湖北大悟吕王蛇纹岩矿床地质特征及开采技术条件

2022-07-15鲁成龙朱灿豪

西部探矿工程 2022年7期

夏天，鲁成龙，朱灿豪

（中国建筑材料工业地质勘查中心湖北总队，湖北武汉 430034）

大别山地区是我国著名的板块缝合带，除了发育有一系列超高压变质带，还产出有蛇绿岩[1-5]。蛇绿岩中的蛇纹岩是重要的建筑材料和化肥原料[6-7]。地质工作者在鄂东北大悟县的吕王地区发现了一处蛇纹岩矿床[1]，其矿床地质特征，尤其是矿化产出、矿石类型、矿石成分等未有系统厘定，对其下一步开采开发利用的条件还缺乏系统总结。基于此，笔者在详细野外地质调查的基础上，分析了不同类型的矿石成分，在水文地质、工程地质和环境地质分析的基础上，评价了矿床开采技术条件，以期为后续开发利用提供参考。

1 矿区地质概况

矿区处于南秦岭帽地槽褶皱带、桐柏－大别中间隆起、桐柏山复背斜、红安褶皱束北东翼，出露地层有中元古代红安（岩）群七角山（岩）组片岩、浅粒岩、片麻岩以及石英岩、大理岩、石墨片岩及新生代第四纪[3,8]。

矿区内侵入岩为晚元古代大别期大悟－红安超基性岩带中的银山寨侵入体。岩体主要岩性有蛇纹岩（包括蛇纹石化纯橄岩、蛇纹石化辉橄岩），以及菱镁滑石岩等[9]。

区内主要构造受早期区域规模的祝家河复式向斜的控制，伴生发育有轴面劈理，其展布方向与褶皱枢纽产状一致，晚期以脆性变形为特征，形成脆性断层和破劈理，造成岩石的破碎和地质体之间的错位[5,10]。

2 矿体和矿石特征

2.1 矿体特征

矿体赋存于银山寨侵入体中，矿体分布于矿区中部山脊附近，出露标高80～157.7m，呈现中部高东、西两侧低的趋势。矿体总体呈336°方向延伸，延伸长度大于940m，工程控制长度约410余米；矿体沿走向基本连续稳定。矿体基本出露地表，宽140～314m，平均宽约250m；矿体在平面上总体呈北北西向规模较大的透镜状分布，剖面上呈巨厚的岩墙状或似层状单斜构造，其产状与岩体产状基本一致，即总体走向336°，倾向北东，倾角40°～85°。矿体总厚度110～230m、平均厚194m，矿体厚度由北10线附近向南至30线附近有增厚的趋势。

2.2 矿石特征

根据矿石物质组份、蚀变特征，矿区内矿石主要有蛇纹石化纯橄岩、蛇纹石化辉橄岩、叶蛇纹岩等三种类型[1]。经对上述各岩石类型的岩石化学全分析（见表1），区内岩石有如下特征：

表1 吕王矿区蛇纹岩化学成份一览表

（1）SiO2含量33.84%～42.62%，MgO 含量37.69%～43.92%，CaO 0.03%～0.14%，Al2O30.33%～0.88%，表明矿石以富镁、贫钙铝以及SiO2、Al2O3、CaO 随MgO 增高而减少且呈负相关为特征。

（2）与国内超基性岩化学成份平均值及上地幔化学成份相比，SiO2、CaO、Al2O3、K2O、Na2O 偏低，MgO高于国内平均值，与上地幔值接近，而Fe2O3高于上地幔值，与国内平均值相近。

（3）Cr、Ni、Co 等微量元素在各类岩石中的含量，近似于该种岩石的地壳平均丰度值。

由上述特征可以说明，吕王蛇纹岩的原岩类型为纯橄岩、方辉橄岩。

蛇纹石化纯橄岩呈网环状或平行网脉状结构，块状或定向构造；蛇纹石化辉橄岩呈平行叶片状变晶结构，定向或网环状构造；叶蛇纹岩呈交织结构或鳞片变晶结构，微定向构造或致密块状构造。

3 矿床开采技术条件

3.1 水文地质

区内大部分为基岩裸露，根据含水性将地下水类型分为三种。

红安岩群裂隙含水层。区内红安岩群地层以云英片岩为主，节理、裂隙较发育[4,10]，其中部分裂隙被方解石细脉所充填，局部被地下水溶蚀，地下水水位标高大部分在80m以下，只有个别钻孔的水位大于80m（由于上层滞水导致的），由于局部山坡上和山脚下有下降泉出露，水量受季节性影响，靠大气降水渗透补给，一般小于0.01L/s。

银山寨岩体裂隙含水层。矿石主要岩性为蛇纹岩，致密坚硬，属于不含水岩石。但浅部由于长期风化作用产生节理、裂隙，大气降水深入裂隙中使之含水。观测水量为0.005～0.01L/s。局部以下降泉的形式出露。

第四系孔隙含水层。分布于河谷两岸阶地及冲沟中的第四系。1 号民井的标高为77.7m,2 号民井的标高为77.8m,水面与井口相差20～25cm，从地面水井观测，可推测矿区地下水位标高在76～78m。

矿区主要见有第四系残坡积粘土隔水层和新鲜完整岩矿石隔水层两种类型，对地下水起着阻隔作用。地下水主要靠大气降水补给。由于含水层出露条件较差，大气降水除少部分通过露头裂隙直接补给外，主要的补给途径是通过上覆土层和浅部风化层间接渗入补给地下水。

矿区四周山坡及冲沟为径流区，属大气降水补给区，山脚下的水沟、水渠及滠水属排泄区，总体构成一个局部较完整的水文地质单元，区内由于地势相对高差较大，其地表水排泄条件较好。

3.2 工程地质

矿区内岩石以蛇纹岩及片岩为主，岩石较致密、坚硬，主要矿物成分为蛇纹石、石英、斜长石、白云母等。岩石一般具变晶结构，块状及片状构造或定向构造，岩石结构类型大体可分为块状结构和层状结构。区内节理、裂隙发育一般，多为闭合状，裂隙带宽度不超过4cm，充填物很少，局部见有长石及碳酸盐矿物充填。

矿区节理裂隙：通过对地表节理裂隙观察统计，矿区节理裂隙发育程度一般。裂隙面多平直、光滑，延长一般几米至几十米，间距数十厘米至数十米，沿裂隙面常有位移发生。

岩石的物理力学性能试验样表明，矿区内蛇蚊岩的抗压抗折强度较大，抗压强度为62.9～68.8MPa、平均65.9MPa，抗折强度为27.2～29.2MPa、平均28.2MPa，硬度高、为4.7～5.2。依照单一岩石的试验结果均大于60MPa，属坚硬岩石。

矿区为变质岩区，第四系分布较少，根据其岩石（土）的物理力学性质大体可划分为二个工程地质岩组。

蛇纹岩工程地质岩组属坚硬岩石，顶底板的云英片岩工程地质岩组为坚硬岩石。近地表岩石均已风化，属半坚硬岩石，未经风化的新鲜岩石，均致密坚硬。矿山南边的人工边坡坡高较大，对以后的生产有一定的影响，矿山东边的坡角为60°，故对矿山开采也是有一定的影响的。从而在以后的开采过程中加强监测。矿山东边和南边边坡有可能发生垮塌现象，需重点监测。

三个废石场中，Ⅰ号废石场发生垮塌的可能性最大，从而对下方住着的村民有一定的安全隐患。Ⅱ、Ⅲ号废石场也有潜在滑动的影响。

3.3 环境地质

区域内断裂构造发育一般，主要是韧性剪切带较发育，但由于后期活动不明显，因此对区域稳定性无影响。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）,本区地震动峰值加速度小于0.05g（g 为重力加速度），动反应谱特征周期为0.35s（s为秒）。综合地质构造特征、断裂及地震活动特征，本区在区域地质上属相对稳定地区。

区内地貌单元单一，属丘陵地区，地形变化不大，没有发现崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害。但Ⅰ号废石场易发生垮塌，对下方村民的安全有一定的危害，Ⅱ、Ⅲ号废石场现阶段还好，但易为泥石流提供物质来源。

（1）矿床开采可能引起的自然地质灾害。水土流失：本矿区为山坡露天矿，露天采场在开采过程中剥离原地表植被和表层岩土，使地貌丧失生物生产力，呈岩石裸露、砂砾遍布的景观。由于开采后矿区地表几乎无任何植被覆盖,每逢降雨，很快形成径流，造成水土流失。

滑坡：大多数岩（矿）层完整性较好，属坚硬岩石，基本不易产生滑坡。但边坡坡高在80m 以内，开采掌子面形成后，长期暴露在水的作用下受到程度不同的震动或冲击均有可能导致滑坡事故的发生。

泥石流：泥石流一般发生在三个废石场。

（2）矿床开采对区域地质环境的影响。本矿床为山坡露天矿，矿山开采圈定面积不大。因此，矿山开采对区域地质环境影响甚微。但应当注意，矿山开采以后，废石以及矿坑水的排放会造成不同程度的水体污染问题。

（3）矿床开采对环境的影响及其防治。矿山在剥离、穿孔、爆破、采装、运输及破碎过程中，将产生废石（土）、粉尘、废气及爆破震动等，对矿山及其附近的生态环境有一定影响。

废石（土）：矿山开采过程中将产生较多废石（土），废石（土）堆弃过程如不采取一定措施，将给环境造成危害。粉尘：矿山采用露天开采，在凿岩穿孔、爆破及运输等过程中都会产生粉尘，因此对矿区及附近地区环境有一定影响。废气：矿山爆破时产生的废气因离附近居民较近，爆破废气对矿山附近地区居民有一定的影响。爆破震动：爆破产生的震动对矿区周围一定范围内会造成危害。

综上所述，矿区环境地质类型为中等。