龙塘沿铁矿角砾岩破碎带形成机制探讨

2022-04-09刘延博

现代矿业 2022年3期

刘延博

（五矿矿业控股有限公司）

龙塘沿铁矿隶属于芜湖和成矿业发展有限公司，采用分段出矿嗣后充填采矿方法，矿块沿矿体走向布置。随着生产的深入，发现矿体上部不同程度存在一定规模的破碎带，经取样调查及综合研究，确定其为以角砾岩为主的破碎带，称之为角砾岩破碎带，发育规模不确定。角砾岩破碎带导致一步骤采场充填不实，破坏原有的近矿帷幕注浆效果，影响二步骤采场回采，致使采切工程施工难度大，因此有必要对角砾岩破碎带形成机制进行研究。

1 矿床成因

龙塘沿铁矿床属接触交代—热液型铁矿床，其主要形成机理为岩浆上侵过程中，其上覆围岩在不同的构造部位具有不同的应力作用［1］。在岩凸处，由于岩浆上拱对围岩产生顶压力分解为水平压力，使成矿气液沿水平方向侧向运移于低凹处、裂隙处汇集，故围岩主要表现为塑性上隆变形、重结晶。在岩凹处、受向心力、静压力作用，上部围岩受侧向挤压，下部受热溶作用，而表现为层间破碎、虚脱等为主的脆性变形，为成矿提供了有利空间。含矿气液与地下水混合后的循环作用，从围岩中萃取部分铁质，这样富含铁质的气液在成矿有利部位，随着温度压力下降，挥发组分逸度减小，Eh、pH的变化，以充填或交代作用方式富集成矿。

2 角砾岩破碎带的基本特征

本区角砾岩大部分发育于徐家山组的岩石地层与矿体接触带，少部分在矿体与闪长岩的接触带。徐家山组岩层中主要有白云岩、白云质灰岩，经高温变质后常产生角岩、白云质大理岩、大理岩，主要为块状、稠密的浸染状结构、条带状浸染状结构的磁铁矿，具有完整岩体构造。而靠近徐家山组地层角砾岩的角砾成分主要由顶板的徐家山组的地层结构岩石和少量岩块成分所组成，角砾直径较小，常有棱角，没有分选，也无定向结构，胶结物中常有砂、泥混合物，靠近闪长岩体角砾岩的角砾成分由闪长岩类岩石和磁铁矿矿石组成，角砾直径较大，含量增加，一般磁铁矿矿石呈浑圆状、圆状，闪长岩类岩石呈不规则棱角状。

本区角砾岩属于盐溶角砾岩的一种，主要为热溶崩塌作用形成的角砾岩，与后期热液活动有关，具有“溶崩”和“热液”2 种作用的特征，定义为崩塌角砾岩，母岩主要分布于中生代之前的海相碳酸盐型含盐系地层。在盐溶角砾岩中，角砾成分为白云岩、石灰岩和次生灰岩，胶结物主要为碳酸盐，少见泥质和硅质物［2］。角砾成分具有层序性，主要由徐家山组地层岩石组成，上部有少许黄马青组岩石角砾，其上下关系与地层层序一致，下部角砾岩中含黄马青组迅速减少，推测崩塌作用导致上部徐家山组、黄马青组地层崩塌，随着热液的流动，带动崩塌的原岩上下运动的结果。

从地质成因上考虑，岩溶角砾岩是一种与碳酸岩密切相关的角砾岩，其成因机制是碳酸岩在地表或近地表次生作用下的产物［3］。由于成岩重结晶作用，以碳酸盐矿物或钙质为主要胶结物，硅质、泥质或铁质为次要胶结物，将洞穴、管道内的角砾、碎块、颗粒等固结成岩。岩溶洞穴或岩溶管道中的这种自行固结各自形成一个整体的角砾岩，总称为岩溶角砾岩［4］。角砾岩能很好地反映母岩成分和性质，它与母岩关系密切。

矿区多发育角砾岩，分布广泛，角砾特性明显，尤其在Fe29号矿体顶部，发现大规模角砾岩，位于矿体与徐家山组地层之间，赋存于矿体顶板，沿接触带发育，随着矿体变薄，角砾岩也随之变薄或消失。角砾岩的局部发育明显，但延伸有限不连续，由此可见角砾岩发育规模与Fe29矿体成矿作用密切相关。

通过采掘工程揭露，角砾岩区域节理发育，分布多组平行节理、X 型节理，节理面平直，延伸较远，将角砾岩分割，节理面多被脉石矿物充填，充填物主要为方解石、白云石，推测为崩塌作用后，后期在构造应力作用下形成的节理，被脉石矿物充填，形成角砾岩破碎带。

在矿山生产过程中，-240 m 水平5#、6#充填联巷揭露约200 m 角砾岩破碎带，部分巷道为拱架支护，工程地质条件差。开采时，6-21、6-25 采场顶板发生塌冒，角砾岩从顶板（-275 m 水平）逐渐塌落到-240 m水平充填联巷，塌落的角砾岩呈块状，夹有黄泥。

角砾岩破碎带在构造发育处特别明显，如复式背斜轴部或岩凹部位，在岩凹部位发育一个“凹内角砾岩带”，角砾岩的发育也有一定规律，岩凹内角砾岩厚度变化很大，向岩凹边缘、岩凸部位急剧变薄以致消失（图1）。偶见发育在矿体底板，在闪长岩与矿体之间，规模不大。

总体分析，本区角砾岩强度较低，节理裂隙发育、稳定性差、受外界因素影响较大。随着矿体的采出，原始的应力条件被破坏，当角砾岩底部支撑小或无支撑时，再加上受爆破震动的影响和岩体内节理裂隙发育，角砾岩逐渐向下塌落。

3 角砾岩形成机制探讨

该区域在三叠纪后期出现了一个较长时期的上升侵蚀，在碳酸盐地层中发育了岩溶的初步形态，富含地下水。岩浆的侵入使地下水迅速升温，使地下水的侵蚀性能更强，岩溶的发育加速明显，使徐家山组中的易溶岩层—碳酸盐岩层进一步溶蚀，导致周围岩石的溶解、崩塌，造成热溶崩塌作用，在岩凹部位，这种作用尤为显著。这种热溶崩塌作用导致角砾的形成，还为后期成矿提供了有利场所，随着（含矿）热液的充填胶结，形成一套角砾岩，随着岩体的固结，从中析出含Fe+3、Fe+2、CO3-2等组分的热液，与地下水混合，形成长期活动的含矿热液，随着温度、压力等的改变，最终沉淀成矿。

角砾岩中的角砾以角岩类、大理石类为主，磁铁矿矿石、钠质石英闪长岩为辅，角砾呈棱角状，大小不等，粒径1～5 mm，无分选，无定向，胶结物中细小角砾粉砂岩发育似胶结结构、似角岩结构，而早期岩浆质发聚晶结构及斑杂构造，胶结物中角闪石含量占55%以上，斜长石含量占40%左右，石英少量，残留辉石残斑。

角砾岩的胶结物具有混染岩形成的复杂性，反应了矿区铁矿床成因的复杂性。区域显示，龙塘沿铁矿发育在中基性—中性闪长岩侵入三叠系中统徐家山组和黄马青组接触带上。徐家山组中下部的地层被闪长岩上升侵蚀，与上部粉砂岩、紫色粉砂岩地层相接触，发生接触交代作用，展示出了接触交代和热接触变质型铁矿的矿床特征。虽然区域内岩石显示是以角岩为主特征，但是接触交代过程应该还是在矿床形成的时候产生的，随后被岩浆进一步上升侵蚀，到达徐家山组的顶部，形成热接触变质型铁矿，这时围岩还是以角岩为主。与此同时，岩浆又分期分异上升，继续侵入，早期的热液分异析离出铁质并与侵入白云质地层发生接触交代作用，富集成矿，岩浆后期与角砾岩又发生同化混染作用，形成崩塌角砾岩（图2）。

由角砾岩胶结物判断，具有闪长质混染特征的岩石为热接触变质交代型铁矿的内接触带，而达到角岩和发生角岩化的围岩为外接触带。

由形成机制可以判定，角砾岩与矿体是同期形成的，岩凹部位容易形成角砾岩破碎带，角砾岩破碎带是找矿的标志层。

4 破碎带模型构建

构建破碎带模型能够直观展示出矿体与破碎带的空间位置关系，通过井下实际调查，将新老资料对比分析，找出角砾岩的共性，分析角砾岩成分、赋存的层位，在地质平、剖面图中推测角砾岩破碎带发育规模，运用三维软件构建角砾岩破碎带模型（图3），在三维空间直观反映破碎带的形态，为下一步开采提供基础资料。

5 角砾岩破碎带对矿山开采及安全生产的影响

角砾岩破碎带的性质、规模是影响矿山安全生产的一个重要因素，摸清破碎带的发育规模、性质及成因等，可以提前预判采掘活动范围的工程地质、水文地质条件，优化采场参数。合理设计矿柱采场尺寸，优化矿柱开采顺序，客观评价矿柱开采对其上部充填体稳定性的影响是一项重要而又复杂的科研课题［5］。

龙塘沿铁矿破碎带赋存于矿体顶板，直接与矿体接触，规模较大，多个采场出现片帮、冒顶等现象，矿山需要大量时间解决这些问题，严重影响矿山生产，给安全生产带来了极大的困难。如再不采取措施，加上开采过程中受爆破震动影响，顶部破碎带会造成大规模冒落，甚至成为导水通道，发生突水事故，造成人员伤亡，因此，开采时需要采取预留顶柱、锚索护顶等方式保证矿山安全生产。