廣西盤龍鉛鋅礦工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)特征

王 斌，張 偉，蘇 陽(yáng)

(1.桂林理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，廣西 桂林 541004；2。桂林理工大學(xué)勘察設(shè)計(jì)研究院，廣西 桂林 541004)

廣西盤龍鉛鋅礦區(qū)位于武宣縣城南東12公里的桐嶺鎮(zhèn)盤龍村至灣龍村一帶[1]。東自黔江南岸，西至雅八村，南自姑娘山，北至雅村，礦區(qū)面積約25km2，是廣西近年來(lái)初步探明的重要鉛鋅礦床之一，初步控制儲(chǔ)量已達(dá)中型規(guī)模[2]。為滿足深部勘查和開(kāi)采技術(shù)條件評(píng)價(jià)，以及礦山安全、科學(xué)合理利用礦產(chǎn)資源的需要進(jìn)行了工程地質(zhì)專項(xiàng)勘查工作。本文根據(jù)勘查成果資料，進(jìn)一步闡明礦區(qū)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)條件，為深部勘查開(kāi)發(fā)為礦山工程向水平、垂直方向延伸開(kāi)拓提供科學(xué)依據(jù)。

1 礦區(qū)工程地質(zhì)條件

1.1 礦體和圍巖工程地質(zhì)類型和力學(xué)特征

礦區(qū)位于華南板塊南華活動(dòng)帶大瑤山隆起與來(lái)賓凹陷的復(fù)合部位[3]，區(qū)域出露地層主要有泥盆系上倫組(D1SL)東崗嶺組(D2d)、融縣組(D3r)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r以及第四系覆蓋土層，其中東崗嶺組(D2d)、融縣組(D3r)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r屬中厚層狀中等巖溶化堅(jiān)硬灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r巖組，分布于西部盤龍村、北部六沙村一帶，巖石堅(jiān)硬性脆，裂隙、溶洞、溶溝(槽)發(fā)育，基巖面起伏較大，是比較容易引起地面塌陷的地區(qū)。第四系覆蓋土層廣泛分布于整個(gè)勘查區(qū)的地表面，為單層結(jié)構(gòu)，巖性為含鐵錳結(jié)核、碎石紅粘土，經(jīng)土力學(xué)試驗(yàn)檢測(cè)可知屬中等膨脹性土。

盤龍鉛鋅礦的礦體產(chǎn)于下泥盆系上倫組上段(D1SL2)白云巖中，從下至上發(fā)現(xiàn)三個(gè)礦體，依次為1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)礦體，其中2號(hào)礦體規(guī)模較大，礦體圍巖均為白云巖，呈中厚層狀，少量為薄層狀，中細(xì)晶—微晶結(jié)構(gòu)，質(zhì)地堅(jiān)硬。據(jù)在勘探孔中采集的礦體頂板、礦體和底板巖石抗壓、抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果(表1)，屬硬質(zhì)巖層。基巖面附近0m～5m內(nèi)巖石裂隙較發(fā)育，呈強(qiáng)—中風(fēng)化狀，完整性較差；基巖面5m以下巖石呈微—未風(fēng)化狀，發(fā)育有一些細(xì)小、閉合且被方解石、重晶石或鐵錳細(xì)脈完全充填的裂隙。按工程地質(zhì)劃分，為中厚層夾薄層狀中等—弱巖溶化堅(jiān)硬白云巖巖組。按規(guī)范[3]判定，屬層狀結(jié)構(gòu)Ⅱ1型。

為了劃分巖石質(zhì)量等級(jí)和巖體質(zhì)量等級(jí)，按規(guī)范統(tǒng)計(jì)20個(gè)鉆孔巖心RQD值，有16個(gè)分布于-21.59m標(biāo)高以下的鉆孔，巖石質(zhì)量為Ⅰ、Ⅱ等級(jí)，巖組平均RQD值為88%，巖石質(zhì)量好，屬較完整巖體。其他4個(gè)分布于-21.59m標(biāo)高以上的鉆孔，巖石質(zhì)量均在Ⅲ等以下，巖石質(zhì)量中等或劣質(zhì)，說(shuō)明受風(fēng)化和溶蝕作用影響，淺層巖體完整性中等或差，深層巖體完整性好。

表1 礦體和圍巖巖石力學(xué)特征統(tǒng)計(jì)表

1.2 礦床工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

礦體圍巖為白云巖，巖性組合單一，巖層產(chǎn)狀陡，質(zhì)地堅(jiān)硬，層狀巖組，抗壓強(qiáng)度大，抗剪強(qiáng)度高，遇水不軟化，穩(wěn)定性好，斷層構(gòu)造和大的節(jié)理裂隙不甚發(fā)育，層間破碎帶膠結(jié)良好，-21.59m標(biāo)高以下巖體完整，總體工程地質(zhì)條件有利。但是，也存在一些不良工程地質(zhì)因素，如第四系覆蓋土層厚度大，38、16號(hào)勘探線兩側(cè)白云巖風(fēng)化深度大、巖組頂板埋藏標(biāo)高-21.59m以上、巖體完整性較差、-20m中段曾發(fā)生過(guò)幾次冒頂塌方。

從整體來(lái)看工程地質(zhì)條件良好，局部地段存在礦山工程地質(zhì)問(wèn)題，按規(guī)范判定[4]，屬以碳酸鹽巖為主、層狀可溶鹽巖類、工程地質(zhì)條件中等復(fù)雜類型的礦床。

2 礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)

2.1 礦區(qū)地震活動(dòng)狀況

礦區(qū)位于廣西山字型構(gòu)造前弧東翼。山字型主干斷裂，傾向南東，傾角57°，走向北東，從南部通挽經(jīng)過(guò)礦區(qū)南部，延伸至東鄉(xiāng)，為區(qū)域性大斷裂。據(jù)原中南地震對(duì)資料分析，該主干斷裂為活動(dòng)性斷裂。據(jù)史記載，武宣縣曾于1899年發(fā)生過(guò)五級(jí)地震，近代無(wú)破壞性地震記載。根據(jù)國(guó)家地震局1900年出版的1∶400萬(wàn)《中國(guó)地震烈度區(qū)劃分圖》，礦區(qū)的地震基本烈度為VI度。

2.2 礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)狀況

礦區(qū)分別見(jiàn)堆積型重晶石礦和堆積型鐵錳礦覆蓋于鉛鋅礦體及圍巖白云巖層之上，堆積物較松散，都屬弱透水層。這兩種堆積型礦均分布于殘丘頂部或緩坡地段，容易隨著大氣降雨流失，而不利于大氣降雨滲入到弱透水層再補(bǔ)給白云巖含水層。但是，近年來(lái)，隨著民營(yíng)采礦業(yè)的發(fā)展，礦區(qū)露天采場(chǎng)越來(lái)越多，均未采取回填措施，長(zhǎng)期的積水形成新的地下水補(bǔ)給源，增加了礦坑排水量，甚至成為發(fā)生礦坑冒頂、塌陷時(shí)的突水隱患，應(yīng)對(duì)其采取回填或引排措施。同時(shí)，在這些民營(yíng)采礦過(guò)程中，要經(jīng)常抽排采坑地下水，造成第四系土層中的地下水位反復(fù)波動(dòng)，容易引發(fā)周圍地面塌陷。

盤龍鉛鋅礦礦區(qū)存在的主要地質(zhì)災(zāi)害是巖溶地面塌陷，歷時(shí)多年，經(jīng)常發(fā)生。如2007～2009年之間，盤古村至翻山礦段一帶，陸續(xù)出現(xiàn)70多個(gè)地面塌陷坑，主要集中發(fā)生在稻田、村邊地勢(shì)相對(duì)低洼地帶，塌坑直徑一般3m～5m，洞深2m～3m，塌坑底可見(jiàn)基巖溶洞和溶蝕裂隙。這些塌坑多數(shù)至今未做回填處理，危及人、畜安全，還成為大氣降雨和地表水流的倒灌窗口，直接、快速補(bǔ)給地下水，流入礦坑，加大了礦坑排水的費(fèi)用。為此，地面塌陷坑應(yīng)及時(shí)填充。

礦區(qū)2003年出現(xiàn)第一批地面塌陷，2007年在盤古村出現(xiàn)第二批地面塌陷，2009年在北面出現(xiàn)第三批地面塌陷。從時(shí)間上看，前兩批地面塌陷的發(fā)生時(shí)間基本與礦區(qū)開(kāi)拓時(shí)間對(duì)應(yīng)，地下水位出現(xiàn)大幅下降；第三批地面塌陷發(fā)生時(shí)間與2009年秋冬和2010年春干旱，以及期間礦段開(kāi)拓時(shí)間一致。從距離上來(lái)看，塌陷是由降落漏斗中心部位向外擴(kuò)散狀，說(shuō)明出現(xiàn)地面塌陷相隔時(shí)間與距離是成正比例關(guān)系的，即時(shí)間越久降落漏斗擴(kuò)展規(guī)模越大。

勘查區(qū)共布置20個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，由于種種原因，損壞4個(gè)點(diǎn)，實(shí)際保留觀測(cè)點(diǎn)為16個(gè)。從2009年9月至2010年8月止，長(zhǎng)期觀測(cè)時(shí)間將近一年，每月觀測(cè)一次。所得數(shù)據(jù)中，下沉絕對(duì)值小于1厘米的視為測(cè)量誤差，大于1cm的認(rèn)定為沉降值，分布采空區(qū)附近觀測(cè)點(diǎn)的沉降值約為4.5cm～5.7cm。由于礦坑排水，上倫組礦體及圍巖白云巖含水層水位大幅下降，采空區(qū)不斷擴(kuò)展，地下水壓失去平衡，土體發(fā)生壓縮變形，在第四系蓋層大于10m以上地段已發(fā)生地面沉降，但從井下巷道并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)基巖有垮塌冒落現(xiàn)象。按照規(guī)范中[6]采空區(qū)建筑場(chǎng)地適宜性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，目前不屬于要評(píng)價(jià)適宜性的場(chǎng)地。同時(shí)，由于建立的沉降觀測(cè)網(wǎng)時(shí)間不長(zhǎng)，上述觀測(cè)數(shù)據(jù)還不夠充分，建議礦山應(yīng)繼續(xù)觀測(cè)，積累數(shù)據(jù)，為準(zhǔn)確判斷提供可靠依據(jù)。

3 礦區(qū)地面塌陷及沉降預(yù)測(cè)

自武宣縣盤龍鉛鋅礦開(kāi)始正式采礦以來(lái)，由于礦體和圍巖含水層以及周邊補(bǔ)給區(qū)含水層基巖面溶洞、溶溝槽較發(fā)育，部分地帶第四系覆蓋層較薄，部分灰?guī)r、白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r含水層分布區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)一些地面塌陷。地面塌陷主要分布于采礦區(qū)的含水層補(bǔ)給區(qū)，這些補(bǔ)給區(qū)為淺覆蓋型巖溶含水層，天然條件下呈微承壓性質(zhì)，地下水對(duì)覆蓋層存在一種浮托力，保持自然平衡狀態(tài)。當(dāng)?shù)叵滤淮蠓陆担瑴\部溶洞、溶溝槽的地下水被疏干，覆蓋層土層失去浮托力，土洞或軟土層會(huì)出現(xiàn)塌落形成地面塌陷。采礦中心地帶地勢(shì)平坦，地下水和大氣降雨更容易滲入侵蝕土層，加劇了土層的塌落，成為礦區(qū)地面塌陷影響最嚴(yán)重的地區(qū)，為地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重區(qū)。其他地段因遠(yuǎn)離采礦中心或者第四系土層較厚，受采礦排水影響相對(duì)較弱，單位出現(xiàn)地面塌陷的數(shù)量較少，評(píng)價(jià)為地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害弱—中等發(fā)育區(qū)。在區(qū)內(nèi)，第四系覆蓋層厚度小于3.3m的地帶最先發(fā)生地面塌陷，覆蓋層大于3.3m的地段出現(xiàn)地面塌陷會(huì)晚一些，預(yù)計(jì)覆蓋層厚度約10m的地帶，仍會(huì)有發(fā)生地面塌陷的可能性，據(jù)此，以現(xiàn)已出現(xiàn)地面塌陷的分布層位和范圍為基礎(chǔ)，將覆蓋層厚度小于10m的區(qū)段圈定為預(yù)測(cè)塌陷區(qū)(圖1)。

圖1 礦區(qū)塌陷隱患分布圖

4 結(jié) 論

(1)該礦區(qū)礦體主要產(chǎn)于下泥盆系上倫組上段白云巖中，白云巖以中厚層狀為主，少量為薄層狀，單層厚度一般0.15m～0.8m，屬層狀結(jié)構(gòu)巖體，中細(xì)晶—微晶結(jié)構(gòu)，質(zhì)地堅(jiān)硬。整體工程地質(zhì)條件良好屬以碳酸鹽巖為主、層狀可溶鹽巖類、工程地質(zhì)條件中等復(fù)雜類型的礦床。

(2)礦坑強(qiáng)排疏干地下水，已經(jīng)形成大面積的采空區(qū)，并引發(fā)了地面沉降、地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害，其中大部分地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害屬于弱—中等發(fā)育區(qū)，局部屬?gòu)?qiáng)發(fā)育區(qū)，對(duì)地質(zhì)環(huán)境破壞較大；礦石和廢料化學(xué)成分基本穩(wěn)定，無(wú)熱害和其他環(huán)境地質(zhì)隱患。按規(guī)范評(píng)價(jià)判定，本礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量屬于第二類中等類型。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]梁國(guó)寶，廖開(kāi)立.廣西武宣縣盤龍鉛鋅礦地質(zhì)特征及找礦方向[J].南方國(guó)土資源，2003，(2)：26～29.

[2]羅永恩.廣西武宣縣盤龍鉛鋅礦床地質(zhì)特征及控礦因素分析[J].地質(zhì)與資源，2009，(3)：183～196.

[3]廣西地礦局.廣西壯族自治區(qū)區(qū)域地質(zhì)志[M].北京：地質(zhì)出版社，1985.

[4]礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范[S].(GB12719-91).

[5]李楚平.盤龍鉛鋅礦深部找礦成果及其地質(zhì)意義[J].中國(guó)礦業(yè).2012.(1)：57～61.

[6]巖土工程勘察規(guī)范[S].(GB50021-2001、2009).