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