東溝鉬礦外圍多金屬礦床開采技術條件分析
——以綠竹坪鉛鋅礦床為例

馬 玲,韓建濤，底楷潮，張 燁

(河南省地質礦產勘查開發局第二地質勘查院,河南 鄭州 451464)

0 引 言

豫西南外方山山脈北麓汝陽南部鉬鉛鋅銀礦田是河南省內多金屬礦產資源的主要產地之一。半個多世紀以來，國家在基礎地質和地質礦產勘查方面均投入了巨資及大量工作。通過廣大地質工作者長期的艱苦努力，礦田內取得的地質礦產成果碩果累累，為河南省國民經濟以及地方經濟的提升和發展發揮了重要作用。其中東溝鉬礦外圍的綠竹坪鉛鋅礦床是礦田內已經詳查探明的巖漿期后熱液充填的構造蝕變巖型鉛鋅礦床[1]。該礦床位于東溝鉬礦緊鄰北部外圍，研究、分析該礦床的礦山開采技術條件是礦床勘查與評價的一個重要方面。

1 大地構造與區域成礦地質背景

該區位于華北板塊向揚子板塊的仰沖帶上。中元古代晉寧期隨著華北板塊和揚子板塊的逐步分離，東秦嶺開始出現大陸裂谷環境，幔源拉斑玄武巖漿沿深大斷裂上侵，隨著裂谷規模的加大變寬，東秦嶺形成上千千米的火山島弧型的熔透式火山噴發，這就是規模宏大的中元古界熊耳群火山巖系。至中生代白堊紀形成了東溝鉬礦，熊耳群火山巖不僅是東溝鉬礦的直接賦礦圍巖，也是東溝鉬礦外圍地區所有脈狀鉛鋅礦的間接性賦礦圍巖。該區地層分區屬華北區(I)豫西分區(I2)熊耳山小區(I21)，區域上主要出露中元古界長城系熊耳群雞蛋坪組、馬家河組、許山組火山巖系[2]。區域構造方面屬于華北地臺南緣隆起區與臺緣坳陷區之間的過渡地帶。區域上以斷裂構造為主，褶皺構造不發育。區域內生金屬礦產主要有鉛、鋅、鉬等。綠竹坪礦區位于東溝特大型鉬礦床的緊鄰外圍(圖1)，與王坪西溝大型鉛鋅礦床、老代仗溝、西灶溝及裂子山3個中型鉛鋅礦床共同構成汝陽南部鉬鉛鋅多金屬礦田[3]。

2 礦區地質

2.1 地 層

主要出露中元古界長城系熊耳群雞蛋坪組(Pt21j)一段、二段火山巖。地層總體走向北西—南東向，傾向130°～185°(拔菜坪背斜北翼西北角巖層傾向變為290°～330°)，傾角8°～33°。出露主要為雞蛋坪組一段和二段火山巖組合。巖性為英安巖、杏仁狀安山巖、安山巖和少量凝灰巖；雞蛋坪組二段主要分布于礦區西南部，巖性主要為玄武安山巖和英安巖。

2.2 侵入巖

侵入巖體(脈)的形成時間主要有2期，即王屋山晚期形成的石英二長巖體、閃長巖巖體和中生代燕山晚期形成的細粒花崗巖、正長斑巖、石英脈等。

圖1 區域地質礦產略圖

1—第四系全新統；2—熊耳群馬家河組；3——熊耳群雞蛋坪組；4—熊耳群許山組；5—燕山晚期花崗巖；6—石英閃長巖；7—石英二長巖；8—地層巖體界線；9—壓性斷層；10—壓扭性斷層；11—鉛鋅礦化點；12—中型鉛鋅礦床；13—大型鉛鋅礦床；14—大型鉬礦床

2.3 斷 裂

斷裂主要為東西、近東西向和北東向斷裂，少量北西向斷裂。近東西向礦化蝕變破碎帶為區內主要容礦斷裂構造，規模較大者有十余條，近平行排列，主要分布于泉水溝礦段和綠竹坪礦段，在區內長1 300～2 200 m，最長可達3 900余米(LP1)，寬1～10 m，最寬可達40余米，傾向一般為330°～15°，局部地段南傾，傾角60°～87°，局部直立(圖2)。

圖2 綠竹坪礦區地質圖

1—新近系；2—雞蛋坪組三段；3—雞蛋坪組二段；4—雞蛋坪組一段；5—中元古界熊耳群許山組；6—安山巖；7—英安巖；8—凝灰炭；9—石英二長巖；10—閃長巖；11—細粒花崗巖；12—安山斑巖；13—正長斑巖；14—礦山破碎帶及及編號；15—斷層產狀及編號

3 礦床開采技術條件

3.1 勘查內容

在對綠竹坪鉛鋅礦床進行地質詳查的同時，同步開展了水文地質、工程地質的詳查工作，其任務是基本查明礦區水文地質工程地質條件、礦床充水因素，指出供水水源方向，對坑道頂底板巖石穩固性及影響礦床開采的主要工程地質問題作出評價，確定礦床水文地質、工程地質及環境地質勘查類型，預測礦床開采可能引起的主要環境地質問題，為礦床初步技術經濟評價、礦山總體建設規劃和礦區勘探設計提供依據[4]。

3.2 水文地質特征

3.2.1 氣象、地貌及地表水特征

3.2.1.1 氣象要素

本區屬大陸性氣候，年降水量406.4～995.5 mm，年降水日數77～109 d；日最大降水量109.2 mm(1994年6月8日)，年蒸發量1 393.0～1 885.9 mm；年平均氣溫13.9～15.3 ℃，最高氣溫39.8 ℃(2002年)，最低氣溫-12.5 ℃(1997年)。降水多集中在6、7、8月份。

3.2.1.2 地貌形態

礦區位于汝陽縣綠竹坪村、拔菜坪村及上莊村。地勢總體上為北高南低，東西高、中部低，相對最大高差515.00 m。溝谷多被第四系松散層覆蓋，低山丘陵基巖裸露，巖性為英安巖、安山巖、石英二長閃長巖和花崗巖等。最高處位于礦區西南部，標高1 106.80 m，最低處位于礦區東端，標高591.80 m，為礦區最低侵蝕基準面標高。

3.2.1.3 地表水

礦區內主要地表水為溝溪水，溝溪水流量一般5.00～20.55 L/s，枯水期流量明顯減小，豐水期流量明顯增大，最大可達800.00 L/s，受季節影響比較明顯。溝溪水流量無論大小，但常年有水，說明溝溪水接受地下潛水的側向徑流補給[5]。根據水質分析化驗資料，水質類型為HCO3·SO4-Ca·Na型，礦化度243.75～276.43 mg/L。綠竹坪礦區面積22.05 km2，分為3個礦段，分別為綠竹坪礦段、泉水溝礦段和土橋溝礦段。綠竹坪礦段以黃沙嶺和西大洼為分水嶺，溝溪水流向分別向北和向東流動；泉水溝礦段以西馬槽村西和五羊垛為分水嶺，溝溪水流向分別向北東和北西向流動；土橋溝礦段溝溪水流向總體上向西流動。

3.2.2 含水層和隔水層

3.2.2.1 新近系坡積物松散層孔隙水含水層及基巖風化裂隙水含水層

新近系坡積物松散層孔隙水含水層與基巖風化裂隙水含水層之間無隔水巖層存在，在溝谷內多組成統一的地下潛水，在山坡上局部可形成上層滯水。富水性一般溝谷處高于山坡，河流下游高于上游[6]。水位埋深一般2.30～70.00 m(為終孔穩定水位觀測值)，與地形變化基本一致。根據鄰區東溝鉬礦簡易抽水試驗，民井涌水量0.018～0.027 L/s，單位涌水量0.010～0.017 L/m.s，水質類型為HCO3·SO4-Ca型，礦化度184.00 mg/L。

第四系坡積物松散層孔隙水含水層：分布于溝谷和山間小盆地中，巖性為粘質砂土、砂質粘土及砂礫石，厚度1.00～15.00 m，富水性弱。直接接受大氣降水補給。

基巖風化裂隙含水層：礦區內大面積出露。分布于礦區安山巖、英安巖和石英二長閃長巖等的風化裂隙中，風化裂隙發育深度，一般為3.44～64.44 m，平均29.10 m，風化程度由淺至深降低，裂隙水含水層的富水性亦降低。富水性弱。

3.2.2.2 地質構造破碎帶弱脈狀裂隙水含水層

脈狀裂隙水是指埋藏于構造破碎帶中的地下水。它常沿破碎帶及其兩側裂隙發育帶呈脈狀延伸展布，具有方向性。含水帶的長度和深度遠遠大于寬度。礦區地質構造破碎帶弱脈狀裂隙水含水層的含水性極不穩定，差異性很大。構造破碎帶巖性中的硅化碎裂巖和硅化角礫巖，裂隙雖然發育，但多為閉裂隙和隱裂隙，所以富水性極弱或不含水；具碳酸鹽化、綠泥石化和碳酸鹽細脈發育的碎裂巖和角礫巖，巖石大多破碎，富水性會明顯增強。從坑道內可以明顯觀察到，碳酸鹽化強、裂隙比較發育的碎裂巖和角礫巖，就會出現滴水、淋水或潮濕現象，并易發生冒頂和片幫等工程地質問題[7]。硅化、絹英巖化強的碎裂巖和角礫巖，坑道的頂和壁一般是干燥的。

3.2.2.3 基巖隔水層

安山巖、英安巖和石英二長閃長巖等巖性的風化裂隙發育段以下，巖石致密堅硬，巖體比較完整，富水性極弱，可視為隔水層。

3.2.3 地下水的補給、徑流、排泄條件

礦區內地下水以大氣降水為主要補給來源，大氣降水通過各類巖石的裂隙、孔隙、斷裂破碎帶滲入地下，在不同的地質構造及地形、地貌條件控制下，進行垂直或水平位移，在深切溝谷處部分地下水以泉的形式排泄。地下水與地表水的分水嶺基本一致，以垂直補給為主，徑流途徑短，向溝谷和河流排泄。

3.2.4 礦床水文地質特征

工業礦體絕大部分在風化帶以下，礦石賦存于地質構造破碎帶碎裂巖和角礫巖等巖石中。根據上述含(隔)水巖組的論述，地質構造破碎帶屬弱脈狀裂隙水含水層。因此，礦床充水直接水源為弱脈狀裂隙水。礦區內6個漏水鉆孔，其中，4個鉆孔在地質構造破碎帶碎裂巖中漏水，2個鉆孔地質構造破碎帶邊緣的英安巖和石英二長巖中漏水，漏失量小，屬輕微漏水，富水性極弱。

3.2.4.1 礦床充水因素

(1)構造破碎帶對礦床充水的影響：地質構造破碎帶為弱脈狀裂隙水含水層，透水性極差，富水性極弱。賦存于地質構造破碎帶碎裂巖和角礫巖等巖石中的礦體，絕大部分位于當地最低侵蝕基準面以上，與地表水體聯系不密切。根據老硐調查，老硐水涌水量一般小于3.00 t/h。因此，在正常情況下，對礦床充水影響小。在連續降雨時，老硐水涌水量會明顯增大，這是因為大氣降水沿構造破碎帶下滲造成的。因此，降雨時應加大礦井排水力度，做到安全生產。

(2)地表水對礦床充水的影響：礦區內主要地表水為溝溪水。賦存于地質構造破碎帶碎裂巖和角礫巖等巖石中的礦體，絕大部分位于當地最低侵蝕基準面以上，礦體圍巖為厚層的安山巖、英安巖和石英二長閃長巖等巖石，在自然狀態下透水性弱，可視為隔水層，并且礦體多位于地表水體以上，故地表水對礦床充水的影響不大。

(3)新近系坡積物松散層孔隙水及基巖風化裂隙水對礦床充水的影響：新近系坡積物松散層孔隙水含水層與基巖風化裂隙水含水層之間無隔水巖層存在，二者組成統一的地下潛水。在自然狀態下，地下潛水補給河水，補給形式一般以潛流形式補給。礦體圍巖致密堅硬，裂隙不發育。故在一般情況下，基巖風化裂隙水對礦床充水的影響小。當坑道內豎井穿見風化裂隙帶、遇到弱透水層和導水裂隙帶時，基巖風化裂隙水才會對礦床充水造成影響。

(4)老硐積水對礦床充水的影響：經調查，礦區內老硐均有一定量的積水，在開采老硐附近礦體時，應注意老硐積水沿裂隙對礦坑充水的影響。可先進行積水疏干，確保施工安全。

3.2.4.2 供 水

礦區內的地表水為眾多的溝溪水，可作工業供水水源，經凈化處理后也可作飲用水供水源地。地下水為第四系松散層孔隙水和基巖風化裂隙水，可作飲用供水源地。

3.3 礦床工程地質特征

3.3.1 礦床工程地質特征

3.3.1.1 礦床工程地質巖石特征

賦礦巖石主要為地質構造破碎帶內的構造碎裂巖和構造角礫巖。鉆探巖心以塊狀、碎塊狀和碎屑狀為主，短柱狀次之，裂隙密集發育，裂隙密度一般大于10條/m，多屬閉合裂隙，含弱脈狀裂隙水[8]。根據鄰區東溝鉬礦物理力學試驗資料，碎裂巖的主要物理力學指標為：飽水率3.0%，含水量0.5%，抗壓強度24.3 MPa，飽和抗壓強度20.7 MPa，內摩擦角33°22′，飽和內摩擦角33°09′，凝聚力系數6.0，飽和凝聚力系數4.2。坑道中構造碎裂巖和構造角礫巖易冒頂和片幫[9]。

3.3.1.2 礦床頂、底板工程地質巖石特征

礦床頂、底板巖石主要為安山巖、英安巖和石英二長閃長巖。鉆探巖心以長柱狀和短柱狀為主、塊狀次之，屬塊狀堅硬巖類。RQD一般大于80%，巖石質量好，巖體較完整[10]。巖石裂隙密度從靠近地質構造破碎帶的一般大于10條/m至遠離地質構造破碎帶的2～3條/m，裂隙緊閉或裂隙雖然開啟，但亦被后期的碳酸鹽細脈和石英細脈充填，極少量的張開裂隙多位于地質構造破碎帶兩側，與地質構造破碎帶一起形成統一的弱脈狀裂隙水含水層。

根據鄰區東溝鉬礦物理力學試驗資料，安山巖的主要物理力學指標為：飽水率0.1%，含水量0.1%，抗壓強度93.5 MPa，飽和抗壓強度75.5 MPa，內摩擦角40°39′，飽和內摩擦角40°10′，凝聚力系數12，飽和凝聚力系數12。坑道內安山巖巖體完整，局部巖體完整性差，有利于礦石的開采。

英安巖的主要物理力學指標為：飽水率0.3%，含水量0.2%，抗壓強度105.6 MPa，飽和抗壓強度99.3 MPa，內摩擦角40°30′，飽和內摩擦角39°50′，凝聚力系數15，飽和凝聚力系數12。坑道內英安巖巖石完整，局部巖石完整性差，有利于礦石的開采。

3.3.2 風化帶特征

風化帶巖石破碎程度受巖性、產狀、地貌特征、距構造破碎帶遠近、蝕變類型等因素控制。風化帶深度3.44～64.44 m，平均29.10 m。

礦區地表出露巖性主要為石英二長閃長巖、安山巖和英安巖。石英二長閃長巖地表易風化，風化后呈松散狀、土狀，巖石力學強度較低；英安巖地表抗風化能力最強，風化后多呈塊狀、碎塊狀[11]；安山巖地表抗風化能力介于石英二長閃長巖和英安巖之間。山坡上開墾之農田多為石英二長閃長巖和安山巖風化層。

3.3.3 生產礦井工程地質特征

礦區內大大小小民采礦井統計有21個，由于探采規模小，生產是時斷時續，通過對坑道調查，坑道內圍巖巖石堅硬，裂隙較發育，但其延伸不長，緊閉，巖體完整、穩定。賦礦巖石碎裂巖和角礫巖，當硅化強時巖石堅硬，巖石完整、穩定；當碳酸鹽化、綠泥石化強時，坑道頂板易出現塌落及冒頂現象，坑道頂板常出現滴水、淋水和潮濕現象。

3.4 環境地質

3.4.1 地 震

根據地震歷史資料，汝陽縣歷史上無發生5.0級以上的地震，據河南省地震烈度區劃圖，汝陽縣地震基本烈度為6°(圖3)，地震動峰值加速度0.05 g，礦區及附近無活動斷層存在。區域穩定性好。

圖3 河南省地震烈度區劃圖

3.4.2 滑坡、崩塌

礦區內溝谷較狹窄，山坡較陡，巖石風化較強烈，風化裂隙發育，易產生小滑體，在個別地段陡壁上，易產生微小型崩塌體[12]。

3.4.3 地裂、塌陷

礦床巖石堅硬，屬穩固性巖體，井巷開采一般不會引起地表塌陷。在開采淺部礦體過程中，采空區地表易形成地裂和塌陷。

3.4.4 地表水和地下水

礦區主要飲用水源為第四系沖洪積物孔隙潛水及基巖風化裂隙水。礦區內現有居民主要從事農業生產，部分居民在當地礦山從事短期工作，除生活垃圾和礦山生產垃圾對地表水有輕微污染外，沒有重大的污染源，根據本次水質分析結果，各項化驗指標均符合國家飲用水標準。因此，地表水和地下水水質良好。

4 歸納評價及建議

4.1 水文地質、工程地質和地質環境類型

礦床大部分位于侵蝕基準面以上，有利于自然排水，位于侵蝕基準面以下的礦體部分，由于礦床本身為弱脈狀裂隙水含水層，透水性極差，因此，在開采侵蝕基準面以下礦體時，井巷內涌水量也不會明顯加大。總之，礦床水文地質復雜程度為第二類第一型，屬裂隙充水的水文地質條件簡單的礦床。

礦區地形有利于自然排水，地層巖性比較單一，地質構造比較簡單，巖石強度高，穩定性和完整性好，不易發生礦山工程地質問題。因此，礦床工程地質復雜程度類型劃分為第二類(塊狀巖類)簡單型。

在開采淺部礦床時可能產生局部地表變形，但對地質環境破壞不大。區內無大的污染源，地表水和地下水水質良好，故礦床地質環境類型屬第一類，即礦區地質環境質量良好。

4.2 工作程度評述

通過水文地質、工程地質工作，基本查明了礦床主要充水因素，地表水與地下水的關系，以及對礦床充水的影響程度，指出了供水方向。基本查明了礦床工程地質條件，對井巷圍巖的穩固性評價是合理的。對礦床地質環境質量的評述及預測礦床開采可能引起的主要地質環境問題是切合實際的。詳查成果基本滿足“規范”要求。

4.3 問題及建議

(1)巖石物理力學試驗，采用的巖石物理力學試驗資料為汝陽縣東溝鉬礦巖石物理力學試驗資料，建議在礦山開采時進行一定數量的野外巖體現場測試，以利于礦坑的襯砌和支護。

(2)在將來建設礦山及選廠時，選廠排出的廢液是地表水及地下水受污染的主要來源，應采取措施，輸送至遠離水源地后集中處理；若遇雨季時，應及早采取防范措施，防止溝谷匯水及山洪將豎井淹沒。

5 結 語

陜西金堆城鉬業集團于2004～2005年兩年間對河南汝陽東溝超大型鉬礦床進行了詳查到勘探，目前正投入開發。東溝鉬礦周邊外圍一系列鉛鋅礦床普查、詳查已經結束的有老代仗溝、西灶溝、王坪西溝、裂子山及綠竹坪礦床，這些礦床的勘查與開發為河南省乃至地方資源的配置發揮了重要作用。國家對于脈狀的構造蝕變巖型鉛鋅熱液礦床的勘查對開采技術條件的標準要求尤為嚴格。本文采用系列數據歸納并分析了綠竹坪鉛鋅礦床開采技術條件，以期為廣大地質工作者提供相關借鑒和參考。