砂宝斯金矿地质构造特征及工程地质岩组划分*

2016-08-01石永文李向文马治忠张恒志

现代矿业 2016年6期

关键词：岩组工程地质砂岩

石永文　李向文　于　雷　马治忠　陈　鹏　张恒志

(1.武警黄金第三支队；2.武警黄金第一总队)

砂宝斯金矿地质构造特征及工程地质岩组划分*

石永文1李向文1于雷1马治忠2陈鹏2张恒志1

(1.武警黄金第三支队；2.武警黄金第一总队)

摘要砂宝斯金矿区断裂构造发育，侏罗系二十二组砂岩地层中的低角度、近水平的层状构造为矿区的主要控矿构造。根据断裂发育情况，将该矿区岩体的结构面划分为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级结构面，其中Ⅱ、Ⅳ级结构面对岩体的力学性质有较大影响。依据地层时代、岩性、岩石力学性质，将该矿区的工程地质岩组划分为第四系松散岩类岩组、较硬—坚硬中厚层砂岩岩组、较软—较硬中厚层板岩泥灰岩岩组和坚硬块状碳酸盐岩组。其中砂岩岩组地表风化作用较强烈，构造裂隙发育，蚀变现象严重，是制约矿区环境工程地质问题的主要因素，应为今后矿区工程地质问题研究的主要层位。

关键词地质构造岩体结构面力学性质工程地质岩组

目前，砂宝斯金矿床已进入勘探与开发阶段，由于矿区断裂构造较发育，地表风化强烈，风化裂隙发育，势必会引发一系列的工程地质和环境地质问题。为此，本研究结合地质观察统计、岩(土)体力学测试等方法，对矿区地质构造和岩体结构面特征进行探讨，并对工程地质岩组进行划分，为研究矿区工程地质与环境地质问题提供参考。

1矿区概况

砂宝斯金矿矿区出露地层有：①中元古界兴华渡口群兴华组，主要岩性为大理岩、石英大理岩；②下泥盆统泥鳅河组，岩性为板岩、结晶灰岩、泥灰岩；③中生界中侏罗统二十二站组，岩性为碎屑砂岩(图1)[1]。研究区位于漠河推覆体的前峰带上，构造发育，主要包括褶皱构造和断裂构造。区内未见大面积的岩浆岩出露，仅见有闪长岩、石英斑岩、花岗闪长岩、霏细斑岩等少量脉岩，赋矿岩石为中侏罗统二十二站组砂岩。区内矿化蚀变带有3条，长750～1 400 m，宽200～350 m。区内围岩蚀变发育，主要为硅化、高岭土化、绢云母化、绿泥石化；主要金属矿物有黄铁矿、毒砂、辉锑矿、辰砂、闪锌矿、黄铜矿、方铅矿、辉铝矿、磁黄铁矿、磁铁矿；脉石矿物以石英为主，次为长石、绿泥石、黏土矿物、方解石、石墨等。

研究区位于黑龙江省漠河县，属于大兴安岭山脉北部的低山丘陵地区，山势平缓，海拔400～700 m，相对高差40～250 m，地处寒温带，属大陆型季风气候，年平均气温为-5.5 ℃，最高气温30 ℃，最低可达-50 ℃，昼夜温差大，降水多集中在7—9月份，多年平均降水量425.42 mm，蒸发量年内变化较明显，春季最大，冬季最小，多年平均蒸发量为890.55 mm。区内水系较发育，主要河流为北极村河及其支流小东沟河，河流量随季节变化较大，其中北极村河最大流量可达13.578 m3/s。研究区北部矿体埋深较浅，总体处于小东沟河侵蚀基准面(540 m)以上，主矿体分布标高476～500 m。

图1　砂宝斯金矿床地质及工程地质岩组划分

2地质构造特征

2.1褶皱构造

区内褶皱构造发育，总体为复背斜，表现形式有背斜、向斜、层间褶皱及由断裂引起的牵引褶皱。褶皱由中侏罗统二十二站组地层组成。背斜由二十二站组砂岩组成，其轴迹总体呈NNE走向，两翼倾角10°～30°，向南、北两侧倾角变缓，Ⅱ#蚀变带位于背斜核部，Ⅰ#蚀变带位于背斜翼部。向斜由二十二站组砂岩组成，其轴迹总体呈NNE走向，两翼倾角15°～45°，Ⅲ#蚀变带位于向斜核部。区内部分地段可见层间褶皱，形式不一，或向斜，或背斜，使整个砂岩层产状变化较大，部分断层附近也发育一些揉皱现象，形成牵引褶皱。

2.2断裂构造

区内断裂构造发育，常成群成带分布，相互间有叠加及错断现象，表现为多期性、继承性。区内最主要的控矿构造为发育于侏罗系地层中的低角度、近水平的层状构造，出露地表可表现为近SN向的矿化蚀变带，深部呈低角度层状、似层状产出，呈多层、分枝复合、沿基底起伏、收缩膨胀等特征，控制区内主要金矿(化)体的展布方向[2]。观察岩芯可见矿化蚀变增强，但界限不明显，个别地段无矿化蚀变时可见后期脉岩侵入。近SN向断裂构造走向330°～20°，倾角较陡，一般在60°以上，该组断裂控制着Ⅲ#矿带的展布。NE向断裂构造走向55°，NW倾，表现为张性，为成矿后构造，主要发育于基底中。NNE向断裂构造走向20°～30°，具有多期性、继承性，基底大断裂(司洛夫卡河断裂)在部分钻孔中表现形式为构造角砾岩，该断裂为成矿热液提供通道，断裂常成组出现，具压性及张性特征，压性表现为断层面的擦痕、断层泥、构造角砾岩、透镜体，围岩有片理化现象，张性表现为楔形破碎带，该方向断裂为成矿前构造，在成矿期活化。NW向断裂构造，走向280°～310°，SW倾，倾角较缓，一般在40°以下，表现为平移断裂。

3岩体结构面

结构面对岩体力学性质具有重要影响，但其影响的程度主要取决于结构面的发育情况。对于岩性完全相同的两种岩体，由于其结构面空间方位、连续性、密度、形态、张开度及其组合关系各不相同，在外力作用下，该两种岩体将呈现出不同的力学特征[3]。矿区断裂构造常成群成带分布，相互间有错断现象，形成多级结构面，结合矿区工程地质情况可将区内结构面分为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级结构面，其中Ⅱ、Ⅳ级岩体结构面与控矿构造关系密切[4]。

3.1Ⅱ级结构面

Ⅱ级结构面是指矿区内主要断裂或延伸较稳定的软弱层，主要发育于侏罗系地层中的低角度、近水平的层状构造中，出露地表可表现为近SN向矿化蚀变带以及控制Ⅲ#矿体的断裂构造，走向330°～20°，倾角较陡，一般在60°以上。

3.2Ⅲ级结构面

Ⅲ级结构面是指矿区内次一级断裂及不稳定的软弱层及层间错动带，主要表现为：①NE向断裂构造，走向55°，NW倾，表现为张性，为成矿后构造，主要发育于基底中；②NW向断裂构造，走向280°～310°，SW倾，倾角较缓，一般在40°以下，表现为平移断裂。

3.3Ⅳ级结构面

Ⅳ级结构面是指节理裂隙、层理、片理，矿区片理不发育，层理在二十二站组砂岩和额尔古纳组碳酸岩中均较发育[5]。矿区地表附近风化裂隙较发育，Ⅰ#、Ⅱ#、Ⅲ#矿体人工剥离区的4处节理裂隙统计结果(图2)，可较明显地反映出矿区的节理组数、方向及发育特点。各矿体节理裂隙的相关指标计算结果见表1。

图2　节理走向玫瑰花状图

矿体线密度/(条/m)间距/m面裂隙率Ⅰ#100.10000.044Ⅱ#80.12500.029Ⅲ#160.06250.073Ⅲ#200.05000.066

4工程地质岩组划分

4.1土体工程地质岩组划分4.1.1由残坡积物组成的第四系松散岩类岩组

由残坡积物组成的第四系松散岩类岩组广泛连续分布于矿区山顶和坡麓上，其上部以含腐殖质的砂土为主，黑色—黄褐色，松散。在Ⅰ#、Ⅱ#矿体附近共取6件原状土样进行物理性质测试，结果(表2)表明：土层含水量15.2%～42.8%，饱和度79.1%～92.4%，天然容重1.52～2.11 g/cm3，密度2.48～2.63 g/cm3，粒径以0.01～0.5 mm为主，颗粒呈次棱角状，厚0.5～1.5 m。该岩组下部主要为残坡积物，颗粒呈次棱角状、次圆状，颗粒级配较好，分选较差，粒径以0.5～10 cm为主，厚1.0～4.5 m，母岩为中侏罗统二十二站组砂岩，与残坡积物之间无明显界线。

表2　原状土样物理指标测试结果

4.1.2由冲洪积物组成的第四系松散岩类岩组

冲积物主要分布于研究区东、西边缘小东沟河和北极村河河床、漫滩及阶地上，主要成分为漂石、卵石、圆砾、砂和少量泥质，分选性差，稍密—密实，厚1～3 m。洪积物主要分布于沟谷及小东沟河和北极村河的交汇处，一般厚1～10 m，主要成分为块石、碎石、砂和泥质，分选性较差，松散—密实。

4.1.3由人工堆积物组成的第四系松散岩类岩组

人工堆积物主要分布于Ⅰ#、Ⅱ#、Ⅲ#矿体附近，由采矿及探矿剥离的土石方及矿渣组成，岩性混杂，结构松散—稍密，颗粒级配良好，粒径以0.05～ 5 cm为主，厚1～12 m。

4.2岩体工程地质岩组划分

根据时代、岩石组合及物理、力学性质指标测试结果(表3)，矿区出露的地层可划为3类工程地质岩组(图1)。

4.2.1较硬—坚硬中厚层砂岩岩组

较硬—坚硬中厚层砂岩岩组由二十二站组组成，在矿区内分布广、厚度大，是矿区主要的地层和含矿层。新鲜砂岩的岩石饱和抗压强度68.63～112.89 MPa，抗拉强度4.46～7.24 MPa，软化系数0.85～0.90，泊松比0.16～0.19，内聚力13.25～13.29 MPa，弹性模量43.45～61.29 GPa，天然含水量0.19%～0.46%，孔隙率0.74%～1.86%；弱风化砂岩的饱和抗压强度41.79～68.81 MPa，抗拉强度3.02～5.65 MPa，软化系数0.78～0.92，泊松比0.15～0.20，内聚力6.58～12.85 MPa，弹性模量17.02～45.80 GPa，天然含水量0.28%～1.07%，孔隙率1.12%～2.62%。该岩组距地表30 m深度内风化作用较强烈，风化壳发育不完全、不均匀，厚度较小且分布不连续，岩体呈散体或碎裂状结构，破碎且分布不均[6]。岩体风化裂隙张开，一般宽1～5 mm，分布相对均匀，埋深较深的岩体中以构造裂隙为主，构造裂隙以剪性为主，宽度一般为1～2 mm，裂隙分布极不均匀。砂岩的蚀变现象严重(如Zk0202孔14#样品)，常见有高岭土化，绢云母化，绿泥石化等现象，岩石软化性较强，易发生变形和破坏，是矿区工程地质问题研究的主要层位。

4.2.2较软—较硬中厚层板岩泥灰岩岩组

较软—较硬中厚层板岩泥灰岩岩组由下泥鳅河组板岩泥灰岩组成，分布于研究区西北、西南角，厚度不大，岩石完整性中等，强度较低。该岩组分布于主要采区之外，对采矿影响较小，故本研究未采集样品进行测试分析。该岩组的岩石饱和抗压强度39.09～47.04 MPa，抗拉强度4.16～5.14 MPa，软化系数0.75～0.76，泊松比0.26～0.27，内聚力8.35～9.45 MPa，弹性模量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坚硬块状碳酸盐岩组

坚硬块状碳酸盐岩组由寒武系额尔古纳组碳酸盐岩组成，该岩组在矿区内广泛连续分布，大部分地区被二十二站组砂岩覆盖，仅在矿区东北部和南部局部地区出露。该岩组岩层厚度较大，覆盖区岩石完整性较好，出露区岩石溶蚀现象发育，较破碎，硅质条带不规则出现。岩石饱和抗压强度41.40～87.57 MPa，抗拉强度3.66～6.25 MPa，软化系数0.76～0.92，泊松比0.12～0.20，内聚力9.20～12.29 MPa，弹性模量24.85～58.92 GPa，天然含水量0.04%～0.17%，孔隙率0.34%～0.35%。另外，对钻孔中出现的闪长(玢)岩等脉岩未具体划分工程地质岩组，闪长(玢)岩的力学性质指标显示其强度较低，总体与地表风化壳强度类似，也是矿区工程地质问题研究的主要层位。