德安縣張十八鉛鋅礦尾礦庫工程地質(zhì)特性及評(píng)價(jià)

吳新宇

（江西省地質(zhì)局第三地質(zhì)大隊(duì)，江西 九江 332100）

1 擬建區(qū)地質(zhì)特征

區(qū)域上為九江臺(tái)陷、瑞昌一九江凹褶斷束、彭山穹窿構(gòu)造東側(cè)。庫區(qū)位于彭山穹窿構(gòu)造的東端，出露地層主要為寒武系，其次為第四系，褶皺不發(fā)育，地層走向近南北，傾向東，傾角20°～30°，為一單斜構(gòu)造，沿走向呈舒緩波狀，斷裂以層向重力滑脫為主，次為向東南方向延伸的放射狀斷裂，裂隙以垂直層面的節(jié)理（裂隙）發(fā)育，見有巖脈出露，現(xiàn)分述如下。

1.1 地層特征

庫區(qū)主要為寒武系地層、次為第四系，現(xiàn)由老至新分述如下：

1.1.1 寒武系下統(tǒng)王音鋪組（∈1w）

分布在庫區(qū)西北角，巖性分布：底部為含磷結(jié)核炭質(zhì)頁巖，中部為灰黑色硅質(zhì)灰?guī)r，上部為灰黑色板狀頁巖夾灰?guī)r，厚度150～200m。

1.1.2 寒武系下統(tǒng)觀音堂組（∈1g）

庫區(qū)大面積出露，根據(jù)巖性不同可分為下、中、上三段。

（1）下段（∈1g1）：為灰綠色、灰色粉砂質(zhì)頁巖夾炭質(zhì)頁巖，厚度150m～300m，出露在庫區(qū)西部高山地帶。

（2）中段（∈1g2）：為灰色薄層狀灰?guī)r與灰色粉砂質(zhì)頁巖互層或夾透鏡狀灰?guī)r，厚度100m～150m，出露在庫區(qū)中部低凹處。

（3）上段（∈1g3）：為灰色粉砂質(zhì)頁巖夾灰色鈣質(zhì)頁巖，厚度50m～100m，出露在庫區(qū)東部壩基一帶及南北一帶。

1.1.3 寒武系中統(tǒng)楊柳崗組（∈2y）

巖性：下部為塊狀白云質(zhì)灰?guī)r、中部為灰色條帶狀灰?guī)r夾頁巖。上部為深灰色薄層狀灰?guī)r夾同生角礫狀灰?guī)r，厚度80m～150m，分布在庫區(qū)東側(cè)。

1.1.4 第四系（Q4）

下部為殘坡積層，巖性為褐灰色碎石土，固結(jié)性較好，厚度一般0m～10m，分布在溝谷各邊坡旁，上部為礫石砂土夾滾石等，呈松散狀，厚度0m～15m，分布在溝谷中部呈條帶狀分布[1]。

1.2 構(gòu)造特征

由于區(qū)域受彭山底辟穹窿構(gòu)造影響，褶皺、斷裂、節(jié)理具有特殊性。

1.2.1 褶皺

地層走向近南北向，傾向東，傾角20°～40°，構(gòu)成向東傾斜的單斜構(gòu)造，沿走向呈舒緩波狀，褶皺不發(fā)育。僅局部見小型褶皺。

1.2.2 斷裂

庫區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造不發(fā)育，根據(jù)以前的區(qū)域地質(zhì)資料，本區(qū)斷裂構(gòu)造以層間重力滑脫斷裂為主，就是層間破碎滑動(dòng)，庫區(qū)內(nèi)部發(fā)育，節(jié)理裂隙較發(fā)育，頁巖中垂直節(jié)理最發(fā)育，傾向西或東，傾角80°左右，密度一般1～3條/m，密集處5～6條/m，把頁巖切割成豆腐塊一樣[2]。

1.2.3 巖漿巖、礦產(chǎn)

庫區(qū)巖漿巖不發(fā)育，僅見有煌斑巖脈在庫區(qū)北部有少量分布，巖脈厚度0.5m～1.5m，出露極少，庫區(qū)內(nèi)未見礦床礦化帶分布。

1.2.4 不良地質(zhì)現(xiàn)象

庫區(qū)內(nèi)不良地質(zhì)現(xiàn)象主要在寒武系下統(tǒng)觀音堂組中段（∈1g2），灰色灰?guī)r在庫區(qū)分布面積廣，灰?guī)r中溶蝕現(xiàn)象明顯，如：小溶坑、溶隙、溶溝現(xiàn)象發(fā)育，在KCZK47孔附近灰?guī)r中見小溶洞，洞高約0.7m，寬約1m，深大于1m，由于充填物堵塞，溶洞大小難以觀測(cè)（圖1）。據(jù)此可說明觀音堂組中段灰?guī)r中，巖溶現(xiàn)象比較發(fā)育，對(duì)庫區(qū)滲漏存在潛在的不利因素，根據(jù)物探結(jié)果場(chǎng)區(qū)基巖下部局部較破碎，建議根據(jù)物探結(jié)果確定灰?guī)r中巖溶發(fā)育情況及位置，然后采用覆蓋、封堵等辦法處理。

圖1 灰?guī)r溶蝕現(xiàn)象

2 擬建區(qū)水文地質(zhì)特征

2.1 區(qū)域水文

擬建區(qū)域位于德安縣茅山水庫西側(cè)沖溝，擬建尾礦庫匯水面積約1.5km2。區(qū)域地表水較豐富，主要地表水均匯聚于茅山水庫內(nèi)。茅山水庫南北長約0.5km，東西寬0.05～0.3km，總匯水面積約5km2，主要接受大氣降水的補(bǔ)給。

2.2 地下水類型及各含水層特性

區(qū)域?yàn)榍鹆甑匦蔚孛玻貏?shì)較高，地表水體是地下水的主要補(bǔ)給源，以茅山水庫為區(qū)域地下水滯緩徑流區(qū)，水力坡度1/10000左右。根據(jù)地層巖性、地下水賦存特征和水力性質(zhì)，地下水類型主要有松散巖類孔隙水、碳酸鹽巖溶洞裂隙水、基巖裂隙水三種類型[3,4]。

2.2.1 松散巖類孔隙水

區(qū)域松散巖類孔隙水主要為第四系全新統(tǒng)（Q4）碎石類土中，主要受大氣降水及周邊水系滲透補(bǔ)給。但區(qū)域碎石類土層分布不均勻，主要是沖洪積、殘積、坡積形成，層中泥質(zhì)含量較高，故區(qū)域該類水水量較小。

2.2.2 碳酸鹽巖溶洞裂隙水

庫區(qū)碳酸鹽巖溶洞裂隙水主要賦存于灰?guī)r層,間夾泥炭質(zhì)頁巖隔水層。灰?guī)r層中含水特性，主要受控于層中巖溶發(fā)育情況及充填物情況。巖性完整及裂隙充填率高地段，含透水性差，巖溶發(fā)育；充填率低的地段，含透水性強(qiáng)，受區(qū)域及上部水體補(bǔ)給。

2.2.3 基巖裂隙水

賦存于碎屑巖風(fēng)化裂隙及構(gòu)造裂隙中，主要受大氣降水及上覆松散巖類孔隙水補(bǔ)給，富水性與裂隙性質(zhì)、裂隙發(fā)育程度密切關(guān)聯(lián)，并受地形地貌等條件控制。礦區(qū)碎屑巖為頁巖，巖石風(fēng)化裂隙發(fā)育，充填程度高，連通性差，故其富水性貧乏。

2.2.4 地下水的水力性質(zhì)

本次勘察期間，對(duì)壩基鉆孔及個(gè)別庫區(qū)鉆孔進(jìn)行了壓水試驗(yàn)，根據(jù)壓水試驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算出各巖土層的平均滲透系數(shù)如下：含碎石粉質(zhì)粘土層滲透系數(shù)K約為0.481m/d，強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r層滲透系數(shù)K約為0.145m/d，中風(fēng)化灰?guī)r層滲透系數(shù)K約為0.068m/d，強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)頁巖層滲透系數(shù)K約為0.316m/d，中風(fēng)化炭質(zhì)頁巖層滲透系數(shù)K約為0.012m/d。

根據(jù)規(guī)范要求，當(dāng)巖土層K值接近或大于0.05m/d時(shí)，巖土體就應(yīng)進(jìn)行防滲處理。

勘察過程中在擬建區(qū)采取兩組地表水樣、在鉆孔中采取6組地下水樣進(jìn)行試驗(yàn)分析，根據(jù)水樣檢測(cè)結(jié)果，場(chǎng)區(qū)地表水及地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性，對(duì)混凝土中的鋼筋具微腐蝕性。

3 擬建區(qū)巖土體工程特性

根據(jù)鉆探揭露資料綜合對(duì)比，擬建區(qū)地層從上到下劃分如下：

第（1）層：含碎石粉質(zhì)粘土。

含碎石粉質(zhì)粘土：褐黃～灰黃色，可塑，稍濕，主要由粘粒、粉粒等組成。夾碎石，碎石母巖成分主要為強(qiáng)風(fēng)化頁巖，少部分為灰?guī)r，礫徑一般在1cm～5cm，多呈棱角狀，含量約10%～20%。局部分布，最薄處為0.50m，見于KCZK47號(hào)孔；最厚處為18.20m，見于KCZK52號(hào)孔；平均厚度為7.69m。

第（2-1）層：強(qiáng)風(fēng)化石灰?guī)r。

強(qiáng)風(fēng)化石灰?guī)r：青灰色、灰白色，原巖結(jié)構(gòu)大部被破壞，但尚可辨認(rèn)原巖結(jié)構(gòu)。主要礦物成份為方解石、泥質(zhì)等，巖體較破碎，風(fēng)化裂隙及節(jié)理發(fā)育，巖芯呈碎塊狀。局部分布，平均厚度為6.20m。

第（2-2）層：中風(fēng)化石灰?guī)r。

中風(fēng)化石灰?guī)r：青灰色、灰白色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造。主要礦物成份為方解石、泥質(zhì)等，巖體較完整，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖芯多呈短柱狀，部分呈碎塊狀。局部分布，最薄處為0.60m，見于KCZK53號(hào)孔；最厚處為11.10m，見于KCZK32號(hào)孔；平均厚度為5.36m。

第（3）層：溶洞。

溶洞：灰?guī)r溶洞，由灰?guī)r溶蝕形成，無充填。局部分布，最薄處為1.30m，見于KCZK53號(hào)孔；最厚處為1.60m，見于KCZK34號(hào)孔；平均厚度為1.45m。

第（4-1）層：強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)頁巖。

強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)頁巖：灰黑色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，主要礦物成份為泥質(zhì)、碳質(zhì)等，巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙多被粘土礦物充填，巖芯較破碎多呈塊狀及短柱狀。局部分布，最薄處為3.60m，見于KCZK8號(hào)孔；最厚處為12.40m，見于KCZK49號(hào)孔；平均厚度為9.94m。

第（4-2）層：中風(fēng)化炭質(zhì)頁巖。

中風(fēng)化炭質(zhì)頁巖：灰黑色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙較發(fā)育，裂隙大部分呈閉合狀，巖芯破碎呈短柱狀。巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)，RQD=50%。局部分布，最薄處為2.60m，見于KCZK3號(hào)孔；最厚處為8.00m，見于KCZK48號(hào)孔；平均厚度為5.39m。

第（5-1）層：強(qiáng)風(fēng)化頁巖。

強(qiáng)風(fēng)化頁巖：青灰色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，主要礦物成為泥質(zhì)、鈣質(zhì)等，巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙多被粘土礦物充填，巖芯較破碎多呈塊狀及短柱狀。局部分布，最薄處為1.20m，見于KCZK22號(hào)孔；最厚處為28.20m，見于KCZK45號(hào)孔；平均厚度為10.18m。

第（5-2）層：中風(fēng)化頁巖。

中風(fēng)化頁巖：青灰色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙較發(fā)育，裂隙大部分呈閉合狀，巖芯破碎呈短柱狀。巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)，RQD=50%。局部分布，最薄處為0.70m，見于KCZK49號(hào)孔；最厚處為40.00m，見于KCZK41號(hào)孔；平均厚度為9.41m。

4 巖土參數(shù)分析及選用

4.1 巖土體原位測(cè)試

對(duì)場(chǎng)區(qū)主要土層進(jìn)行動(dòng)探41次，各巖土層原位測(cè)試數(shù)據(jù)見下表1。

表1 動(dòng)探數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表

4.2 巖樣室內(nèi)試驗(yàn)

對(duì)場(chǎng)區(qū)主要土層進(jìn)行土樣采集，采取巖樣42塊，進(jìn)行飽和單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)；各土層指標(biāo)推薦值詳見下表2。

表2 巖體飽和單軸抗壓強(qiáng)度結(jié)果表

4.3 各巖土層強(qiáng)度參數(shù)指標(biāo)

根據(jù)原位測(cè)試及室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，結(jié)合已有區(qū)域經(jīng)驗(yàn)，對(duì)本擬建區(qū)內(nèi)揭露的各巖土層強(qiáng)度參數(shù)如下表3：

表3 各巖土層強(qiáng)度參數(shù)

（1）含碎石粉質(zhì)粘土：本層厚度不均勻，不同位置的各土層性質(zhì)差異較大，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)探試驗(yàn)結(jié)合本地區(qū)工程經(jīng)驗(yàn)，建議本層承載力特征值為200KPa。壓縮模量建議取9MPa。（根據(jù)參考資料，本層中有部分為碎石土，綜合考慮后將其并層分析。）

（2）強(qiáng)風(fēng)化石灰?guī)r：本層厚度不均勻，且由于巖體破碎無法進(jìn)行試驗(yàn)，參照本地區(qū)工程經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合相關(guān)規(guī)范及前期勘察資料，建議強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r承載力特征值取800KPa。

（3）中風(fēng)化石灰?guī)r：本層埋深大，層厚大（未揭穿），根據(jù)巖體飽和單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，本層巖體飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為23.91MPa。

（4）強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)頁巖：本層分布范圍相對(duì)較小，厚度不均勻，且由于巖體破碎無法進(jìn)行試驗(yàn)，參照本地區(qū)工程經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合相關(guān)規(guī)范，建議強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)頁巖層承載力特征值取600KPa。

（5）中風(fēng)化炭質(zhì)頁巖：本層分布范圍相對(duì)較小，厚度不均勻，根據(jù)巖體飽和單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，本層巖體飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為16.18MPa。

（6）強(qiáng)風(fēng)化頁巖：本層厚度不均勻，且由于巖體破碎無法進(jìn)行試驗(yàn)，參照本地區(qū)工程經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合相關(guān)規(guī)范及前期勘察資料，建議強(qiáng)風(fēng)化頁巖承載力特征值取700KPa。

（7）中風(fēng)化頁巖：本層埋深大，層厚大（未揭穿），根據(jù)巖體飽和單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，本層巖體飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為21.56MPa。

5 工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

5.1 區(qū)域穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造上屬彭山穹窿構(gòu)造。出露地層有中元古界雙橋山群、震旦系、寒武系、奧陶系、志留系、第四系，構(gòu)造穹窿狀褶皺為主，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查，結(jié)合本區(qū)地質(zhì)資料，區(qū)域內(nèi)斷裂構(gòu)造不發(fā)育，區(qū)域穩(wěn)定性較好。

5.2 庫區(qū)滲透性評(píng)價(jià)

根據(jù)物探資料結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料及工程鉆探資料綜合分析可知，庫盆上部地層為含碎石粉質(zhì)粘土，厚度約為1m～18m，滲透系數(shù)約為0.481m/d，屬弱透水層。下部為強(qiáng)、中風(fēng)化板巖及強(qiáng)、中風(fēng)化石灰?guī)r，風(fēng)化程度不均勻，風(fēng)化裂隙較發(fā)育，根據(jù)地調(diào)發(fā)現(xiàn)，灰?guī)r層上溶蝕現(xiàn)象明顯，多含溶槽、溶溝、溶坑等，據(jù)此推測(cè)灰?guī)r層屬較強(qiáng)透水層。故庫盆底部屬于中～強(qiáng)透水地基，若不處理極有可能產(chǎn)生庫區(qū)滲漏現(xiàn)象。

5.3 壩基穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

初期壩及攔水壩選址均位于山間谷地，地基土層主要由含碎石粉質(zhì)粘土、強(qiáng)風(fēng)化石灰?guī)r、中風(fēng)化石灰?guī)r等組成，各層巖土層上下之間左右之間，結(jié)合緊密，穩(wěn)定性較好，現(xiàn)今未見新的活動(dòng)跡象。巖土層中未見土洞，空洞現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)性較好。根據(jù)物探結(jié)果，初期壩下伏基巖為炭質(zhì)灰?guī)r夾炭質(zhì)頁巖，溝谷處夾炭質(zhì)頁巖相對(duì)較厚，推斷基巖裂隙發(fā)育，相對(duì)較破碎，透水性較好，故要防止存在繞壩滲漏的可能。攔水壩下伏基巖為炭質(zhì)灰?guī)r夾炭質(zhì)頁巖，溝谷處夾炭質(zhì)頁巖相對(duì)較厚，推斷基巖裂隙發(fā)育，相對(duì)較破碎，透水性較好。兩側(cè)壩肩地勢(shì)陡峭，其中初期壩右側(cè)壩肩目前已發(fā)生大規(guī)?？逅?，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，垮塌原因主要是因?yàn)樯狡缕露榷盖?，在雨水沖刷作用下導(dǎo)致上部第四系覆蓋層垮塌，未發(fā)現(xiàn)斷層等活動(dòng)斷裂跡象，壩體基礎(chǔ)自然情況下總體較穩(wěn)定。

6 結(jié)論

擬建工程選址區(qū)場(chǎng)地較穩(wěn)定，地質(zhì)構(gòu)造不發(fā)育，基底較穩(wěn)定，為適宜建設(shè)的一般地段。選址區(qū)下部為含碎石粉質(zhì)粘土及強(qiáng)、中風(fēng)化石灰?guī)r等中—強(qiáng)透水層，地下水量小，但連通性好，若不處理會(huì)在庫盆產(chǎn)生滲漏及產(chǎn)生繞壩滲漏等，建議施工前應(yīng)先對(duì)其進(jìn)行處理。壩基基礎(chǔ)整體穩(wěn)定性較好，壩肩上覆土層厚度不大，在清除其上覆土層后整體穩(wěn)定性較好。