新疆哈密市圪塔山口铜镍矿区工程地质特征

窦祺枫，徐 超，余昌辉

（新疆维吾尔自治区有色地质勘查局七〇一队，新疆 昌吉 831100）

1 矿区概况

1.1 自然地理概况

矿区位于哈密市东南250km，地势总体表现为南高北低，沟谷遍布。地貌为中—低山区，海拔一般为1400～1500m，相对高程一般在50～150m。矿区内山间沟谷纵横遍布,主要延伸方向为南东—北西向，矿区北西部沟谷相对较窄，宽度为60～100m，成U 型，沟谷两侧为中低山丘陵，高程一般在10～30m，山势较为平缓，冲沟一般宽度为1～3m，迂回曲折。南东向冲沟多为U型平沟。沟谷两侧的山脉一般高5～20m，宽100～300m。山体风化较强，裂隙、节理较发育，岩石多成片状。矿区植被发育，多为矮蒿类植被，植被覆盖率为40%。

矿区主要气候类型表现为典型的大陆性干旱特征，四季气候悬殊。夏季时间较长且酷暑，冬季多寒冷，春秋多风，多为西南风，昼夜温差较大，降水稀少、蒸发强烈区内最高气温可达42.6℃；降水量较少（34～38mm），主要集中在春、夏两个季节降水（降水量占全年的70%～82%），秋、冬季降雨、降雪稀少；矿区多风且强风，全年多东北风和北风，最大风速达到48m/s，平均风速达9.3m/s。

矿区地处淖毛湖地下水山间补给带。矿区总体地形特征为南高北低，沟谷发育明显,且未见过地表河流和常年性有水冲沟分布,地下水的种类主要有风化裂隙水和构造裂隙水。矿区有一条近南北向的地表分水岭分布在矿区东南部，季节性冲沟发育，主要为1条贯穿矿区的主沟和8条叉沟，来水时间不均匀。矿区北部及其红柳沟为径流排泄带，据收集资料显示，淖毛湖位于三塘湖—淖毛湖盆地，为典型的水积盆地平原，周边水流的最终汇流地。矿区北部冲沟北段为矿体主要赋存地段，冲沟呈树杈状由南向北展布，最终排泄于矿区外围的红柳沟。可作为矿区的最低侵蚀基准面，汇流处海拔高度1378m。

1.2 地质概况

矿区出露的主要地层分别为志留系上统-泥盆系下统红柳沟组（S3-D1h）、下泥盆统大南湖组第一亚组（D1d1）和第四系的坡积和冲积物。主要岩性为炭质片岩、闪长岩、辉石、辉长岩、凝灰岩等。康古塔格—黄山深大断裂横贯矿区的中部。该断层带沿东西向延伸，表现为强烈挤压、走滑和韧性剪切等特点，断层两侧岩石多表现为韧性剪切片理和断层破碎带，带内岩石表现为强烈糜棱岩化、混合岩化和塑性变形等现象，多呈旋转碎斑系、糜棱面理、收缩型“S-C”面理发育，片理构造置换层理十分常见。矿区内岩浆岩主要为华力期早期侵入岩,矿区内中性岩脉出露占脉岩的绝大多数，多沿构造线呈北东向展布。矿区内基性的岩脉较少，主要为深灰绿色的辉绿岩脉。

2 矿区工程地质岩组特征

根据矿区地层时代成因类型、地层单元和岩石工程地质特征，结合矿体特征，将矿区所辖范围内与矿床有关的岩体划分为3个工程地质岩组：第四系土体、层状岩组和块状岩组（详见图1）。各岩组工程地质特征如下所述。

图1 新疆哈密市圪塔山口铜镍矿区工程、环境地质图

2.1 土体

主要为第四系坡积物（Q4Pl）和冲积物（Q4al），主要位于矿区北西部洼地及中部大冲沟内。由砂、砾石及粉土组成，多呈散体状，无胶结，根据钻孔资料显示，平均厚度多为6～10m，最厚可达16.22m，该岩体工程地质性质极差，厚度不均，质量属极劣，边坡易崩塌、发生位移，属极不稳固类型，工程力学性质差，往往是工程失稳的起点。

2.2 岩体

（1）层状岩组。属红柳沟组（S3-D1h）、大南湖组第一亚组（D1d1），主要由灰绿色凝灰质砂岩、粗砂岩、灰绿色凝灰岩、灰黄色砂岩、灰黑色炭质片岩等组成。该岩组在矿区地层占比较大，多呈厚层状，层理清晰可见，地层倾向85°～88°，倾角54°～80°，钻孔揭露最大深度215.13m，未揭穿。该组岩石在地表风化带内多为风化破碎，节理、裂隙较发育，抗氧化、风化能力较差，易氧化、风化成块状、碎块状。岩体完整性差，岩石RQD 一般值为16%～82%，平均为48.6%，岩石质量劣。岩体破坏机制表现为不稳定结构体产生的滑塌。变形过程可与爆破同时发生，或因爆破逐次松动，导致岩层的弯张破坏及软弱岩层的塑性变形，突然塌方。岩石质量评价等级见表1，岩石物理力学性质试验成果表见表2。

表1 岩石质量评价等级表

表2 岩石物理力学性质试验成果表

（2）块状岩组。矿区块状岩组主要为属大南湖组，岩性主要为辉石、辉长岩、闪长岩，岩石多呈致密块状，中等坚硬、完整性好，节理、裂隙相对较少，该岩组倾向、倾角多与地层产状大体保持一致，钻孔揭露控制厚度2.40～50.66m，平均厚度22.60m。矿体与围岩接触带多发育构造破碎带，破碎带宽度一般为2～20m不等，多为碎块、碎屑状，局部见薄层状断层泥。结构面间距相对较大，结构面间距50～100cm，少量大于100cm,以块状或整体块状岩体构造为特征。矿区岩体质量系数为1.24，岩体质量等级一般；岩体质量指标为0.64，岩体质量中等。这类岩体工程具有较好的地质性质和较好的稳固性。岩体损害机理以块体崩滑、崩裂为特征。变形过程可与爆破同时发生，或因爆破逐次松动，突然塌方。

（3）破碎岩组。主要为红柳沟组层状岩组及大南湖组第一亚组侵入岩块状岩组的表层风化破碎带及断层破碎岩组组成。表层风化破碎带属于中等—弱风化带，岩石仍保持母岩结构，不易击碎，只是岩石由于物理风化作用，发育一些节理及次生结构面，变得较破碎，结构面间距5～30cm 不等，少量大于30cm，参差不齐，呈破碎或碎裂块状结构岩体，岩体完整性差。断层破碎带，发育压性或张性结构面，彼此交切，十分密集，裂隙多呈闭合状，岩体强度差，稳固性差。在压扭性断裂带中，构造—蚀变破碎带大多形成软弱的结构面，岩体的工程地质性质和稳固性极差，破坏机制表现为剪切破坏，松动、崩塌或塑性变形，变形过程可长可短。

3 矿区的结构面特征

3.1 结构面的类型、分级及其特征

根据矿区地质背景、结构面完整状态和特征等情况特点，对矿区构造面进行了划分，主要分为4个方面，详见表3，主要构造结构面为主，其次为次级结构面，其中构造结构面发育极不均匀。

表3 结构面类型及发育特征一览表

根据结构面的规模大小、地质类型、对岩体稳定性影响程度等，将矿区的结构面分为4 级，见表4。结构面的规模大小，是从断裂构造的走向、倾向垂深等两个方面来判断。走向是指断裂带地表延伸方向，倾向垂深是指断裂带深部的延伸方向和延伸深度，倾向垂深对于岩体变形破坏和工程布置有着直接的关系。

表4 结构面分级一览表

3.2 结构体的类型、分级及其特征

根据矿区结构面的分级，结合对结构体的影响作用不同，相应地得出结构体亦可分为4级（详见表5）。

4 矿床开采的稳定性评价

4.1 矿体、矿体顶底板围岩的稳定性

矿体主要存在于与基性—超基性岩浆有关的岩浆熔离型—贯入型铜镍矿床中，其特征为基性—超基性杂岩体。严格受杂岩体控制，岩控特征明显，控矿构造为次级构造破碎带控制，均分布于康古尔塔格北缘大断裂以北的次级构造带上。矿体及矿体顶底板围岩岩性主要为凝灰质砂岩、片岩、辉石辉长岩、闪长岩。矿体及矿体顶底板围岩岩性主要为凝灰质砂岩、片岩、辉石辉长岩、闪长岩。

层状岩组岩层致密，岩层较软，平均RQD 值48.6%，岩体质量系数0.486，岩体质量等级一般，岩体质量指标0.29，岩体质量中等，完整性差，局部构造破碎带发育，厚度一般在10m 以下，岩体多为块状、碎屑和粉末状，RQD值在15%以下，岩质极差。块状岩组质地致密，块质中等坚硬，岩体质量系数1.24，岩体质量等级平均RQD 值54.25%，岩体质量等级一般；岩体质量指标为0.64，岩体质量属中等水平，岩体完好度属中等水平。

块状岩组为致密块状，硬度中等，平均RQD 值54.25%，岩体质量系数1.24，岩体质量等级一般；岩体质量指数0.64，岩体质量中等，整体性中等。

综上所述，矿体和矿体顶底板的总体稳定性是基本稳定的，只在构造破碎带发育密集的区段，内部结构遭到了不同程度的破坏，稳定性大大降低，会出现小规模顶板出现塌落、掉块、侧壁片状等现象，需要局部进行支护

4.2 构造对矿体围岩的稳定性的影响

矿区内构造破碎带一般发育在矿体上下盘接触带附近，单孔分布密度一般为5-8处，破碎带宽度一般为2～10m不等，局部可见断层泥，破碎带两侧岩石裂隙较发育，开采时若不采取相应措施必然会造成岩石松动塌落，且矿区大地构造活动具多期次性，因此构造破碎带对边坡稳定性有一定影响的。

4.3 水文地质情况对矿体围岩稳定的影响

矿山未来开采方式为巷道开采，主矿体大部分位于当地最低侵蚀水准面以上，由于矿区范围内未发现地表水，根据大井法计算未来矿坑涌水量预测最大值为1.9×103m3/d，矿坑西南部为季节性洪沟，矿坑涌水经过抽排，能顺利排除矿区。由于矿区内浅部风化带内裂隙发育，补给水量偏低，故矿坑涌水形成的降落漏斗补给速度较慢，从地形地貌上看，山体完整性较好，地下水作用影响较小。故地下水疏干区导致地面出现沉降和地面塌陷的可能性较小，从而形成地质环境问题的可能性小。

5 结语

矿区工程地质岩组主要分为第四系土体、层状结构岩组和块状结构岩组。第四系土体工程力学性质差，散体或胶结状，稳固性差，属极不稳固型。

层状结构岩组主要为凝灰质砂岩、片岩组成，岩石质量等级为Ⅳ，岩石完整性差，较软岩石，岩体质量中等，局部发育软弱夹层和构造破碎带，岩体整体稳定性较好。

块状结构岩组主要为辉石、辉长岩、闪长岩，岩石质量等级为Ⅲ，岩石质量属中等，岩体完整性为中等完整，属坚硬岩类，岩体质量良，岩体质量等级好，该岩体稳固性较好。

矿区内虽然构造断层发育，但对矿体影响较小，岩体整体稳定性较好，除风化带和构造带破碎外。主要问题为矿体与围岩接触带部分岩体节理、裂隙较发育，岩芯破碎，RQD 值较低，如果开采时处理不当，有可能造成某些地段的矿山工程地质问题。综上所述，根据《矿区水文地质工程地质勘查规范》（GB12719-2021），矿区工程地质勘查复杂程度属二类—三类中等型。