新疆哈密市圪塔山口銅鎳礦區工程地質特征

竇祺楓，徐 超，余昌輝

（新疆維吾爾自治區有色地質勘查局七〇一隊，新疆 昌吉 831100）

1 礦區概況

1.1 自然地理概況

礦區位于哈密市東南250km，地勢總體表現為南高北低，溝谷遍布。地貌為中—低山區，海拔一般為1400～1500m，相對高程一般在50～150m。礦區內山間溝谷縱橫遍布,主要延伸方向為南東—北西向，礦區北西部溝谷相對較窄，寬度為60～100m，成U 型，溝谷兩側為中低山丘陵，高程一般在10～30m，山勢較為平緩，沖溝一般寬度為1～3m，迂回曲折。南東向沖溝多為U型平溝。溝谷兩側的山脈一般高5～20m，寬100～300m。山體風化較強，裂隙、節理較發育，巖石多成片狀。礦區植被發育，多為矮蒿類植被，植被覆蓋率為40%。

礦區主要氣候類型表現為典型的大陸性干旱特征，四季氣候懸殊。夏季時間較長且酷暑，冬季多寒冷，春秋多風，多為西南風，晝夜溫差較大，降水稀少、蒸發強烈區內最高氣溫可達42.6℃；降水量較少（34～38mm），主要集中在春、夏兩個季節降水（降水量占全年的70%～82%），秋、冬季降雨、降雪稀少；礦區多風且強風，全年多東北風和北風，最大風速達到48m/s，平均風速達9.3m/s。

礦區地處淖毛湖地下水山間補給帶。礦區總體地形特征為南高北低，溝谷發育明顯,且未見過地表河流和常年性有水沖溝分布,地下水的種類主要有風化裂隙水和構造裂隙水。礦區有一條近南北向的地表分水嶺分布在礦區東南部，季節性沖溝發育，主要為1條貫穿礦區的主溝和8條叉溝，來水時間不均勻。礦區北部及其紅柳溝為徑流排泄帶，據收集資料顯示，淖毛湖位于三塘湖—淖毛湖盆地，為典型的水積盆地平原，周邊水流的最終匯流地。礦區北部沖溝北段為礦體主要賦存地段，沖溝呈樹杈狀由南向北展布，最終排泄于礦區外圍的紅柳溝。可作為礦區的最低侵蝕基準面，匯流處海拔高度1378m。

1.2 地質概況

礦區出露的主要地層分別為志留系上統-泥盆系下統紅柳溝組（S3-D1h）、下泥盆統大南湖組第一亞組（D1d1）和第四系的坡積和沖積物。主要巖性為炭質片巖、閃長巖、輝石、輝長巖、凝灰巖等。康古塔格—黃山深大斷裂橫貫礦區的中部。該斷層帶沿東西向延伸，表現為強烈擠壓、走滑和韌性剪切等特點，斷層兩側巖石多表現為韌性剪切片理和斷層破碎帶，帶內巖石表現為強烈糜棱巖化、混合巖化和塑性變形等現象，多呈旋轉碎斑系、糜棱面理、收縮型“S-C”面理發育，片理構造置換層理十分常見。礦區內巖漿巖主要為華力期早期侵入巖,礦區內中性巖脈出露占脈巖的絕大多數，多沿構造線呈北東向展布。礦區內基性的巖脈較少，主要為深灰綠色的輝綠巖脈。

2 礦區工程地質巖組特征

根據礦區地層時代成因類型、地層單元和巖石工程地質特征，結合礦體特征，將礦區所轄范圍內與礦床有關的巖體劃分為3個工程地質巖組：第四系土體、層狀巖組和塊狀巖組（詳見圖1）。各巖組工程地質特征如下所述。

圖1 新疆哈密市圪塔山口銅鎳礦區工程、環境地質圖

2.1 土體

主要為第四系坡積物（Q4Pl）和沖積物（Q4al），主要位于礦區北西部洼地及中部大沖溝內。由砂、礫石及粉土組成，多呈散體狀，無膠結，根據鉆孔資料顯示，平均厚度多為6～10m，最厚可達16.22m，該巖體工程地質性質極差，厚度不均，質量屬極劣，邊坡易崩塌、發生位移，屬極不穩固類型，工程力學性質差，往往是工程失穩的起點。

2.2 巖體

（1）層狀巖組。屬紅柳溝組（S3-D1h）、大南湖組第一亞組（D1d1），主要由灰綠色凝灰質砂巖、粗砂巖、灰綠色凝灰巖、灰黃色砂巖、灰黑色炭質片巖等組成。該巖組在礦區地層占比較大，多呈厚層狀，層理清晰可見，地層傾向85°～88°，傾角54°～80°，鉆孔揭露最大深度215.13m，未揭穿。該組巖石在地表風化帶內多為風化破碎，節理、裂隙較發育，抗氧化、風化能力較差，易氧化、風化成塊狀、碎塊狀。巖體完整性差，巖石RQD 一般值為16%～82%，平均為48.6%，巖石質量劣。巖體破壞機制表現為不穩定結構體產生的滑塌。變形過程可與爆破同時發生，或因爆破逐次松動，導致巖層的彎張破壞及軟弱巖層的塑性變形，突然塌方。巖石質量評價等級見表1，巖石物理力學性質試驗成果表見表2。

表1 巖石質量評價等級表

表2 巖石物理力學性質試驗成果表

（2）塊狀巖組。礦區塊狀巖組主要為屬大南湖組，巖性主要為輝石、輝長巖、閃長巖，巖石多呈致密塊狀，中等堅硬、完整性好，節理、裂隙相對較少，該巖組傾向、傾角多與地層產狀大體保持一致，鉆孔揭露控制厚度2.40～50.66m，平均厚度22.60m。礦體與圍巖接觸帶多發育構造破碎帶，破碎帶寬度一般為2～20m不等，多為碎塊、碎屑狀，局部見薄層狀斷層泥。結構面間距相對較大，結構面間距50～100cm，少量大于100cm,以塊狀或整體塊狀巖體構造為特征。礦區巖體質量系數為1.24，巖體質量等級一般；巖體質量指標為0.64，巖體質量中等。這類巖體工程具有較好的地質性質和較好的穩固性。巖體損害機理以塊體崩滑、崩裂為特征。變形過程可與爆破同時發生，或因爆破逐次松動，突然塌方。

（3）破碎巖組。主要為紅柳溝組層狀巖組及大南湖組第一亞組侵入巖塊狀巖組的表層風化破碎帶及斷層破碎巖組組成。表層風化破碎帶屬于中等—弱風化帶，巖石仍保持母巖結構，不易擊碎，只是巖石由于物理風化作用，發育一些節理及次生結構面，變得較破碎，結構面間距5～30cm 不等，少量大于30cm，參差不齊，呈破碎或碎裂塊狀結構巖體，巖體完整性差。斷層破碎帶，發育壓性或張性結構面，彼此交切，十分密集，裂隙多呈閉合狀，巖體強度差，穩固性差。在壓扭性斷裂帶中，構造—蝕變破碎帶大多形成軟弱的結構面，巖體的工程地質性質和穩固性極差，破壞機制表現為剪切破壞，松動、崩塌或塑性變形，變形過程可長可短。

3 礦區的結構面特征

3.1 結構面的類型、分級及其特征

根據礦區地質背景、結構面完整狀態和特征等情況特點，對礦區構造面進行了劃分，主要分為4個方面，詳見表3，主要構造結構面為主，其次為次級結構面，其中構造結構面發育極不均勻。

表3 結構面類型及發育特征一覽表

根據結構面的規模大小、地質類型、對巖體穩定性影響程度等，將礦區的結構面分為4 級，見表4。結構面的規模大小，是從斷裂構造的走向、傾向垂深等兩個方面來判斷。走向是指斷裂帶地表延伸方向，傾向垂深是指斷裂帶深部的延伸方向和延伸深度，傾向垂深對于巖體變形破壞和工程布置有著直接的關系。

表4 結構面分級一覽表

3.2 結構體的類型、分級及其特征

根據礦區結構面的分級，結合對結構體的影響作用不同，相應地得出結構體亦可分為4級（詳見表5）。

4 礦床開采的穩定性評價

4.1 礦體、礦體頂底板圍巖的穩定性

礦體主要存在于與基性—超基性巖漿有關的巖漿熔離型—貫入型銅鎳礦床中，其特征為基性—超基性雜巖體。嚴格受雜巖體控制，巖控特征明顯，控礦構造為次級構造破碎帶控制，均分布于康古爾塔格北緣大斷裂以北的次級構造帶上。礦體及礦體頂底板圍巖巖性主要為凝灰質砂巖、片巖、輝石輝長巖、閃長巖。礦體及礦體頂底板圍巖巖性主要為凝灰質砂巖、片巖、輝石輝長巖、閃長巖。

層狀巖組巖層致密，巖層較軟，平均RQD 值48.6%，巖體質量系數0.486，巖體質量等級一般，巖體質量指標0.29，巖體質量中等，完整性差，局部構造破碎帶發育，厚度一般在10m 以下，巖體多為塊狀、碎屑和粉末狀，RQD值在15%以下，巖質極差。塊狀巖組質地致密，塊質中等堅硬，巖體質量系數1.24，巖體質量等級平均RQD 值54.25%，巖體質量等級一般；巖體質量指標為0.64，巖體質量屬中等水平，巖體完好度屬中等水平。

塊狀巖組為致密塊狀，硬度中等，平均RQD 值54.25%，巖體質量系數1.24，巖體質量等級一般；巖體質量指數0.64，巖體質量中等，整體性中等。

綜上所述，礦體和礦體頂底板的總體穩定性是基本穩定的，只在構造破碎帶發育密集的區段，內部結構遭到了不同程度的破壞，穩定性大大降低，會出現小規模頂板出現塌落、掉塊、側壁片狀等現象，需要局部進行支護

4.2 構造對礦體圍巖的穩定性的影響

礦區內構造破碎帶一般發育在礦體上下盤接觸帶附近，單孔分布密度一般為5-8處，破碎帶寬度一般為2～10m不等，局部可見斷層泥，破碎帶兩側巖石裂隙較發育，開采時若不采取相應措施必然會造成巖石松動塌落，且礦區大地構造活動具多期次性，因此構造破碎帶對邊坡穩定性有一定影響的。

4.3 水文地質情況對礦體圍巖穩定的影響

礦山未來開采方式為巷道開采，主礦體大部分位于當地最低侵蝕水準面以上，由于礦區范圍內未發現地表水，根據大井法計算未來礦坑涌水量預測最大值為1.9×103m3/d，礦坑西南部為季節性洪溝，礦坑涌水經過抽排，能順利排除礦區。由于礦區內淺部風化帶內裂隙發育，補給水量偏低，故礦坑涌水形成的降落漏斗補給速度較慢，從地形地貌上看，山體完整性較好，地下水作用影響較小。故地下水疏干區導致地面出現沉降和地面塌陷的可能性較小，從而形成地質環境問題的可能性小。

5 結語

礦區工程地質巖組主要分為第四系土體、層狀結構巖組和塊狀結構巖組。第四系土體工程力學性質差，散體或膠結狀，穩固性差，屬極不穩固型。

層狀結構巖組主要為凝灰質砂巖、片巖組成，巖石質量等級為Ⅳ，巖石完整性差，較軟巖石，巖體質量中等，局部發育軟弱夾層和構造破碎帶，巖體整體穩定性較好。

塊狀結構巖組主要為輝石、輝長巖、閃長巖，巖石質量等級為Ⅲ，巖石質量屬中等，巖體完整性為中等完整，屬堅硬巖類，巖體質量良，巖體質量等級好，該巖體穩固性較好。

礦區內雖然構造斷層發育，但對礦體影響較小，巖體整體穩定性較好，除風化帶和構造帶破碎外。主要問題為礦體與圍巖接觸帶部分巖體節理、裂隙較發育，巖芯破碎，RQD 值較低，如果開采時處理不當，有可能造成某些地段的礦山工程地質問題。綜上所述，根據《礦區水文地質工程地質勘查規范》（GB12719-2021），礦區工程地質勘查復雜程度屬二類—三類中等型。