李金龍

(河北鋼鐵集團礦業(yè)有限公司)

馬城鐵礦斷裂構造體系及對礦山建設的影響

李金龍

(河北鋼鐵集團礦業(yè)有限公司)

馬城鐵礦區(qū)地處陰山—天山緯向構造帶東段，燕山南部帶山海關臺拱西南邊緣，西南為薊縣坳陷，南為黃驊坳陷，屬司馬長鐵礦成礦帶。通過物探與鉆探，并輔以水文孔大井抽水和群孔抽水進行試驗分析。結果表明，區(qū)內主要的F1、F2、F3等3條斷裂對礦體具有破壞與控制作用，尤其是三者相互作用形成的斷裂帶影響區(qū)，是影響礦山開發(fā)利用的主要區(qū)域，建議在基建、生產勘探等階段加強對斷裂帶的階段性研究，達到安全生產、充分回收資源的目的。

馬城鐵礦 斷裂構造 礦山建設

對隱伏斷裂的研究一般是在重力異常、電磁異?？碧降幕A上采用鉆探方式進行揭露，根據斷裂揭露情況布置適量的水文孔，進行抽水試驗，從而查明斷裂構造之間相互關系及其影響帶。為了分析馬城鐵礦區(qū)斷裂構造體系，討論其對礦山建設的影響，布置了大量物探、鉆探工程，并進行了大井、群井抽水試驗，共查明了3條斷裂，分別命名為F1、F2、F3，該3條斷裂對礦體均造成一定的破壞作用，尤其是Ⅱ#礦體，基本呈環(huán)狀包圍了Ⅱ#礦體的北部，對其走向、傾向延伸均造成了較大影響，更對Ⅱ#礦體的開發(fā)利用帶來了巨大的困難[1]。

1 礦區(qū)斷裂構造體系分析

1.1 物探分析原理

馬城礦區(qū)斷裂屬隱伏構造，對隱伏斷裂構造的研究基本是采用由已知到未知，物探先行，鉆孔揭露的工作順序，并通過大井、群孔抽水試驗來研究斷裂帶間的相互關系。一定的地質結構、構造特征決定著一定的地球物理場的分布特征，斷層、破碎帶主要是依據電阻率等值線的形態(tài)變化特征判別的。在斷層及破碎帶處表現(xiàn)為數值發(fā)生突變，等值線形態(tài)扭曲、傾斜或直立；依據電阻率斷面圖上低阻異常的等值線密集處(梯度變化最大處)確定斷層、破碎帶的邊界。

1.2 斷裂構造體系展布特征

斷裂帶展布除受區(qū)域應力場方向控制外，還與基巖的分布有關系。區(qū)內斷裂構造分布以近SN，NNE向為主。經過多個構造期次，區(qū)內斷裂受到多期構造應力的作用，形成了現(xiàn)今的構造形態(tài)。結合前人對該區(qū)的研究成果和鉆孔信息，按照斷裂的發(fā)育機制、性質，將區(qū)內斷裂可分為2類：①走滑性質的斷裂，包括F1、F2斷裂；②逆沖斷裂，F(xiàn)3斷裂。

(1)F1斷裂。為走滑斷裂，其影響帶位于12～24勘探線間，并向西南延伸交于F2斷裂，走向NNE，根據已有鉆孔資料推測其傾向SE，傾角較陡，大于70°，斷裂帶影響寬度200～300 m，控制長度近2 700 m，NE向有向灤河延伸并與之相交之勢，SW向與F2斷裂帶相交。從斷裂充填物來看，此斷裂為多期構造運動所形成，早期應以拉張為主，后期以壓扭為主。

(2)F2斷裂。位于礦區(qū)西部，呈雁列式展布貫穿礦區(qū)南北，為走滑斷裂，主體走向控制長度近 4 000 m，水平寬10～130 m，總體呈自南向北規(guī)模變小，傾角變緩的趨勢。在其南部、中部、北部均有5～10個鉆孔揭露。鉆孔巖心顯示，自南向北均被后期大規(guī)模的輝綠巖體充填。除中部ZK0-4輝綠巖體頂底板破碎較強外，其南部、北部均較完整，推斷該斷裂被充填后，受到了后期壓扭性構造運動的影響，即F1斷裂構造帶的后期壓扭性構造運動對其造成的破壞。

(3)F3斷裂。走向NEE，傾向NW，傾角62°～85°，走向長約730 m，水平寬60～80 m，其性質與F1斷裂相似，早期以拉張為主，后期以壓扭為主。

綜上所述，礦區(qū)斷裂破碎帶發(fā)育，且斷裂帶具有多期次，多重復性活動的特點，斷裂性質復雜多變。但是由于最后一次運動具有明顯的拉張性，所以區(qū)內斷裂除F1斷裂外均具有明顯的拉張?zhí)攸c。

1.3 斷裂帶間的相互關系

為了更好的揭露斷裂帶影響范圍及其相互關系，對礦區(qū)進行了大井及群孔抽水(抽水量4 700 m3/d)試驗，根據試驗結果，礦區(qū)地下水位影響范圍達到周圍2 000 m距離，影響范圍很廣，地下水位變化形態(tài)亦與馬城礦區(qū)構造展布特征想吻合。礦區(qū)內多孔抽水第二礫石層降深等值線圖見圖1。

圖1 馬城礦區(qū)多孔抽水第二礫石層降深等值線[1]

由圖1可知，受F1、F2、F3斷裂的共同影響，馬城鐵礦區(qū)地下水位變化形態(tài)軸向以NEE向為主，這與該礦區(qū)的斷裂展布特征十分吻合，印證了F1斷裂與F3斷裂構造帶具有很強的導水性，且影響范圍極廣。F2斷裂構造帶因后期被輝綠巖脈充填，其本身具有相對阻水作用，但其影響帶也是不容忽視的導水渠道。

2 斷裂構造成因

2.1 F1、F2斷裂

2.1.1 燕山期

在此階段，燕山地區(qū)由于太平洋板塊向NE俯沖，區(qū)內受NE—SE向構造應力作用，在該區(qū)形成了一系列的NE、近SN向的逆沖斷裂構造[2]。F1、F2斷裂在該時期受NW—SE向構造應力場的持續(xù)作用，斷裂開始形成并發(fā)生較大規(guī)模的活動，斷層運動模式為逆沖，并形成了一系列的小構造。

2.1.2 晚燕山期

早燕山期構造作用后，該區(qū)總體構造格局已經基本形成，即全區(qū)形成了以NE向構造為主的構造格局。但由于后期伸展構造應力的作用，早期形成的斷裂進一步被改造。在此階段，斷裂沿早燕山期形成的斷裂面發(fā)生了一定程度的左行走滑運動[3]。

在青龍河斷裂帶左行走滑斷裂系統(tǒng)中，發(fā)育著一系列的次級張性斷裂和張裂脈，它們構成了該左行走滑斷裂系的“T破裂”[4]，包括F2、F3斷裂北部，它們大體上構成了左行走滑斷裂系中的“T破裂”。

由于研究區(qū)內經過多期活動和改造，斷裂發(fā)育，從而使褶皺構造不發(fā)育，特別是達到一定規(guī)模的褶皺很少并且遭到強烈地改造和破壞，因此很難判斷其反映的變形機制。

由鉆井巖芯資料可知，斷裂破碎帶內主要發(fā)育有斷層角礫巖，斷層帶內可見綠泥石，高嶺土和構造片巖等反映韌性變形的構造巖，也有大量的碎裂巖較發(fā)育的破劈理和斷層泥等脆性變形的構造巖，該組走滑斷層是在脆-韌性條件下形成后，又疊加了脆性變形作用的結果。根據斷層帶特征，斷層顯示有多期活動性質，既有張性、壓性特點又具水平運動的特點，受左行剪切構造活動的影響較大。

2.2 F3逆斷裂

由于燕山早期的擠壓應力場的作用，形成了逆沖斷裂。燕山后期，應力場轉變，主要為拉張應力環(huán)境[5]。因此，斷裂帶的上盤沿著原有的斷裂面下降，發(fā)生一定程度的負反轉。

3 斷裂構造對礦山開發(fā)利用的影響

3.1 斷裂構造對礦體的影響

F1斷裂位于Ⅱ#礦體北端，截斷了Ⅱ#礦體的向北延伸。根據推測F1斷裂SW延伸部分經過8、4線，在16～0線與F2斷裂交錯。F2斷裂分布范圍較廣，并且對礦體造成了較嚴重的破壞。北段輝綠巖由不連續(xù)的3條脈組成，沿走向延伸方向切斷Ⅺ#、Ⅻ#礦體，但未產生明顯位移。中段輝綠巖為一條脈，在深部切斷了Ⅱ#礦體的傾斜延深。南段輝綠巖厚度較大，由近平行的1組脈體組成，21、23線規(guī)模最大，南北延伸方向均收攏為1條，對礦體破壞作用較強，主要是在21～23線斜穿Ⅰ#、Ⅲ#、Ⅴ#礦體，嚴重破壞了礦體的完整性。3條斷裂基本呈環(huán)狀包圍了Ⅱ#礦體的北部，對其走向、傾向延伸均造成了較大影響。F1斷裂截斷了Ⅱ#礦體的向北延伸，F(xiàn)3晚期逆斷裂及西側輝綠輝長巖脈在其南端將其截穿。

3.2 斷裂構造對礦區(qū)水文地質條件的影響

區(qū)內斷層以壓扭性為主，斷層巖石泥化、糜棱巖化嚴重，斷層整體透水性較弱，但距斷層一定距離的斷層影響帶，特別是多條斷層共同作用所形成的復合影響帶基巖構造裂隙發(fā)育，裂隙充填程度較低，富含基巖構造裂隙水。由F1、F2、F3斷層相互作用形成的復合影響帶主要分布在3～24線，垂向延伸深度嚴格受斷層控制，一般集中于-150～ -800 m 標高，破碎帶厚度變化大，從幾米到幾百米不等，裂隙率一般為1.0%～5.0%，多以破碎帶的形式出現(xiàn)。礦區(qū)各斷層在該地段相互溝通、相互影響，形成脈絡狀基巖構造裂隙含水帶，是礦床充水的主要通道。

3.3 斷裂構造對礦區(qū)工程地質條件的影響

馬城礦區(qū)地處灤河沖洪積扇頂部，礦體深埋于上百米厚的第四系松散堆積物之下，賦存于太古界單塔子群白廟組變質巖中，礦體為磁鐵石英巖，圍巖為混合花崗巖、混合巖、黑云變粒巖、輝綠巖等，均屬堅硬脆性巖石。礦區(qū)地處司馬長復式向斜褶皺帶中，巖石風化作用強烈，斷裂構造極其發(fā)育，各斷層均具多期次、重復性活動特點。在強烈的構造活動過程中，礦區(qū)地層巖性變化復雜，近NE向平行展布的F1、F3斷裂規(guī)模較大，且對礦區(qū)主礦體均有穿插破壞作用。斷層帶巖石極度破碎，松散軟弱層厚度大，斷層影響帶較寬，且發(fā)育深度大，特別是F1、F3斷裂組成的復合影響帶富含基巖裂隙承壓水，具較強的導水性。斷層及其影響帶增強了礦床與第四系之間的水力聯(lián)系，地下水具有較大的靜水壓力，使礦區(qū)工程地質條件變得非常復雜。

4 建 議

(1)3～24線間由F1、F2、F3等3條斷裂構成的斷層影響帶為礦床充水的主要通道，該地段在礦床開采條件下，圍巖穩(wěn)定性差，易涌水、坍塌，且包括整個Ⅱ#主礦體對礦山生產影響巨大。應對該區(qū)域進行專題研究，確保礦山生產安全，加強對Ⅱ#主礦體資源的回收利用。

(2)完善排水設施，提高設防能力，有疑必探，加大探水孔深度，加強對地下水及其水位的動態(tài)監(jiān)測，確保礦山安全生產。

(3)對礦區(qū)水文地質條件復雜的影響帶的研究要貫穿整個礦山建設及生產勘探中，在地下礦基建、探礦、采礦及排水過程中，進行各階段的礦坑排水量觀測，建立不同層位的地下水觀測系統(tǒng)，特別是第四系底部含水層觀測系統(tǒng)，獲取足夠豐富的水文觀測資料，為后續(xù)的研究工作提供翔實的基礎資料。

(4)礦山在生產階段應對圍巖的應力、應變及地下水進行監(jiān)測，尤其是F1、F2、F3斷裂構造帶構成的復合影響帶，總結應力應變規(guī)律，合理布置礦房、點柱尺寸、支護方案等，保證礦山安全生產。

(5)馬城鐵礦第四系含水豐富，由于歷史原因存在許多地質老孔未進行封孔，礦山在生產勘探過程當中，務必對位于基巖與風化帶處的各類鉆孔進行封孔處理，防止鉆孔將第四系含水層與礦坑導通，形成人為通道。

[1] 胡興憂，劉鳳閣，劉大金，等.河北省灤南縣馬城鐵礦勘探報告[R].北京：中國冶金地質總局第一地質勘查院,2012.

[2] 朱志澄.構造地質學[M].北京：中國地質大學出版社，1999.

[3] 趙 越.燕山地區(qū)中生代造山運動及構造演化[J].地質論評，1990，36(1)：1-12.

[4] 徐正聰，王振民.河北燕山地區(qū)地質構造基本特征[J].中國區(qū)域地質，1983(3)：39-55.

[5] 王 瑜.中生代以來華北地區(qū)造山帶與盆地的演化及動力學[M].北京：地質出版社，1998.

2014-08-18)

李金龍(1984—)，男，工程師，碩士，063000 河北省唐山市路北區(qū)建設北路81號。