松树背金矿矿体地质特征及开采技术条件研究

王建宏，袁利东，王胜利，王晓兵，吕晓宇

(中国冶金地质总局 内蒙古地质勘查院，内蒙古 呼和浩特 010000)

区域内矿产资源丰富，种类较多。其中金矿床及铁矿点分布较广，有十八倾壕金矿床、老羊壕金矿床，以及十五号、石报兔金矿点，类型以含金石英脉型为主；有后石花、腮忽洞韧性剪切带蚀变岩型金矿、东伙房破碎带蚀变岩型金矿、中后河砂金矿等，有格艾三号、哈拉站、奎素、吉庆、高台、银宫山等金矿点。另外，还有铁、铅锌、锰、铀、黏土、云母、石墨、石棉等矿产。国内外学者对于金矿矿体地质特征及开采技术条件进行了大量的研究，文献[1]通过矿床地球物理、地球化学和地质特征综合分析，认为该金矿矿床的最终形成与晚华力西—印支期陆内碰撞造山产生的大规模剪切构造—流体活动使原有成矿物质活化、迁移、富集和沉淀成矿有关，具良好的成矿远景；文献[2]以青海五龙沟地区的红旗沟—深水潭金矿为例，得到，矿体严格受控于北西向韧性剪切带，矿床的围岩蚀变发育，其中硅化、黄铁矿、绢云母化相互叠加的部位是金成矿的有利部位，可作为找矿标志；文献[3]在剖析其成矿地质特征的基础上，对主要岩矿体稀土元素地球化学特征进行了测试分析，得出了成矿地球动力学机制。基于此，本文对松树背金矿矿体地质及开采技术条件进行了研究，研究既能带动当地经济的发展，又可为当地百姓提供就业机会。

1 区域地层

松树背金矿区位于呼和浩特市武川县可可以力更镇西90 km，行政区划隶属内蒙古自治区武川县哈拉合少镇管辖。此区大地构造位置处于华北地台内蒙台隆中西部乌拉山复背斜的中部。区域地层区划：前中生代地层属华北地层大区晋冀鲁豫地层区阴山地层分区大青山小区，中新生界地层属滨太平洋地层区大兴安岭—燕山地层分区阴山小区。区域内出露的地层主要为中太古界集宁(岩)群(Ar2jn)、中太古界乌拉山(岩)群(Ar2wl)、侏罗系上统大青山组(J3d)、白垩系下统固阳组(K1g)、第四系(Q4)。

(1)中太古界集宁(岩)群(Ar2jn)。岩性主要为石英岩、矽线榴石片麻岩夹麻粒岩。少量出现在区域的东部，厚度大于1 500 m。

(2)中太古界乌拉山(岩)群(Ar2wl)。分为2个岩组：第1岩组(Ar2wl1)岩性主要为大理岩、角闪斜长片麻岩、透辉黑云斜长片麻岩、含石墨矽线榴石黑云斜长片麻岩夹石英岩；第2岩组(Ar2wl2) 岩性主要为混合片麻岩夹角闪斜长片麻岩、透辉黑云斜长片麻岩、变粒岩及磁铁石英岩。主要分布在区域的东南部，中部亦有零星分布，厚3 500 m。该层与下伏集宁(岩)群(Ar2jn)为断层接触。

(3)侏罗系上统大青山组(J3d)。分为2个岩组：第1岩段(J3d1)含砾长石粗砂岩、细砂夹粉砂岩、复成分砾岩；第2岩段(J3d2)钙质泥岩、泥质粉砂岩夹细砂岩。该层区域上出露较少，主要出露在西北部的丑脑包及中部的小榆树底一带，厚度大于300 m。与乌拉山(岩)群为断层接触。

(4)白垩系下统固阳组(K1g)。主要岩性为成分复杂的砾岩夹含砾长石粗砂岩及细砂岩透镜体，夹少量的火山凝灰岩，大量出现于区域的北部后各此老、黄花滩一带，厚330 m。与下伏大青山组地层为不整合接触。

(5)第四系(Qhpal)。以冲洪积为主，岩性为冲洪积砂砾石。分布于区域的沟谷中，厚度5～15 m。

2 矿体地质

2.1 矿(化)体特征

金矿(化)体，均受控于后石花—松树背韧性剪切带派生的次一级断裂构造，后期石英脉充填的断裂为本区的储矿构造。松树背金矿赋存于早元古代糜棱岩化石英闪长岩中，矿(化)体呈含金石英脉分布。石英脉呈烟青—褐红色，致密。具硅化、黄金化、褐铁矿化、绿泥石化，硫化矿物组合有黄铁矿、少量黄铜矿、方铅矿，矿石属贫硫化物—含金建造。围岩中多见高岭土化、硅化、绿泥石化，局部可见碳酸盐化。矿(化)体走向310°，倾向NW，倾角44～75°，厚度、品位变化极不稳定。矿床中伴生组分有Ag、Cu、Mo，矿床成因类型为与岩浆热液活动有关的石英脉及蚀变岩型金矿床。经工程控制，共圈定4条矿体，编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。

(1)Ⅰ号矿(化)体。位于矿区中西部，呈石英脉状产出，长50 m，厚0.60～1.10 m，倾向340°～346°，倾角65°～70°。Au品位0.06×10-6～1.06×10-6，最高品位1.06×10-6。

(2)Ⅱ号矿(化)体。位于矿区中北部，呈透镜状产出，长75 m，厚0.60～1.00 m，走向近东西，倾向350°～354°，倾角60°～75°。Au品位0.00～0.69×10-6，最高品位0.69×10-6。

(3)Ⅲ号矿(化)体。位于Ⅱ号矿(化)体东南200 m，呈石英脉状产出，长60 m，厚0.60～1.10 m，走向北东43°，倾向310°～320°，倾角60°～75°。Au品位0.00～1.04×10-6，最高品位1.04×10-6。

(4)Ⅳ号矿(化)体。分布于矿区中部，在Ⅰ号矿体北西300 m，呈石英脉状产出，长80 m，厚0.60～1.00 m，走向40°，倾向130°，倾角65°～70°。Au品位0.24×10-6～1.59×10-6，最高品位1.59×10-6。

矿(化)体特征见表1。

表1 矿(化)体特征Tab.1 Mineral body characteristics

2.2 矿石质量

2.2.1 矿石结构、构造

根据野外肉眼观测及镜下鉴定，矿石结构、构造主要类型[4-5]如下。

(1)矿石结构。①半自形晶粒状结构：黄铁矿呈半自形分布在石英脉中。②他形晶粒状结构：自然金、方铅矿、黄铜矿等呈他形粒状分布在黄铁矿或脉石中。③交代结构：黄铁矿被方铅矿、黄铜矿交代，二者以不规则浑圆粒状分布在黄铁矿中或周边。④填隙结构：不规则状自然金充填在黄铁矿粒间的间隙中。⑤包含结构：在黄铁矿中包裹有浑圆状、圆棒状等自然金颗粒。⑥碎裂结构：部分黄铁矿呈碎裂状，分布在脉石(石英)中。

(2)矿石构造。矿石构造为块状构造和浸染状构造。①块状构造：金属矿物不均匀地分布在石英脉中，为主要的矿石构造。②浸染构造：金属矿物较为均匀或局部集中弥散在脉石中，构成浸染状构造。

2.2.2 矿石的矿物成分

矿石矿物成分较为复杂，除金矿物外，Cu、Pb、Zn、Fe、S、Se、Mo、Bi的矿物均有出现。主要矿物之间的相对含量见表2。

表2 主要矿物相对含量Tab.2 Relative content of main minerals

由表2可以看出，脉石矿物主要由石英、绿泥石、方解石组成，总量占92.26%；金属矿物主要以黄铁矿、褐铁矿、黄铜矿、方铅矿和闪锌矿组成，占7.74%。金主要以独立的金矿物出现，有利于选冶回收。

2.2.3 矿石化学成分

为了解矿石中伴生有益、有害组分的分布和含量，共采集组合样4件，分析元素As、Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Bi、MO、Y、Te共10种。矿石主要组分：Au平均品位最低2.16×10-6，最高257×10-6。矿床平均品位23.25×10-6。伴生有益组分：Ag、Cu、Mo、Te。Ag含量为10.3×10-6～38.8×10-6，平均品位24.55×10-6；Cu含量为0.022%～0.490%；Mo含量为0.005 7%～0.025 0%；Te含量为0.003 5%～0.011 0%。有害元素As平均含量为0.000 8%含量较低，属于低害矿石。

2.3 矿石类型

(1)矿石自然类型。矿石自然类型为原生矿，无氧化矿和混合矿；按矿石构造可划分为条带状矿石、浸染状矿石、角砾状矿石、致密块状矿石。

(2)矿石工业类型。主要为含金石英脉型。

2.4 矿体围岩及夹石

(1)矿体围岩。主要由糜棱岩化石英闪长岩组成，矿物主要成分为斜长石、角闪石、石英、绿泥石、方解石、绢云母等。矿体与围岩界线不明显。围岩中Au含量在0.03×10-6～0.91×10-6。

(2)围岩蚀变与矿体接触关系。矿体属于脉状充填型，与围岩的接触关系清楚，近矿围岩蚀变主要有黄铁矿化、硅化、绢云母化、绿泥石化、碳酸盐化。以石英脉为中心向两侧矿化蚀变减弱。

(3)夹石。矿体为脉状，局部可见夹层包裹体，厚度较小。岩性多为糜棱岩化类岩石，矿体中无可剔除夹石分布。

2.5 矿床成因及找矿标志

(1)矿床成因。松树背矿区矿床的形成与岩浆作用、构造作用，特别是与韧性剪切带有很大的关系，并与后期热液蚀变作用关系密切。松树背金矿床类型为形成于华力西中期、赋存于早元古代糜棱岩化石英闪长岩中，为与构造、热液活动有关的石英脉—蚀变岩型金矿床。

(2)找矿标志。①构造标志。后石花—松树背的韧性剪切带及其派生的为闪长岩脉和辉长岩脉、石英脉所充填北西向或北东向构造。②岩浆岩标志。太古代中晚期、吕梁期、华力西期侵入岩与金矿有着密切的关系，其岩性为混合花岗岩、石英闪长岩、黑云母花岗闪长岩和花岗岩，与地层的接触带是金成矿的有利地点。③赋矿层位标志。太古界乌拉山群以及区域内的韧性剪切带是主要的赋矿层位。④围岩蚀变标志。硅化、绢云母化、绿泥石化等。⑤矿化类型标志。主要见黄铁矿化、褐铁矿化等。⑥物化探标志。物探、化探异常吻合的地区。尤其是1∶5万水系沉积物测量异常。

2.6 矿区内共(伴)生矿产综合评价

该矿床伴生的矿产Ag、Cu、Mo、Te均达到综合回收利用的评价指标，可以进行综合回收。矿石中有害元素As平均含量为0.000 8%含量较低，有害元素不超标。

3 开采技术条件

依据《矿区水文地质工程地质勘探规范》(GB 12719—1991)，此次补充生产详查的水文地质工程地质环境地质工作是在原详查报告和矿山近年来生产资料的基础上，有针对性地进行补充详查，对矿区水文地质工程地质环境地质条件进行评价[6-10]。

3.1 水文地质

3.1.1 区域水文地质条件

不同成因、不同时代地层地下水的赋存特征、水循环特点及水化学特征都各不相同。区内总的地势大体上北高南低，地表水和地下水皆由北向南径流。本区地处区域水文地质单元的补给、径流区。据武川县气象局1986—2021年气象资料，多年平均降雨量为336.3 mm，降雨多集中在6—9月份，降雨量占全年降雨量的77%，各月份多年平均降雨量如图1所示。

图1 各月份多年平均降雨量Fig.1 Annual average rainfall by month

(1)含水层。①松散岩类孔隙潜水。第四系全新统松散岩类孔隙潜水含水岩组，主要分布在区内各沟谷洼地中。由1套灰白、灰黄色砂、砂砾石、卵砾石、中粗砂及碎石组成，主沟内厚度0～40 m，支沟内厚度0～15 m。水位埋深2～5 m，主沟内水量丰富，单井涌水量500～1 000 m3/d，支沟单井涌水量100～500 m3/d。地下水化学类型为HCO3-Ca型水，矿化度小于1.0 g/L，水质良好。②碎屑岩类裂隙孔隙潜水。仅在区域的西北部出露，含水层岩性主要为白垩系固阳组复成份砾岩夹含砾粗砂岩及细砂岩透镜体和大青山组粉细砂岩，含水层厚度一般10～50 m，埋深3～6 m，地形较高处可达40 m，水量较丰富，单井涌水量100～500 m3/d。地下水化学类型为HCO3-Ca型水，矿化度小于1.0 g/L，水质良好。③基岩裂隙水。基岩裂隙潜水分布广泛，主要为乌拉山岩群的片麻岩和各期侵入岩。因受构造运动影响程度和风化程度不同，裂隙发育程度不同，普遍含水，但富水性一般较弱。单井涌水量一般小于100 m3/d。地下水化学类型为HCO3-Ca水，矿化度小于1.0 g/L，水质良好。

(2)区域地下水的补给、径流及排泄条件。松散岩类孔隙潜水的补给来源主要为大气降水的入渗补给，其次为碎屑岩类孔隙裂隙潜水和基岩裂隙潜水的侧向径流补给，及河谷上游潜水的侧向径流补给。局部水浇地分布区，存在人工入渗补给。径流方向为由北向南沿地势径流。排泄方式主要为潜水蒸发、人工开采及向区外径流排泄。碎屑岩类孔隙裂隙潜水的补给来源主要为大气降水的入渗补给，其次为基岩裂隙潜水的侧向径流补给，径流方向主要为由西向东沿地势径流。排泄方式主要为潜水蒸发、人工开采及向松散岩类孔隙潜水径流排泄。基岩裂隙潜水的补给来源主要为大气降水的入渗补给，其次为区外潜水的侧向径流补给，径流方向主要为由东西向中部沟谷沿地势径流。排泄方式主要为向松散岩类孔隙潜水径流排泄和向区外径流排泄。

3.1.2 矿区水文地质条件

(1)矿区内含水层及地表水。①第四系松散岩类孔隙潜水含水组。含水层分布在矿区中部的沟谷内，为一套灰白、灰黄色砂、砂砾石、卵砾石、中粗砂及碎石，厚度一般0～40 m，北部薄，南部厚，两侧薄中部厚。水位埋深一般2～5 m，据民井抽水试验，单井涌水量500～1 000 m3/d，水量丰富，地下水类型为SO4·HCO3-Ca·Mg型水，矿化度0.51 g/L，水质良好。②基岩裂隙水。基岩裂隙潜水分布广泛，岩性主要为乌拉山岩群的片麻岩和各期侵入岩。因受构造运动影响程度和风化程度不同，裂隙发育程度不同，普遍含水，但富水性一般较弱。在已竣工ZK003钻孔内见厚度约8 m的大理岩，分布不连续，未见岩溶现象。③地表水。矿区无常年性地表水体，沟谷为季节性河流，在雨季作为泄洪通道。

(2)地下水补径排特征。第四系孔隙潜水主要分布在地势低洼的沟谷中，静止水位普遍较低，孔隙潜水富水性强，主要接受大气降水的垂直入渗补给，此外还接受基岩风化裂隙水的侧向补给和区外孔隙潜水的侧向径流补给，孔隙潜水由北向南径流。排泄方式：①以地下径流形式向区外排泄；②在埋藏浅的条件下直接蒸发排泄；③人工开采。基岩裂隙水在全区普遍分布，静止水位普遍较高，其下为裂隙极不发育的完整基岩，为相对弱含水层。基岩裂隙潜水富水性弱，由于岩石裸露及风化裂隙发育，裂隙潜水直接接受大气降水的补给，成为基岩裂隙水的主要补给来源，裂隙水多以径流形式向沟谷洼地排泄。

(3)地下水动态。矿区水文地质条件简单，结合生产资料，由水文观测孔进行基岩裂隙水的地下水动态长期观测。地下水位受降雨影响较大，6—9月份地下水位处于高位，之后开始下降并基本保持低水位。水位年变幅为1.88～2.38 m。

(4)矿区水文地质条件复杂程度。矿区地处中低山区，标高在+1 542～+1 857 m，当地侵蚀基准面标高为+1 542 m，未开采的矿体位于当地侵蚀基准面以下。矿床的主要充水水源为基岩裂隙水，富水性弱。

矿区内构造断裂不甚发育，断层富水性较差，导水性能也较差。且地下水的补给条件差，水文地质边界简单，故矿床是以裂隙含水层充水为主，水文地质条件简单的矿床。

3.2 工程地质

3.2.1 矿区工程地质特征

(1)风化带的划分。强风化带岩石厚度为5～25 m，岩性主要为糜棱岩化石英闪长岩，岩芯均较破碎，风化裂隙发育，呈块状和短柱状，稳定性差。弱风化带岩石厚度为30～50 m，岩性主要为糜棱岩化石英闪长岩，岩石风化裂隙较发育，岩芯呈短柱状，岩石整体稳固性中等。

(2)工程地质岩组特征。①松散岩类工程地质岩组。第四系松散岩类分布于沟谷、坡脚，厚度0～40 m，岩性主要为冲洪积砂、砂砾，局部为碎石，分选、磨圆差—较好，松散状，RQD值无意义，遇暴雨易随洪流和面流滚动和流失。②块状岩类工程地质岩组。依据对矿区详查孔及典型生产巷道的工程地质编录，矿体围岩均为糜棱岩化石英闪长岩，且在地表出露较广，岩石上部受风化作用较强烈，呈块状和短柱状，RQD值为<25%，岩体质量极劣，岩体破碎。下部变完整坚硬。RQD值为61%～80%，岩体质量中等—较好，岩体中等完整—完整性较好。

(3)结构面特征。岩体稳定性受断层、岩层面、构造、风化裂隙及软弱夹层面等的控制，按其规模及对岩体稳定的影响程度，将本区结构面分为4级。

3.2.2 岩(土)体质量及围岩稳定性评价

(1)岩(土)体质量评价。矿体围岩单一，为糜棱岩化闪长岩，根据试验结果，按饱和单轴抗压强度(σCW)划分矿区岩石属半坚硬岩(30 MPa≤σCW≤60 MPa)，按岩石的软化系数KW划分属易软化的岩石(KW<0.75)。对矿区围岩进行质量等级评价，结果见表3。

表3 岩体质量等级评价Tab.3 Rock mass quality grade evaluation

从表3中可看出：①第四系松散层：岩体呈松散状，RQD和质量指标均无意义，岩体质量极劣和坏。②块状岩类：岩体RQD值法评价质量中等，质量指标法评价岩体质量为差的。评价结果表明，RQD法与质量指标法评价岩体质量均较偏低，究其原因，主要是施工过程中造成了一定程度的岩芯破碎，RQD值减小，以及韧性剪切带内岩石饱和单轴抗压强度整体较低，致使评价结果偏低。但2种方法评价结果基本接近，与实际基本吻合，总体趋势明显，客观地反映了工作区岩体的工程地质特征。

(2)围岩稳定性评价。矿体主要赋存在韧性剪切带内，顶底板围岩均为糜棱岩化闪长岩，岩体以块状结构为主，碎裂结构为辅，局部为散体结构，岩石半坚硬，遇水极易软化，岩体质量差—中等。

综合认为，矿区的工程地质条件属块状岩类的中等型。当围岩顶底板以块状结构为主时，顶底板围岩较稳定，一般不需支护，喷浆即可；当围岩顶底板以碎裂结构为主时，顶底板围岩稳定性较差，生产过程中要加强顶板控制，做好顶板支护并喷浆，以防碎块坠落。施工遇破碎带时，顶底板稳定性差，应加强顶板控制，做好顶板支护并喷浆，以防碎块坠落。

3.3 环境地质

3.3.1 矿区环境地质条件

(1)地形、地貌。矿区地处内蒙古高原南缘阴山山脉大青山中部的中—低山地带。标高+1 542～+1 857 m，相对高差315 m，地形切割强烈；区内沟谷发育，为季节性河流。

(2)地质灾害。区内未发现崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地面沉降、地裂缝等地质灾害。区内存在乱掘现象，废石随意堆放，遇暴雨可能发生泥石流。

(3)区内污染源。矿区内存在2个尾矿库和1个选厂，其中，沟谷东侧的尾矿库规模较大，该尾矿库属于后石花金矿，是渗漏坝，后又加高坝体，2016年因环保不达标，清库后实施防渗处理。

3.3.2 矿区环境地质影响评价

(1)区域稳定性评价。根据国家GB 18306—2015规范，此区动峰值加速度0.15g，对应地震烈度为7度。据国家地震科学数据共享中心数据，区域内近50年未发生5级以上地震。

(2)矿区水环境质量评价。按主要阴阳离子含量划分为HCO3-Ca、HCO3·SO4-Ca·Mg型水。水质较好，满足生活饮用水卫生标准。矿坑水硫酸根和氟离子含量超标，不满足生活饮用水卫生标准，未经处理，不可用于集中供水和小型集中供水。

(3)地质灾害危险性评价与防治措施。①崩塌。矿区为中低山区，植被较发育，局部基岩裸露，主要由糜棱岩化闪长岩组成，岩石表面节理裂隙发育，在山体陡崖处崩塌偶有发生，矿山开采后，将会破坏岩体的稳定性，加大发生崩塌的可能性。崩塌一般规模小、危害小。②滑坡、泥石流。矿区内的边坡处均存在残坡积层，结构松散，特别是矿区内有2个尾矿库的存在。其中，1个规模还较大，且坝体不是一次建筑完成，是后续加高的坝体，尾矿库不仅提供了大量的物质来源，而且加高的坝体是否作过稳定性评价也存在疑问。另外，矿区内存在乱掘现象，废石随意堆放，在大量降水和其他诱发因素的影响下，有引发滑坡和泥石流的可能性，矿山应给予足够的重视。矿山已开采数年，废石堆切记不可堆过高，以防失稳。在后续大面积开采后，矿石和废石的大量堆放，也会增大发生滑坡和泥石流的可能性。矿山的生产生活设施应予以避让或采取可靠的防治措施。如对边坡处的残积层开挖后应及时处理或回填，矿石和废石应选择地势平坦较稳定处进行合理堆放，切不可堆放在边坡处，避免造成滑坡和泥石流的可能性，另外在易发生滑坡的危险地段可采用砌挡土墙工程措施进行防治。③地面塌陷。矿山已编制过矿山地质环境恢复治理实施方案，应按方案要求对矿山地质环境进行监测、治理。

3.4 水文地质工程地质环境地质类型的确定

矿区地下水的补给条件差，水文地质边界简单，虽然主要矿体位于当地最低侵蚀准面之下，地形不利于自然排水，但含水层富水性弱，且矿体围岩为隔水层，对矿床开采影响极小，矿区水文地质条件简单。矿体围岩为糜棱岩化闪长岩，岩体的完整性中等，岩体质量差，属较坚硬岩、软化岩，局部岩石较破碎，矿区的工程地质条件属块状岩类的中等型。采矿可产生局部地表变形，但对地质环境破坏不大；区内存在污染源；矿区内地下水水质较好；矿体含硫化物较高，矿坑排水对附近水体有一定污染；矿石和废石化学成分基本稳定，无其他环境地质隐患。故矿区地质环境质量类型为中等综上，矿床是以工程地质、环境地质问题为主的开采技术条件中等的矿床，即Ⅱ-4型矿床。

4 结论

(1)松树背金矿床类型为形成于华力西中期、赋存于早元古代糜棱岩化石英闪长岩中，严格受构造控制的岩浆热液叠加型金矿床，共圈定4条矿体，脉石矿物主要由石英、绿泥石、方解石组成，总量占92.26%；金属矿物主要由黄铁矿、褐铁矿、黄铜矿、方铅矿和闪锌矿组成，占7.74%。由于金主要以独立的金矿物出现，有利于选冶回收。

(2)矿区地质环境质量类型为中等综上，矿床是以工程地质、环境地质问题为主的开采技术条件中等的矿床，即Ⅱ-4型矿床。