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    廣東英德觀音巖-大山洞石灰?guī)r區(qū)礦床地質(zhì)特征研究及資源開發(fā)的地質(zhì)環(huán)境問題探討

    2020-03-01 00:43:17孫偉許卓朋李曉瀟
    西部資源 2020年4期
    關(guān)鍵詞:節(jié)理泥質(zhì)灰?guī)r

    孫偉 許卓朋 李曉瀟

    摘要:廣東英德觀音巖-大山洞石灰?guī)r區(qū)礦床主要賦存于石炭系下統(tǒng)石磴子組,本文通過梳理礦床不同巖性特征、巖性組合下的地形地貌、化學(xué)成分變化及巖溶發(fā)育等特征,對礦床地質(zhì)特征進(jìn)行研究,并就石灰?guī)r礦產(chǎn)資源開發(fā)引起的地質(zhì)環(huán)境問題進(jìn)行探討。

    關(guān)鍵詞:石灰?guī)r;地質(zhì)特征;資源開發(fā);地質(zhì)環(huán)境問題

    1.地質(zhì)背景

    廣東英德觀音巖-大山洞石灰?guī)r區(qū)大地構(gòu)造位置屬南嶺中段,九峰東西向構(gòu)造帶與佛岡—豐良東西向構(gòu)造帶之間,北北東向粵北拗陷帶中的北江復(fù)式向斜南東翼[1-2]。北江復(fù)式向斜的總體延伸方向為北北東向,受北北東向區(qū)域性壓扭性深斷裂的影響,地層不連續(xù)、不完整,局部地段產(chǎn)生扭曲、褶皺,地貌上出現(xiàn)順北江復(fù)式向斜的延伸方向分布不穩(wěn)定連續(xù)的山體。組成北江復(fù)式向斜的地層為泥盆系(D)、石炭系(C)的淺海相碳酸鹽巖沉積。區(qū)域北側(cè)分布有呈北北東走向、傾向南東、傾角50°左右的官坪斷層;走向近東西、傾向南、傾角70°以上的壓扭性斷層龍頭山斷層;及呈北北東走向、傾向南東、傾角70°左右,與北江向斜軸向近乎一致,平行北江展布的縱向壓性斷層冬瓜鋪斷層。區(qū)域上未見規(guī)模巖漿巖出露。

    研究區(qū)出露的地層主要為石炭系下統(tǒng)石磴子組(C1sh),由于構(gòu)造影響,總體形態(tài)呈“S”型條帶狀(圖1),局部有輕微的變質(zhì)現(xiàn)象,未見巖漿巖出露。

    1.1地層

    石炭系下統(tǒng)石磴子組(C1sh):按不同的巖性特征、巖性組合共分八段,按自東向西劃分:第一段至第八段。巖層產(chǎn)狀:中北部傾向北西、中南部傾向南西、南部傾向北西,傾角一般為41°~52°。

    第一段:該段分布于研究區(qū)東側(cè),沿走向和傾向延伸穩(wěn)定。巖性為灰、灰黃色薄層狀泥灰?guī)r夾條帶狀泥質(zhì)灰?guī)r、頁巖,靠頂部層間含黑色炭質(zhì)薄膜,往下部泥質(zhì)含量增加,風(fēng)化后顏色變淺,層理變薄,易成碎片狀裂開。

    第二段:該段分布于研究區(qū)東側(cè),位于第一段之上,沿走向和傾向延伸較穩(wěn)定,平均厚度約100m。巖性為深灰色中厚~厚層狀灰?guī)r,下部含不連續(xù)泥質(zhì)條紋。

    第三段:該段分布于研究區(qū)東側(cè),位于第二段之上,層位穩(wěn)定,厚3.0m~11.64m。巖性為灰色薄層狀砂質(zhì)泥灰?guī)r,層間含較多泥質(zhì),風(fēng)化后成片狀,易碎裂,局部見鈣質(zhì)粉砂巖。

    第四段:分布研究區(qū)中部,位于第三段之上,該層沿走向和傾向延伸穩(wěn)定,厚度穩(wěn)定,厚大于116.9m。巖性為灰、深灰色中厚層狀灰?guī)r,節(jié)理和巖溶較發(fā)育,偶見砂泥質(zhì)不連續(xù)條帶出現(xiàn)。

    第五段:該段位于研究區(qū)中部偏西,位于第四段之上,層位穩(wěn)定,沿走向和傾向均較連續(xù)。厚25.2m~42.2m。巖性為灰白、灰色薄~中厚層狀砂(泥)質(zhì)灰?guī)r為主、灰?guī)r次之,頂?shù)诪楹?m~7m砂質(zhì)泥灰?guī)r或泥質(zhì)灰?guī)r。

    第六段:該段分布于研究區(qū)西側(cè),位于第五段之上,地表巖溶較發(fā)育,沿走向和傾向穩(wěn)定,厚度大于179.5m。巖性為灰、深灰色中厚~厚層狀灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、條紋狀泥質(zhì)灰?guī)r夾泥灰?guī)r。層間含泥質(zhì)較多,風(fēng)化后成棕紅色薄膜。

    第七段:該段分布于研究區(qū)西側(cè),位于第六段之上,厚3m~7m。巖性為紫紅色薄層砂質(zhì)泥灰?guī)r,層間有方解石脈充填。局部為泥質(zhì)灰?guī)r、大理巖化泥灰?guī)r。

    第八段:該段分布于研究區(qū)西側(cè)邊緣,位于第七段之上。巖性為深灰色中厚~厚層狀灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、夾白云質(zhì)泥灰?guī)r,偶見硅質(zhì)團(tuán)塊或條帶不連續(xù)出現(xiàn)。

    1.2構(gòu)造

    (1)褶皺:研究區(qū)上巖層整體呈“S”型條帶狀展布,局部地段地層沿走向和傾向具有波狀起伏現(xiàn)象,而致傾向、傾角變化較大。

    (2)斷層:主要分布于研究區(qū)的北江西側(cè)觀音巖附近,主要發(fā)育兩條斷層:F1、F2。

    F1:斷層走向為320°~340°,傾向南西,傾角67°~85°,長900m以上,斜切各段地層。斷層兩側(cè)巖層錯動明顯,破碎帶寬度1m~25m,破碎帶中充填角礫狀灰?guī)r碎塊,大小不一,方解石脈較發(fā)育,泥質(zhì)填充包裹。局部巖層因擠壓錯動,可見擦痕、扭動摩擦鏡面、雁列平行之節(jié)理裂隙,裂隙中充填方解石脈。斷層性質(zhì)為壓性平推逆斷層。

    F2:位于F1南西側(cè),東北端與F1相交,斜切石磴子組第一段、第二段等地層。斷層走向為近南北向,傾向西,傾角為55°~70°,可見長度約300m,南西端被第四系所掩蓋。斷層兩側(cè)巖石錯動明顯,南盤(下盤)相對下降。破碎帶寬1m~5m,帶中充填泥質(zhì)包裹的角礫狀灰?guī)r或泥灰?guī)r碎塊,大小不一。局部巖層因擠壓錯動,而見擦痕、滑動面。巖石節(jié)理、裂隙發(fā)育,為方解石脈充填。斷層性質(zhì)為縱向逆斷層。

    (3)節(jié)理:研究區(qū)主要發(fā)育的四組節(jié)理。第一組:走向北東,傾向北西,走向與巖層走向近乎一致,產(chǎn)狀一般為305°∠70°,該組節(jié)理較發(fā)育,主要屬張節(jié)理性質(zhì),大部分呈“V”型開口。第二組:走向近南北,傾向東,總體走向與巖層走向呈大角度(30°以上)斜交,其產(chǎn)狀為傾向80°~103°、傾角36°~45°、平均90°∠40°,該組節(jié)理亦較發(fā)育,節(jié)理面平直、緊閉,方解石微脈充填,局部見滑動面和雁列狀方解石脈,屬壓剪性質(zhì)。第三組:走向近南北,傾向西,總體走向與巖層走向斜交,交角40°左右,產(chǎn)狀一般為傾向253°~268°、傾角55°~70°、平均260°∠60°,該組節(jié)理與第二組節(jié)理為共扼關(guān)系,節(jié)理面粗糙,開口呈“V”型,顯示張節(jié)理性質(zhì)。第四組:走向北北西,傾向北東,總體走向與巖層走向斜交,交角30°~40°,產(chǎn)狀一般為傾向60°~68°、傾角50°~58°、平均65°∠55°,該組節(jié)理發(fā)育一般,節(jié)理斷面呈“V”字型,顯示張性性質(zhì)。上述四組節(jié)理相互切割,以第一組節(jié)理為主并切割其他節(jié)理。

    2.礦體地質(zhì)特征

    2.1形態(tài)、產(chǎn)狀特征

    礦體沿走向上總體形態(tài)呈“S”型條帶狀展布,內(nèi)部構(gòu)造形態(tài)較簡單,總體呈單斜層狀產(chǎn)出,整體產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀一致。

    2.2地形地貌特征

    研究區(qū)屬丘陵地貌,區(qū)內(nèi)最高海拔295.30m(觀音巖),最低海拔30m(北江河灘),相對高差265.3m。山勢陡峻,北側(cè)觀音巖一帶以高近100m~150m的陡巖直立于北江;東側(cè)大部分地形為高50m以上的陡崖;南、西坡一般40°~50°;山體四周平坦,海拔30m~40m。

    石磴子組各分段巖層特征如下:

    第一段地表特征較明顯,常見薄狀層理,易成碎片狀裂開,與第二段深灰色中厚~厚層狀灰?guī)r分解明顯;第三段呈灰色薄層狀砂質(zhì)泥灰?guī)r,風(fēng)化后成片狀,易碎裂特征,主要分布于第四段中厚層狀灰?guī)r東側(cè)陡崖邊,其層位穩(wěn)定,地貌與植被較其上、下段有差異,與上下段差異較明顯;第四段中厚層灰?guī)r,東側(cè)(與傾向相反方向)易形成陡崖,植被覆蓋較少,西側(cè)與第五段區(qū)別亦明顯;第五段主要為薄~中厚層砂(泥)質(zhì)灰?guī)r,地形常較兩側(cè)底,地貌上多為槽溝,為礦床的明顯標(biāo)志層,走向穩(wěn)定,特征明顯;第六段主要為灰~深灰色中厚~厚層狀灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r,與東側(cè)第五段區(qū)別較明顯;第七段多為紫紅色薄層砂質(zhì)泥灰?guī)r,地貌上多形成溝槽;第八段深灰色中厚~厚層狀灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r,與第七段分解明顯。

    整體分析:縱向上整體呈“M”型;第一段、第二段、第三段分布在“M”型右側(cè)(即東側(cè))山坡地帶;第四段地貌上沿走向多形成山峰,聯(lián)線為沿走向的山脊,且東側(cè)多為陡崖(第三段即位于陡崖底),分布在“M”型右側(cè)(即東側(cè))山峰;第五段整體呈溝槽,分布在“M”型中間坳陷部位,右側(cè)凸起為第四段,左側(cè)凸起為第六段;第六段地貌上沿走向亦多形成山峰,聯(lián)線為沿走向的山脊,分布在“M”型左側(cè)(即西側(cè))山峰;第七段、第八段分布在“M”型左側(cè)(即西側(cè))山坡,其中第七段在地貌表現(xiàn)上為第六段和第八段之間的溝槽。

    2.3化學(xué)成分特征

    石磴子組各段平均化學(xué)成分見表1。

    化學(xué)成分沿走向的變化:較穩(wěn)定,整體呈波狀變化;沿傾向的變化:CaO總體具有從地表向深部呈波狀漸降的趨勢,MgO呈負(fù)相關(guān)關(guān)系;沿厚度的變化:具波狀起伏變化。按國家標(biāo)準(zhǔn)水泥用石灰?guī)r工業(yè)指標(biāo),如CaO≥45及MgO≤3.5,fsio2等含量滿足要求,可作為水泥用石灰質(zhì)原料,該礦床主體巖層滿足該要求,現(xiàn)已被開發(fā)利用為水泥用石灰?guī)r礦開采基地。

    2.4巖溶發(fā)育特征

    地表巖溶較發(fā)育,以溶溝、溶槽為主,局部偶見溶蝕塌陷形成的漏斗,地表巖溶率為1.27%~2.68%,平均為2.14%,巖溶發(fā)育程度有一定差異,北段較南段發(fā)育;深部巖溶不發(fā)育,深部巖溶率為0.58%~2.25%。平均為0.81%,巖溶發(fā)育程度亦有一定差異,在近地表15m~50m范圍內(nèi),巖溶較發(fā)育,深部隨巖層和節(jié)理裂隙逐漸“閉合”而減弱、甚至消失。第四段和第六段巖溶較發(fā)育。

    2.5礦床成因

    根據(jù)該礦床特征,巖石普遍含泥砂質(zhì),為石灰質(zhì)成分與泥砂質(zhì)成分混合搬運沉積而成。沉積的灰?guī)r主要為薄層或中厚層,水平層理發(fā)育,其中紋層由石灰質(zhì)成分與泥砂質(zhì)成分交互重疊而成,從而反映該灰?guī)r在沉積時的環(huán)境主要為淺海~濱海潮坪環(huán)境,因此判定該礦床成因類型為淺海臺地~濱海潮坪相碳酸鹽巖沉積建造。

    3.資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

    該礦床中北側(cè)于2003年共探明水泥用石灰?guī)r礦資源量約3億噸,2006年12月底由廣東省國土資源廳發(fā)證開采水泥用石灰?guī)r礦,該礦山歷經(jīng)十幾年的露天開采,截止2019年底,采礦證范圍內(nèi)保有資源儲量約1.8億噸,按礦山生產(chǎn)規(guī)模,預(yù)計還可開采20年以上?,F(xiàn)狀形成成北東-南西向長條形開采面,長寬為1600m×650m,中部形成140m開采平臺,其南側(cè)現(xiàn)狀形成三個臺階:160m、175m、191m開采平臺,北側(cè)主要形成6個臺階:160m、175m、189m、204m、219m開采平臺。

    4.資源開發(fā)利用引起的地質(zhì)環(huán)境問題

    礦山資源開發(fā)利用必然會引起礦山地質(zhì)環(huán)境問題,按導(dǎo)致的結(jié)果[4],可分為地質(zhì)災(zāi)害、土地資源破壞、地形地貌景觀破壞、含水層破壞。其中地質(zhì)災(zāi)害含崩塌、滑坡、泥石流、地面沉積、地面塌陷及地裂縫等;土地資源破壞含土地壓占、挖損、污染等;地形地貌景觀破壞指人視覺感官改變;含水層破壞含結(jié)構(gòu)破壞、水質(zhì)惡化等。

    該礦床處設(shè)立的礦山,開采方式為露天開采,最低開采標(biāo)高高于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面,引起的地質(zhì)環(huán)境問題主要為:①地質(zhì)災(zāi)害:崩塌、滑坡;②土地資源破壞:土地壓占、挖損;③地形地貌景觀破壞;④含水層破壞:含水層結(jié)構(gòu)破壞。

    地質(zhì)災(zāi)害:現(xiàn)狀未見崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生;根據(jù)礦山開發(fā)利用方案,礦山將形成北東側(cè)、南側(cè)、東側(cè)終了邊坡,自上而下呈臺階式,單臺階高15m;其中北東側(cè)和南側(cè)邊坡坡向近乎垂直巖層傾向,東側(cè)邊坡基本沿巖層面,根據(jù)極射赤平投影方法分析結(jié)果,該邊坡屬于穩(wěn)定狀態(tài)。礦山巖層節(jié)理發(fā)育,礦山開采造成原結(jié)構(gòu)破壞,加之礦山開采采用爆破方法,邊坡常有楔形和爆破碎裂的松散巖體,如不進(jìn)行及時清除,容易崩落,威脅人身財產(chǎn)安全。礦山最低開采標(biāo)高高于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面,且未設(shè)置排土場,基本不存在泥石流和因抽排地下水引起的巖溶地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害問題。

    土地資源破壞:礦山含采場、工業(yè)場地、運礦道路、辦公區(qū)等;其中采場會造成土地挖損,因該礦山開采區(qū)域為原基巖基本裸露的山地,可供種植的土地資源少,礦山開采導(dǎo)致的土地挖損對土地資源(農(nóng)業(yè)用地)影響較小,如礦山閉坑進(jìn)行覆土復(fù)墾后,可增加可供利用的土地資源;工業(yè)場地、辦公區(qū)主要為壓占土地資源,后可恢復(fù)原土地功能;運礦道路同時存在土地資源挖損和壓占,靠近山體一側(cè)主要為挖損,外側(cè)為壓占。因該礦山開采水泥用石灰?guī)r礦,為非金屬礦種,基本無重金屬等污染物,對土地污染較小。

    地形地貌景觀破壞:該礦山位于北江西側(cè),京廣高鐵線東側(cè),采場距北江最近約600m,距高鐵線最近約1km,礦山開采造成地表植被破壞、巖石裸露、坡腳堆積滾石等,對地貌景觀形成不可逆的破壞,直接反映在對視覺沖擊。在礦山開采過程中,需按礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)和土地復(fù)墾要求,邊開采邊復(fù)墾,及時復(fù)綠,減小對景觀的影響。

    含水層破壞:礦山開采導(dǎo)致地形、巖層結(jié)構(gòu)等發(fā)生改變,從而引起原有含水層結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,形成破壞。因礦山最低開采標(biāo)高位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面之上,開采現(xiàn)狀未見地下水出露,總體對地下水結(jié)構(gòu)影響不大;另礦山開采礦種為水泥用石灰?guī)r礦,基本無重金屬等污染物,其對水體污染亦較小。

    5.結(jié)論

    該礦床在不同巖性特征、巖性組合下,有不同的地形地貌、化學(xué)成分及巖溶發(fā)育特征;其資源開發(fā)利用易引起崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害,土地壓占、挖損,地形地貌景觀破壞及含水層結(jié)構(gòu)破壞等地質(zhì)環(huán)境問題。

    參考文獻(xiàn)

    [1]廣東省地質(zhì)礦產(chǎn)局.廣東省區(qū)域地質(zhì)志.地質(zhì)出版社. 1988.

    [2]廣東省地質(zhì)局. 1∶20萬英德幅說明書1966

    [3]中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心廣東總隊.廣東省英德市英城鎮(zhèn)觀音山水泥石灰?guī)r礦區(qū)勘探報告. 2003.

    [4]徐友寧等.礦山環(huán)境地質(zhì)問題特點及類型劃分.西北地質(zhì).2003.

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