黃文龍

(廣東省地質(zhì)調(diào)查院，廣東 廣州 510080)

廣東粵北某鎢多金屬礦區(qū)巖溶發(fā)育特征初析

黃文龍

(廣東省地質(zhì)調(diào)查院，廣東 廣州 510080)

[摘要]水工環(huán)地質(zhì)工作為礦產(chǎn)勘查不可或缺的一部分，在地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜的巖溶充水礦區(qū)更是尤為重要。結(jié)合礦區(qū)普查階段開采技術(shù)評(píng)價(jià)資料，對(duì)礦區(qū)巖溶發(fā)育情況進(jìn)行初步分析。統(tǒng)計(jì)鉆孔見洞率、線巖溶率、巖溶埋深及溶洞，結(jié)合地質(zhì)構(gòu)造特征，分析巖溶發(fā)育規(guī)律，從而為礦區(qū)后續(xù)的詳查及勘探提供工作依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]粵北；礦區(qū)；巖溶特征；地質(zhì)構(gòu)造；發(fā)育規(guī)律

1區(qū)域概況

1.1自然地理

研究區(qū)位于廣東省樂昌市云巖鎮(zhèn)，乳源縣大橋鎮(zhèn)，處于粵北石灰?guī)r地區(qū)。以大塘邊-大坪里一線為界，本區(qū)北東側(cè)為中山，南西側(cè)為構(gòu)造剝蝕、侵蝕強(qiáng)烈的巖溶地貌。北東部地勢(shì)高，最高處為帽峰，標(biāo)高1 344 m，北部大塘邊村一帶地勢(shì)低，最低標(biāo)高450 m。東部發(fā)育陡峻中山和峽谷，中南部巖溶地貌發(fā)育，地形切割強(qiáng)烈，山高坡陡。

本區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，具山區(qū)氣候特征，冬春寒冷多霧，有短期冰凍。年均氣溫20℃左右，最高38.9℃，最低-3.6℃，相對(duì)濕度平均77%。春夏多雨，年均降雨量1 881 mm，日最大降雨量146 mm。夏季較熱，氣溫在25℃～27℃之間；秋季風(fēng)高氣爽，氣溫16℃～22℃之間；冬季常有霜雪冰凍。

區(qū)內(nèi)水系屬武江水系。礦區(qū)及周邊大多發(fā)育“V”字形季節(jié)性溪谷，河床不寬，坡度平緩，上游堆積以礫石為主，下游均為泥砂質(zhì)沉積物阻塞。溪溝流量普遍小于100 L/s，強(qiáng)降雨后流量劇增，如沙棟里村溪溝雨后流量可達(dá)400 L/s。

1.2地質(zhì)環(huán)境概況

研究區(qū)位于瑤山復(fù)背斜南段西翼，梅花—大橋復(fù)向斜東翼。地層主要為泥盆系的棋梓橋組(Dq)、東坪組(Ddp)、天子嶺組(Dt)，主要含礦層位為棋梓橋組、天子嶺組第一段(Dt1)及第二段(Dt2)，礦體圍巖主要為灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r。

灰?guī)r廣泛分布在礦區(qū)整個(gè)區(qū)域，其中天子嶺組及棋梓橋組灰?guī)r溶蝕裂隙及巖溶管道發(fā)育，賦存碳酸鹽巖裂隙溶洞水，富水性中等為主，局部豐富，具承壓性質(zhì)，為區(qū)域主要含水層，且其巖溶發(fā)育程度不一。

本區(qū)地下水的補(bǔ)給來源主要是大氣降水，次為地表水。大氣降水以地表徑流形式排泄，通過地表徑流就近排泄至低洼溝谷，局部直接流入暗河溶洞或落水洞。巖溶裸露區(qū)主要接受大氣降水入滲補(bǔ)給，局部接受上部孔隙水補(bǔ)給，基巖上段風(fēng)化裂隙及巖溶較發(fā)育，徑流通暢，地下水向地勢(shì)低洼處徑流，通過構(gòu)造破碎帶以溶洞、暗河和泉水沼澤等形式排泄，局部以潛流排泄于殘坡積層中。暗河出、入口流量監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)顯示，本區(qū)地表水與地下水的水力聯(lián)系密切。

2巖溶發(fā)育情況

從區(qū)域來看，礦區(qū)位于梅花—大坪巖溶中山四級(jí)巖溶水單元內(nèi)，屬典型的裸露型巖溶區(qū)，地表普遍可見溶蝕程度不一的巖溶微地貌，表生巖溶發(fā)育，可見溶蝕洼地、溶溝、溶槽、石芽、溶脊、落水洞等。礦區(qū)屬水文地質(zhì)問題為主的巖溶充水礦床，查明巖溶發(fā)育特征及規(guī)律對(duì)下一步的詳查及勘探階段具重要意義。

普查中施工勘查孔123個(gè)，揭露溶洞的鉆孔共33個(gè)，其中石沖礦段見洞率64.52%，雪馬田礦段30.77%，沙棟里礦段4.08%(表1)。

1-溶洞位置及大??；2-線巖溶率；3-鉆孔見洞率；4-鉆孔位置及編號(hào)(省略“ZK”)

圖2　雪馬田礦段鉆孔揭露溶洞垂向分布圖

垂向上，溶洞發(fā)育深度主要為地下150 m內(nèi)(海拔標(biāo)高600～800 m)。個(gè)別溶洞溶蝕深度較大，如ZK4072溶洞最大發(fā)育深度達(dá)410.75 m(標(biāo)高332.46 m)，ZK4004達(dá)472.04 m(標(biāo)高267.98 m)。溶洞個(gè)數(shù)最多的鉆孔為ZK4075，共計(jì)21個(gè)，溶洞累計(jì)高度25.77 m；其次為ZK4086、ZK4074，溶洞13個(gè)，溶洞累計(jì)高度分別為17.75 m、7.30 m。揭露單個(gè)溶洞高度最大的為ZK4084孔，洞高6.38 m，次之為ZK4084孔的4.55 m。揭露單個(gè)溶洞高度最小的鉆孔為ZK4074孔，洞高僅0.10 m。

表1　溶洞發(fā)育情況一覽表

石沖礦段巖溶最發(fā)育，溶洞呈現(xiàn)明顯的垂直分帶性，與其埋藏深度關(guān)系密切。由于鉆孔終孔深度大，絕大多數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于溶蝕下限，因此計(jì)算得出的線巖溶率均較小，無實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。根據(jù)實(shí)際，對(duì)線巖溶率進(jìn)行調(diào)整，每25 m深度統(tǒng)計(jì)一次線巖溶率及見洞率，所得出的線巖溶率能清晰反映巖溶發(fā)育隨深度的變化(圖1)，石沖礦段在垂向上可大致分為三段，第一段為地表以下125 m以淺的巖溶強(qiáng)發(fā)育帶，第二段為125～300 m深度段的巖溶中等-弱發(fā)育帶，第三段為300 m以深的巖溶弱-微發(fā)育帶(僅2個(gè)鉆孔揭露)。

雪馬田礦段巖溶也較發(fā)育(圖2)，溶洞主要集中在地表以下100 m內(nèi)，埋深200 m以下未見溶洞，且溶洞零散分布。而沙棟里礦段僅兩個(gè)鉆孔揭露溶洞，埋深較淺，相對(duì)于石沖礦段與雪馬田礦段，沙棟里礦段巖溶發(fā)育程度低。

從溶洞發(fā)育特征來看，洞高大小不一，普遍而言，125 m以淺的強(qiáng)發(fā)育帶溶洞規(guī)模相對(duì)較大，隨深度加大溶洞規(guī)模漸小。在巖性上，泥質(zhì)灰?guī)r發(fā)育溶洞最多，微晶灰?guī)r稍次之，白云質(zhì)灰?guī)r、大理巖化灰?guī)r溶洞發(fā)育較少。溶洞圍巖多有溶蝕裂隙、溶蝕孔洞。溶蝕裂隙多有鐵錳質(zhì)充填、浸染，偶見方解石晶洞、晶簇。

鉆探揭露溶洞時(shí)轉(zhuǎn)速顯示溶洞一般有充填物，但很少取上充填物巖心。溶洞多為半充填型，充填物有粘土、砂、褐紅色灰?guī)r碎塊等，溶洞底板巖石強(qiáng)度普遍較低，巖石較為破碎，溶蝕強(qiáng)度大于頂板。這可能表明，巖溶作用有深部發(fā)展的趨勢(shì)。

綜合利用水文地質(zhì)測(cè)繪資料、鉆探編錄資料，參考相關(guān)規(guī)范，以巖溶現(xiàn)象、巖溶點(diǎn)密度、鉆孔線巖溶率、溶蝕下限等指標(biāo)作為巖溶發(fā)育程度的判定標(biāo)準(zhǔn)，將礦區(qū)巖溶按發(fā)育程度劃分為巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)、中等發(fā)育區(qū)及微弱發(fā)育區(qū)(圖3)。巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)主要位于石沖礦段，巖溶中等發(fā)育區(qū)主要位于雪馬田礦段及石沖礦段局部，巖溶微弱發(fā)育區(qū)分布于沙棟里及雪馬田礦段。

圖3　礦區(qū)巖溶發(fā)育程度分區(qū)圖

3巖溶發(fā)育規(guī)律分析

巖溶發(fā)育與水動(dòng)力條件密切相關(guān)，而巖溶區(qū)山勢(shì)水系分布、地形地貌及水文地質(zhì)特征等的形成是在構(gòu)造巖性控制下，主要由巖溶過程“塑造”成的，因此在巖溶發(fā)育過程中真正起控制作用的主要是地質(zhì)構(gòu)造條件。實(shí)踐表明，它不僅控制著巖溶發(fā)育的方向，而且還影響著巖溶發(fā)育的規(guī)模和大小。

下面主要通過褶皺及斷裂兩個(gè)方面進(jìn)行巖溶發(fā)育規(guī)律分析。

3.1褶皺

褶皺軸部巖溶較發(fā)育，這是由于褶皺軸部地應(yīng)力集中，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體相對(duì)較破碎，背斜軸部張節(jié)理發(fā)育，地表水順節(jié)理下滲并向兩翼運(yùn)動(dòng)，巖溶以垂直形態(tài)發(fā)育為主，向斜軸部雖然裂隙閉合，但由于背斜下滲的水沿層面多匯集于向斜，巖溶亦易發(fā)育。總而言之，在褶皺區(qū)巖溶多具褶皺走向發(fā)育的特點(diǎn)，且其軸部巖溶更為發(fā)育。

區(qū)內(nèi)褶皺主要包括石沖倒轉(zhuǎn)向斜、禾尚田背斜及沙棟里向斜(圖3)。

石沖倒轉(zhuǎn)向斜位于礦區(qū)中東部，向北端收斂，南端被F15切斷，軸面傾向E。軸部為天子嶺組上段薄層狀稀疏條帶灰?guī)r，強(qiáng)風(fēng)化，兩翼為天子嶺組中段厚層狀灰?guī)r、下段中厚層泥質(zhì)條帶灰?guī)r，巖層走向SN。西翼受F1斷裂影響劈理化極為發(fā)育，可見大量的方解石脈及沿裂隙或?qū)用娉涮畹脑朴r脈、石英脈。區(qū)內(nèi)巖溶發(fā)育程度最高處位于石沖倒轉(zhuǎn)向斜軸部，鉆孔密集揭露溶洞，見洞率64.52%，且最密集處位于軸部偏西翼，巖溶管道極發(fā)育，溶蝕下限達(dá)410 m(三個(gè)礦段中溶蝕最深)，且深部存在充水溶洞，地下水具承壓性質(zhì)?？梢哉J(rèn)為，石沖倒轉(zhuǎn)向斜與巖溶管道裂隙的發(fā)育形成是密不可分的。

沙棟里礦段、雪馬田礦段鉆孔揭露的溶洞亦大多位于沙棟里向斜、禾尚田背斜軸部及附近，尤其在雪馬田礦段一帶的民窿坑道編錄中發(fā)現(xiàn)存在大量巖溶管道穿插，且可見破碎帶穿插，但對(duì)比于石沖礦段其形態(tài)規(guī)模較小，巖溶發(fā)育程度相對(duì)較弱。

3.2斷裂

斷裂帶是巖溶顯著發(fā)育地段，常分布有漏斗豎井落水洞及溶洞暗河等，這是由于通常斷層穿過地段及其附近區(qū)域，受斷層影響，巖體切割破碎，為地下水逕流提供良好的通道，諸多工程實(shí)踐證明，有斷層通過的可溶巖地區(qū)，巖溶均較發(fā)育。

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造形跡主要分為NW向、NNE向、SN向等。F1位于礦區(qū)中部(圖3)，為區(qū)內(nèi)主要區(qū)域性斷裂。斷裂走向N-NNW，傾向W-SWW，傾角大于80°，斷距不清，長(zhǎng)大于5 km，北端延伸出圖幅外，南端經(jīng)過石沖村向南。在石沖礦部附近可見斷層角礫巖，方解石與鐵錳質(zhì)膠結(jié)，硅化發(fā)育。斷層在延伸的部分地段主要表現(xiàn)為灰?guī)r地層的強(qiáng)烈劈理化，可影響至斷層兩側(cè)200m。

沿F1走向可發(fā)現(xiàn)地表附近表生巖溶較發(fā)育，同時(shí)F1基本控制了石沖強(qiáng)巖溶發(fā)育區(qū)與雪馬田中等～微弱巖溶發(fā)育區(qū)的界線。在石沖礦段南側(cè)，溶洞、巖溶裂隙、巖溶管道沿F1發(fā)育，且F1產(chǎn)狀近乎直立、影響深度相對(duì)較大，F(xiàn)1在該段導(dǎo)水的同時(shí)由于暗河的存在，還具有充水水源的性質(zhì)，地表水通過巖溶管道進(jìn)入，更利于巖溶向深處發(fā)育。

結(jié)合鉆孔水文地質(zhì)觀測(cè)及地質(zhì)測(cè)繪，可推斷F1導(dǎo)水性向北及向深部逐漸減弱，由于石沖倒轉(zhuǎn)向斜的存在，巖溶管道向東部及深部?jī)?yōu)勢(shì)發(fā)育，影響至向斜核部后逐漸減弱，而F1斷裂以西的沙棟里、雪馬田礦段巖溶發(fā)育亦逐漸減弱，這與實(shí)際勘探成果是基本一致的。

4結(jié)語

巖溶發(fā)育規(guī)律與地質(zhì)構(gòu)造條件關(guān)系密切，尤其在巖溶充水礦床，構(gòu)造水文地質(zhì)工程地質(zhì)特征尤為重要，進(jìn)一步查明礦區(qū)巖溶發(fā)育情況及特征，分析巖溶發(fā)育規(guī)律將成為下一步詳查及勘探階段開采技術(shù)條件評(píng)價(jià)工作的重點(diǎn)。

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[收稿日期]2016-03-08

[作者簡(jiǎn)介]黃文龍(1989-)，男，廣東湛江人，助理工程師，主要從事水文地質(zhì)與工程地質(zhì)工作。

[中圖分類號(hào)]P642.25

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B

[文章編號(hào)]1004-1184(2016)03-0220-03