廣西盤龍鉛鋅礦工程地質環境地質特征

2014-08-03 02:29:04王斌，張偉，蘇陽

云南地質 2014年3期

王斌，張偉，蘇陽

(1.桂林理工大學地球科學學院，廣西桂林 541004；2。桂林理工大學勘察設計研究院，廣西桂林 541004)

廣西盤龍鉛鋅礦區位于武宣縣城南東12公里的桐嶺鎮盤龍村至灣龍村一帶[1]。東自黔江南岸，西至雅八村，南自姑娘山，北至雅村，礦區面積約25km2，是廣西近年來初步探明的重要鉛鋅礦床之一，初步控制儲量已達中型規模[2]。為滿足深部勘查和開采技術條件評價，以及礦山安全、科學合理利用礦產資源的需要進行了工程地質專項勘查工作。本文根據勘查成果資料，進一步闡明礦區工程地質環境地質條件，為深部勘查開發為礦山工程向水平、垂直方向延伸開拓提供科學依據。

1 礦區工程地質條件

1.1 礦體和圍巖工程地質類型和力學特征

礦區位于華南板塊南華活動帶大瑤山隆起與來賓凹陷的復合部位[3]，區域出露地層主要有泥盆系上倫組(D1SL)東崗嶺組(D2d)、融縣組(D3r)灰巖、白云質灰巖以及第四系覆蓋土層，其中東崗嶺組(D2d)、融縣組(D3r)灰巖、白云質灰巖屬中厚層狀中等巖溶化堅硬灰巖、白云質灰巖巖組，分布于西部盤龍村、北部六沙村一帶，巖石堅硬性脆，裂隙、溶洞、溶溝(槽)發育，基巖面起伏較大，是比較容易引起地面塌陷的地區。第四系覆蓋土層廣泛分布于整個勘查區的地表面，為單層結構，巖性為含鐵錳結核、碎石紅粘土，經土力學試驗檢測可知屬中等膨脹性土。

盤龍鉛鋅礦的礦體產于下泥盆系上倫組上段(D1SL2)白云巖中，從下至上發現三個礦體，依次為1號、2號、3號礦體，其中2號礦體規模較大，礦體圍巖均為白云巖，呈中厚層狀，少量為薄層狀，中細晶—微晶結構，質地堅硬。據在勘探孔中采集的礦體頂板、礦體和底板巖石抗壓、抗剪強度試驗結果(表1)，屬硬質巖層。基巖面附近0m～5m內巖石裂隙較發育，呈強—中風化狀，完整性較差；基巖面5m以下巖石呈微—未風化狀，發育有一些細小、閉合且被方解石、重晶石或鐵錳細脈完全充填的裂隙。按工程地質劃分，為中厚層夾薄層狀中等—弱巖溶化堅硬白云巖巖組。按規范[3]判定，屬層狀結構Ⅱ1型。

為了劃分巖石質量等級和巖體質量等級，按規范統計20個鉆孔巖心RQD值，有16個分布于-21.59m標高以下的鉆孔，巖石質量為Ⅰ、Ⅱ等級，巖組平均RQD值為88%，巖石質量好，屬較完整巖體。其他4個分布于-21.59m標高以上的鉆孔，巖石質量均在Ⅲ等以下，巖石質量中等或劣質，說明受風化和溶蝕作用影響，淺層巖體完整性中等或差，深層巖體完整性好。

表1 礦體和圍巖巖石力學特征統計表

1.2 礦床工程地質評價

礦體圍巖為白云巖，巖性組合單一，巖層產狀陡，質地堅硬，層狀巖組，抗壓強度大，抗剪強度高，遇水不軟化，穩定性好，斷層構造和大的節理裂隙不甚發育，層間破碎帶膠結良好，-21.59m標高以下巖體完整，總體工程地質條件有利。但是，也存在一些不良工程地質因素，如第四系覆蓋土層厚度大，38、16號勘探線兩側白云巖風化深度大、巖組頂板埋藏標高-21.59m以上、巖體完整性較差、-20m中段曾發生過幾次冒頂塌方。

從整體來看工程地質條件良好，局部地段存在礦山工程地質問題，按規范判定[4]，屬以碳酸鹽巖為主、層狀可溶鹽巖類、工程地質條件中等復雜類型的礦床。

2 礦區環境地質

2.1 礦區地震活動狀況

礦區位于廣西山字型構造前弧東翼。山字型主干斷裂，傾向南東，傾角57°，走向北東，從南部通挽經過礦區南部，延伸至東鄉，為區域性大斷裂。據原中南地震對資料分析，該主干斷裂為活動性斷裂。據史記載，武宣縣曾于1899年發生過五級地震，近代無破壞性地震記載。根據國家地震局1900年出版的1∶400萬《中國地震烈度區劃分圖》，礦區的地震基本烈度為VI度。

2.2 礦區環境地質狀況

礦區分別見堆積型重晶石礦和堆積型鐵錳礦覆蓋于鉛鋅礦體及圍巖白云巖層之上，堆積物較松散，都屬弱透水層。這兩種堆積型礦均分布于殘丘頂部或緩坡地段，容易隨著大氣降雨流失，而不利于大氣降雨滲入到弱透水層再補給白云巖含水層。但是，近年來，隨著民營采礦業的發展，礦區露天采場越來越多，均未采取回填措施，長期的積水形成新的地下水補給源，增加了礦坑排水量，甚至成為發生礦坑冒頂、塌陷時的突水隱患，應對其采取回填或引排措施。同時，在這些民營采礦過程中，要經常抽排采坑地下水，造成第四系土層中的地下水位反復波動，容易引發周圍地面塌陷。

盤龍鉛鋅礦礦區存在的主要地質災害是巖溶地面塌陷，歷時多年，經常發生。如2007～2009年之間，盤古村至翻山礦段一帶，陸續出現70多個地面塌陷坑，主要集中發生在稻田、村邊地勢相對低洼地帶，塌坑直徑一般3m～5m，洞深2m～3m，塌坑底可見基巖溶洞和溶蝕裂隙。這些塌坑多數至今未做回填處理，危及人、畜安全，還成為大氣降雨和地表水流的倒灌窗口，直接、快速補給地下水，流入礦坑，加大了礦坑排水的費用。為此，地面塌陷坑應及時填充。

礦區2003年出現第一批地面塌陷，2007年在盤古村出現第二批地面塌陷，2009年在北面出現第三批地面塌陷。從時間上看，前兩批地面塌陷的發生時間基本與礦區開拓時間對應，地下水位出現大幅下降；第三批地面塌陷發生時間與2009年秋冬和2010年春干旱，以及期間礦段開拓時間一致。從距離上來看，塌陷是由降落漏斗中心部位向外擴散狀，說明出現地面塌陷相隔時間與距離是成正比例關系的，即時間越久降落漏斗擴展規模越大。

勘查區共布置20個沉降觀測點，由于種種原因，損壞4個點，實際保留觀測點為16個。從2009年9月至2010年8月止，長期觀測時間將近一年，每月觀測一次。所得數據中，下沉絕對值小于1厘米的視為測量誤差，大于1cm的認定為沉降值，分布采空區附近觀測點的沉降值約為4.5cm～5.7cm。由于礦坑排水，上倫組礦體及圍巖白云巖含水層水位大幅下降，采空區不斷擴展，地下水壓失去平衡，土體發生壓縮變形，在第四系蓋層大于10m以上地段已發生地面沉降，但從井下巷道并沒有發現基巖有垮塌冒落現象。按照規范中[6]采空區建筑場地適宜性評價標準，目前不屬于要評價適宜性的場地。同時，由于建立的沉降觀測網時間不長，上述觀測數據還不夠充分，建議礦山應繼續觀測，積累數據，為準確判斷提供可靠依據。

3 礦區地面塌陷及沉降預測

自武宣縣盤龍鉛鋅礦開始正式采礦以來，由于礦體和圍巖含水層以及周邊補給區含水層基巖面溶洞、溶溝槽較發育，部分地帶第四系覆蓋層較薄，部分灰巖、白云巖、白云質灰巖含水層分布區已經出現一些地面塌陷。地面塌陷主要分布于采礦區的含水層補給區，這些補給區為淺覆蓋型巖溶含水層，天然條件下呈微承壓性質，地下水對覆蓋層存在一種浮托力，保持自然平衡狀態。當地下水位大幅下降，淺部溶洞、溶溝槽的地下水被疏干，覆蓋層土層失去浮托力，土洞或軟土層會出現塌落形成地面塌陷。采礦中心地帶地勢平坦，地下水和大氣降雨更容易滲入侵蝕土層，加劇了土層的塌落，成為礦區地面塌陷影響最嚴重的地區，為地面塌陷地質災害嚴重區。其他地段因遠離采礦中心或者第四系土層較厚，受采礦排水影響相對較弱，單位出現地面塌陷的數量較少，評價為地面塌陷地質災害弱—中等發育區。在區內，第四系覆蓋層厚度小于3.3m的地帶最先發生地面塌陷，覆蓋層大于3.3m的地段出現地面塌陷會晚一些，預計覆蓋層厚度約10m的地帶，仍會有發生地面塌陷的可能性，據此，以現已出現地面塌陷的分布層位和范圍為基礎，將覆蓋層厚度小于10m的區段圈定為預測塌陷區(圖1)。