段敬陶,鄧留心,張登敏
(云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司,云南 文山 663000)
銅曼礦段位于云南省馬關(guān)縣都龍鎮(zhèn)區(qū)域,是一個(gè)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(shí)施大規(guī)?;短扉_(kāi)采以來(lái),至今已有19 年的開(kāi)采歷史,現(xiàn)已形成最低開(kāi)采標(biāo)高為880m,最高開(kāi)采標(biāo)高為1410m,高差530m,面積2.83km2的大型露天礦山。隨著企業(yè)的高速發(fā)展,采剝工作推進(jìn)速度的不斷加快,邊坡的安全穩(wěn)定性問(wèn)題也日益突出,尤其礦區(qū)東部區(qū)域邊坡失穩(wěn),已經(jīng)嚴(yán)重威脅到礦山的安全生產(chǎn)。F0斷層作為礦區(qū)主要構(gòu)造之一,對(duì)邊坡的穩(wěn)定性起著控制作用,其走向N5°EN10°W,產(chǎn)狀較陡(傾角為55°~65°),斷層切割較深、規(guī)模較大,分布于礦區(qū)東部。由于目前對(duì)構(gòu)造的研究比較匱乏,根據(jù)以往的資料掌握情況,僅對(duì)F0構(gòu)造空間形態(tài)有初步認(rèn)識(shí),隨著采剝深度的下降,F(xiàn)0出露的形態(tài)與以往認(rèn)識(shí)存在一定差異。現(xiàn)通過(guò)對(duì)以往的地質(zhì)資料進(jìn)行系統(tǒng)收集,包括以往實(shí)施鉆孔資料,地表日常編錄資料,進(jìn)行綜合分析,以進(jìn)一步掌握F0斷層分布、規(guī)模、巖性等信息,為邊坡治理提供可靠的地質(zhì)依據(jù)[1]。
礦區(qū)內(nèi)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(qū)內(nèi)廣泛分布,依據(jù)巖性組合特征的差異劃為6 個(gè)巖段,其間發(fā)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(qū)的南部和北部,主要為灰黃、灰色變質(zhì)巖和花崗巖碎塊、黏土等,如表1 所示。
表1 銅曼礦區(qū)地層劃分
1.2.1 褶皺構(gòu)造
礦區(qū)位于南北向老君山復(fù)式背斜的西翼,在區(qū)域褶皺形成過(guò)程中,礦區(qū)形成一系列軸向同步、低序次的撓曲構(gòu)造,長(zhǎng)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(diǎn),剖面上波狀起伏,應(yīng)力集中部位,產(chǎn)生層間剝離空間,是富厚鋅錫礦體的儲(chǔ)礦場(chǎng)所,為都龍礦區(qū)形成大型礦床,創(chuàng)造了極為有利的空間條件[2]。
1.2.2 斷裂構(gòu)造
礦區(qū)內(nèi)平行于地層走向的縱向斷層十分發(fā)育,成組出現(xiàn),垂向上一般錯(cuò)距不大,以層間錯(cuò)動(dòng)為主,具多期次活動(dòng)。其中,F(xiàn)0及F1斷層規(guī)模較大,是礦區(qū)主要斷裂,其次為F2~FB 斷層。礦區(qū)橫向斷層規(guī)模較小,一般切割南北向斷層,但錯(cuò)距不大。
礦區(qū)巖性以巖漿巖、變質(zhì)巖為主。
巖漿巖主要出露酸性侵入巖,由晚志留世、白堊紀(jì)侵入巖組成。晚志留世侵入巖分布于礦區(qū)以東地區(qū),主要為片麻狀中細(xì)粒二云二長(zhǎng)花崗巖(ηγaS3)、晚志留世片麻狀似斑狀中粗粒二云二長(zhǎng)花崗巖(ηγbS3)、晚志留世片狀花崗巖(γβmS3)。白堊紀(jì)侵入巖主要分布于馬關(guān)—都龍斷裂東側(cè)一帶,主要為中粗粒似斑狀二云二長(zhǎng)花崗巖(ηγK1)和晚白堊世中細(xì)粒二云二長(zhǎng)花崗巖(ηγK2)。
礦區(qū)內(nèi)變質(zhì)巖,出露地層為新元古界新寨巖組。變質(zhì)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(zhǎng)片巖、大理巖、綠泥(綠簾)矽卡巖、透輝矽卡巖、(長(zhǎng)石)石英巖;屬區(qū)域動(dòng)力熱流變質(zhì)作用;變質(zhì)程度總體為高綠片巖相,少數(shù)達(dá)低角閃巖相。印支期變質(zhì)作用屬疊加變質(zhì),本期變質(zhì)作用是一次以擠壓為主導(dǎo)因素的變質(zhì)作用,出現(xiàn)的新生變質(zhì)礦物有絹云母、綠泥石,其變質(zhì)作用類(lèi)型應(yīng)為區(qū)域低溫動(dòng)力變質(zhì)作用,變質(zhì)強(qiáng)度為低綠片巖相。
以往對(duì)F0斷層研究主要為銅曼礦段資源儲(chǔ)量核實(shí)報(bào)告(2012—2015 年),其資料顯示。
F0斷層分布于礦區(qū)南東部,為南當(dāng)廠—五口硐—辣子寨—曼家寨—銅街剝離斷裂,研究區(qū)勘探平面范圍為3~131 號(hào)勘探線之間,在銅街一帶交匯于馬關(guān)—都龍斷裂。斷層走向5~350°,傾向西,傾角40~55°,構(gòu)造破碎帶或構(gòu)造角礫巖帶寬達(dá)數(shù)米至十余米,沿?cái)鄬泳€出現(xiàn)擠壓斷面,斷層帶破碎物質(zhì)隨斷層上下盤(pán)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(zhǎng)英巖脈侵入[3]。
斷層上盤(pán)為∈2t2、∈2t3、∈2t5片巖、大理巖夾矽卡巖,下盤(pán)為∈2t1片麻巖。沿?cái)嗔褞Ъ皵鄬用娓浇牡貙?,斷續(xù)分布有花崗斑巖脈或長(zhǎng)英巖脈,部分巖脈具云英巖化或較強(qiáng)錫礦化,表明F0斷層切割較深、規(guī)模較大,有多期繼承性活動(dòng)特點(diǎn),是巖漿熱液、礦液的重要通道。F0斷層賦存標(biāo)高在972~1062m,產(chǎn)狀較陡,傾角為55°~60°,斷層帶破碎物質(zhì)多為云母石英片巖、大理巖碎屑角礫。
3.1.1 平面特征
通過(guò)對(duì)采場(chǎng)1340~1010 平臺(tái)進(jìn)行原始地質(zhì)資料收集,以及結(jié)合以往工程地質(zhì)調(diào)查資料確定,F(xiàn)0斷層空間位置主要位于礦區(qū)東部,大致沿著南當(dāng)廠、辣子寨、曼家寨、銅街、花石頭、老寨一帶發(fā)育,區(qū)內(nèi)總長(zhǎng)度大于18km,由北西轉(zhuǎn)成南西近弧形伸展[4]。
3.1.2 上下盤(pán)巖性特征
上盤(pán)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(pán)以晚志留世花崗巖為主,花崗巖流動(dòng)構(gòu)造明顯,具塑性變形特征,構(gòu)造片理發(fā)育,厚度一般90~100m,向下逐漸過(guò)渡為變形較弱的片麻狀花崗巖,后期伴有花崗斑巖脈、長(zhǎng)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(chǎn)狀總體西傾S75°W,走向5°~350°,傾角34°~55°,其中,在99 號(hào)勘探線附近,走向轉(zhuǎn)為325°,南部被填土覆蓋無(wú)法觀察,如表2 所示。
表2 銅曼F0 斷層35~109 線空間特征
從現(xiàn)場(chǎng)觀察,F(xiàn)0的地形特征在礦區(qū)表現(xiàn)地十分明顯,可以清晰地看到上下盤(pán)錯(cuò)動(dòng)出露斷面,在局部斷距高達(dá)65m,斷面呈線狀展布。F0斷層因受生產(chǎn)爆破的影響,大大增加了其運(yùn)動(dòng)幅度,在東幫中部出現(xiàn)擠壓斷面,高度局部地方達(dá)60m,斷面筆直平整,其上階步發(fā)育明顯,階步表明上盤(pán)向下運(yùn)動(dòng),屬于正斷層;F0持續(xù)活動(dòng)產(chǎn)生大量蠕滑擦痕,滑動(dòng)方向測(cè)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(zhì),如圖2 所示。
圖2 銅曼F0 斷層活動(dòng)出露擠壓斷面(左)生蠕滑擦痕(右)
3.2.1 斷層帶寬度
通過(guò)數(shù)據(jù)收集及現(xiàn)場(chǎng)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(zhì)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(zhì)組成
(1)斷層泥。根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng),斷層泥是F0破碎帶主要及常見(jiàn)物質(zhì)。其是斷層活動(dòng)后的直接產(chǎn)物,它是在應(yīng)力作用下上下盤(pán)巖體經(jīng)過(guò)剪切位錯(cuò)、破碎碾磨以及黏土泥化而形成的,記錄著斷裂活動(dòng)方式、活動(dòng)年代、劇烈程度等重要信息[5]。礦區(qū)出露的斷層泥,自北向南貫穿整個(gè)礦區(qū),地表出露于東幫大滑坡后緣,如圖3 所示。
圖3 銅曼礦區(qū)1200 平臺(tái)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(zhǎng)石、黑云母等殘斑等組成。粒狀鱗片變晶結(jié)構(gòu),片狀構(gòu)造,受強(qiáng)壓扭性應(yīng)力作用,大部分長(zhǎng)英質(zhì)被糜棱化,伴隨強(qiáng)烈千糜化重結(jié)晶所致。巖石受后期應(yīng)力少量次生裂隙中有石英細(xì)脈穿切片理,如圖4 所示。
圖4 銅曼礦區(qū)F0 斷層綠泥片巖
3.3.1 巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD 值
斷層上下盤(pán)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(jù)歷年鉆孔揭露巖心情況,對(duì)7~113 號(hào)勘探線巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD 值進(jìn)行了系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)。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(lèi)巖性RQD 值來(lái)看,片巖、矽卡巖和花崗斑巖巖石質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ類(lèi);大理巖和片麻狀花崗巖巖石質(zhì)量等級(jí)為Ⅲ類(lèi),各類(lèi)巖石的RQD 值及巖石質(zhì)量等級(jí),如表4 所示。
表4 銅曼F0 斷層巖性巖石質(zhì)量RQD 值
3.3.2 潛在滑動(dòng)面(帶)的確定
通過(guò)研究,結(jié)合鉆孔取樣深度、巖性RQD 可知:研究區(qū)現(xiàn)狀邊坡存在兩個(gè)潛在滑動(dòng)面(帶)、研究區(qū)終了邊坡存在一個(gè)潛在滑動(dòng)面(帶),潛在滑動(dòng)面(帶)1 主要是中風(fēng)化片巖軟弱帶,滑動(dòng)面主要呈弧形,埋深一般在35~45m,滑動(dòng)面(帶)厚度0.3~0.5m,滑動(dòng)面(帶)主要成分是綠泥石、泥質(zhì)、石英膠結(jié),石英發(fā)生了塑性變形,呈定向排列,膠結(jié)性較差,遇水易軟化,主滑段的滑坡床以強(qiáng)—中風(fēng)化片巖為主,地層傾向與邊坡傾向接近,對(duì)巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定不利。
潛在滑動(dòng)面(帶)2 形態(tài)沿主軸方向呈弧線形,滑面埋深一般在116~118m,滑動(dòng)面的主要成分為斷層泥及破碎帶,滑動(dòng)面(帶)厚度0.6~1.0m,地層傾向與坡向大體一致,對(duì)巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定不利,如圖5 所示。
圖5 潛在滑動(dòng)面剖面
通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及結(jié)合以往地質(zhì)勘查資料顯示,原F0斷層賦存標(biāo)高在972~1062m,產(chǎn)狀較陡,傾角為55°~60°,斷層帶破碎物質(zhì)多為云母石英片巖、大理巖碎屑角礫。本次研究后,F(xiàn)0斷層賦存標(biāo)高在955~1083m,該區(qū)域F0斷層傾角變緩,傾角為40°~60°,斷層帶破碎物質(zhì)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(xiàn)將其定義在巖漿巖與變質(zhì)巖接觸面間?,F(xiàn)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(zhǎng)英巖透鏡體,如圖6所示。
圖6 銅曼原F0 斷層與現(xiàn)F0 斷層位置關(guān)系對(duì)比
通過(guò)調(diào)查,東幫邊坡處于F1下盤(pán)、F0上盤(pán)。F0為區(qū)域斷裂,從采場(chǎng)東幫境界邊緣通過(guò);F1為礦區(qū)主要控礦斷層,縱貫采場(chǎng)。F0斷層上盤(pán)為Pt3x3-1石英云母片巖、大理巖、矽卡巖,下盤(pán)為S3t 片麻狀花崗巖。斷層面產(chǎn)狀255°~275°∠42°~65°,與地層展布方向基本—致;現(xiàn)狀坡面產(chǎn)狀255°~260°∠50°~60°,巖層片理面總體產(chǎn)狀245°~335°∠40°~69°;斷層破碎帶構(gòu)造角礫巖和斷層泥寬約數(shù)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(tái)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(dòng)和降雨影響,可能導(dǎo)致部分地段邊坡穩(wěn)定性惡化,引發(fā)沿?cái)鄬用娴娜鋭?dòng)變形或順層滑坡災(zāi)害,造成上部臺(tái)階的變形破壞;對(duì)下部平臺(tái)的采場(chǎng)運(yùn)輸?shù)缆?、施工機(jī)械、運(yùn)輸車(chē)輛和工作人員安全形成威脅;可能影響該段邊坡的穩(wěn)定性。危害可能性大,危險(xiǎn)性大。
都龍礦區(qū)銅曼礦段是我國(guó)三大錫石硫化物礦床之一,其礦產(chǎn)資源豐富。邊坡安全穩(wěn)定問(wèn)題是保障礦山企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。本文所有數(shù)據(jù)均來(lái)源于生產(chǎn)和礦區(qū)以往地質(zhì)勘探科研成果。通過(guò)資料分析總結(jié)如下。
(1)原F0斷層賦存標(biāo)高在972~1062m,產(chǎn)狀較陡,傾角為55°~60°,斷層帶破碎物質(zhì)多為云母石英片巖、大理巖碎屑角礫。通過(guò)本次研究后,F(xiàn)0斷層賦存標(biāo)高在955~1083m,該區(qū)域F0斷層傾角變緩,傾角為40°~60°,斷層帶破碎物質(zhì)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(qū)東部,大致沿著南當(dāng)廠、辣子寨、曼家寨、銅街、花石頭、老寨一帶發(fā)育,區(qū)內(nèi)總長(zhǎng)度大于18km,由北西轉(zhuǎn)成南西近弧形伸展。上盤(pán)以新寨巖組綠泥片巖、二云片巖為主,下盤(pán)以晚志留世花崗巖為主。斷層產(chǎn)狀總體西傾S75°W,走向5~350°,傾角34°~55°,其中,在99 號(hào)勘探線附近,走向轉(zhuǎn)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(zhì)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(qiáng)風(fēng)化,泥質(zhì)膠結(jié)在一起,含角礫,磨圓度好,粒徑0.5~6.53cm。
(4)通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)現(xiàn)狀邊坡存在兩個(gè)潛在滑動(dòng)面(帶)、研究區(qū)終了邊坡存在一個(gè)潛在滑動(dòng)面(帶)。潛在滑動(dòng)面(帶)埋深一般在35~45m,滑動(dòng)面(帶)厚度0.3~0.5m;滑動(dòng)面(帶)主要成分是綠泥石、泥質(zhì)、石英膠結(jié),石英發(fā)生了塑性變形,呈定向排列,膠結(jié)性較差,遇水易軟化。潛在滑動(dòng)面(帶)2 形態(tài)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(duì)巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定不利。
(5)F0斷層與東幫邊坡傾向一致,傾角變化于臺(tái)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(dòng)和降雨影響,可能導(dǎo)致部分地段邊坡穩(wěn)定性惡化,引發(fā)沿?cái)鄬用娴娜鋭?dòng)變形或順層滑坡災(zāi)害,造成上部臺(tái)階的變形破壞。對(duì)下部平臺(tái)的采場(chǎng)運(yùn)輸?shù)缆?、施工機(jī)械、運(yùn)輸車(chē)輛和工作人員安全形成威脅。可能影響該段邊坡的穩(wěn)定性。危害可能性大,危險(xiǎn)性大。