楊碩馬代海伊其安

（①新疆地質(zhì)調(diào)查院烏魯木齊830000②四川地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局物探隊(duì)成都610072）

新疆尉犁縣且干布拉克蛭石礦Ⅱ號(hào)礦體東段工程地質(zhì)條件淺析

楊碩①馬代海②伊其安①

（①新疆地質(zhì)調(diào)查院烏魯木齊830000②四川地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局物探隊(duì)成都610072）

新疆尉犁縣且干布拉克蛭石礦是中國超大型蛭石礦，對(duì)其Ⅱ號(hào)礦體東段工程地質(zhì)條件調(diào)查研究，主要分析巖石物理力學(xué)性質(zhì)，對(duì)露天礦邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，并計(jì)算剝采比，采用的是定性分析與定量分析相結(jié)合的方法，得出的結(jié)論相對(duì)合理，對(duì)后期工程施工具有重要的指導(dǎo)意義。

新疆且干布拉克蛭石礦工程地質(zhì)條件

蛭石礦是一種稀缺資源，產(chǎn)地主要在美國、南非、中國和俄羅斯。其中美國蛭石儲(chǔ)量為9×10-7t，南非蛭石儲(chǔ)量為7.3×10-7t，這兩者占到西方世界總量的95%[1]。在中國，蛭石礦主要產(chǎn)于新疆尉犁縣，且干布拉克礦床是中國唯一的超大型蛭石礦，并且礦石品位高，質(zhì)量好，受到廣泛重視[2-5]。該礦床具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，對(duì)其深入研究具有理論和現(xiàn)實(shí)意義。

1 地質(zhì)背景

且干布拉克蛭石礦位于巴音郭楞蒙古自治州尉犁縣東偏南，屬尉犁縣管轄。大地構(gòu)造位置處于塔里木板塊東北緣庫魯克塔格斷隆西南部，區(qū)內(nèi)出露地層主要有下元古界一套變質(zhì)較深的沉積巖及火山巖，長城系為一套淺變質(zhì)的碎屑巖和碳酸鹽巖類，青白口系為一套濱海-淺海相碎屑巖、碳酸鹽及第四系更新統(tǒng)-全新統(tǒng)沖洪積砂礫石層（圖1）。蛭石礦產(chǎn)于超基性雜巖體中，F(xiàn)1斷裂兩側(cè)（以上盤為主），圍繞蛇紋巖產(chǎn)出，該套超基性雜巖形成于新元古界[4]，巖漿活動(dòng)具超基性至堿性的趨勢(shì)，并且由強(qiáng)到弱變化，巖漿期后熱液活動(dòng)發(fā)育。

圖1 且干布拉克大地構(gòu)造位置及礦區(qū)地質(zhì)圖（據(jù)黃建華等，2012修改[5]）

2 礦床及礦石特征

且干布拉克蛭石礦Ⅱ號(hào)礦體是其主礦體，此次研究Ⅱ號(hào)礦體東段部分，該礦體剖面上近似水平延伸，礦體規(guī)模較大，從224～280勘探線礦體東西長度1300m，平均寬度400m，平均厚度16～20m，礦體走向100°～280°，經(jīng)鉆孔控制其產(chǎn)狀為190°∠14°。蛇紋巖型蛭石礦分布于礦體中心部位，而向外是透輝石蛭石礦，圍巖為透輝石巖，礦體與圍巖漸變過渡。

蛇紋巖型蛭石礦為強(qiáng)水化的優(yōu)質(zhì)礦石，呈金黃色、土黃色，片狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造，品均品位達(dá)59%。蛭石呈青銅色、淺棕色，它形、半自形，薄片具撓性，片度4～15mm。透輝石巖型蛭石礦分布于蛭石礦體外圍，該類礦石呈黃綠色，鱗片變晶結(jié)構(gòu)，稀疏浸染-稠密浸染狀構(gòu)造，蛭石呈金黃色、棕褐色，片度2～4mm，薄片具撓性。

3 礦區(qū)工程地質(zhì)

3.1 巖石物理力學(xué)性質(zhì)

采集兩件樣品，對(duì)礦區(qū)巖石物理及力學(xué)性質(zhì)經(jīng)行測(cè)試，經(jīng)計(jì)算后結(jié)果見表1。

表1 巖石物理力學(xué)性質(zhì)表

3.2 巖石工程地質(zhì)特征

礦體產(chǎn)于深成巖體中，巖體與圍巖呈侵入接觸，巖體邊緣局部蛭石定向排列，但延伸極短，厚度很小，加之巖體原生裂隙不多，因此著重于構(gòu)造形跡和風(fēng)化層的分析。

3.2.1 斷層

F1逆斷層：180勘探線以東破碎帶寬約8m，最寬處可達(dá)百米，巖體破碎，未膠結(jié)，充填物是巖石風(fēng)化產(chǎn)物，該斷層屬活斷層，極大影響礦區(qū)區(qū)域工程的穩(wěn)定性，工程施工時(shí)應(yīng)避開該斷裂。

3.2.2 構(gòu)造裂隙

蛭石礦體（包括蛇紋巖）發(fā)育有北西西、北東、北東東及近南北向裂隙，傾角分別為40°～65°，70°～90°，裂隙表面較平整，附有泥質(zhì)物，厚約0.5cm～1.5cm不等，裂隙延伸較長，間距1.5m～3m，礦體北切割成巨大的楔形塊體，這些節(jié)理較弱面在水的作用下泥化處于飽和狀態(tài)。易滑塌或開采時(shí)周圍壓力突然降低，礦體本身釋放壓力，造成突然崩塌。尤其是20m以下在礦體含水時(shí)對(duì)礦體工程地質(zhì)性質(zhì)影響更明顯。蛭石礦體屬塊狀礦體，軟巖石，抗壓強(qiáng)度Rb＜300kg∕cm2。

透輝石巖（包括透輝石巖型蛭石礦）的裂隙按產(chǎn)狀可分為三類。傾角30°～50°之間為一類，多見于地表，裂隙面平滑，附有薄膜，傾角65°～75°之間為第二類，地表40m以下較多，表面平整并附有方解石和高嶺石薄膜，屬壓性，延伸長；第三類傾角近90°，較為少見。透輝石巖體受裂隙切割多呈棱角狀，抗壓強(qiáng)度飽和狀態(tài)時(shí)Rb=304kg∕cm2，干燥狀態(tài)時(shí)Rb=541kg∕cm2，軟化系數(shù)K=0.56，為抗風(fēng)化能力弱的中硬巖石。

混合片麻巖及其他巖脈由于角閃石含量高，裂隙不發(fā)育，其力學(xué)強(qiáng)度較高，抗壓強(qiáng)度飽和狀態(tài)時(shí)Rb＞600kg∕cm2。片麻理方向抗剪切強(qiáng)度較低，是抗風(fēng)化能力較強(qiáng)的堅(jiān)硬巖石。

3.2.3 風(fēng)化層

礦區(qū)的深成巖體易風(fēng)化，風(fēng)化層厚約30m，最深處50m以上，沿F1斷層兩側(cè)風(fēng)化程度較高，其中劇風(fēng)化層厚約4m～6m，呈泥狀物，多飽水，浸水崩解，其工程性質(zhì)類似松散土。巖石風(fēng)化后力學(xué)性質(zhì)大幅度下降，其單向抗壓強(qiáng)度飽和狀態(tài)時(shí)Rb=132kg∕cm2，干燥狀態(tài)時(shí)Rb=337kg∕cm2，是母巖的1∕4～2∕3。天然抗拉張強(qiáng)度為14.27kg∕cm2，是母巖的1∕4，抗剪強(qiáng)度不足母巖1∕3，凝聚力降低到母巖的2∕9，巖石由原來的中硬巖石降為軟巖石。在蛭石礦段，風(fēng)化層可達(dá)35 m以上，風(fēng)化作用對(duì)其影響大，而混合片麻巖、斜長角閃巖、混合花崗巖僅表層風(fēng)化，厚0.8m～1m，對(duì)原來力學(xué)強(qiáng)度影響小。

3.3 露天采礦場(chǎng)邊斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的目的是合理設(shè)計(jì)人工邊坡，使之既穩(wěn)定安全，又不浪費(fèi)開挖量，評(píng)定、核算與工程有關(guān)的天然斜坡穩(wěn)定性現(xiàn)狀及受工程影響后的穩(wěn)定性狀況，都能為斜坡提供設(shè)計(jì)依據(jù)[6]。對(duì)蛭石礦測(cè)定其舊采礦坑風(fēng)化形成的自然邊坡角和高度，以此來計(jì)算未來露天礦坑設(shè)計(jì)的邊坡角，采用的計(jì)算公式如下：

i2=(i1-b1)(H1∕H2)1·5(A1∕A2)+b2

式中：i為邊坡角；b為臨界不連續(xù)傾角；H為邊坡高度(m)，A=b-f[1-0.1(D∕H)2]；f為沿傾角為b的斜面的摩擦角；D為邊坡邊緣后的地下水高(m)；腳碼1、2表示穩(wěn)定程度相同的已知邊坡和未來設(shè)計(jì)邊坡角，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 開采邊坡角計(jì)算結(jié)果

3.4 剝采比計(jì)算

計(jì)算剝采比與已知西礦段類比，按2.5∶1圈定計(jì)算。采場(chǎng)邊坡角未作規(guī)定，根據(jù)實(shí)際情況作如下選擇，在第四系上更新統(tǒng)沖洪積層中，邊坡角測(cè)定在31°～40°之間，取其平均值36°，需要?jiǎng)冸x的巖石邊坡角取65°。探礦工程的施工對(duì)了解覆蓋物，礦體形態(tài)、夾石等情況提供了可靠的依據(jù)，剝采比計(jì)算是在勘探線剖面的基礎(chǔ)上用地質(zhì)斷面法求得的。

計(jì)算剝采比采用體積比，即需剝離的覆蓋物與埋藏礦體體積之比。基本方法是：先計(jì)算出每個(gè)剖面上礦體面積和覆蓋物的面積，按剝采比要求圈出采坑范圍，以柱狀體公式求出相鄰兩剖面覆蓋物體積及礦體體積，計(jì)算公式如下：

式中：Ln為剖面線間距(m)；S為覆蓋物斷面面積(km2)；X為礦體斷面面積(m2)。

此次計(jì)算選用5個(gè)勘探線的數(shù)據(jù)，分別是224、232、240、248和264，因此n=5，224～248線間據(jù)均為160m，248～264線間距為320m。Ⅱ號(hào)礦體可采礦段及不可采礦段各斷面覆蓋物與礦體斷面面積見表3。

表3 覆蓋物與礦體斷面面積表

將以上數(shù)據(jù)代入前公式可以得出，可采礦段剝采比為1.62，而不可采礦段剝采比為4.64。

4 結(jié)論

構(gòu)造形跡和風(fēng)化層對(duì)礦區(qū)工程地質(zhì)條件產(chǎn)生重要影響，施工時(shí)應(yīng)避開主斷裂。蛭石礦本身抗壓能力弱，且蛭石礦體節(jié)理發(fā)育地段易發(fā)生滑塌，而透輝石巖及基底抗壓能力強(qiáng)，是布置工程施工的理想地段。蛭石礦自然風(fēng)化形成的邊坡角大約36°，未來要?jiǎng)冸x的巖石邊坡角計(jì)算得約65°。圈定出的可采礦段剝采比為1.62，而不可采礦段剝采比為4.64，礦區(qū)圈定的露天開采境界是相對(duì)經(jīng)濟(jì)合理的。

[1]傅師漢.非金屬礦產(chǎn)品應(yīng)用指南[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1986：299-304.

[2]陳國耀.尉犁蛭石礦床的地質(zhì)特征及成因探討[J].新疆地質(zhì)，1989,(1).

[3]黃建華，孫寶生，顧連興，等.超大型蛭石礦床成礦系列及礦床成因模式[J].新疆地質(zhì)，2001,19(2):111-114.

[4]孫寶生，黃建華.新疆且干布拉克超基性巖-碳酸巖雜巖體Sm-Nd同位素年齡及其地質(zhì)意義[J].巖石學(xué)報(bào)，2007,(7): 1611-1616.

[5]黃建華，吳昌志，雷如雄，等.新疆且干布拉克超大型蛭石礦床的成因與成礦模式[J].礦床地質(zhì)，2012,31(2)：359-368.

[6]李智毅，楊裕云.工程地質(zhì)學(xué)概論[M].武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1994.

收稿：2015-04-08

10.16206∕j.cnki.65-1136∕tg.2015.06.013