广西乐业林旺金矿床地质特征与开采技术条件分析

庞运权，黄长帅，聂舒静

(1.广西壮族自治区矿产资源储量评审中心，广西 南宁 530022；2.中国有色桂林地质矿产研究院有限公司，广西 桂林 541004；3.广西壮族自治区三〇七核地质大队，广西 贵港 537100)

0 引言

卡林型金矿是重要的金矿床类型之一。滇黔桂“金三角”地区是我国重要的卡林型金矿产区，其内分布有多个超大—大型金矿床，如丫他、烂泥沟、水银洞等。区内卡林型金矿多位于碳酸盐台地边缘斜坡相带[1]、断裂—背斜相交处[2-3]，根据矿床的产状可分为层控性矿床和断控型矿床[4-5]。

林旺金矿位于百色市乐业县，是近年来新发现的一个中型矿床。前人对林旺金矿基础地质特征[6-10]、流体包裹体[11]及同位素[12]等方面进行研究后，认为该矿床同时具有层控和断控的特征，构造叠加是形成厚大矿体的主要原因。林旺金矿床成矿流体为中低温、低盐度、中低密度的流体，主要来源于混合的变质水。本文在矿床勘查工作的基础上，对矿区水文、工程、环境地质条件进行分析，为矿山资源开发利用提供参考依据。

1 地质特征

林旺金矿位于扬子克拉通西缘的右江盆地，地处扬子地块、华夏地块、越北地块和思茅地块的交汇部位[13]，以紫云—都安大断裂、凭祥大断裂、红河大断裂、盘县—师宗大断裂等深大断裂为界，与上述几大构造端元相隔。林旺金矿位于右江大断裂与紫云—都安大断裂夹持的乐业孤立碳酸岩台地北部边缘(图1)。

图1 滇黔桂“金三角”构造简图(据文献[13]修改)

矿区内地层岩性复杂(图2)。矿区东部出露中三叠统百逢组，为一套巨厚复理石建造，可分四段，区内仅出露第四段，按沉积旋回及岩性组合特征，划分出上、中、下三个亚段，矿区内仅出露中、下亚段。其中下亚段为矿区主要赋矿层位，可分为五个岩性层，岩性主要为石英杂砂岩、含碳质泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、生物屑泥岩、白云质或钙质泥岩等。下亚段中常发育同生黄铁矿，主要呈细粒团斑状、团块状或条带状集合体，偶见扁球状、椭球状或短柱状黄铁矿结核，黄铁矿晶型主要为自形立方体[14]。矿区西部出露中三叠统板纳组，为一套薄层状钙质泥岩、生物屑泥岩及粉砂质泥岩三者互层组合，可分三个岩性段，区内仅出露上、中两段[14]。

矿区内褶皱、断裂构造发育。区内较大的褶皱构造为幼平背斜，次级褶皱为林旺背斜。矿区位于幼平背斜南东倾伏端外缘，该背斜总体北西走向，上二叠统合山组构成背斜核部，两翼依次出露上二叠统和三叠系。区域性浪全—乐业弧形基底大断裂通过背斜北东翼外侧，为槽盆相百逢组、兰木组与台地相板纳组之间的边界断裂。同沉积期形成的浪全—乐业断裂(F1～F7)为区内主干断裂，是矿区主要的导矿容矿断裂[5-6]，自南向北贯穿整个矿区，周围发育多条后期形成的近SN、NW向次级断裂(图2)，内部存在蚀变和矿化。

图2 林旺矿区地质简图(据文献[14]修改)

矿区内围岩蚀变发育，主要发育在构造破碎带内金矿体与围岩的接触带附近，主要围岩蚀变的种类有毒砂-黄铁矿化、硅化、碳酸盐化、泥化-绢云母化-褪色及赤铁矿化、炭化等。

林旺金矿床矿体产状较陡、且与背斜轴面F1～F7断裂群产状近似、产状相似的复合脉状矿体，具有岩控及构造控矿的双重特点[5-6]。按金矿体产出的构造部位、矿体空间分布特点、密集程度和工作程度等因素，矿区整体范围内可划分为四个矿段，即北部八岸矿段、中部矿山矿段、南部杉木林矿段及上里矿段，共23个矿体[14]。金矿体均分布于F1～F7断裂群之间，其中矿山矿段的I号矿体为主要矿体[12]。Ⅰ号矿体形态属于赋存在背斜轴部的不对称鞍部，其形态变化依赖于背斜构造的形态及F1断层的产状而变化(图3)，矿体走向350°，长600 m，宽30～90 m，控制斜深40～160 m，占矿区资源量的32.60%。

图3 林旺金矿床I号矿体剖面图(据文献[14]修改)

2 矿区水文地质条件

2.1 水文气象

矿区属中亚热带山地季风气候，全年气候温暖，其中无霜期长达314天，历年最高温气温为40.9℃，最低气温为-2.8℃，多年日平均气温为18.1℃。该地区雨量充沛，年降雨量最大为1655.6 mm，最小为907.2 mm，多年平均降雨量为1269.9 mm。此外，该区干湿季节明显，雨季为5—9月，雨季平均降雨量为1085.15 mm，12月至次年的2月为旱季。年平均蒸发量为1297.0 mm，平均相对湿度为79%。

2.2 地表水系

以西面幼朗岭西坡为界，矿区地貌可分成东西两个单元：西部为碳酸盐类的峰丛洼地地貌，洼地中有落水洞、漏斗等；东部为粉砂岩、泥质粉砂岩，砂质泥岩等碎屑岩构成的中低山地貌，地形坡度15°～35°，地形高程为559～999 m，地形高差为150～300 m。区内山间沟谷发育，林旺小溪是幼平河东南面次级支流，由南往北穿过矿区，林旺小溪东西两岸为由泉水补给的山间小溪。

矿区位于幼平河南岸次级支流林旺小溪上游，矿区西面以中三叠统板纳组第三段为隔水边界，东面以分水岭为边界，形成一个以中三叠统百逢组第四段砂岩裂隙含水层为主要含水层的总体为单斜构造的水文地质单元。八岸矿段位于林旺小溪西面，河床高程为566 m，为八岸矿段最低侵蚀基准面，地下水由西往东径流，排入林旺小溪。矿山矿段主要位于林旺小溪东面，在尾矿坝下游河床高程为602 m，为矿山矿段最低侵蚀基准面，地下水由东往西径流，排入林旺小溪。杉木林矿段及上里矿段位于林旺小溪南西面，该段林旺小溪因截流形成蓄水库，蓄水库水位高程为712 m，为杉木林矿段及上里矿段最低侵蚀基准面，地下水由西往东径流，汇入蓄水库，经矿山矿段东面排水隧道排入尾矿坝下游林旺小溪。

2.3 矿区地下水含水层

林旺金矿区的含水层有第四系冲洪积层、坡残积层及人工堆积层的松散岩类孔隙含水层、中三叠统百逢组砂岩裂隙含水层、中三叠统板纳组泥岩粉砂岩裂隙水含水层(相对隔水层)、下三叠统统罗楼组灰岩溶洞裂隙含水层及上二叠统合山组灰岩裂隙溶洞水含水层。①松散岩类孔隙含水层：由粉砂、砂砾石或漂石组成，主要接受大气降水补给，无泉水出露，季节性变化较大，含水层富水性弱。②中三叠统百逢组砂岩裂隙含水层：由砂岩、粉砂岩和泥岩互层组成，出露泉水，高程为521～880 m，含水层富水性弱至中等。③中三叠统板纳组泥岩粉砂岩裂隙水含水层：由薄层钙质泥岩、生物屑泥岩及粉砂质泥岩三者互层组成，裂隙水主要赋存与粉砂质泥岩及少量石英杂砂岩岩石裂隙中，出露泉水，高程为578～749 m，富水性弱，为相对隔水层。④下三叠统罗楼组灰岩溶洞裂隙含水层：由泥岩和灰岩互层组成，裂隙水主要赋存于泥岩裂隙中，出露泉水，高程为578 m，富水性弱至中等。⑤上二叠统合山组灰岩裂隙溶洞水含水层：由微晶灰岩、碳质泥岩互层组成出露泉水，高程为557～631 m，富水性强。

2.4 断裂带水文地质特征

矿区内断裂构造断面平直，断层破碎带中主要为压碎岩充填，泥质或钙质接触式胶结，其破碎带的岩石均比断层附近岩石破碎，导致岩石透水性增强，断层破碎带的富水性也增强。对矿床充水有影响的断层主要在地表及深部切穿矿体或同时切穿矿体及地表小溪的F9、F10、F6、F1断层。F1在八岸矿段内出露部分测得涌水量为0.002～0.03 L/s，其余断层切穿的含水层及地表水系可能通过破碎带向矿坑渗透。

2.5 矿坑充水因素分析

林旺金矿主要矿体垂向高程为755～86 m，林旺小溪尾矿坝下游河床高程为602 m，位于河床高程以上的矿体，坑道开采时可自然排水，但由于浅部岩石风化裂隙发育，从而导致大气降水通过风化裂隙含水层向下渗透补给矿坑，大气降水是浅部矿坑充水的主要影响因素。对矿体高程在小溪河床高程之下的矿段，溪水可能沿断层破碎带间接向矿坑充水。矿山存在民窿私采现象，且历史长久，未来矿山开采存在老窿积水对矿坑充水的隐患。

2.6 矿坑涌水量预测

矿区八岸、矿山、杉木林及上里等4个矿段共圈定矿体23个，其中矿山矿段范围内金矿体是未来矿山首采矿体，其分布范围作为矿山矿体的矿坑涌水量计算范围。考虑各矿体分布高程，以首采地段平均最低高程(451 m)的下一个中段作为计算水平，计算高程600 m、500 m及400 m的矿坑涌水量。计算公式：

矿坑涌水量预测参数取值及预测结果见表1。本次矿坑涌水量预测只针对主矿体首采地段，随着次矿体的开采，矿坑扩大，矿坑涌水量会有所变大，开采过程中应考虑配备相应的排水设施。

表1 坑道涌水量计算表

2.7 水文地质条件评价

八岸矿段位于林旺小溪西面，最低侵蚀基准面为566 m，地下水由西往东径流，排入林旺小溪。该矿段只有小矿体分布，矿体埋藏浅且均位于当地最低侵蚀基准面以上，水文地质条件简单。

矿山矿段主要位于林旺小溪东面，最低侵蚀基准面为602 m，地下水由东往西径流，排入林旺小溪。主矿体均位于该矿段，大部分位于侵蚀基准面以下，水文地质条件中等。

杉木林矿段及上里矿段位于林旺小溪南西面，最低侵蚀基准面712 m，地下水由西往东径流，汇入蓄水库，经矿山矿段东面排水隧道排入尾矿坝下游林旺小溪。该矿段分布小矿体，矿体埋藏浅且均位于当地最低侵蚀基准面以上，水文地质条件简单。

3 矿区工程地质条件

3.1 岩组划分

根据地层岩性、岩体结构面级别、岩石物理力学指标和RQD值，将矿区岩体分为三类：散体状结构土体、碎裂-层状结构较软-坚硬的砂岩岩组、层状结构较坚硬—坚硬的砂岩岩组。

散体状结构土体：分布于矿段附近排土场、河床两岸及山坡脚等地形平缓处，包括第四系人工堆积层、冲洪积层、残坡积层、人工堆积层。该类土体稳固性差，在雨水冲刷作用下容易流失。

碎裂-层状结构较软-坚硬的砂岩岩组：此岩类的分布与基岩风化程度、构造及岩性有关，岩性包括遭受风化的石英杂砂岩、泥质粉砂岩及泥岩等。该类岩石钻孔岩心多呈碎块状、块状，岩心RQD值为0～42.00%，岩石较破碎。其中，风化泥质粉砂岩、泥岩的饱和单轴抗压强度为9.43 MPa～11.30 MPa，均属稳固性差的软岩石。F1断裂为a层和b层的界面，断层带宽3～31 m，为层状碎裂结构，结构体为大小不一、形状各异的构造岩块组成，节理、劈理及揉皱极为发育，线裂隙率9～11条/m，在680 m中段以下有地下水涌入坑道，水量小，按RQD属极坏的岩体，岩体强度低，极易产生坍塌、滑移、压缩变形，属碎裂结构岩体。

层状结构较坚硬-坚硬的砂岩岩组：岩性主要为薄—中厚层状粉砂岩、石英杂砂岩夹泥岩，该类岩石厚度较大、裂隙小。该类岩石钻孔岩心多呈长柱状、短柱状，局部为块状，岩心RQD值为52.63%～93.78%，局部0～30%，岩石较完整。其中泥质粉砂岩的饱和单轴抗压强度为6.80 MPa～81.40 MPa，饱和内聚力为4.93 MPa～16.19 MPa，摩擦系数为0.388～0.598。石英杂砂岩的饱和单轴抗压强度为49.4 MPa～84.0 MPa，饱和内聚力为5.46 MPa，摩擦系数为0.570(表2)。属稳固性较好的较坚硬—坚硬岩石，局部地段因断裂、次级小褶皱发育，岩石相对较破碎，为软岩—较软岩，其稳固性变低。

表2 岩石力学实验统计

3.2 矿体及顶底板围岩稳定性

矿区金矿石主矿层赋存于中三叠统百逢组第四段下亚段的石英杂砂岩中，顶、底板围岩以砂岩夹泥岩为主，浅部因风化淋滤，钙质流失，为粉砂岩或泥岩。

金矿石矿体，钻孔岩心多呈薄至中厚层状，局部为碎块状，矿石的饱和单轴抗压强度为6.8 MPa～84.0 MPa，平均值为39.1 MPa，饱和内聚力为5.36 MPa～5.46 MPa，摩擦系数为0.530～0.570。属稳固性较好的较坚硬—坚硬岩石，局部地段因断裂、次级小褶皱发育，或岩石暴露地表发生崩解，岩石相对较破碎，其稳固性变低。

金矿体顶板围岩以泥质粉砂岩为主，岩石的饱和单轴抗压强度为7.4 MPa～81.4 MPa，平均值为49.8 MPa，饱和内聚力为5.88 MPa～16.19 MPa，摩擦系数为0.510～0.598。属稳固性好的较坚硬岩石。局部地段因断裂、次级小褶皱发育，或岩石暴露地表发生崩解，岩石相对较破碎，其稳固性变低。

金矿体底板围岩以泥质粉砂岩为主，岩石的饱和单轴抗压强度为8.4 MPa～71.9 MPa，平均值为27.8 MPa，饱和内聚力为4.93 MPa～10.37 MPa；摩擦系数为0.388～0.508。属稳固性好的较坚硬岩石。局部地段因断裂、次级小褶皱发育，或岩石暴露地表发生崩解，岩石相对较破碎，其稳固性变低。

3.3 工程地质条件评价

八岸矿段地层以泥岩、泥质粉砂岩、石英杂砂岩为主，地表风化为硅质泥岩。地形地貌条件简单至中等，地层岩性单一，地质构造总体简单，矿体埋藏浅，未来主要为露天开采，采场边坡局部破碎地段可能会产生崩塌、滑坡，工程地质条件总体简单局部中等。

矿山矿段：矿区地层以泥岩、泥质粉砂岩、石英杂砂岩为主，地表风化为硅质泥岩。地质构造以褶皱为主，断裂构造次之，金矿体及其围岩的浅部岩石为软—较坚硬岩石，深部则为较坚硬—坚硬岩石，局部由于构造作用岩石较破碎。矿体埋藏较深，现状露采边坡最高达65 m，且岩石具有崩解性，发生崩塌、滑坡可能性大。未来在地下开采条件下，由于采空区的扩大，可能会引起地面开裂，导致工程地质条件相应复杂化。工程地质条件总体简单、局部中等。

杉木林矿段及上里矿段：地层以泥岩、泥质粉砂岩、石英杂砂岩为主，地表风化为硅质泥岩。地形地貌条件简单至中等，地层岩性单一，地质构造总体简单，矿体埋藏浅，未来主要为露天开采，采场边坡局部破碎地段可能会产生崩塌、滑坡，工程地质条件总体简单、局部中等。

4 矿区环境地质条件

4.1 地震及地质灾害评价

按照《中国地震动参数区划图》(GB18306-2015)，矿区基本地震动峰值加速度为0.15 g，地震动反应谱特征周期为0.35 s，相对应的地震基本烈度为Ⅶ度。因此，矿区所在的区域为区域地壳次稳定区，矿山未来开采设计应按有关要求做好相应的设防措施。

矿区南东侧及尾矿坝北面发现有两处小型崩塌。尾矿坝北面山坡崩塌体高约7 m，宽2～3 m，厚1～2 m，总方量约30 m3，发育程度高，危害程度小，危险性中等。矿区南东面崩塌体高约6 m，宽2～3 m，厚约2 m，总方量约30 m3，发育程度高，危害程度小，危险性中等。此类滑坡可能会威胁到矿山工作人员及运输车辆的安全。

4.2 矿山开采对生态环境的影响

矿山总占地面积达1.64 km2，随着人的入驻，将不利于动物的生存和繁衍，或许会降低区域生物的多样性。矿山开采对地表植被的损毁和对固体废弃物的冲刷影响是最主要的，所以不仅要求做好尾矿库、拦渣坝等防治设施，把不利影响控制在作业范围内，而且要做好裸露土地的植被恢复工作，把对生态环境的影响降到最低。未来矿山主要为地下开采，产生的废矿石、尾矿的排放对生态的影响主要表现在其占用土地，影响区域景观，改变原土地功能，造成所占土地植被死亡，危及附近基本农田。

在未来开采过程中，采空区的形成使其周边一定范围的岩体应力重新分布，导致岩石变形—出现地表开裂、下沉或塌陷，但由于矿山范围为荒山林地，地面变形产生的危害较小，埋藏深度较大的矿体，在未来开采过程中，地表产生变形的可能性较小。

4.3 环境地质条件评价

矿区为中低山地貌，所在的区域为区域地壳次不稳定区，植被发育，局部有崩塌、滑坡地质灾害现象，地表水及地下水受到污染的程度较轻。矿山地质环境良好，未来矿山继续采用露天开采及地下开采，将改变当地地质环境，可能引发采坑边坡滑塌、滑坡、采空区地面塌陷地质灾害等。露天开采会局部改变地表水、地下水的流向，对含水层结构破坏影响较小，地下开采活动会造成矿体附近区域地下水水位的下降，矿山对矿体附近地下水造成疏干，应做好各种相应防治措施。总体看来，林旺金矿为环境地质条件中等类型的矿床。

5 结论

林旺金矿床矿体多位于侵蚀基准面以下，矿体所属岩层富水性弱至中等，未来开采将会加剧地表水和裂隙水向矿坑的渗入，使水文地质条件复杂化。矿区地形地貌条件简单—中等，地层岩性单一，地质构造总体简单，局部构造破碎带影响岩体稳定。未来采用露天开采及地下开采将改变地质环境，可能引发采坑边坡滑塌、滑坡、采空区地面塌陷等地质灾害。综合认为，林旺金矿床为一处水文地质条件中等、工程地质条件总体简单局部中等、环境地质条件中等适宜开采的金矿床。