馬城鐵礦斷裂構(gòu)造體系及對礦山建設(shè)的影響

李金龍

(河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限公司)

馬城鐵礦斷裂構(gòu)造體系及對礦山建設(shè)的影響

李金龍

(河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限公司)

馬城鐵礦區(qū)地處陰山—天山緯向構(gòu)造帶東段，燕山南部帶山海關(guān)臺拱西南邊緣，西南為薊縣坳陷，南為黃驊坳陷，屬司馬長鐵礦成礦帶。通過物探與鉆探，并輔以水文孔大井抽水和群孔抽水進(jìn)行試驗分析。結(jié)果表明，區(qū)內(nèi)主要的F1、F2、F3等3條斷裂對礦體具有破壞與控制作用，尤其是三者相互作用形成的斷裂帶影響區(qū)，是影響礦山開發(fā)利用的主要區(qū)域，建議在基建、生產(chǎn)勘探等階段加強對斷裂帶的階段性研究，達(dá)到安全生產(chǎn)、充分回收資源的目的。

馬城鐵礦 斷裂構(gòu)造 礦山建設(shè)

對隱伏斷裂的研究一般是在重力異常、電磁異?？碧降幕A(chǔ)上采用鉆探方式進(jìn)行揭露，根據(jù)斷裂揭露情況布置適量的水文孔，進(jìn)行抽水試驗，從而查明斷裂構(gòu)造之間相互關(guān)系及其影響帶。為了分析馬城鐵礦區(qū)斷裂構(gòu)造體系，討論其對礦山建設(shè)的影響，布置了大量物探、鉆探工程，并進(jìn)行了大井、群井抽水試驗，共查明了3條斷裂，分別命名為F1、F2、F3，該3條斷裂對礦體均造成一定的破壞作用，尤其是Ⅱ#礦體，基本呈環(huán)狀包圍了Ⅱ#礦體的北部，對其走向、傾向延伸均造成了較大影響，更對Ⅱ#礦體的開發(fā)利用帶來了巨大的困難[1]。

1 礦區(qū)斷裂構(gòu)造體系分析

1.1 物探分析原理

馬城礦區(qū)斷裂屬隱伏構(gòu)造，對隱伏斷裂構(gòu)造的研究基本是采用由已知到未知，物探先行，鉆孔揭露的工作順序，并通過大井、群孔抽水試驗來研究斷裂帶間的相互關(guān)系。一定的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征決定著一定的地球物理場的分布特征，斷層、破碎帶主要是依據(jù)電阻率等值線的形態(tài)變化特征判別的。在斷層及破碎帶處表現(xiàn)為數(shù)值發(fā)生突變，等值線形態(tài)扭曲、傾斜或直立；依據(jù)電阻率斷面圖上低阻異常的等值線密集處(梯度變化最大處)確定斷層、破碎帶的邊界。

1.2 斷裂構(gòu)造體系展布特征

斷裂帶展布除受區(qū)域應(yīng)力場方向控制外，還與基巖的分布有關(guān)系。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造分布以近SN，NNE向為主。經(jīng)過多個構(gòu)造期次，區(qū)內(nèi)斷裂受到多期構(gòu)造應(yīng)力的作用，形成了現(xiàn)今的構(gòu)造形態(tài)。結(jié)合前人對該區(qū)的研究成果和鉆孔信息，按照斷裂的發(fā)育機制、性質(zhì)，將區(qū)內(nèi)斷裂可分為2類：①走滑性質(zhì)的斷裂，包括F1、F2斷裂；②逆沖斷裂，F(xiàn)3斷裂。

(1)F1斷裂。為走滑斷裂，其影響帶位于12～24勘探線間，并向西南延伸交于F2斷裂，走向NNE，根據(jù)已有鉆孔資料推測其傾向SE，傾角較陡，大于70°，斷裂帶影響寬度200～300 m，控制長度近2 700 m，NE向有向灤河延伸并與之相交之勢，SW向與F2斷裂帶相交。從斷裂充填物來看，此斷裂為多期構(gòu)造運動所形成，早期應(yīng)以拉張為主，后期以壓扭為主。

(2)F2斷裂。位于礦區(qū)西部，呈雁列式展布貫穿礦區(qū)南北，為走滑斷裂，主體走向控制長度近 4 000 m，水平寬10～130 m，總體呈自南向北規(guī)模變小，傾角變緩的趨勢。在其南部、中部、北部均有5～10個鉆孔揭露。鉆孔巖心顯示，自南向北均被后期大規(guī)模的輝綠巖體充填。除中部ZK0-4輝綠巖體頂?shù)装迤扑檩^強外，其南部、北部均較完整，推斷該斷裂被充填后，受到了后期壓扭性構(gòu)造運動的影響，即F1斷裂構(gòu)造帶的后期壓扭性構(gòu)造運動對其造成的破壞。

(3)F3斷裂。走向NEE，傾向NW，傾角62°～85°，走向長約730 m，水平寬60～80 m，其性質(zhì)與F1斷裂相似，早期以拉張為主，后期以壓扭為主。

綜上所述，礦區(qū)斷裂破碎帶發(fā)育，且斷裂帶具有多期次，多重復(fù)性活動的特點，斷裂性質(zhì)復(fù)雜多變。但是由于最后一次運動具有明顯的拉張性，所以區(qū)內(nèi)斷裂除F1斷裂外均具有明顯的拉張?zhí)攸c。

1.3 斷裂帶間的相互關(guān)系

為了更好的揭露斷裂帶影響范圍及其相互關(guān)系，對礦區(qū)進(jìn)行了大井及群孔抽水(抽水量4 700 m3/d)試驗，根據(jù)試驗結(jié)果，礦區(qū)地下水位影響范圍達(dá)到周圍2 000 m距離，影響范圍很廣，地下水位變化形態(tài)亦與馬城礦區(qū)構(gòu)造展布特征想吻合。礦區(qū)內(nèi)多孔抽水第二礫石層降深等值線圖見圖1。

圖1 馬城礦區(qū)多孔抽水第二礫石層降深等值線[1]

由圖1可知，受F1、F2、F3斷裂的共同影響，馬城鐵礦區(qū)地下水位變化形態(tài)軸向以NEE向為主，這與該礦區(qū)的斷裂展布特征十分吻合，印證了F1斷裂與F3斷裂構(gòu)造帶具有很強的導(dǎo)水性，且影響范圍極廣。F2斷裂構(gòu)造帶因后期被輝綠巖脈充填，其本身具有相對阻水作用，但其影響帶也是不容忽視的導(dǎo)水渠道。

2 斷裂構(gòu)造成因

2.1 F1、F2斷裂

2.1.1 燕山期

在此階段，燕山地區(qū)由于太平洋板塊向NE俯沖，區(qū)內(nèi)受NE—SE向構(gòu)造應(yīng)力作用，在該區(qū)形成了一系列的NE、近SN向的逆沖斷裂構(gòu)造[2]。F1、F2斷裂在該時期受NW—SE向構(gòu)造應(yīng)力場的持續(xù)作用，斷裂開始形成并發(fā)生較大規(guī)模的活動，斷層運動模式為逆沖，并形成了一系列的小構(gòu)造。

2.1.2 晚燕山期

早燕山期構(gòu)造作用后，該區(qū)總體構(gòu)造格局已經(jīng)基本形成，即全區(qū)形成了以NE向構(gòu)造為主的構(gòu)造格局。但由于后期伸展構(gòu)造應(yīng)力的作用，早期形成的斷裂進(jìn)一步被改造。在此階段，斷裂沿早燕山期形成的斷裂面發(fā)生了一定程度的左行走滑運動[3]。

在青龍河斷裂帶左行走滑斷裂系統(tǒng)中，發(fā)育著一系列的次級張性斷裂和張裂脈，它們構(gòu)成了該左行走滑斷裂系的“T破裂”[4]，包括F2、F3斷裂北部，它們大體上構(gòu)成了左行走滑斷裂系中的“T破裂”。

由于研究區(qū)內(nèi)經(jīng)過多期活動和改造，斷裂發(fā)育，從而使褶皺構(gòu)造不發(fā)育，特別是達(dá)到一定規(guī)模的褶皺很少并且遭到強烈地改造和破壞，因此很難判斷其反映的變形機制。

由鉆井巖芯資料可知，斷裂破碎帶內(nèi)主要發(fā)育有斷層角礫巖，斷層帶內(nèi)可見綠泥石，高嶺土和構(gòu)造片巖等反映韌性變形的構(gòu)造巖，也有大量的碎裂巖較發(fā)育的破劈理和斷層泥等脆性變形的構(gòu)造巖，該組走滑斷層是在脆-韌性條件下形成后，又疊加了脆性變形作用的結(jié)果。根據(jù)斷層帶特征，斷層顯示有多期活動性質(zhì)，既有張性、壓性特點又具水平運動的特點，受左行剪切構(gòu)造活動的影響較大。

2.2 F3逆斷裂

由于燕山早期的擠壓應(yīng)力場的作用，形成了逆沖斷裂。燕山后期，應(yīng)力場轉(zhuǎn)變，主要為拉張應(yīng)力環(huán)境[5]。因此，斷裂帶的上盤沿著原有的斷裂面下降，發(fā)生一定程度的負(fù)反轉(zhuǎn)。

3 斷裂構(gòu)造對礦山開發(fā)利用的影響

3.1 斷裂構(gòu)造對礦體的影響

F1斷裂位于Ⅱ#礦體北端，截斷了Ⅱ#礦體的向北延伸。根據(jù)推測F1斷裂SW延伸部分經(jīng)過8、4線，在16～0線與F2斷裂交錯。F2斷裂分布范圍較廣，并且對礦體造成了較嚴(yán)重的破壞。北段輝綠巖由不連續(xù)的3條脈組成，沿走向延伸方向切斷Ⅺ#、Ⅻ#礦體，但未產(chǎn)生明顯位移。中段輝綠巖為一條脈，在深部切斷了Ⅱ#礦體的傾斜延深。南段輝綠巖厚度較大，由近平行的1組脈體組成，21、23線規(guī)模最大，南北延伸方向均收攏為1條，對礦體破壞作用較強，主要是在21～23線斜穿Ⅰ#、Ⅲ#、Ⅴ#礦體，嚴(yán)重破壞了礦體的完整性。3條斷裂基本呈環(huán)狀包圍了Ⅱ#礦體的北部，對其走向、傾向延伸均造成了較大影響。F1斷裂截斷了Ⅱ#礦體的向北延伸，F(xiàn)3晚期逆斷裂及西側(cè)輝綠輝長巖脈在其南端將其截穿。

3.2 斷裂構(gòu)造對礦區(qū)水文地質(zhì)條件的影響

區(qū)內(nèi)斷層以壓扭性為主，斷層巖石泥化、糜棱巖化嚴(yán)重，斷層整體透水性較弱，但距斷層一定距離的斷層影響帶，特別是多條斷層共同作用所形成的復(fù)合影響帶基巖構(gòu)造裂隙發(fā)育，裂隙充填程度較低，富含基巖構(gòu)造裂隙水。由F1、F2、F3斷層相互作用形成的復(fù)合影響帶主要分布在3～24線，垂向延伸深度嚴(yán)格受斷層控制，一般集中于-150～ -800 m 標(biāo)高，破碎帶厚度變化大，從幾米到幾百米不等，裂隙率一般為1.0%～5.0%，多以破碎帶的形式出現(xiàn)。礦區(qū)各斷層在該地段相互溝通、相互影響，形成脈絡(luò)狀基巖構(gòu)造裂隙含水帶，是礦床充水的主要通道。

3.3 斷裂構(gòu)造對礦區(qū)工程地質(zhì)條件的影響

馬城礦區(qū)地處灤河沖洪積扇頂部，礦體深埋于上百米厚的第四系松散堆積物之下，賦存于太古界單塔子群白廟組變質(zhì)巖中，礦體為磁鐵石英巖，圍巖為混合花崗巖、混合巖、黑云變粒巖、輝綠巖等，均屬堅硬脆性巖石。礦區(qū)地處司馬長復(fù)式向斜褶皺帶中，巖石風(fēng)化作用強烈，斷裂構(gòu)造極其發(fā)育，各斷層均具多期次、重復(fù)性活動特點。在強烈的構(gòu)造活動過程中，礦區(qū)地層巖性變化復(fù)雜，近NE向平行展布的F1、F3斷裂規(guī)模較大，且對礦區(qū)主礦體均有穿插破壞作用。斷層帶巖石極度破碎，松散軟弱層厚度大，斷層影響帶較寬，且發(fā)育深度大，特別是F1、F3斷裂組成的復(fù)合影響帶富含基巖裂隙承壓水，具較強的導(dǎo)水性。斷層及其影響帶增強了礦床與第四系之間的水力聯(lián)系，地下水具有較大的靜水壓力，使礦區(qū)工程地質(zhì)條件變得非常復(fù)雜。

4 建 議

(1)3～24線間由F1、F2、F3等3條斷裂構(gòu)成的斷層影響帶為礦床充水的主要通道，該地段在礦床開采條件下，圍巖穩(wěn)定性差，易涌水、坍塌，且包括整個Ⅱ#主礦體對礦山生產(chǎn)影響巨大。應(yīng)對該區(qū)域進(jìn)行專題研究，確保礦山生產(chǎn)安全，加強對Ⅱ#主礦體資源的回收利用。

(2)完善排水設(shè)施，提高設(shè)防能力，有疑必探，加大探水孔深度，加強對地下水及其水位的動態(tài)監(jiān)測，確保礦山安全生產(chǎn)。

(3)對礦區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜的影響帶的研究要貫穿整個礦山建設(shè)及生產(chǎn)勘探中，在地下礦基建、探礦、采礦及排水過程中，進(jìn)行各階段的礦坑排水量觀測，建立不同層位的地下水觀測系統(tǒng)，特別是第四系底部含水層觀測系統(tǒng)，獲取足夠豐富的水文觀測資料，為后續(xù)的研究工作提供翔實的基礎(chǔ)資料。

(4)礦山在生產(chǎn)階段應(yīng)對圍巖的應(yīng)力、應(yīng)變及地下水進(jìn)行監(jiān)測，尤其是F1、F2、F3斷裂構(gòu)造帶構(gòu)成的復(fù)合影響帶，總結(jié)應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律，合理布置礦房、點柱尺寸、支護(hù)方案等，保證礦山安全生產(chǎn)。

(5)馬城鐵礦第四系含水豐富，由于歷史原因存在許多地質(zhì)老孔未進(jìn)行封孔，礦山在生產(chǎn)勘探過程當(dāng)中，務(wù)必對位于基巖與風(fēng)化帶處的各類鉆孔進(jìn)行封孔處理，防止鉆孔將第四系含水層與礦坑導(dǎo)通，形成人為通道。

[1] 胡興憂，劉鳳閣，劉大金，等.河北省灤南縣馬城鐵礦勘探報告[R].北京：中國冶金地質(zhì)總局第一地質(zhì)勘查院,2012.

[2] 朱志澄.構(gòu)造地質(zhì)學(xué)[M].北京：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1999.

[3] 趙 越.燕山地區(qū)中生代造山運動及構(gòu)造演化[J].地質(zhì)論評，1990，36(1)：1-12.

[4] 徐正聰，王振民.河北燕山地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造基本特征[J].中國區(qū)域地質(zhì)，1983(3)：39-55.

[5] 王 瑜.中生代以來華北地區(qū)造山帶與盆地的演化及動力學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社，1998.

2014-08-18)

李金龍(1984—)，男，工程師，碩士，063000 河北省唐山市路北區(qū)建設(shè)北路81號。