湖北大悟呂王蛇紋巖礦床地質特征及開采技術條件

夏 天，魯成龍，朱燦豪

（中國建筑材料工業地質勘查中心湖北總隊，湖北 武漢 430034）

大別山地區是我國著名的板塊縫合帶，除了發育有一系列超高壓變質帶，還產出有蛇綠巖[1-5]。蛇綠巖中的蛇紋巖是重要的建筑材料和化肥原料[6-7]。地質工作者在鄂東北大悟縣的呂王地區發現了一處蛇紋巖礦床[1]，其礦床地質特征，尤其是礦化產出、礦石類型、礦石成分等未有系統厘定，對其下一步開采開發利用的條件還缺乏系統總結?；诖?，筆者在詳細野外地質調查的基礎上，分析了不同類型的礦石成分，在水文地質、工程地質和環境地質分析的基礎上，評價了礦床開采技術條件，以期為后續開發利用提供參考。

1 礦區地質概況

礦區處于南秦嶺帽地槽褶皺帶、桐柏－大別中間隆起、桐柏山復背斜、紅安褶皺束北東翼，出露地層有中元古代紅安（巖）群七角山（巖）組片巖、淺粒巖、片麻巖以及石英巖、大理巖、石墨片巖及新生代第四紀[3,8]。

礦區內侵入巖為晚元古代大別期大悟－紅安超基性巖帶中的銀山寨侵入體。巖體主要巖性有蛇紋巖（包括蛇紋石化純橄巖、蛇紋石化輝橄巖），以及菱鎂滑石巖等[9]。

區內主要構造受早期區域規模的祝家河復式向斜的控制，伴生發育有軸面劈理，其展布方向與褶皺樞紐產狀一致，晚期以脆性變形為特征，形成脆性斷層和破劈理，造成巖石的破碎和地質體之間的錯位[5,10]。

2 礦體和礦石特征

2.1 礦體特征

礦體賦存于銀山寨侵入體中，礦體分布于礦區中部山脊附近，出露標高80～157.7m，呈現中部高東、西兩側低的趨勢。礦體總體呈336°方向延伸，延伸長度大于940m，工程控制長度約410余米；礦體沿走向基本連續穩定。礦體基本出露地表，寬140～314m，平均寬約250m；礦體在平面上總體呈北北西向規模較大的透鏡狀分布，剖面上呈巨厚的巖墻狀或似層狀單斜構造，其產狀與巖體產狀基本一致，即總體走向336°，傾向北東，傾角40°～85°。礦體總厚度110～230m、平均厚194m，礦體厚度由北10線附近向南至30線附近有增厚的趨勢。

2.2 礦石特征

根據礦石物質組份、蝕變特征，礦區內礦石主要有蛇紋石化純橄巖、蛇紋石化輝橄巖、葉蛇紋巖等三種類型[1]。經對上述各巖石類型的巖石化學全分析（見表1），區內巖石有如下特征：

表1 呂王礦區蛇紋巖化學成份一覽表

（1）SiO2含量33.84%～42.62%，MgO 含量37.69%～43.92%，CaO 0.03%～0.14%，Al2O30.33%～0.88%，表明礦石以富鎂、貧鈣鋁以及SiO2、Al2O3、CaO 隨MgO 增高而減少且呈負相關為特征。

（2）與國內超基性巖化學成份平均值及上地幔化學成份相比，SiO2、CaO、Al2O3、K2O、Na2O 偏低，MgO高于國內平均值，與上地幔值接近，而Fe2O3高于上地幔值，與國內平均值相近。

（3）Cr、Ni、Co 等微量元素在各類巖石中的含量，近似于該種巖石的地殼平均豐度值。

由上述特征可以說明，呂王蛇紋巖的原巖類型為純橄巖、方輝橄巖。

蛇紋石化純橄巖呈網環狀或平行網脈狀結構，塊狀或定向構造；蛇紋石化輝橄巖呈平行葉片狀變晶結構，定向或網環狀構造；葉蛇紋巖呈交織結構或鱗片變晶結構，微定向構造或致密塊狀構造。

3 礦床開采技術條件

3.1 水文地質

區內大部分為基巖裸露，根據含水性將地下水類型分為三種。

紅安巖群裂隙含水層。區內紅安巖群地層以云英片巖為主，節理、裂隙較發育[4,10]，其中部分裂隙被方解石細脈所充填，局部被地下水溶蝕，地下水水位標高大部分在80m以下，只有個別鉆孔的水位大于80m（由于上層滯水導致的），由于局部山坡上和山腳下有下降泉出露，水量受季節性影響，靠大氣降水滲透補給，一般小于0.01L/s。

銀山寨巖體裂隙含水層。礦石主要巖性為蛇紋巖，致密堅硬，屬于不含水巖石。但淺部由于長期風化作用產生節理、裂隙，大氣降水深入裂隙中使之含水。觀測水量為0.005～0.01L/s。局部以下降泉的形式出露。

第四系孔隙含水層。分布于河谷兩岸階地及沖溝中的第四系。1 號民井的標高為77.7m,2 號民井的標高為77.8m,水面與井口相差20～25cm，從地面水井觀測，可推測礦區地下水位標高在76～78m。

礦區主要見有第四系殘坡積粘土隔水層和新鮮完整巖礦石隔水層兩種類型，對地下水起著阻隔作用。地下水主要靠大氣降水補給。由于含水層出露條件較差，大氣降水除少部分通過露頭裂隙直接補給外，主要的補給途徑是通過上覆土層和淺部風化層間接滲入補給地下水。

礦區四周山坡及沖溝為徑流區，屬大氣降水補給區，山腳下的水溝、水渠及灄水屬排泄區，總體構成一個局部較完整的水文地質單元，區內由于地勢相對高差較大，其地表水排泄條件較好。

3.2 工程地質

礦區內巖石以蛇紋巖及片巖為主，巖石較致密、堅硬，主要礦物成分為蛇紋石、石英、斜長石、白云母等。巖石一般具變晶結構，塊狀及片狀構造或定向構造，巖石結構類型大體可分為塊狀結構和層狀結構。區內節理、裂隙發育一般，多為閉合狀，裂隙帶寬度不超過4cm，充填物很少，局部見有長石及碳酸鹽礦物充填。

礦區節理裂隙：通過對地表節理裂隙觀察統計，礦區節理裂隙發育程度一般。裂隙面多平直、光滑，延長一般幾米至幾十米，間距數十厘米至數十米，沿裂隙面常有位移發生。

巖石的物理力學性能試驗樣表明，礦區內蛇蚊巖的抗壓抗折強度較大，抗壓強度為62.9～68.8MPa、平均65.9MPa，抗 折 強 度 為27.2～29.2MPa、平 均28.2MPa，硬度高、為4.7～5.2。依照單一巖石的試驗結果均大于60MPa，屬堅硬巖石。

礦區為變質巖區，第四系分布較少，根據其巖石（土）的物理力學性質大體可劃分為二個工程地質巖組。

蛇紋巖工程地質巖組屬堅硬巖石，頂底板的云英片巖工程地質巖組為堅硬巖石。近地表巖石均已風化，屬半堅硬巖石，未經風化的新鮮巖石，均致密堅硬。礦山南邊的人工邊坡坡高較大，對以后的生產有一定的影響，礦山東邊的坡角為60°，故對礦山開采也是有一定的影響的。從而在以后的開采過程中加強監測。礦山東邊和南邊邊坡有可能發生垮塌現象，需重點監測。

三個廢石場中，Ⅰ號廢石場發生垮塌的可能性最大，從而對下方住著的村民有一定的安全隱患。Ⅱ、Ⅲ號廢石場也有潛在滑動的影響。

3.3 環境地質

區域內斷裂構造發育一般，主要是韌性剪切帶較發育，但由于后期活動不明顯，因此對區域穩定性無影響。根據《中國地震動參數區劃圖》（GB18306-2001）,本區地震動峰值加速度小于0.05g（g 為重力加速度），動反應譜特征周期為0.35s（s為秒）。綜合地質構造特征、斷裂及地震活動特征，本區在區域地質上屬相對穩定地區。

區內地貌單元單一，屬丘陵地區，地形變化不大，沒有發現崩塌、滑坡、泥石流等地質災害。但Ⅰ號廢石場易發生垮塌，對下方村民的安全有一定的危害，Ⅱ、Ⅲ號廢石場現階段還好，但易為泥石流提供物質來源。

（1）礦床開采可能引起的自然地質災害。水土流失：本礦區為山坡露天礦，露天采場在開采過程中剝離原地表植被和表層巖土，使地貌喪失生物生產力，呈巖石裸露、砂礫遍布的景觀。由于開采后礦區地表幾乎無任何植被覆蓋,每逢降雨，很快形成徑流，造成水土流失。

滑坡：大多數巖（礦）層完整性較好，屬堅硬巖石，基本不易產生滑坡。但邊坡坡高在80m 以內，開采掌子面形成后，長期暴露在水的作用下受到程度不同的震動或沖擊均有可能導致滑坡事故的發生。

泥石流：泥石流一般發生在三個廢石場。

（2）礦床開采對區域地質環境的影響。本礦床為山坡露天礦，礦山開采圈定面積不大。因此，礦山開采對區域地質環境影響甚微。但應當注意，礦山開采以后，廢石以及礦坑水的排放會造成不同程度的水體污染問題。

（3）礦床開采對環境的影響及其防治。礦山在剝離、穿孔、爆破、采裝、運輸及破碎過程中，將產生廢石（土）、粉塵、廢氣及爆破震動等，對礦山及其附近的生態環境有一定影響。

廢石（土）：礦山開采過程中將產生較多廢石（土），廢石（土）堆棄過程如不采取一定措施，將給環境造成危害。粉塵：礦山采用露天開采，在鑿巖穿孔、爆破及運輸等過程中都會產生粉塵，因此對礦區及附近地區環境有一定影響。廢氣：礦山爆破時產生的廢氣因離附近居民較近，爆破廢氣對礦山附近地區居民有一定的影響。爆破震動：爆破產生的震動對礦區周圍一定范圍內會造成危害。

綜上所述，礦區環境地質類型為中等。

4 結論

（1）礦體賦存于銀山寨侵入體中，嚴格受侵入體控制，礦石原巖類型為純橄巖、方輝橄巖。

（2）礦體位于當地侵蝕基準面以上，地形有利于自然排水，礦床水文地質條件類型為簡單類型。

（3）礦區地形、地貌條件簡單，地層巖性單一，礦體圍巖多為堅硬、半堅硬巖組，巖組結構較復雜，露采邊坡有可能沿軟弱夾層或不利結構面產生局部滑移，礦區工程地質條件屬中等類型。

（4）礦山開采可能引起水土流失、崩陷、滑坡、泥石流等自然地質災害，產生的廢石（土）、粉塵、廢氣及爆破震動等，對生態環境有一定影響，環境地質條件類型為中等類型。

（5）礦區開采技術條件為以工程地質條件、環境地質條件為主的復合問題礦床（Ⅱ-4）類型。