相山铀矿田主要矿体围岩工程地质特征及勘查过程中若干问题初探

王建国，马英英，邓标荣，樊彦红，周来逊

(1.江西省核工业地质局二六一大队，江西鹰潭 335001;2.内蒙古自治区第七地质矿产勘查开发院，内蒙古呼和浩特 010020)

相山铀矿田地层主要由中元古界的千枚岩和片岩组成的基底及由火山岩系组成的盖层组成，区内火山岩既是组成相山铀矿田盖层的主要岩石，又是含矿围岩，其主要岩性为上侏罗统打鼓顶组、鹅湖岭组的酸性、中酸性火山熔岩、火山碎屑岩以及陆相沉积碎屑岩。经过半个多世纪的勘查和开采，对相山铀矿田主要矿体围岩的工程地质特征有了一定的认识，但是，由于过往的工作主要针对定性资料进行收集分析，而在定量分析方面工作欠缺，至今相山铀矿田主要岩石还未有一套较为完整、可供借鉴的岩石物理力学性质试验结果资料，以及相关的岩石质量指标资料(谷德振，1983;罗国煜，1990;薛裕鹤，1994)。

1 主要矿体围岩类型及分布规律

相山铀矿田主要矿体围岩是指在相山火山岩系中占主导地位的上侏罗统火山熔岩—流纹英安岩、碎斑熔岩，以及次火山岩—花岗斑岩，同时亦是主要含矿围岩。铀矿体主要赋存于断裂中，断裂旁侧的次级断裂、裂隙，断裂与火山岩层组间界面复合部位，火山岩层组间界面附近，不同岩性接触带附近，尤其是组间界面变异部位等。这些部位与断裂、裂隙构造关系十分密切。

流纹英安岩、碎斑熔岩及花岗斑岩在空间上分布具有如下特点:前二者主要分布在矿田西部、中部及西北部;后二者分布于北部、东部及南部，其中花岗斑岩主要分布在北部、东部及南部边缘，反映了浅成侵入岩的特点。一般正常层序和厚度为:底部流纹英安岩，层厚60～515 m，地表只有零星出露;之上为碎斑熔岩，层厚345～590 m，地表分布面积大;花岗斑岩主要穿插于千枚岩、碎斑熔岩中，规模变化大(图1)。

2 主要围岩工程地质特征

矿田内的主要矿体围岩形成于燕山运动的侏罗系，之后经历喜马拉雅运动，早先形成的岩石被不同走向的区域性断裂构造切割成形状各异的岩块，最终形成现在的岩石(体)的结构体。受区内多期次构造运动和岩浆活动的影响，各块体之间结构面的性质不同，表现为:北东向的断裂构造为压扭性特征，主要有芜头—小陂、邹家山—石洞、邹家—布水断裂等;北西向的断裂构造为张扭性特征，主要有河源背—石洞、石城—书堂断裂。而岩石(体)的结构体和结构面决定了它们的工程地质性质特征。经大量工程揭露证实，尽管这些断裂及次级断裂构造组成的结构面工程地质特性各异，但所构成的结构面都为矿田岩石的软弱部位。

图1 居隆庵铀矿床地层综合柱状图Fig.1 The stratum histogram of Julongan uranium deposit

通过对主要矿体围岩即流纹英安岩、碎斑熔岩和花岗斑岩三种岩石的物理力学性质试验结果的分析，三种岩石主要矿物成分为长石、石英，容重2.49～2.64 g/cm3，密度2.56～2.71 g/cm3。由于组成岩石的主要矿物成分相同，成岩环境大致一致，各岩石组成的结构体特征基本相似，集中表现为岩石力学强度大，极限抗压强度值高(表1)。从工程地质角度来分析，只要其中不存在软、硬悬殊的夹层(带)，它们的物理力学性质相差不大，各向异性不甚明显，可视为均质体。

本区岩石工程地质特征的主要影响因素有风化作用、构造运动和蚀变作用。矿田内基岩大都出露地表，风化普遍存在。风化作用是随着深度而逐渐衰减。因岩性不同，外营力的作用不同，不但风化层在厚度上有变化，其工程地质性质会产生变化。不同性质的构造与蚀变种类及强弱对岩石工程地质条件都将产生不同影响。下面从风化作用、构造运动和蚀变作用3个方面对各主要矿体围岩的工程地质特征进行分析(曹寿孙等，2009;吉高萍等，2013)。

表1 岩石物理力学性质试验结果统计表Table 1 Rock physical and mechanical properties

2.1 流纹英安岩

主要分布在碎斑熔岩之下，埋藏较深，几乎不受风化作用的影响，一般岩石的RQD值为87.2%～90.0%(已降低10%，下同)，岩石质量好。岩石的围压随深度增加而增大，深部构造发育处，岩石一般较破碎，强度降低，破坏严重，在地下工程开拓过程中遇到破碎的地方，易发生岩爆现象。李家岭矿床ZK72—36在孔深945.65～948.75 m的深部流纹英安岩中见工业矿化。该矿段正处于孔深939.50～951.45 m岩心破碎、构造裂隙发育部位，RQD值为15.5%，钻孔施工曾经发生过严重卡钻事故就是佐证。

流纹英安岩中的蚀变类型主要有:赤铁矿化、绿泥石化、绢云母化、钠长石化和萤石化等。流纹英安岩发生蚀变过程中，由于组成的矿物发生交代作用，其结构构造也会随之变化，工程地质性质亦会变差。如居隆庵矿床统计资料显示，正常的流纹英安岩与蚀变的流纹英安岩极限抗压强度之比是0.64∶1。说明蚀变的岩石工程地质性质与正常的岩石相差很大。

2.2 碎斑熔岩

分布在流纹英安岩之上，出露于地表。出露地表和近地表的岩石受风化作用的影响，岩石质量会发生变化，力学强度变低。如居隆庵矿床风化的碎斑熔岩的RQD值17.2%～86.8%，岩石质量相差较大。风化层的发育深度一般为20～40 m，在构造部位风化裂隙发育较深，局部工程地质条件差。

碎斑熔岩中的构造十分发育，各个不同走向的断裂、次级断裂构造，将碎斑熔岩切割成形状各异的块体。由断裂及裂隙构造构成的破碎带是区内碎斑熔岩的软弱夹层(带)。据邹家山矿床2～30孔的岩石物理力学性质试验资料，构造岩的极限抗压强度为43.54 Mpa，强度低。居隆庵矿床ZK44-12，ZK48-19等孔资料显示，F7构造破碎带的RQD值小于17.8%，岩石的完整性差，岩石质量劣(照片1)。1976年8月30日上午发生在邹家山矿床3号带110中段主巷的突水事故，就是因为预防措施不当，人工爆破时，近地表的F1构造裂隙含水带上部突然涌水，涌水量达56 m3/h，其井筒涌水量超过泵量，使110 m中段主巷被淹，停产3天。据居隆庵矿床统计资料，碎斑熔岩RQD值一般为72.7%～89.4%，平均极限抗压强度146.0 Mpa。也就说，除断裂和构造破碎带外，岩石完整、质量好，抗压强度高。区内多个已开采矿床的巷道大多数不需支护，靠自撑能力可以抵御因开挖造成释放的应力影响，仅断裂及破碎带等软弱夹层(带)需要支护，充分证明了岩石质量好。

碎斑熔岩中的蚀变类型与流纹英安岩相同，蚀变的碎斑熔岩较蚀变前，不但成分已经发生改变，其强度也因蚀变的影响而变弱。邹家山矿床正常碎斑熔岩与蚀变碎斑熔岩的极限抗压强度之比为1∶0.51。一般岩石有蚀变的地方亦必定存在裂隙构造，甚至断裂构造，它们之间相互作用和影响，使岩石的完整性被破坏，抗压强度变低，破坏愈厉害，强度愈低。

另外，在与次斑状花岗岩接触界面附近的岩石中，裂隙构造发育，并有矿化蚀变发生，RQD值较低。如罗陂地区ZK31-3，ZK35-2两孔，在此接触界线的碎斑熔岩中，RQD值仅为9.6%～16.9%(未作降低调整)。这些部位岩石质量差，可以说是碎斑熔岩中的软弱夹层。

照片1 F7断裂构造Photo 1 The rock from F7fault

2.3 花岗斑岩

在地表有出露，分布面积次于碎斑熔岩。花岗斑岩中未有大的断裂构造存在部位岩石质量好。横涧矿床露天采场深几十米的高峻斜坡就是有力的证明。而花岗斑岩与片岩接触界面附近，由于片岩经受多次构造活动的影响，片理和节理裂隙均较发育，工程地质条件比与碎斑熔岩接触界面附近稍逊一筹。如横涧矿床427孔在孔深337～370 m遇到该接触带，岩石强烈破碎，钻进过程中发生孔壁严重垮塌。可以说，花岗斑岩与片岩的接触构造破碎带，岩石的稳固性是差的。

总之，由流纹英安岩、碎斑熔岩及花岗斑岩组成的相山铀矿田主要矿体围岩工程地质条件总体来说是好的，属坚硬岩石。但蚀变处的岩石质量较差，一般为坚硬—半坚硬岩石;断裂构造发育处和风化作用形成的强、弱风化岩，岩石的质量差，尤其是当构造与蚀变作用叠加在一起，岩石的质量更差，属软弱岩。这些软弱岩往往是铀矿体赋存的有利部位，不但矿体稳固性差，部分近矿围岩的稳固性亦差。

3 勘查过程中的若干问题探讨

3.1 资料收集

当前，深部找矿工作主要手段是以钻探为主，在钻探工程中如何对岩石(体)工程地质条件进行评价，以最少的工作量，获得最多合乎要求的地质资料，仍是一个有待解决的问题。相山铀矿田从勘查之初至今已有半个多世纪，就钻孔终孔直径而言，从最初的φ 110 mm，到如今的φ 56.5 mm，已发生很大的变化。矿田工程地质工作也是如此，使用的行业规范也修改达三次之多。根据多年野外工作实践，认为要搞好这项基础工作，必须从以下五个方面考虑。

(1)岩心工程地质描述和编录。这项工作一般是与钻孔岩心水文地质编录同步进行，水文地质与工程地质关系是紧密相联的，水文地质条件复杂的地方，一般构造发育，工程地质差;工程地质条件劣处，构造发育，加上地下水的作用，工程地质条件会变得复杂。因此编录时除统计裂隙发育情况外，应结合孔内情况对工程地质情况进行描述，尤其是构造部位和矿化蚀变处要仔细察看岩心破碎处的裂隙构造的力学性质、裂隙面特征、裂隙充填、充填物及胶结情况，蚀变类型、强度、对岩石坚固性的影响程度等。

(2)岩心各种指标的统计。除岩心采取率外，还有岩心获得率及岩石质量指标(RQD值)，其中RQD值是工程地质条件评价一个重要指标。为真实地反映客观实际，要认真进行统计。RQD=LP/ LI×100%，LP钻孔获取某一岩组中大于10 cm岩心长度之和(m);LI在某一岩组中钻探进尺总长度(m)，要求确保每回次岩心采取率和岩心严格按顺序摆放。

(3)孔内情况记录。当钻进过程中出现不良工程地质现象，如掉钻、卡钻、塌孔、漏水、涌水等时，应记录孔深位置及程度。

(4)岩石物理力学性质试验样的采取。岩石样不要等工程结束再取，可提前选择有代表性钻孔和孔段进行，对典型部位的各主要岩石采集岩石物理力学试验样，试验项目符合规范要求。当试验结果不能满足要求或有疑问时可补采样，直至试验结果满足要求止。

(5)岩石波速测量。在有条件的地方可选择1～2个钻孔进行岩石波速测量，有助于确定岩体的完整性系数及对岩石(体)的工程地质条件评价。

3.2 资料整理

这里主要对RQD值进行讨论。《矿区水文地质工程地质勘探规范》(GB12719—91)第5.4.2.2条规定，“当钻头内径小于54.1 mm时，RQD值作适当降低，根据经验降低20%～50%”。而有的行业规范，如《铀矿水文地质勘探规范》(EJ/T299—1998)，不论钻头内径大小，则对此未作要求。执行的规范不同，采用的标准不统一，将得出不同的结果，这样给岩石质量等级评价造成一定困难。不同的岩石，由于受构造影响程度不同，岩石中的构造裂隙发育不均匀，裂隙中的充填物、胶结程度、以及地下水作用的强弱等都会对岩石的工程地质特征产生影响。如岩心完整的孔段，RQD值一般在100%，按“GB12719—91”表E1的标准岩石质量属于极好之列。若按“GB12719—91”第5.4.2.2条规定，RQD值降低20%(取小值)，岩石质量属好的，岩石质量评价等级下降一级，与实际情况不完全相符;若将RQD值降低10%，岩石质量仍在极好范畴内，不会影响岩石质量的评价。根据本地区的岩石特征和矿山开采实践，认为钻头内径小于54.1 mm的岩心 RQD值降低10% ～25%为宜。RQD值降低范围，在岩心完整时，降低值取小值;当遇到构造岩或构造破碎带时，降低值取大值。

不同地区的地质情况不尽相同，对于钻头内径小于54.1 mm的岩心RQD值降低没有一个统一规定，各地可根据本地区的实际情况选择。

4 结束语

通过对相山铀矿田主要矿体围岩等的工程地质特征从风化作用、构造运动和蚀变作用三个方面进行分析，根据一些具有代表性的实例，说明矿体围岩受风化、蚀变、构造作用等的影响程度不同，其岩石工程地质性质相差很大，主要是矿体围岩的岩石质量、极限抗压强度、物理力学性质等有不同程度的变化。同时，以RQD值的测量及计算方法为例，对相山地区水文地质勘查实践工作提出相应的建议以及对勘查过程中的若干问题进行初步研究，提出了自己的建议。

曹寿孙，谢国发，吴志坚，等.2009.居隆庵地段铀成矿的地质条件［J］.世界核地质科学，26(4):187-196.

谷德振.1983.岩体工程地质力学基础［M］.北京:科学出版社.

吉高萍，庞文静，成霖.2013.相山矿田林头-苔洲铀成矿地质特征及远景分析［J］.东华理工大学学报:自然科学版，36(2):120-127.

罗国煜.1990.工程地质学基础［M］.北京:地质出版社.

薛裕鹤.1994.我国铀矿床的水文地质特征及勘探［M］.北京:原子能出版社:1-6.