都龍礦區銅曼礦段F0 斷層空間形態最新認識

段敬陶，鄧留心，張登敏

（云南華聯鋅銦股份有限公司，云南 文山 663000）

0 引言

銅曼礦段位于云南省馬關縣都龍鎮區域，是一個以錫、鋅金屬為主，伴生銦、鎘、銀、砷、硫、鐵等組分的超大型多金屬矽卡巖型礦床。從2004 年實施大規模化露天開采以來，至今已有19 年的開采歷史，現已形成最低開采標高為880m，最高開采標高為1410m，高差530m，面積2.83km2的大型露天礦山。隨著企業的高速發展，采剝工作推進速度的不斷加快，邊坡的安全穩定性問題也日益突出，尤其礦區東部區域邊坡失穩，已經嚴重威脅到礦山的安全生產。F0斷層作為礦區主要構造之一，對邊坡的穩定性起著控制作用，其走向N5°EN10°W，產狀較陡（傾角為55°～65°），斷層切割較深、規模較大，分布于礦區東部。由于目前對構造的研究比較匱乏，根據以往的資料掌握情況，僅對F0構造空間形態有初步認識，隨著采剝深度的下降，F0出露的形態與以往認識存在一定差異。現通過對以往的地質資料進行系統收集，包括以往實施鉆孔資料，地表日常編錄資料，進行綜合分析，以進一步掌握F0斷層分布、規模、巖性等信息，為邊坡治理提供可靠的地質依據[1]。

1 研究區地質概況

1.1 地層

礦區內出露地層主要為新元古界新寨巖組及少量第四系；新元古界新寨巖組（Pt3x）在礦區內廣泛分布，依據巖性組合特征的差異劃為6 個巖段，其間發育大量的脆韌性剪切帶。巖性主要為灰綠、淺灰、灰色二云片巖、綠泥片巖、二云石英片巖、綠泥（綠簾）矽卡巖、透輝矽卡巖等。第四系（Qhs）主要分布于礦區的南部和北部，主要為灰黃、灰色變質巖和花崗巖碎塊、黏土等，如表1 所示。

表1 銅曼礦區地層劃分

1.2 構造

1.2.1 褶皺構造

礦區位于南北向老君山復式背斜的西翼，在區域褶皺形成過程中，礦區形成一系列軸向同步、低序次的撓曲構造，長度160m～800m，大致南北向分布，軸向NNE－NE－SN，平面上具S 型彎曲特點，剖面上波狀起伏，應力集中部位，產生層間剝離空間，是富厚鋅錫礦體的儲礦場所，為都龍礦區形成大型礦床，創造了極為有利的空間條件[2]。

1.2.2 斷裂構造

礦區內平行于地層走向的縱向斷層十分發育，成組出現，垂向上一般錯距不大，以層間錯動為主，具多期次活動。其中，F0及F1斷層規模較大，是礦區主要斷裂，其次為F2～FB 斷層。礦區橫向斷層規模較小，一般切割南北向斷層，但錯距不大。

1.3 巖性

礦區巖性以巖漿巖、變質巖為主。

巖漿巖主要出露酸性侵入巖，由晚志留世、白堊紀侵入巖組成。晚志留世侵入巖分布于礦區以東地區，主要為片麻狀中細粒二云二長花崗巖（ηγaS3）、晚志留世片麻狀似斑狀中粗粒二云二長花崗巖（ηγbS3）、晚志留世片狀花崗巖（γβmS3）。白堊紀侵入巖主要分布于馬關—都龍斷裂東側一帶，主要為中粗粒似斑狀二云二長花崗巖（ηγK1）和晚白堊世中細粒二云二長花崗巖（ηγK2）。

礦區內變質巖，出露地層為新元古界新寨巖組。變質巖石組合為：（含石榴）二云片巖、二云石英片巖、綠泥片巖、綠泥鈉長片巖、大理巖、綠泥（綠簾）矽卡巖、透輝矽卡巖、（長石）石英巖；屬區域動力熱流變質作用；變質程度總體為高綠片巖相，少數達低角閃巖相。印支期變質作用屬疊加變質，本期變質作用是一次以擠壓為主導因素的變質作用，出現的新生變質礦物有絹云母、綠泥石，其變質作用類型應為區域低溫動力變質作用，變質強度為低綠片巖相。

2 以往對F0 的認識

以往對F0斷層研究主要為銅曼礦段資源儲量核實報告（2012—2015 年），其資料顯示。

F0斷層分布于礦區南東部，為南當廠—五口硐—辣子寨—曼家寨—銅街剝離斷裂，研究區勘探平面范圍為3～131 號勘探線之間，在銅街一帶交匯于馬關—都龍斷裂。斷層走向5～350°，傾向西，傾角40～55°，構造破碎帶或構造角礫巖帶寬達數米至十余米，沿斷層線出現擠壓斷面，斷層帶破碎物質隨斷層上下盤地層巖性而異，多為云母石英片巖、大理巖碎屑角礫，并有后期花崗斑巖脈、長英巖脈侵入[3]。

斷層上盤為∈2t2、∈2t3、∈2t5片巖、大理巖夾矽卡巖，下盤為∈2t1片麻巖。沿斷裂帶及斷層面附近的地層，斷續分布有花崗斑巖脈或長英巖脈，部分巖脈具云英巖化或較強錫礦化，表明F0斷層切割較深、規模較大，有多期繼承性活動特點，是巖漿熱液、礦液的重要通道。F0斷層賦存標高在972～1062m，產狀較陡，傾角為55°～60°，斷層帶破碎物質多為云母石英片巖、大理巖碎屑角礫。

3 現階段對F0 的認識

3.1 空間位置形態

3.1.1 平面特征

通過對采場1340～1010 平臺進行原始地質資料收集，以及結合以往工程地質調查資料確定，F0斷層空間位置主要位于礦區東部，大致沿著南當廠、辣子寨、曼家寨、銅街、花石頭、老寨一帶發育，區內總長度大于18km，由北西轉成南西近弧形伸展[4]。

3.1.2 上下盤巖性特征

上盤以新寨巖組綠泥片巖、二云片巖為主，局部侵入有花崗斑巖，下盤以晚志留世花崗巖為主，花崗巖流動構造明顯，具塑性變形特征，構造片理發育，厚度一般90～100m，向下逐漸過渡為變形較弱的片麻狀花崗巖，后期伴有花崗斑巖脈、長英巖脈侵入，如圖1 所示。

圖1 銅曼礦段F0 斷層剖面

3.1.3 空間特征

F0斷層產狀總體西傾S75°W，走向5°～350°，傾角34°～55°，其中，在99 號勘探線附近，走向轉為325°，南部被填土覆蓋無法觀察，如表2 所示。

表2 銅曼F0 斷層35～109 線空間特征

從現場觀察，F0的地形特征在礦區表現地十分明顯，可以清晰地看到上下盤錯動出露斷面，在局部斷距高達65m，斷面呈線狀展布。F0斷層因受生產爆破的影響，大大增加了其運動幅度，在東幫中部出現擠壓斷面，高度局部地方達60m，斷面筆直平整，其上階步發育明顯，階步表明上盤向下運動，屬于正斷層；F0持續活動產生大量蠕滑擦痕，滑動方向測得三組分別為225°、231°、237°，與F0 傾向265°存在偏角，具有左旋走滑性質，如圖2 所示。

圖2 銅曼F0 斷層活動出露擠壓斷面（左）生蠕滑擦痕（右）

3.2 斷層帶寬度及物質成分

3.2.1 斷層帶寬度

通過數據收集及現場鉆孔巖心觀察，鉆孔揭露的斷層厚度最大為12.65m，最小厚度為0.6m，平均厚度3.94m，平均破碎帶厚度3.81m，寬度為6.53m。其主要物質成分為斷層泥、綠泥片巖、大理巖、矽卡巖組合巖，如表3 所示。

表3 銅曼F0 斷層43～109 線破碎帶特征

3.2.2 物質組成

（1）斷層泥。根據生產現場，斷層泥是F0破碎帶主要及常見物質。其是斷層活動后的直接產物，它是在應力作用下上下盤巖體經過剪切位錯、破碎碾磨以及黏土泥化而形成的，記錄著斷裂活動方式、活動年代、劇烈程度等重要信息[5]。礦區出露的斷層泥，自北向南貫穿整個礦區，地表出露于東幫大滑坡后緣，如圖3 所示。

圖3 銅曼礦區1200 平臺斷層泥

（2）綠泥片巖。巖石成分主要為綠泥石，次為白云母，絹云母，石英，少量變余長石、黑云母等殘斑等組成。粒狀鱗片變晶結構，片狀構造，受強壓扭性應力作用，大部分長英質被糜棱化，伴隨強烈千糜化重結晶所致。巖石受后期應力少量次生裂隙中有石英細脈穿切片理，如圖4 所示。

圖4 銅曼礦區F0 斷層綠泥片巖

3.3 軟弱結構面的空間形態、性質

3.3.1 巖石質量指標RQD 值

斷層上下盤巖性主要以大理巖、片巖、矽卡巖、花崗崗巖、片麻狀花崗巖為主，根據歷年鉆孔揭露巖心情況，對7～113 號勘探線巖石質量指標RQD 值進行了系統的統計。片巖平均RQD 值為25.70%、大量巖RQD 值為52.57%、矽卡巖RQD 值為38.95%、花崗斑巖RQD值為27.38%、片麻狀花崗巖RQD 值為71.17%。從各類巖性RQD 值來看，片巖、矽卡巖和花崗斑巖巖石質量等級為Ⅳ類；大理巖和片麻狀花崗巖巖石質量等級為Ⅲ類，各類巖石的RQD 值及巖石質量等級，如表4 所示。

表4 銅曼F0 斷層巖性巖石質量RQD 值

3.3.2 潛在滑動面（帶）的確定

通過研究，結合鉆孔取樣深度、巖性RQD 可知：研究區現狀邊坡存在兩個潛在滑動面（帶）、研究區終了邊坡存在一個潛在滑動面（帶），潛在滑動面（帶）1 主要是中風化片巖軟弱帶，滑動面主要呈弧形，埋深一般在35～45m，滑動面（帶）厚度0.3～0.5m，滑動面（帶）主要成分是綠泥石、泥質、石英膠結，石英發生了塑性變形，呈定向排列，膠結性較差，遇水易軟化，主滑段的滑坡床以強—中風化片巖為主，地層傾向與邊坡傾向接近，對巖質邊坡穩定不利。

潛在滑動面（帶）2 形態沿主軸方向呈弧線形，滑面埋深一般在116～118m，滑動面的主要成分為斷層泥及破碎帶，滑動面（帶）厚度0.6～1.0m，地層傾向與坡向大體一致，對巖質邊坡穩定不利，如圖5 所示。

圖5 潛在滑動面剖面

4 與原F0 斷層對比探討

通過現場調查及結合以往地質勘查資料顯示，原F0斷層賦存標高在972～1062m，產狀較陡，傾角為55°～60°，斷層帶破碎物質多為云母石英片巖、大理巖碎屑角礫。本次研究后，F0斷層賦存標高在955～1083m，該區域F0斷層傾角變緩，傾角為40°～60°，斷層帶破碎物質主要以大理巖碎屑角礫為主[6]。

原F0斷層位置定義在片狀二云花崗巖與片麻狀花崗巖接觸面間，現將其定義在巖漿巖與變質巖接觸面間。現在F0位置整體向西平移了50～100m，在其間增加了片狀二云花崗巖，局部夾有長英巖透鏡體，如圖6所示。

圖6 銅曼原F0 斷層與現F0 斷層位置關系對比

5 F0 對邊坡及成礦的影響

通過調查，東幫邊坡處于F1下盤、F0上盤。F0為區域斷裂，從采場東幫境界邊緣通過；F1為礦區主要控礦斷層，縱貫采場。F0斷層上盤為Pt3x3-1石英云母片巖、大理巖、矽卡巖，下盤為S3t 片麻狀花崗巖。斷層面產狀255°～275°∠42°～65°，與地層展布方向基本—致；現狀坡面產狀255°～260°∠50°～60°，巖層片理面總體產狀245°～335°∠40°～69°；斷層破碎帶構造角礫巖和斷層泥寬約數米至十余米。

由于F0的存在，其傾向與東幫邊坡一致，傾角變化于臺階邊坡角與終了邊坡角之間，與邊坡面形成基本不利組合；受爆破震動和降雨影響，可能導致部分地段邊坡穩定性惡化，引發沿斷層面的蠕動變形或順層滑坡災害，造成上部臺階的變形破壞；對下部平臺的采場運輸道路、施工機械、運輸車輛和工作人員安全形成威脅；可能影響該段邊坡的穩定性。危害可能性大，危險性大。

6 結語

都龍礦區銅曼礦段是我國三大錫石硫化物礦床之一，其礦產資源豐富。邊坡安全穩定問題是保障礦山企業可持續發展的關鍵因素之一。本文所有數據均來源于生產和礦區以往地質勘探科研成果。通過資料分析總結如下。

（1）原F0斷層賦存標高在972～1062m，產狀較陡，傾角為55°～60°，斷層帶破碎物質多為云母石英片巖、大理巖碎屑角礫。通過本次研究后，F0斷層賦存標高在955～1083m，該區域F0斷層傾角變緩，傾角為40°～60°，斷層帶破碎物質主要以大理巖碎屑角礫為主。

（2）F0斷層空間位置主要位于礦區東部，大致沿著南當廠、辣子寨、曼家寨、銅街、花石頭、老寨一帶發育，區內總長度大于18km，由北西轉成南西近弧形伸展。上盤以新寨巖組綠泥片巖、二云片巖為主，下盤以晚志留世花崗巖為主。斷層產狀總體西傾S75°W，走向5～350°，傾角34°～55°，其中，在99 號勘探線附近，走向轉為325°。

（3）斷層厚度最大為12.65m，最小厚度為0.6m，平均厚度3.94m，平均破碎帶厚度3.81m，寬度為6.53m。其主要物質成分為斷層泥、綠泥片巖、大理巖、矽卡巖組合巖。斷層泥特征為，灰黑色，濕，泥狀可塑，原巖為綠泥片巖，全-強風化，泥質膠結在一起，含角礫，磨圓度好，粒徑0.5～6.53cm。

（4）通過研究發現現狀邊坡存在兩個潛在滑動面（帶）、研究區終了邊坡存在一個潛在滑動面（帶）。潛在滑動面（帶）埋深一般在35～45m，滑動面（帶）厚度0.3～0.5m；滑動面（帶）主要成分是綠泥石、泥質、石英膠結，石英發生了塑性變形，呈定向排列，膠結性較差，遇水易軟化。潛在滑動面（帶）2 形態沿主軸方向呈弧線形，滑面埋深一般在116～118m，厚度0.6～1.0m，地層傾向與坡向大體一致，對巖質邊坡穩定不利。

（5）F0斷層與東幫邊坡傾向一致，傾角變化于臺階邊坡角與終了邊坡角之間，與邊坡面形成基本不利組合。受爆破震動和降雨影響，可能導致部分地段邊坡穩定性惡化，引發沿斷層面的蠕動變形或順層滑坡災害，造成上部臺階的變形破壞。對下部平臺的采場運輸道路、施工機械、運輸車輛和工作人員安全形成威脅。可能影響該段邊坡的穩定性。危害可能性大，危險性大。