徐州市楊山建筑用石料礦斷層破碎帶及巖溶帶含礦率變化分析

黃 陽(yáng) 邱 磊 王 俊 單雨陽(yáng)

（江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局第五地質(zhì)大隊(duì)）

巖溶是指水對(duì)可溶性巖石（碳酸鹽、石膏、巖鹽等）產(chǎn)生化學(xué)溶蝕作用為主，流水沖蝕、潛蝕和崩塌等機(jī)械作用為輔而形成的洞穴，洞穴通常被沉積物或地下水等充填［1-3］；斷層破碎帶是由斷層兩盤(pán)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，相互擠壓，使附近的巖石破碎，形成的帶狀破碎區(qū)域［4-5］。徐州市楊山建筑石料用灰?guī)r礦山開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)存在未知巖溶及礦石破碎區(qū)域，導(dǎo)致礦石質(zhì)量及礦山生產(chǎn)效益降低。本研究以礦區(qū)普查報(bào)告為基礎(chǔ)，以野外調(diào)查為依據(jù)，探究了礦區(qū)巖溶帶及斷層破碎帶的分布情況，并試圖估算出巖溶帶內(nèi)巖溶率以及含礦率，同時(shí)配合礦山進(jìn)行礦石樣品加工試驗(yàn)，以此計(jì)算出斷層破碎帶含礦率。

1 礦區(qū)概況

1.1 礦區(qū)地理位置

楊山建筑石料用灰?guī)r礦位于江蘇省徐州市銅山區(qū)柳泉鎮(zhèn)，是江蘇省僅有的大型建筑石料用灰?guī)r礦，礦區(qū)附近公路與104國(guó)道、310國(guó)道相連接；東距津浦鐵路約為4.7 km；西距京杭大運(yùn)河約為7.6 km；北距微山湖約為3.2 km，交通十分便利。

1.2 礦區(qū)區(qū)域地質(zhì)概況

礦區(qū)地層隸屬“華北地層大區(qū)（Ⅴ）—晉冀魯豫地層區(qū)（Ⅴ4）—徐淮地層分區(qū)（Ⅴ411）—徐州—宿縣地層小區(qū)”，礦區(qū)內(nèi)出露的地層主要有寒武系下統(tǒng)饅頭組（∈1m2）、寒武系中統(tǒng)張夏組上段（∈2z2）、寒武系上統(tǒng)崮山組（∈3g）以及第四系（Q），礦區(qū)在構(gòu)造上處于中朝準(zhǔn)地臺(tái)（Ⅰ）—淮河臺(tái)坳（Ⅰ1）—淮北臺(tái)陷褶帶（Ⅰ1-1）—徐州—（宿縣）弧形斷褶帶（Ⅰ1-12）中的徐州—江莊復(fù)式背斜北西翼南西端，次級(jí)構(gòu)造位于周山頭—西象山背斜南東翼，礦區(qū)構(gòu)造屬于焦山背斜的南西傾伏端。

2 斷層破碎帶及巖溶帶含礦率的變化

結(jié)合該區(qū)域建筑石料用灰?guī)r礦地質(zhì)普查報(bào)告、礦山開(kāi)采現(xiàn)狀地質(zhì)調(diào)查資料以及巖溶剖面實(shí)測(cè)資料，探討斷層破碎帶及巖溶帶含礦率的變化。

2.1 礦區(qū)斷層破碎帶含礦率測(cè)定

經(jīng)與普查報(bào)告對(duì)比，在礦區(qū)內(nèi)新發(fā)現(xiàn)一條規(guī)模較大的北東向斷層破碎帶，編號(hào)F2（圖1），從南西向北東貫穿整個(gè)礦區(qū)，整體走向?yàn)?8°，斷層帶寬52～89 m，礦區(qū)南部D010地質(zhì)觀察點(diǎn)測(cè)得斷層面產(chǎn)狀陡立，傾向南東，傾角為80°以上，向北東延伸產(chǎn)狀略有變化，兩盤(pán)均為張夏組和崮山組地層。礦區(qū)南部D010點(diǎn)觀察帶內(nèi)巖石破碎，被后期方解石脈和泥質(zhì)膠結(jié)，礦區(qū)北部觀察節(jié)理發(fā)育，碎塊呈棱角狀，塊度為5～1 m，主要成分為崮山組薄中層條帶狀灰?guī)r，擠壓現(xiàn)象不明顯，巖石碎塊保留原生構(gòu)造。綜合擦痕、階步和地層界線錯(cuò)動(dòng)方向判斷，該斷層為左行平移正斷層，對(duì)礦層的連續(xù)性有一定的影響。

經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，礦區(qū)內(nèi)F2斷層破碎帶內(nèi)及東側(cè)巖溶較為發(fā)育（圖2），此類斷層破碎帶及其節(jié)理面是地表水長(zhǎng)期滲透、淋濾、侵蝕灰?guī)r作用，形成礦區(qū)巖溶發(fā)育的主要地質(zhì)因素，后期在巖溶內(nèi)充填大量的鐵質(zhì)、泥質(zhì)物。由于斷層與巖溶因素，其產(chǎn)出的礦產(chǎn)品的含礦率減少，損失率明顯增加。

對(duì)礦區(qū)南部D010點(diǎn)附近斷層帶內(nèi)10個(gè)樣品進(jìn)行加工試驗(yàn)，得出的結(jié)果是1 t礦石可加工成5 mm～3 cm不同級(jí)品的碎石產(chǎn)品0.8 t，損耗率為20%左右，因此，斷層破碎帶礦石含礦率可定為80%。

2.2 礦區(qū)巖溶發(fā)育帶及巖溶率測(cè)定

結(jié)合普查報(bào)告，在礦區(qū)地表新發(fā)現(xiàn)4處較大規(guī)模巖溶發(fā)育地帶，其中3處與F2斷層破碎帶有關(guān)；在開(kāi)采邊坡上觀察巖溶發(fā)育有向下縮小（尖滅）的趨勢(shì)。4處巖溶帶分別編號(hào)為巖溶帶①、巖溶帶②、巖溶帶③和巖溶帶④（圖1），其特征見(jiàn)表1。

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巖溶帶①位于礦區(qū)東部，北東方向距離礦界線6號(hào)拐點(diǎn)約155 m，呈北西向延伸的錐形，面積為2 755 m2，巖溶帶內(nèi)節(jié)理發(fā)育，帶內(nèi)節(jié)理是溶洞形成的重要條件。在礦區(qū)東部105 m開(kāi)采平臺(tái)上實(shí)測(cè)了剖面AA′，剖面控制長(zhǎng)度為43.30 m，巖溶帶總長(zhǎng)為10.40 m。經(jīng)計(jì)算，巖溶帶①內(nèi)線性巖溶率為24%，剖面圖見(jiàn)圖3。溶洞內(nèi)充填棕紅色黏土，溶洞壁巖石類型為崮山組薄層條帶狀灰?guī)r及中—厚層條帶狀灰?guī)r。根據(jù)目前開(kāi)采現(xiàn)狀，巖溶帶①出露于礦區(qū)內(nèi)74.40～112.74 m標(biāo)高的邊坡和平臺(tái)（圖1）。

巖溶帶②位于礦區(qū)北部，平面投影為方形，面積為3 146 m2，分布于F2斷層?xùn)|邊界。據(jù)礦區(qū)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，巖溶帶②是一處被棕紅色黏土及少量灰?guī)r碎塊充填的溶洞，溶洞內(nèi)可利用礦石較少，此處巖溶帶由于地形較為陡峭，難以實(shí)測(cè)。

巖溶帶③位于礦區(qū)北部，北東部緊鄰巖溶帶②，平面投影形態(tài)不規(guī)則，面積為10 618 m2，橫跨F2斷層帶。據(jù)礦區(qū)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，該地段巖溶較發(fā)育，已開(kāi)采為63 m標(biāo)高的平整場(chǎng)地，地表被碎石、溶洞充填物等覆蓋，因此，本處巖溶帶難以測(cè)定較準(zhǔn)確的巖溶率，后續(xù)開(kāi)采形成橫跨巖溶帶的邊坡后，可通過(guò)地質(zhì)剖面測(cè)量后計(jì)算出線性巖溶率。

巖溶帶④位于礦區(qū)南部，平面呈長(zhǎng)條形，面積為14 977 m2，在普查報(bào)告中所述地表溶洞位置偏北，延伸方向與F2斷層相同，約28°，分布于F2斷層?xùn)|邊界。據(jù)礦區(qū)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，巖溶帶④挖掘出棕紅色黏土、少量石英褐鐵礦及少量灰?guī)r碎塊，巖溶帶④中部及北部被排土場(chǎng)壓覆，難以全面展開(kāi)線性巖溶率測(cè)量工作。

綜上所述，經(jīng)過(guò)調(diào)查對(duì)比分析，巖溶帶①巖溶率為24%，巖溶帶②、③、④受限于測(cè)量條件暫時(shí)不能測(cè)出線性巖溶率，由于巖溶帶①與巖溶帶②、③、④中的地層巖性相似，且空間距離較近，所以認(rèn)為巖溶帶②、③、④巖溶率為24%左右，則上述4個(gè)巖溶帶內(nèi)礦石含礦率約為76%。

3 結(jié)論

（1）通過(guò)本次工作，掌握了礦區(qū)開(kāi)采現(xiàn)狀，新發(fā)現(xiàn)一條北東向斷層破碎帶（編號(hào)F2）及4處巖溶帶，圈定了斷層破碎帶及巖溶帶平面分布范圍。根據(jù)礦山加工試驗(yàn)結(jié)果確定了斷層破碎帶內(nèi)礦石含礦率為80%，對(duì)測(cè)量條件較好的巖溶帶①線性巖溶率進(jìn)行了實(shí)測(cè)，確定為24%，并類比認(rèn)為巖溶帶③、④、⑤巖溶率同為24%左右。因此，認(rèn)定礦區(qū)斷層破碎帶與巖溶帶含礦率分別為80%和76%，相比于普查報(bào)告96.3%的含礦率分別減少了16.3%和20.3%。

（2）本次斷層破碎帶及巖溶帶含礦率變化分析僅針對(duì)已揭露礦體，由于楊山建筑石料用灰?guī)r礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜，斷層破碎和巖溶發(fā)育情況同樣變化較大，其在深度上的發(fā)育情況尚需進(jìn)一步勘查工作方可確定。