陳承，范春寶，劉 浩，張 亮

1.江西理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西贛州 341000 2.赤峰中色白音諾爾礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古赤峰 024000

0 引言

赤峰中色白音諾爾礦業(yè)有限公司位于內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市巴林左旗白音諾爾鎮(zhèn)境內(nèi)，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(fù)雜脈狀及透鏡狀產(chǎn)出，總體走向北東、傾向北西或南東、傾角50～80°，礦體形態(tài)復(fù)雜多變，具分枝復(fù)合、尖滅再現(xiàn)、側(cè)向斜列等特點(diǎn)。主礦體走向長120～540m、斜深163～418m?？傮w看，具有傾向延深大于走向沿長的特點(diǎn)。目前，礦山主要采用淺孔留礦法和分段空場法[1]，鉛鋅礦經(jīng)過30 多年的開采，井下遺留下大量采空區(qū)，導(dǎo)致空區(qū)周邊巷道圍巖內(nèi)出現(xiàn)較多的節(jié)理裂隙等不連續(xù)面。且大小不一，形態(tài)各異[2]。研究如何對所測節(jié)理裂隙進(jìn)行分組并有效反映結(jié)構(gòu)面賦存對整體穩(wěn)定性影響程度具有較大工程應(yīng)用價(jià)值。

1 優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面理論

巖體結(jié)構(gòu)控制論認(rèn)為巖體是不完整的，巖體由巖塊和各種結(jié)構(gòu)面組成[3]，優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面就是上述各種結(jié)構(gòu)面按一定的優(yōu)勢指標(biāo)確定的結(jié)構(gòu)面，優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面對巖體穩(wěn)定性起控制作用。該理論認(rèn)為優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面控制巖坡變形的邊界，結(jié)構(gòu)面的錯(cuò)綜復(fù)雜的組合關(guān)系構(gòu)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(fā)揮了至關(guān)重要的作用，如在邊坡穩(wěn)定性評價(jià)中，由于巖體的不連續(xù)性導(dǎo)致沿結(jié)構(gòu)面周邊出現(xiàn)應(yīng)力集中和應(yīng)力阻滯現(xiàn)象進(jìn)而影響巖體的結(jié)構(gòu)特征，這些結(jié)構(gòu)面中的特殊結(jié)構(gòu)面在時(shí)間、數(shù)量、性質(zhì)和產(chǎn)狀等方面具有相對優(yōu)勢，就成為控制邊坡變形破壞的最危險(xiǎn)的結(jié)構(gòu)面，它構(gòu)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(jī)制[4-7]。

經(jīng)調(diào)查，本文所測結(jié)構(gòu)面多屬原生和構(gòu)造裂隙等相對微觀性結(jié)構(gòu)面，這類結(jié)構(gòu)面分布和產(chǎn)狀一般具有隨機(jī)性特征，且數(shù)量較大，此類不連續(xù)面是由于地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的，因其空間產(chǎn)出特性與構(gòu)造應(yīng)力場密切相關(guān)而表現(xiàn)出相對的優(yōu)勢特性[8]，鑒于此，宜采用概率統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行分析。事實(shí)上，由于地質(zhì)巖性多種多樣，且具有非均質(zhì)性特點(diǎn)從而導(dǎo)致相對優(yōu)勢的結(jié)構(gòu)面很難界定。

本文以內(nèi)蒙古白音諾爾鉛鋅礦北區(qū)950m 中段為研究區(qū)，對鉛鋅礦節(jié)理裂隙構(gòu)造特征進(jìn)行測量和統(tǒng)計(jì)，根據(jù)Dips 軟件處理所得構(gòu)造地質(zhì)學(xué)數(shù)據(jù)并繪制傾角、傾向符號極點(diǎn)圖，玫瑰花圖以及等值線圖，通過對玫瑰花圖、極點(diǎn)圖、極點(diǎn)等值線圖進(jìn)行綜合分析可以獲得優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面。分析主要從數(shù)量指標(biāo)上通過比較上述圖件并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際勘察情況最終得到該中段的優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面，為下階段穩(wěn)定性評價(jià)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 應(yīng)用Dips 軟件處理構(gòu)造地質(zhì)測量數(shù)據(jù)

Dips 軟件常用來處理地質(zhì)定位數(shù)據(jù)的軟件并進(jìn)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(yīng)用相對較少。

應(yīng)用Dips 軟件處理構(gòu)造地質(zhì)測量數(shù)據(jù)的過程比較簡單，主要概括為數(shù)據(jù)導(dǎo)入、作圖、保存文件三個(gè)主要步驟，即首先通過從Excel 文件中復(fù)制所需數(shù)據(jù)，粘貼到Dips 表格中，然后根據(jù)軟件自有功能完成對極點(diǎn)圖、玫瑰花圖、極點(diǎn)等值線圖的繪制，最后導(dǎo)出圖像并保存[9]。

Dips 軟件既可以用來繪制極點(diǎn)投影圖或以彩色填充和線狀的方式作極點(diǎn)等值線圖（Schmidt 分布和Fisher 分布），還可以通過選擇節(jié)理極密中心位置，繪出對應(yīng)的優(yōu)勢赤平投影大圓，并計(jì)算出極密部位（相當(dāng)于優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面）的平均產(chǎn)狀。赤平極射投影能將結(jié)構(gòu)面的方向和傾角在同一投影面內(nèi)反映出來，并可測算各結(jié)構(gòu)面的組合關(guān)系，在反映節(jié)理和推求各節(jié)理之間的組合關(guān)系時(shí)應(yīng)用最為廣泛。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

白音諾爾鉛鋅礦為一大型鉛鋅礦床。區(qū)內(nèi)礦體數(shù)量眾多、形態(tài)復(fù)雜、常成群成帶分布。全區(qū)共探獲160 余條鉛鋅礦體，本區(qū)含礦地質(zhì)體嚴(yán)格受構(gòu)造（北東向）、巖性及巖漿活動(dòng)的控制，主要工業(yè)礦體均分布于閃長玢巖、流紋質(zhì)晶屑凝灰熔巖、正長斑巖及下二疊統(tǒng)黃崗組碳酸鹽巖接觸交代形成的矽卡巖體內(nèi)。

鉛鋅礦經(jīng)過30 多年的開采，井下遺留大量采空區(qū)，雖有部分已經(jīng)處理（處理方法為強(qiáng)制崩落或開“天窗”），由此也產(chǎn)生了諸多裂隙，為礦山現(xiàn)階段的生產(chǎn)以及后續(xù)的各項(xiàng)工作繼續(xù)安全進(jìn)行，有必要對礦區(qū)內(nèi)有可能影響礦山安全的結(jié)構(gòu)面進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面，為后續(xù)工程安全評價(jià)提供驗(yàn)證依據(jù)。

3.2 結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)分析

對于結(jié)構(gòu)面中的節(jié)理裂隙調(diào)查方法眾多，本文采用測線法詳細(xì)觀測[10-11]。它具有簡便易行的特點(diǎn)并在國內(nèi)外已普遍采用，大量的工程實(shí)踐證明其具有良好的測量精度，能夠滿足工程實(shí)際的需要。測線法的基本做法是在巖石露頭或平硐內(nèi)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(jié)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(jié)理在皮尺一側(cè)的那段長度。有些節(jié)理延伸較長，無法量測其半跡長度，在此取刪節(jié)長度c為1m。研究區(qū)北區(qū)950m 中段數(shù)據(jù)輸入情況圖1，

圖1 白音諾爾鉛鋅礦北區(qū)950m 中段Dips 數(shù)據(jù)輸入界面

結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)分析目的是通過結(jié)構(gòu)面分組，得到每組結(jié)構(gòu)面中的相對優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀，利用結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀的極射赤平投影所做的統(tǒng)計(jì)圖件能較好的反映實(shí)際情況，等值線圖中心點(diǎn)即代表某一區(qū)間內(nèi)結(jié)構(gòu)面的優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀（平均產(chǎn)狀），該方法是目前工程地質(zhì)界較常采用的表示方法。

吳氏網(wǎng)上一個(gè)點(diǎn)表示單一節(jié)理面，該節(jié)理面是通過其法線投影變換而來的。節(jié)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(jié)理特征得不到全面體現(xiàn)，而吳氏網(wǎng)上的每個(gè)點(diǎn)代表一種產(chǎn)狀的法線，即可以代表節(jié)理所有特征。因此，節(jié)理可以用極點(diǎn)圖來表示。顯然，極點(diǎn)分布愈密，相近節(jié)理產(chǎn)狀的節(jié)理面愈多，本程序采用吳氏網(wǎng)，計(jì)算求得網(wǎng)中各點(diǎn)的節(jié)理密度值。采用幾何拓?fù)潢P(guān)系使這些密度點(diǎn)自動(dòng)連接，形成三角網(wǎng)，最后通過內(nèi)插法繪制極點(diǎn)等值線圖，極點(diǎn)等值線圖就是基于上述原理繪制而來的。利用極點(diǎn)圖和等值線圖可從不同角度分析節(jié)理特征，還可自動(dòng)生成等值線圖，相較手工繪圖具有高效、精度高的優(yōu)點(diǎn)。另外，極點(diǎn)等值線圖可直觀準(zhǔn)確地反應(yīng)節(jié)理的分布規(guī)律[12-13]。

通過前期現(xiàn)場測得的數(shù)據(jù)，并運(yùn)用Dips 軟件，繪出北區(qū)950m 中段結(jié)構(gòu)面符號極點(diǎn)分布圖、傾向玫瑰花圖和極點(diǎn)等值線圖，見圖2 圖5。

圖2 北區(qū)950m 中段傾角符極點(diǎn)圖

圖3 北區(qū)950m 中段傾向符極點(diǎn)圖

圖4 北區(qū)950m 中段瑰花圖

圖5 北區(qū)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(tǒng)一區(qū)間，第8 組區(qū)間為80.38°至90.00°，數(shù)量占據(jù)主要優(yōu)勢為33 個(gè)。從圖3 可知，傾向可以簡單劃分成8 組，每組都有統(tǒng)一區(qū)間，第2 組區(qū)間為44.63°至89.25°，數(shù)量占據(jù)主要優(yōu)勢為26 個(gè)。從圖5 可知，黑色線框代表的極密區(qū)，可得圖中代表平均產(chǎn)狀的曲線，產(chǎn)狀為88°∠88°，其結(jié)果完全符合上述傾角、傾向極點(diǎn)符號圖的判斷[14-15]。

4 結(jié)論

對礦山北區(qū)950m 中段利用測線法分別做了結(jié)構(gòu)面調(diào)查，并用赤平投影法進(jìn)行了分析，分析得到巖體結(jié)構(gòu)面主要特征如下：

1）認(rèn)為950m 中段結(jié)構(gòu)面多為處于閉合或微張狀態(tài)的構(gòu)造結(jié)構(gòu)面，結(jié)構(gòu)面裂隙間基本沒有充填物質(zhì)；

2）通過現(xiàn)場結(jié)構(gòu)面調(diào)查，采用Dips 軟件進(jìn)行分組，主要考慮結(jié)構(gòu)面的數(shù)量優(yōu)勢和工程優(yōu)勢，從傾向玫瑰圖和極點(diǎn)等值線圖可以得出，北區(qū)950m 中段優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面為88°∠88°。

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