉強度3.66～6.25 MPa，軟化系數(shù)0.76～0.92，泊松比0.12～0.20，內(nèi)聚力9.20～12.29 MPa，彈性模量24.85～58.92 GPa，天然含水量0.04%～0.17%，孔隙率0.34%～0.35%。另外，對鉆孔中出現(xiàn)的閃長(玢)巖等脈巖未具體劃分工程地質(zhì)巖組，閃長(玢)巖的力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)顯示其強度較低，總體與地表風(fēng)化殼強度類似，也是礦區(qū)工程地質(zhì)問題研究的主要層位。

表3　巖石物理、力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)測試結(jié)果

注：14#樣品遇水部分軟化崩解，故飽和抗壓強度、軟化系數(shù)未能完成測試。

5結(jié)語

針對砂寶斯金礦礦區(qū)斷裂構(gòu)造較發(fā)育、地表風(fēng)化強烈、風(fēng)化裂隙發(fā)育的地質(zhì)特征，在對區(qū)內(nèi)進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查以及巖(土)體力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)測試的基礎(chǔ)上，對區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造特征進(jìn)行了分析，并對工程地質(zhì)巖組進(jìn)行了劃分，對于進(jìn)一步研究區(qū)內(nèi)工程地質(zhì)與環(huán)境問題有一定的參考價值。

致謝：文中所涉數(shù)據(jù)由吉林大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院曹劍鋒教授、王福剛副教授測試完成，在此表示衷心感謝！

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(收稿日期2016-01-29)

*武警黃金指揮部黃金地質(zhì)工作專項業(yè)務(wù)費項目(編號：1998—20080301)。

石永文(1972—)，男，工程師，150086 黑龍江省哈爾濱市南崗區(qū)學(xué)府路400號。