黃文龍
(廣東省地質調查院,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
(廣東省地質調查院,廣東 廣州 510080)
[摘要]水工環(huán)地質工作為礦產(chǎn)勘查不可或缺的一部分,在地質環(huán)境復雜的巖溶充水礦區(qū)更是尤為重要。結合礦區(qū)普查階段開采技術評價資料,對礦區(qū)巖溶發(fā)育情況進行初步分析。統(tǒng)計鉆孔見洞率、線巖溶率、巖溶埋深及溶洞,結合地質構造特征,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)。
[關鍵詞]粵北;礦區(qū);巖溶特征;地質構造;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)北東側為中山,南西側為構造剝蝕、侵蝕強烈的巖溶地貌。北東部地勢高,最高處為帽峰,標高1 344 m,北部大塘邊村一帶地勢低,最低標高450 m。東部發(fā)育陡峻中山和峽谷,中南部巖溶地貌發(fā)育,地形切割強烈,山高坡陡。
本區(qū)屬亞熱帶季風氣候,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;秋季風高氣爽,氣溫16℃~22℃之間;冬季常有霜雪冰凍。
區(qū)內水系屬武江水系。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,下游均為泥砂質沉積物阻塞。溪溝流量普遍小于100 L/s,強降雨后流量劇增,如沙棟里村溪溝雨后流量可達400 L/s。
1.2地質環(huán)境概況
研究區(qū)位于瑤山復背斜南段西翼,梅花—大橋復向斜東翼。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、泥質灰?guī)r、泥質條帶灰?guī)r。
灰?guī)r廣泛分布在礦區(qū)整個區(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,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給,局部接受上部孔隙水補給,基巖上段風化裂隙及巖溶較發(fā)育,徑流通暢,地下水向地勢低洼處徑流,通過構造破碎帶以溶洞、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)測動態(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—大坪巖溶中山四級巖溶水單元內,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,揭露溶洞的鉆孔共33個,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?。?-線巖溶率;3-鉆孔見洞率;4-鉆孔位置及編號(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(海拔標高600~800 m)。個別溶洞溶蝕深度較大,如ZK4072溶洞最大發(fā)育深度達410.75 m(標高332.46 m),ZK4004達472.04 m(標高267.98 m)。溶洞個數(shù)最多的鉆孔為ZK4075,共計21個,溶洞累計高度25.77 m;其次為ZK4086、ZK4074,溶洞13個,溶洞累計高度分別為17.75 m、7.30 m。揭露單個溶洞高度最大的為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,與其埋藏深度關系密切。由于鉆孔終孔深度大,絕大多數(shù)遠遠大于溶蝕下限,因此計算得出的線巖溶率均較小,無實際應用價值。根據(jù)實際,對線巖溶率進行調整,每25 m深度統(tǒng)計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,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鉆孔揭露溶洞,埋深較淺,相對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以淺的強發(fā)育帶溶洞規(guī)模相對較大,隨深度加大溶洞規(guī)模漸小。在巖性上,泥質灰?guī)r發(fā)育溶洞最多,微晶灰?guī)r稍次之,白云質灰?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充填、浸染,偶見方解石晶洞、晶簇。
鉆探揭露溶洞時轉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,溶洞底板巖石強度普遍較低,巖石較為破碎,溶蝕強度大于頂板。這可能表明,巖溶作用有深部發(fā)展的趨勢。
綜合利用水文地質測繪資料、鉆探編錄資料,參考相關規(guī)范,以巖溶現(xiàn)象、巖溶點密度、鉆孔線巖溶率、溶蝕下限等指標作為巖溶發(fā)育程度的判定標準,將礦區(qū)巖溶按發(fā)育程度劃分為巖溶強發(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)育與水動力條件密切相關,而巖溶區(qū)山勢水系分布、地形地貌及水文地質特征等的形成是在構造巖性控制下,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構造條件。實踐表明,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方面進行巖溶發(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力集中,節(jié)理裂隙較發(fā)育,巖體相對較破碎,背斜軸部張節(jié)理發(fā)育,地表水順節(jié)理下滲并向兩翼運動,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??偠灾隈薨檯^(qū)巖溶多具褶皺走向發(fā)育的特點,且其軸部巖溶更為發(fā)育。
區(qū)內褶皺主要包括石沖倒轉向斜、禾尚田背斜及沙棟里向斜(圖3)。
石沖倒轉向斜位于礦區(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,強風化,兩翼為天子嶺組中段厚層狀灰?guī)r、下段中厚層泥質條帶灰?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層面充填的云英巖脈、石英脈。區(qū)內巖溶發(fā)育程度最高處位于石沖倒轉向斜軸部,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410 m(三個礦段中溶蝕最深),且深部存在充水溶洞,地下水具承壓性質??梢哉J為,石沖倒轉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,但對比于石沖礦段其形態(tài)規(guī)模較小,巖溶發(fā)育程度相對較弱。
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)內斷裂構造形跡主要分為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,方解石與鐵錳質膠結,硅化發(fā)育。斷層在延伸的部分地段主要表現(xiàn)為灰?guī)r地層的強烈劈理化,可影響至斷層兩側200m。
沿F1走向可發(fā)現(xiàn)地表附近表生巖溶較發(fā)育,同時F1基本控制了石沖強巖溶發(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,溶洞、巖溶裂隙、巖溶管道沿F1發(fā)育,且F1產(chǎn)狀近乎直立、影響深度相對較大,F(xiàn)1在該段導水的同時由于暗河的存在,還具有充水水源的性質,地表水通過巖溶管道進入,更利于巖溶向深處發(fā)育。
結合鉆孔水文地質觀測及地質測繪,可推斷F1導水性向北及向深部逐漸減弱,由于石沖倒轉向斜的存在,巖溶管道向東部及深部優(yōu)勢發(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,這與實際勘探成果是基本一致的。
4結語
巖溶發(fā)育規(guī)律與地質構造條件關系密切,尤其在巖溶充水礦床,構造水文地質工程地質特征尤為重要,進一步查明礦區(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條件評價工作的重點。
參考文獻
[1]廣東省地質調查院. 廣東省樂昌市禾尚田地區(qū)鎢多金屬礦普查報告[R].
[2]譚周地. 構造對巖溶的控制意義[J].
[3]地質礦產(chǎn)部巖溶充水礦床水文地質類型研究組.論中國巖溶充水礦床的水文地質勘探類型[J].地質學報.1984.02.
[收稿日期]2016-03-08
[作者簡介]黃文龍(1989-),男,廣東湛江人,助理工程師,主要從事水文地質與工程地質工作。
[中圖分類號]P642.25
[文獻標識碼]B
[文章編號]1004-1184(2016)03-0220-03