龐運(yùn)權(quán),黃長帥,聶舒靜
(1.廣西壯族自治區(qū)礦產(chǎn)資源儲量評審中心,廣西 南寧 530022;2.中國有色桂林地質(zhì)礦產(chǎn)研究院有限公司,廣西 桂林 541004;3.廣西壯族自治區(qū)三〇七核地質(zhì)大隊(duì),廣西 貴港 537100)
卡林型金礦是重要的金礦床類型之一。滇黔桂“金三角”地區(qū)是我國重要的卡林型金礦產(chǎn)區(qū),其內(nèi)分布有多個超大—大型金礦床,如丫他、爛泥溝、水銀洞等。區(qū)內(nèi)卡林型金礦多位于碳酸鹽臺地邊緣斜坡相帶[1]、斷裂—背斜相交處[2-3],根據(jù)礦床的產(chǎn)狀可分為層控性礦床和斷控型礦床[4-5]。
林旺金礦位于百色市樂業(yè)縣,是近年來新發(fā)現(xiàn)的一個中型礦床。前人對林旺金礦基礎(chǔ)地質(zhì)特征[6-10]、流體包裹體[11]及同位素[12]等方面進(jìn)行研究后,認(rèn)為該礦床同時具有層控和斷控的特征,構(gòu)造疊加是形成厚大礦體的主要原因。林旺金礦床成礦流體為中低溫、低鹽度、中低密度的流體,主要來源于混合的變質(zhì)水。本文在礦床勘查工作的基礎(chǔ)上,對礦區(qū)水文、工程、環(huán)境地質(zhì)條件進(jìn)行分析,為礦山資源開發(fā)利用提供參考依據(jù)。
林旺金礦位于揚(yáng)子克拉通西緣的右江盆地,地處揚(yáng)子地塊、華夏地塊、越北地塊和思茅地塊的交匯部位[13],以紫云—都安大斷裂、憑祥大斷裂、紅河大斷裂、盤縣—師宗大斷裂等深大斷裂為界,與上述幾大構(gòu)造端元相隔。林旺金礦位于右江大斷裂與紫云—都安大斷裂夾持的樂業(yè)孤立碳酸巖臺地北部邊緣(圖1)。
圖1 滇黔桂“金三角”構(gòu)造簡圖(據(jù)文獻(xiàn)[13]修改)
礦區(qū)內(nèi)地層巖性復(fù)雜(圖2)。礦區(qū)東部出露中三疊統(tǒng)百逢組,為一套巨厚復(fù)理石建造,可分四段,區(qū)內(nèi)僅出露第四段,按沉積旋回及巖性組合特征,劃分出上、中、下三個亞段,礦區(qū)內(nèi)僅出露中、下亞段。其中下亞段為礦區(qū)主要賦礦層位,可分為五個巖性層,巖性主要為石英雜砂巖、含碳質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、生物屑泥巖、白云質(zhì)或鈣質(zhì)泥巖等。下亞段中常發(fā)育同生黃鐵礦,主要呈細(xì)粒團(tuán)斑狀、團(tuán)塊狀或條帶狀集合體,偶見扁球狀、橢球狀或短柱狀黃鐵礦結(jié)核,黃鐵礦晶型主要為自形立方體[14]。礦區(qū)西部出露中三疊統(tǒng)板納組,為一套薄層狀鈣質(zhì)泥巖、生物屑泥巖及粉砂質(zhì)泥巖三者互層組合,可分三個巖性段,區(qū)內(nèi)僅出露上、中兩段[14]。
礦區(qū)內(nèi)褶皺、斷裂構(gòu)造發(fā)育。區(qū)內(nèi)較大的褶皺構(gòu)造為幼平背斜,次級褶皺為林旺背斜。礦區(qū)位于幼平背斜南東傾伏端外緣,該背斜總體北西走向,上二疊統(tǒng)合山組構(gòu)成背斜核部,兩翼依次出露上二疊統(tǒng)和三疊系。區(qū)域性浪全—樂業(yè)弧形基底大斷裂通過背斜北東翼外側(cè),為槽盆相百逢組、蘭木組與臺地相板納組之間的邊界斷裂。同沉積期形成的浪全—樂業(yè)斷裂(F1~F7)為區(qū)內(nèi)主干斷裂,是礦區(qū)主要的導(dǎo)礦容礦斷裂[5-6],自南向北貫穿整個礦區(qū),周圍發(fā)育多條后期形成的近SN、NW向次級斷裂(圖2),內(nèi)部存在蝕變和礦化。
圖2 林旺礦區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)文獻(xiàn)[14]修改)
礦區(qū)內(nèi)圍巖蝕變發(fā)育,主要發(fā)育在構(gòu)造破碎帶內(nèi)金礦體與圍巖的接觸帶附近,主要圍巖蝕變的種類有毒砂-黃鐵礦化、硅化、碳酸鹽化、泥化-絹云母化-褪色及赤鐵礦化、炭化等。
林旺金礦床礦體產(chǎn)狀較陡、且與背斜軸面F1~F7斷裂群產(chǎn)狀近似、產(chǎn)狀相似的復(fù)合脈狀礦體,具有巖控及構(gòu)造控礦的雙重特點(diǎn)[5-6]。按金礦體產(chǎn)出的構(gòu)造部位、礦體空間分布特點(diǎn)、密集程度和工作程度等因素,礦區(qū)整體范圍內(nèi)可劃分為四個礦段,即北部八岸礦段、中部礦山礦段、南部杉木林礦段及上里礦段,共23個礦體[14]。金礦體均分布于F1~F7斷裂群之間,其中礦山礦段的I號礦體為主要礦體[12]。Ⅰ號礦體形態(tài)屬于賦存在背斜軸部的不對稱鞍部,其形態(tài)變化依賴于背斜構(gòu)造的形態(tài)及F1斷層的產(chǎn)狀而變化(圖3),礦體走向350°,長600 m,寬30~90 m,控制斜深40~160 m,占礦區(qū)資源量的32.60%。
圖3 林旺金礦床I號礦體剖面圖(據(jù)文獻(xiàn)[14]修改)
礦區(qū)屬中亞熱帶山地季風(fēng)氣候,全年氣候溫暖,其中無霜期長達(dá)314天,歷年最高溫氣溫為40.9℃,最低氣溫為-2.8℃,多年日平均氣溫為18.1℃。該地區(qū)雨量充沛,年降雨量最大為1655.6 mm,最小為907.2 mm,多年平均降雨量為1269.9 mm。此外,該區(qū)干濕季節(jié)明顯,雨季為5—9月,雨季平均降雨量為1085.15 mm,12月至次年的2月為旱季。年平均蒸發(fā)量為1297.0 mm,平均相對濕度為79%。
以西面幼朗嶺西坡為界,礦區(qū)地貌可分成東西兩個單元:西部為碳酸鹽類的峰叢洼地地貌,洼地中有落水洞、漏斗等;東部為粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖,砂質(zhì)泥巖等碎屑巖構(gòu)成的中低山地貌,地形坡度15°~35°,地形高程為559~999 m,地形高差為150~300 m。區(qū)內(nèi)山間溝谷發(fā)育,林旺小溪是幼平河?xùn)|南面次級支流,由南往北穿過礦區(qū),林旺小溪東西兩岸為由泉水補(bǔ)給的山間小溪。
礦區(qū)位于幼平河南岸次級支流林旺小溪上游,礦區(qū)西面以中三疊統(tǒng)板納組第三段為隔水邊界,東面以分水嶺為邊界,形成一個以中三疊統(tǒng)百逢組第四段砂巖裂隙含水層為主要含水層的總體為單斜構(gòu)造的水文地質(zhì)單元。八岸礦段位于林旺小溪西面,河床高程為566 m,為八岸礦段最低侵蝕基準(zhǔn)面,地下水由西往東徑流,排入林旺小溪。礦山礦段主要位于林旺小溪東面,在尾礦壩下游河床高程為602 m,為礦山礦段最低侵蝕基準(zhǔn)面,地下水由東往西徑流,排入林旺小溪。杉木林礦段及上里礦段位于林旺小溪南西面,該段林旺小溪因截流形成蓄水庫,蓄水庫水位高程為712 m,為杉木林礦段及上里礦段最低侵蝕基準(zhǔn)面,地下水由西往東徑流,匯入蓄水庫,經(jīng)礦山礦段東面排水隧道排入尾礦壩下游林旺小溪。
林旺金礦區(qū)的含水層有第四系沖洪積層、坡殘積層及人工堆積層的松散巖類孔隙含水層、中三疊統(tǒng)百逢組砂巖裂隙含水層、中三疊統(tǒng)板納組泥巖粉砂巖裂隙水含水層(相對隔水層)、下三疊統(tǒng)統(tǒng)羅樓組灰?guī)r溶洞裂隙含水層及上二疊統(tǒng)合山組灰?guī)r裂隙溶洞水含水層。①松散巖類孔隙含水層:由粉砂、砂礫石或漂石組成,主要接受大氣降水補(bǔ)給,無泉水出露,季節(jié)性變化較大,含水層富水性弱。②中三疊統(tǒng)百逢組砂巖裂隙含水層:由砂巖、粉砂巖和泥巖互層組成,出露泉水,高程為521~880 m,含水層富水性弱至中等。③中三疊統(tǒng)板納組泥巖粉砂巖裂隙水含水層:由薄層鈣質(zhì)泥巖、生物屑泥巖及粉砂質(zhì)泥巖三者互層組成,裂隙水主要賦存與粉砂質(zhì)泥巖及少量石英雜砂巖巖石裂隙中,出露泉水,高程為578~749 m,富水性弱,為相對隔水層。④下三疊統(tǒng)羅樓組灰?guī)r溶洞裂隙含水層:由泥巖和灰?guī)r互層組成,裂隙水主要賦存于泥巖裂隙中,出露泉水,高程為578 m,富水性弱至中等。⑤上二疊統(tǒng)合山組灰?guī)r裂隙溶洞水含水層:由微晶灰?guī)r、碳質(zhì)泥巖互層組成出露泉水,高程為557~631 m,富水性強(qiáng)。
礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造斷面平直,斷層破碎帶中主要為壓碎巖充填,泥質(zhì)或鈣質(zhì)接觸式膠結(jié),其破碎帶的巖石均比斷層附近巖石破碎,導(dǎo)致巖石透水性增強(qiáng),斷層破碎帶的富水性也增強(qiáng)。對礦床充水有影響的斷層主要在地表及深部切穿礦體或同時切穿礦體及地表小溪的F9、F10、F6、F1斷層。F1在八岸礦段內(nèi)出露部分測得涌水量為0.002~0.03 L/s,其余斷層切穿的含水層及地表水系可能通過破碎帶向礦坑滲透。
林旺金礦主要礦體垂向高程為755~86 m,林旺小溪尾礦壩下游河床高程為602 m,位于河床高程以上的礦體,坑道開采時可自然排水,但由于淺部巖石風(fēng)化裂隙發(fā)育,從而導(dǎo)致大氣降水通過風(fēng)化裂隙含水層向下滲透補(bǔ)給礦坑,大氣降水是淺部礦坑充水的主要影響因素。對礦體高程在小溪河床高程之下的礦段,溪水可能沿斷層破碎帶間接向礦坑充水。礦山存在民窿私采現(xiàn)象,且歷史長久,未來礦山開采存在老窿積水對礦坑充水的隱患。
礦區(qū)八岸、礦山、杉木林及上里等4個礦段共圈定礦體23個,其中礦山礦段范圍內(nèi)金礦體是未來礦山首采礦體,其分布范圍作為礦山礦體的礦坑涌水量計(jì)算范圍??紤]各礦體分布高程,以首采地段平均最低高程(451 m)的下一個中段作為計(jì)算水平,計(jì)算高程600 m、500 m及400 m的礦坑涌水量。計(jì)算公式:
礦坑涌水量預(yù)測參數(shù)取值及預(yù)測結(jié)果見表1。本次礦坑涌水量預(yù)測只針對主礦體首采地段,隨著次礦體的開采,礦坑擴(kuò)大,礦坑涌水量會有所變大,開采過程中應(yīng)考慮配備相應(yīng)的排水設(shè)施。
表1 坑道涌水量計(jì)算表
八岸礦段位于林旺小溪西面,最低侵蝕基準(zhǔn)面為566 m,地下水由西往東徑流,排入林旺小溪。該礦段只有小礦體分布,礦體埋藏淺且均位于當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面以上,水文地質(zhì)條件簡單。
礦山礦段主要位于林旺小溪東面,最低侵蝕基準(zhǔn)面為602 m,地下水由東往西徑流,排入林旺小溪。主礦體均位于該礦段,大部分位于侵蝕基準(zhǔn)面以下,水文地質(zhì)條件中等。
杉木林礦段及上里礦段位于林旺小溪南西面,最低侵蝕基準(zhǔn)面712 m,地下水由西往東徑流,匯入蓄水庫,經(jīng)礦山礦段東面排水隧道排入尾礦壩下游林旺小溪。該礦段分布小礦體,礦體埋藏淺且均位于當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面以上,水文地質(zhì)條件簡單。
根據(jù)地層巖性、巖體結(jié)構(gòu)面級別、巖石物理力學(xué)指標(biāo)和RQD值,將礦區(qū)巖體分為三類:散體狀結(jié)構(gòu)土體、碎裂-層狀結(jié)構(gòu)較軟-堅(jiān)硬的砂巖巖組、層狀結(jié)構(gòu)較堅(jiān)硬—堅(jiān)硬的砂巖巖組。
散體狀結(jié)構(gòu)土體:分布于礦段附近排土場、河床兩岸及山坡腳等地形平緩處,包括第四系人工堆積層、沖洪積層、殘坡積層、人工堆積層。該類土體穩(wěn)固性差,在雨水沖刷作用下容易流失。
碎裂-層狀結(jié)構(gòu)較軟-堅(jiān)硬的砂巖巖組:此巖類的分布與基巖風(fēng)化程度、構(gòu)造及巖性有關(guān),巖性包括遭受風(fēng)化的石英雜砂巖、泥質(zhì)粉砂巖及泥巖等。該類巖石鉆孔巖心多呈碎塊狀、塊狀,巖心RQD值為0~42.00%,巖石較破碎。其中,風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、泥巖的飽和單軸抗壓強(qiáng)度為9.43 MPa~11.30 MPa,均屬穩(wěn)固性差的軟巖石。F1斷裂為a層和b層的界面,斷層帶寬3~31 m,為層狀碎裂結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)體為大小不一、形狀各異的構(gòu)造巖塊組成,節(jié)理、劈理及揉皺極為發(fā)育,線裂隙率9~11條/m,在680 m中段以下有地下水涌入坑道,水量小,按RQD屬極壞的巖體,巖體強(qiáng)度低,極易產(chǎn)生坍塌、滑移、壓縮變形,屬碎裂結(jié)構(gòu)巖體。
層狀結(jié)構(gòu)較堅(jiān)硬-堅(jiān)硬的砂巖巖組:巖性主要為薄—中厚層狀粉砂巖、石英雜砂巖夾泥巖,該類巖石厚度較大、裂隙小。該類巖石鉆孔巖心多呈長柱狀、短柱狀,局部為塊狀,巖心RQD值為52.63%~93.78%,局部0~30%,巖石較完整。其中泥質(zhì)粉砂巖的飽和單軸抗壓強(qiáng)度為6.80 MPa~81.40 MPa,飽和內(nèi)聚力為4.93 MPa~16.19 MPa,摩擦系數(shù)為0.388~0.598。石英雜砂巖的飽和單軸抗壓強(qiáng)度為49.4 MPa~84.0 MPa,飽和內(nèi)聚力為5.46 MPa,摩擦系數(shù)為0.570(表2)。屬穩(wěn)固性較好的較堅(jiān)硬—堅(jiān)硬巖石,局部地段因斷裂、次級小褶皺發(fā)育,巖石相對較破碎,為軟巖—較軟巖,其穩(wěn)固性變低。
表2 巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)
礦區(qū)金礦石主礦層賦存于中三疊統(tǒng)百逢組第四段下亞段的石英雜砂巖中,頂、底板圍巖以砂巖夾泥巖為主,淺部因風(fēng)化淋濾,鈣質(zhì)流失,為粉砂巖或泥巖。
金礦石礦體,鉆孔巖心多呈薄至中厚層狀,局部為碎塊狀,礦石的飽和單軸抗壓強(qiáng)度為6.8 MPa~84.0 MPa,平均值為39.1 MPa,飽和內(nèi)聚力為5.36 MPa~5.46 MPa,摩擦系數(shù)為0.530~0.570。屬穩(wěn)固性較好的較堅(jiān)硬—堅(jiān)硬巖石,局部地段因斷裂、次級小褶皺發(fā)育,或巖石暴露地表發(fā)生崩解,巖石相對較破碎,其穩(wěn)固性變低。
金礦體頂板圍巖以泥質(zhì)粉砂巖為主,巖石的飽和單軸抗壓強(qiáng)度為7.4 MPa~81.4 MPa,平均值為49.8 MPa,飽和內(nèi)聚力為5.88 MPa~16.19 MPa,摩擦系數(shù)為0.510~0.598。屬穩(wěn)固性好的較堅(jiān)硬巖石。局部地段因斷裂、次級小褶皺發(fā)育,或巖石暴露地表發(fā)生崩解,巖石相對較破碎,其穩(wěn)固性變低。
金礦體底板圍巖以泥質(zhì)粉砂巖為主,巖石的飽和單軸抗壓強(qiáng)度為8.4 MPa~71.9 MPa,平均值為27.8 MPa,飽和內(nèi)聚力為4.93 MPa~10.37 MPa;摩擦系數(shù)為0.388~0.508。屬穩(wěn)固性好的較堅(jiān)硬巖石。局部地段因斷裂、次級小褶皺發(fā)育,或巖石暴露地表發(fā)生崩解,巖石相對較破碎,其穩(wěn)固性變低。
八岸礦段地層以泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、石英雜砂巖為主,地表風(fēng)化為硅質(zhì)泥巖。地形地貌條件簡單至中等,地層巖性單一,地質(zhì)構(gòu)造總體簡單,礦體埋藏淺,未來主要為露天開采,采場邊坡局部破碎地段可能會產(chǎn)生崩塌、滑坡,工程地質(zhì)條件總體簡單局部中等。
礦山礦段:礦區(qū)地層以泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、石英雜砂巖為主,地表風(fēng)化為硅質(zhì)泥巖。地質(zhì)構(gòu)造以褶皺為主,斷裂構(gòu)造次之,金礦體及其圍巖的淺部巖石為軟—較堅(jiān)硬巖石,深部則為較堅(jiān)硬—堅(jiān)硬巖石,局部由于構(gòu)造作用巖石較破碎。礦體埋藏較深,現(xiàn)狀露采邊坡最高達(dá)65 m,且?guī)r石具有崩解性,發(fā)生崩塌、滑坡可能性大。未來在地下開采條件下,由于采空區(qū)的擴(kuò)大,可能會引起地面開裂,導(dǎo)致工程地質(zhì)條件相應(yīng)復(fù)雜化。工程地質(zhì)條件總體簡單、局部中等。
杉木林礦段及上里礦段:地層以泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、石英雜砂巖為主,地表風(fēng)化為硅質(zhì)泥巖。地形地貌條件簡單至中等,地層巖性單一,地質(zhì)構(gòu)造總體簡單,礦體埋藏淺,未來主要為露天開采,采場邊坡局部破碎地段可能會產(chǎn)生崩塌、滑坡,工程地質(zhì)條件總體簡單、局部中等。
按照《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2015),礦區(qū)基本地震動峰值加速度為0.15 g,地震動反應(yīng)譜特征周期為0.35 s,相對應(yīng)的地震基本烈度為Ⅶ度。因此,礦區(qū)所在的區(qū)域?yàn)閰^(qū)域地殼次穩(wěn)定區(qū),礦山未來開采設(shè)計(jì)應(yīng)按有關(guān)要求做好相應(yīng)的設(shè)防措施。
礦區(qū)南東側(cè)及尾礦壩北面發(fā)現(xiàn)有兩處小型崩塌。尾礦壩北面山坡崩塌體高約7 m,寬2~3 m,厚1~2 m,總方量約30 m3,發(fā)育程度高,危害程度小,危險性中等。礦區(qū)南東面崩塌體高約6 m,寬2~3 m,厚約2 m,總方量約30 m3,發(fā)育程度高,危害程度小,危險性中等。此類滑坡可能會威脅到礦山工作人員及運(yùn)輸車輛的安全。
礦山總占地面積達(dá)1.64 km2,隨著人的入駐,將不利于動物的生存和繁衍,或許會降低區(qū)域生物的多樣性。礦山開采對地表植被的損毀和對固體廢棄物的沖刷影響是最主要的,所以不僅要求做好尾礦庫、攔渣壩等防治設(shè)施,把不利影響控制在作業(yè)范圍內(nèi),而且要做好裸露土地的植被恢復(fù)工作,把對生態(tài)環(huán)境的影響降到最低。未來礦山主要為地下開采,產(chǎn)生的廢礦石、尾礦的排放對生態(tài)的影響主要表現(xiàn)在其占用土地,影響區(qū)域景觀,改變原土地功能,造成所占土地植被死亡,危及附近基本農(nóng)田。
在未來開采過程中,采空區(qū)的形成使其周邊一定范圍的巖體應(yīng)力重新分布,導(dǎo)致巖石變形—出現(xiàn)地表開裂、下沉或塌陷,但由于礦山范圍為荒山林地,地面變形產(chǎn)生的危害較小,埋藏深度較大的礦體,在未來開采過程中,地表產(chǎn)生變形的可能性較小。
礦區(qū)為中低山地貌,所在的區(qū)域?yàn)閰^(qū)域地殼次不穩(wěn)定區(qū),植被發(fā)育,局部有崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象,地表水及地下水受到污染的程度較輕。礦山地質(zhì)環(huán)境良好,未來礦山繼續(xù)采用露天開采及地下開采,將改變當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)環(huán)境,可能引發(fā)采坑邊坡滑塌、滑坡、采空區(qū)地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害等。露天開采會局部改變地表水、地下水的流向,對含水層結(jié)構(gòu)破壞影響較小,地下開采活動會造成礦體附近區(qū)域地下水水位的下降,礦山對礦體附近地下水造成疏干,應(yīng)做好各種相應(yīng)防治措施??傮w看來,林旺金礦為環(huán)境地質(zhì)條件中等類型的礦床。
林旺金礦床礦體多位于侵蝕基準(zhǔn)面以下,礦體所屬巖層富水性弱至中等,未來開采將會加劇地表水和裂隙水向礦坑的滲入,使水文地質(zhì)條件復(fù)雜化。礦區(qū)地形地貌條件簡單—中等,地層巖性單一,地質(zhì)構(gòu)造總體簡單,局部構(gòu)造破碎帶影響巖體穩(wěn)定。未來采用露天開采及地下開采將改變地質(zhì)環(huán)境,可能引發(fā)采坑邊坡滑塌、滑坡、采空區(qū)地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害。綜合認(rèn)為,林旺金礦床為一處水文地質(zhì)條件中等、工程地質(zhì)條件總體簡單局部中等、環(huán)境地質(zhì)條件中等適宜開采的金礦床。