砂寶斯金礦地質構造特征及工程地質巖組劃分*

石永文　李向文　于　雷　馬治忠　陳　鵬　張恒志

(1.武警黃金第三支隊；2.武警黃金第一總隊)

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砂寶斯金礦地質構造特征及工程地質巖組劃分*

石永文1李向文1于雷1馬治忠2陳鵬2張恒志1

(1.武警黃金第三支隊；2.武警黃金第一總隊)

摘要砂寶斯金礦區斷裂構造發育，侏羅系二十二組砂巖地層中的低角度、近水平的層狀構造為礦區的主要控礦構造。根據斷裂發育情況，將該礦區巖體的結構面劃分為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級結構面，其中Ⅱ、Ⅳ級結構面對巖體的力學性質有較大影響。依據地層時代、巖性、巖石力學性質，將該礦區的工程地質巖組劃分為第四系松散巖類巖組、較硬—堅硬中厚層砂巖巖組、較軟—較硬中厚層板巖泥灰巖巖組和堅硬塊狀碳酸鹽巖組。其中砂巖巖組地表風化作用較強烈，構造裂隙發育，蝕變現象嚴重，是制約礦區環境工程地質問題的主要因素，應為今后礦區工程地質問題研究的主要層位。

關鍵詞地質構造巖體結構面力學性質工程地質巖組

目前，砂寶斯金礦床已進入勘探與開發階段，由于礦區斷裂構造較發育，地表風化強烈，風化裂隙發育，勢必會引發一系列的工程地質和環境地質問題。為此，本研究結合地質觀察統計、巖(土)體力學測試等方法，對礦區地質構造和巖體結構面特征進行探討，并對工程地質巖組進行劃分，為研究礦區工程地質與環境地質問題提供參考。

1礦區概況

砂寶斯金礦礦區出露地層有：①中元古界興華渡口群興華組，主要巖性為大理巖、石英大理巖；②下泥盆統泥鰍河組，巖性為板巖、結晶灰巖、泥灰巖；③中生界中侏羅統二十二站組，巖性為碎屑砂巖(圖1)[1]。研究區位于漠河推覆體的前峰帶上，構造發育，主要包括褶皺構造和斷裂構造。區內未見大面積的巖漿巖出露，僅見有閃長巖、石英斑巖、花崗閃長巖、霏細斑巖等少量脈巖，賦礦巖石為中侏羅統二十二站組砂巖。區內礦化蝕變帶有3條，長750～1 400 m，寬200～350 m。區內圍巖蝕變發育，主要為硅化、高嶺土化、絹云母化、綠泥石化；主要金屬礦物有黃鐵礦、毒砂、輝銻礦、辰砂、閃鋅礦、黃銅礦、方鉛礦、輝鋁礦、磁黃鐵礦、磁鐵礦；脈石礦物以石英為主，次為長石、綠泥石、黏土礦物、方解石、石墨等。

研究區位于黑龍江省漠河縣，屬于大興安嶺山脈北部的低山丘陵地區，山勢平緩，海拔400～700 m，相對高差40～250 m，地處寒溫帶，屬大陸型季風氣候，年平均氣溫為-5.5 ℃，最高氣溫30 ℃，最低可達-50 ℃，晝夜溫差大，降水多集中在7—9月份，多年平均降水量425.42 mm，蒸發量年內變化較明顯，春季最大，冬季最小，多年平均蒸發量為890.55 mm。區內水系較發育，主要河流為北極村河及其支流小東溝河，河流量隨季節變化較大，其中北極村河最大流量可達13.578 m3/s。研究區北部礦體埋深較淺，總體處于小東溝河侵蝕基準面(540 m)以上，主礦體分布標高476～500 m。

圖1　砂寶斯金礦床地質及工程地質巖組劃分

2地質構造特征

2.1褶皺構造

區內褶皺構造發育，總體為復背斜，表現形式有背斜、向斜、層間褶皺及由斷裂引起的牽引褶皺。褶皺由中侏羅統二十二站組地層組成。背斜由二十二站組砂巖組成，其軸跡總體呈NNE走向，兩翼傾角10°～30°，向南、北兩側傾角變緩，Ⅱ#蝕變帶位于背斜核部，Ⅰ#蝕變帶位于背斜翼部。向斜由二十二站組砂巖組成，其軸跡總體呈NNE走向，兩翼傾角15°～45°，Ⅲ#蝕變帶位于向斜核部。區內部分地段可見層間褶皺，形式不一，或向斜，或背斜，使整個砂巖層產狀變化較大，部分斷層附近也發育一些揉皺現象，形成牽引褶皺。

2.2斷裂構造

區內斷裂構造發育，常成群成帶分布，相互間有疊加及錯斷現象，表現為多期性、繼承性。區內最主要的控礦構造為發育于侏羅系地層中的低角度、近水平的層狀構造，出露地表可表現為近SN向的礦化蝕變帶，深部呈低角度層狀、似層狀產出，呈多層、分枝復合、沿基底起伏、收縮膨脹等特征，控制區內主要金礦(化)體的展布方向[2]。觀察巖芯可見礦化蝕變增強，但界限不明顯，個別地段無礦化蝕變時可見后期脈巖侵入。近SN向斷裂構造走向330°～20°，傾角較陡，一般在60°以上，該組斷裂控制著Ⅲ#礦帶的展布。NE向斷裂構造走向55°，NW傾，表現為張性，為成礦后構造，主要發育于基底中。NNE向斷裂構造走向20°～30°，具有多期性、繼承性，基底大斷裂(司洛夫卡河斷裂)在部分鉆孔中表現形式為構造角礫巖，該斷裂為成礦熱液提供通道，斷裂常成組出現，具壓性及張性特征，壓性表現為斷層面的擦痕、斷層泥、構造角礫巖、透鏡體，圍巖有片理化現象，張性表現為楔形破碎帶，該方向斷裂為成礦前構造，在成礦期活化。NW向斷裂構造，走向280°～310°，SW傾，傾角較緩，一般在40°以下，表現為平移斷裂。

3巖體結構面

結構面對巖體力學性質具有重要影響，但其影響的程度主要取決于結構面的發育情況。對于巖性完全相同的兩種巖體，由于其結構面空間方位、連續性、密度、形態、張開度及其組合關系各不相同，在外力作用下，該兩種巖體將呈現出不同的力學特征[3]。礦區斷裂構造常成群成帶分布，相互間有錯斷現象，形成多級結構面，結合礦區工程地質情況可將區內結構面分為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級結構面，其中Ⅱ、Ⅳ級巖體結構面與控礦構造關系密切[4]。

3.1Ⅱ級結構面

Ⅱ級結構面是指礦區內主要斷裂或延伸較穩定的軟弱層，主要發育于侏羅系地層中的低角度、近水平的層狀構造中，出露地表可表現為近SN向礦化蝕變帶以及控制Ⅲ#礦體的斷裂構造，走向330°～20°，傾角較陡，一般在60°以上。

3.2Ⅲ級結構面

Ⅲ級結構面是指礦區內次一級斷裂及不穩定的軟弱層及層間錯動帶，主要表現為：①NE向斷裂構造，走向55°，NW傾，表現為張性，為成礦后構造，主要發育于基底中；②NW向斷裂構造，走向280°～310°，SW傾，傾角較緩，一般在40°以下，表現為平移斷裂。

3.3Ⅳ級結構面

Ⅳ級結構面是指節理裂隙、層理、片理，礦區片理不發育，層理在二十二站組砂巖和額爾古納組碳酸巖中均較發育[5]。礦區地表附近風化裂隙較發育，Ⅰ#、Ⅱ#、Ⅲ#礦體人工剝離區的4處節理裂隙統計結果(圖2)，可較明顯地反映出礦區的節理組數、方向及發育特點。各礦體節理裂隙的相關指標計算結果見表1。

圖2　節理走向玫瑰花狀圖

礦體線密度/(條/m)間距/m面裂隙率Ⅰ#100.10000.044Ⅱ#80.12500.029Ⅲ#160.06250.073Ⅲ#200.05000.066

4工程地質巖組劃分

4.1土體工程地質巖組劃分4.1.1由殘坡積物組成的第四系松散巖類巖組

由殘坡積物組成的第四系松散巖類巖組廣泛連續分布于礦區山頂和坡麓上，其上部以含腐殖質的砂土為主，黑色—黃褐色，松散。在Ⅰ#、Ⅱ#礦體附近共取6件原狀土樣進行物理性質測試，結果(表2)表明：土層含水量15.2%～42.8%，飽和度79.1%～92.4%，天然容重1.52～2.11 g/cm3，密度2.48～2.63 g/cm3，粒徑以0.01～0.5 mm為主，顆粒呈次棱角狀，厚0.5～1.5 m。該巖組下部主要為殘坡積物，顆粒呈次棱角狀、次圓狀，顆粒級配較好，分選較差，粒徑以0.5～10 cm為主，厚1.0～4.5 m，母巖為中侏羅統二十二站組砂巖，與殘坡積物之間無明顯界線。

表2　原狀土樣物理指標測試結果

4.1.2由沖洪積物組成的第四系松散巖類巖組

沖積物主要分布于研究區東、西邊緣小東溝河和北極村河河床、漫灘及階地上，主要成分為漂石、卵石、圓礫、砂和少量泥質，分選性差，稍密—密實，厚1～3 m。洪積物主要分布于溝谷及小東溝河和北極村河的交匯處，一般厚1～10 m，主要成分為塊石、碎石、砂和泥質，分選性較差，松散—密實。

4.1.3由人工堆積物組成的第四系松散巖類巖組

人工堆積物主要分布于Ⅰ#、Ⅱ#、Ⅲ#礦體附近，由采礦及探礦剝離的土石方及礦渣組成，巖性混雜，結構松散—稍密，顆粒級配良好，粒徑以0.05～ 5 cm為主，厚1～12 m。

4.2巖體工程地質巖組劃分

根據時代、巖石組合及物理、力學性質指標測試結果(表3)，礦區出露的地層可劃為3類工程地質巖組(圖1)。

4.2.1較硬—堅硬中厚層砂巖巖組

較硬—堅硬中厚層砂巖巖組由二十二站組組成，在礦區內分布廣、厚度大，是礦區主要的地層和含礦層。新鮮砂巖的巖石飽和抗壓強度68.63～112.89 MPa，抗拉強度4.46～7.24 MPa，軟化系數0.85～0.90，泊松比0.16～0.19，內聚力13.25～13.29 MPa，彈性模量43.45～61.29 GPa，天然含水量0.19%～0.46%，孔隙率0.74%～1.86%；弱風化砂巖的飽和抗壓強度41.79～68.81 MPa，抗拉強度3.02～5.65 MPa，軟化系數0.78～0.92，泊松比0.15～0.20，內聚力6.58～12.85 MPa，彈性模量17.02～45.80 GPa，天然含水量0.28%～1.07%，孔隙率1.12%～2.62%。該巖組距地表30 m深度內風化作用較強烈，風化殼發育不完全、不均勻，厚度較小且分布不連續，巖體呈散體或碎裂狀結構，破碎且分布不均[6]。巖體風化裂隙張開，一般寬1～5 mm，分布相對均勻，埋深較深的巖體中以構造裂隙為主，構造裂隙以剪性為主，寬度一般為1～2 mm，裂隙分布極不均勻。砂巖的蝕變現象嚴重(如Zk0202孔14#樣品)，常見有高嶺土化，絹云母化，綠泥石化等現象，巖石軟化性較強，易發生變形和破壞，是礦區工程地質問題研究的主要層位。

4.2.2較軟—較硬中厚層板巖泥灰巖巖組

較軟—較硬中厚層板巖泥灰巖巖組由下泥鰍河組板巖泥灰巖組成，分布于研究區西北、西南角，厚度不大，巖石完整性中等，強度較低。該巖組分布于主要采區之外，對采礦影響較小，故本研究未采集樣品進行測試分析。該巖組的巖石飽和抗壓強度39.09～47.04 MPa，抗拉強度4.16～5.14 MPa，軟化系數0.75～0.76，泊松比0.26～0.27，內聚力8.35～9.45 MPa，彈性模量48.26～55.42 GPa，天然含水量0.40%～0.55%，孔隙率1.04%～1.05%[7-8]。

4.2.3堅硬塊狀碳酸鹽巖組

堅硬塊狀碳酸鹽巖組由寒武系額爾古納組碳酸鹽巖組成，該巖組在礦區內廣泛連續分布，大部分地區被二十二站組砂巖覆蓋，僅在礦區東北部和南部局部地區出露。該巖組巖層厚度較大，覆蓋區巖石完整性較好，出露區巖石溶蝕現象發育，較破碎，硅質條帶不規則出現。巖石飽和抗壓強度41.40～87.57 MPa，抗拉強度3.66～6.25 MPa，軟化系數0.76～0.92，泊松比0.12～0.20，內聚力9.20～12.29 MPa，彈性模量24.85～58.92 GPa，天然含水量0.04%～0.17%，孔隙率0.34%～0.35%。另外，對鉆孔中出現的閃長(玢)巖等脈巖未具體劃分工程地質巖組，閃長(玢)巖的力學性質指標顯示其強度較低，總體與地表風化殼強度類似，也是礦區工程地質問題研究的主要層位。

表3　巖石物理、力學性質指標測試結果

注：14#樣品遇水部分軟化崩解，故飽和抗壓強度、軟化系數未能完成測試。

5結語

針對砂寶斯金礦礦區斷裂構造較發育、地表風化強烈、風化裂隙發育的地質特征，在對區內進行地質調查以及巖(土)體力學性質指標測試的基礎上，對區內地質構造特征進行了分析，并對工程地質巖組進行了劃分，對于進一步研究區內工程地質與環境問題有一定的參考價值。

致謝：文中所涉數據由吉林大學資源環境學院曹劍鋒教授、王福剛副教授測試完成，在此表示衷心感謝！

參考文獻

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(收稿日期2016-01-29)

*武警黃金指揮部黃金地質工作專項業務費項目(編號：1998—20080301)。

石永文(1972—)，男，工程師，150086 黑龍江省哈爾濱市南崗區學府路400號。