白音諾爾鉛鋅礦結構面赤平極射投影分析

陳承，范春寶，劉 浩，張 亮

1.江西理工大學資源與環境工程學院，江西贛州 341000 2.赤峰中色白音諾爾礦業有限公司，內蒙古赤峰 024000

0 引言

赤峰中色白音諾爾礦業有限公司位于內蒙古自治區赤峰市巴林左旗白音諾爾鎮境內，白音諾爾鉛鋅礦床屬淺成—超淺成巖漿巖與碳酸鹽巖接觸交代形成的矽卡巖型礦床，礦體多呈脈狀、復雜脈狀及透鏡狀產出，總體走向北東、傾向北西或南東、傾角50～80°，礦體形態復雜多變，具分枝復合、尖滅再現、側向斜列等特點。主礦體走向長120～540m、斜深163～418m。總體看，具有傾向延深大于走向沿長的特點。目前，礦山主要采用淺孔留礦法和分段空場法[1]，鉛鋅礦經過30 多年的開采，井下遺留下大量采空區，導致空區周邊巷道圍巖內出現較多的節理裂隙等不連續面。且大小不一，形態各異[2]。研究如何對所測節理裂隙進行分組并有效反映結構面賦存對整體穩定性影響程度具有較大工程應用價值。

1 優勢結構面理論

巖體結構控制論認為巖體是不完整的，巖體由巖塊和各種結構面組成[3]，優勢結構面就是上述各種結構面按一定的優勢指標確定的結構面，優勢結構面對巖體穩定性起控制作用。該理論認為優勢結構面控制巖坡變形的邊界，結構面的錯綜復雜的組合關系構成巖體變形的破壞模式，這種破壞模式在物理模型建立過程中發揮了至關重要的作用，如在邊坡穩定性評價中，由于巖體的不連續性導致沿結構面周邊出現應力集中和應力阻滯現象進而影響巖體的結構特征，這些結構面中的特殊結構面在時間、數量、性質和產狀等方面具有相對優勢，就成為控制邊坡變形破壞的最危險的結構面，它構成了邊坡變形與破壞的控制性條件，從而形成了不同類型的變形與破壞機制[4-7]。

經調查，本文所測結構面多屬原生和構造裂隙等相對微觀性結構面，這類結構面分布和產狀一般具有隨機性特征，且數量較大，此類不連續面是由于地質構造運動而產生的，因其空間產出特性與構造應力場密切相關而表現出相對的優勢特性[8]，鑒于此，宜采用概率統計方法進行分析。事實上，由于地質巖性多種多樣，且具有非均質性特點從而導致相對優勢的結構面很難界定。

本文以內蒙古白音諾爾鉛鋅礦北區950m 中段為研究區，對鉛鋅礦節理裂隙構造特征進行測量和統計，根據Dips 軟件處理所得構造地質學數據并繪制傾角、傾向符號極點圖，玫瑰花圖以及等值線圖，通過對玫瑰花圖、極點圖、極點等值線圖進行綜合分析可以獲得優勢結構面。分析主要從數量指標上通過比較上述圖件并結合現場實際勘察情況最終得到該中段的優勢結構面，為下階段穩定性評價提供基礎數據。

2 應用Dips 軟件處理構造地質測量數據

Dips 軟件常用來處理地質定位數據的軟件并進行赤平投影分析，使用方便，但由于目前一般大都使用該軟件的漢化版本，而該版本漢化程度較低，因此應用相對較少。

應用Dips 軟件處理構造地質測量數據的過程比較簡單，主要概括為數據導入、作圖、保存文件三個主要步驟，即首先通過從Excel 文件中復制所需數據，粘貼到Dips 表格中，然后根據軟件自有功能完成對極點圖、玫瑰花圖、極點等值線圖的繪制，最后導出圖像并保存[9]。

Dips 軟件既可以用來繪制極點投影圖或以彩色填充和線狀的方式作極點等值線圖（Schmidt 分布和Fisher 分布），還可以通過選擇節理極密中心位置，繪出對應的優勢赤平投影大圓，并計算出極密部位（相當于優勢結構面）的平均產狀。赤平極射投影能將結構面的方向和傾角在同一投影面內反映出來，并可測算各結構面的組合關系，在反映節理和推求各節理之間的組合關系時應用最為廣泛。

3 工程實例

3.1 工程概況

白音諾爾鉛鋅礦為一大型鉛鋅礦床。區內礦體數量眾多、形態復雜、常成群成帶分布。全區共探獲160 余條鉛鋅礦體，本區含礦地質體嚴格受構造（北東向）、巖性及巖漿活動的控制，主要工業礦體均分布于閃長玢巖、流紋質晶屑凝灰熔巖、正長斑巖及下二疊統黃崗組碳酸鹽巖接觸交代形成的矽卡巖體內。

鉛鋅礦經過30 多年的開采，井下遺留大量采空區，雖有部分已經處理（處理方法為強制崩落或開“天窗”），由此也產生了諸多裂隙，為礦山現階段的生產以及后續的各項工作繼續安全進行，有必要對礦區內有可能影響礦山安全的結構面進行統計分析，得出優勢結構面，為后續工程安全評價提供驗證依據。

3.2 結構面統計分析

對于結構面中的節理裂隙調查方法眾多，本文采用測線法詳細觀測[10-11]。它具有簡便易行的特點并在國內外已普遍采用，大量的工程實踐證明其具有良好的測量精度，能夠滿足工程實際的需要。測線法的基本做法是在巖石露頭或平硐內布置一條皮尺，長度為15m～20m，首先量測皮尺的走向和傾角，然后對與此皮尺相交的節理，逐條記錄其樁號、傾向、傾角、半跡長與隙寬。這里，半跡長是指節理在皮尺一側的那段長度。有些節理延伸較長，無法量測其半跡長度，在此取刪節長度c為1m。研究區北區950m 中段數據輸入情況圖1，

圖1 白音諾爾鉛鋅礦北區950m 中段Dips 數據輸入界面

結構面統計分析目的是通過結構面分組，得到每組結構面中的相對優勢結構面的產狀，利用結構面產狀的極射赤平投影所做的統計圖件能較好的反映實際情況，等值線圖中心點即代表某一區間內結構面的優勢結構面產狀（平均產狀），該方法是目前工程地質界較常采用的表示方法。

吳氏網上一個點表示單一節理面，該節理面是通過其法線投影變換而來的。節理玫瑰花圖只能表示單一的因子（如傾向或傾角等）分布情況，節理特征得不到全面體現，而吳氏網上的每個點代表一種產狀的法線，即可以代表節理所有特征。因此，節理可以用極點圖來表示。顯然，極點分布愈密，相近節理產狀的節理面愈多，本程序采用吳氏網，計算求得網中各點的節理密度值。采用幾何拓撲關系使這些密度點自動連接，形成三角網，最后通過內插法繪制極點等值線圖，極點等值線圖就是基于上述原理繪制而來的。利用極點圖和等值線圖可從不同角度分析節理特征，還可自動生成等值線圖，相較手工繪圖具有高效、精度高的優點。另外，極點等值線圖可直觀準確地反應節理的分布規律[12-13]。

通過前期現場測得的數據，并運用Dips 軟件，繪出北區950m 中段結構面符號極點分布圖、傾向玫瑰花圖和極點等值線圖，見圖2 圖5。

圖2 北區950m 中段傾角符極點圖

圖3 北區950m 中段傾向符極點圖

圖4 北區950m 中段瑰花圖

圖5 北區950m 中段等值線圖

從圖2可知，傾角可以簡單劃分成8組，每組都有統一區間，第8 組區間為80.38°至90.00°，數量占據主要優勢為33 個。從圖3 可知，傾向可以簡單劃分成8 組，每組都有統一區間，第2 組區間為44.63°至89.25°，數量占據主要優勢為26 個。從圖5 可知，黑色線框代表的極密區，可得圖中代表平均產狀的曲線，產狀為88°∠88°，其結果完全符合上述傾角、傾向極點符號圖的判斷[14-15]。

4 結論

對礦山北區950m 中段利用測線法分別做了結構面調查，并用赤平投影法進行了分析，分析得到巖體結構面主要特征如下：

1）認為950m 中段結構面多為處于閉合或微張狀態的構造結構面，結構面裂隙間基本沒有充填物質；

2）通過現場結構面調查，采用Dips 軟件進行分組，主要考慮結構面的數量優勢和工程優勢，從傾向玫瑰圖和極點等值線圖可以得出，北區950m 中段優勢結構面為88°∠88°。

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