露天礦水文地質(zhì)概況及斷裂構(gòu)造地質(zhì)特征研究

（甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730207）

露天礦是礦山企業(yè)開采過程中常見的礦床類型之一，通常情況下，露天礦上覆蓋在礦體周圍的浮土以及圍巖較少或基本被剝?nèi)?。礦山企業(yè)針對露天礦進(jìn)行開采會采用將廢石、廢土直接運輸?shù)脚磐翀觯瑥穆懵对谕獾牡V體上完成對礦石的開采[1]。當(dāng)?shù)V產(chǎn)資源掩埋的深度較淺，或完全裸露在地表上時，采用露天開采的方式能夠比地下開采方式具備更高的優(yōu)勢，可有效提高礦山企業(yè)的開采效率。露天礦的水文地質(zhì)條件會對其礦產(chǎn)資源開發(fā)造成嚴(yán)重的威脅，既會造成礦產(chǎn)資源開采效率的降低，又會在一定程度上對開采的安全性造成威脅[2]。通過對露天礦的水文地質(zhì)條件、具體構(gòu)造形式及巖體組成進(jìn)行分析，可充分為礦山企業(yè)的開采提供條件。基于此，本文開展露天礦水文地質(zhì)概況及斷裂構(gòu)造地質(zhì)特征研究。

1 露天礦水文地質(zhì)概況

1.1 露天礦含水層結(jié)構(gòu)

根據(jù)露天礦的結(jié)構(gòu)特點可知，大部分的礦產(chǎn)資源均裸露在地表，因此造成基巖含水層與外界降水不會產(chǎn)生直接的聯(lián)系。雖然大部分基巖裂縫結(jié)構(gòu)中的含水層具有充足的水資源存儲空間，但常常會由于補(bǔ)給的水資源不充足，造成富水性弱的問題產(chǎn)生，因此降水季節(jié)對于露天礦而言不會對其造成影響。同時，露天礦通常底層基地為巖溶含水層，但大部分巖溶的發(fā)育不夠均勻，因此富水性也普遍較弱[3]。露天礦的巖溶水靜水位通常會高于礦產(chǎn)資源底板，并且水頭的壓力相對較弱，水層厚度變化基本處于穩(wěn)定的狀態(tài)，因此隔水性能通常較為可靠，因此巖溶水對于露天礦采掘過程中也不會造成影響。

因此，通過上述分析得出，露天礦的含水層富水性較弱，但對于礦產(chǎn)資源開采不會造成影響，但在進(jìn)行開采推進(jìn)過程中，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對該結(jié)構(gòu)的重視程度。

1.2 露天礦地表水特征

在降水條件下，露天礦地表水體會迅速蒸發(fā)，因此通常情況下不會有水體殘留在地表表面，水量相對較多的區(qū)域會逐漸形成河流，河流的平水期流量通常僅為0.05～0.07m3/s，在洪水期，流量通常可達(dá)到150～250m3/s以上。沿露天礦本體邊界形成的河段區(qū)域內(nèi)，礦山巖層的裂縫處于快速發(fā)育階段，并且具有良好的透水性，在邊緣周圍的斷層附近結(jié)構(gòu)受到河流沖刷的影響更加嚴(yán)重，因此在對這一區(qū)域進(jìn)行開采時應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)的防治水措施，從而保障礦產(chǎn)開采的安全性。在降水量分配不均勻的地區(qū)，其露天礦會形成集中的補(bǔ)給，使得礦坑出現(xiàn)嚴(yán)重的積水，因此針對長期處于暴雨天氣的地區(qū)，其露天礦開采過程中應(yīng)當(dāng)加以防范。

2 斷裂構(gòu)造地質(zhì)特征研究

2.1 斷層帶運動學(xué)特征

通常情況下，露天礦山的斷裂構(gòu)造中，其斷層規(guī)模普遍較大，主斷層帶寬度可達(dá)50m以上，并且連同斷裂部位兩側(cè)的分支斷層可以高達(dá)數(shù)十公里，傾斜角度可達(dá)到75°以上。露天礦斷裂構(gòu)造的運行性質(zhì)主體一般表現(xiàn)為正斷層形式，并同時伴有多期運動的遺跡存在。斷裂構(gòu)造中，多處可以清晰地看見斷層帶出露點，并且斷裂構(gòu)造兩側(cè)的巖性遺跡產(chǎn)狀依稀可見。圖1為某露天礦斷裂構(gòu)造斷層帶幾何特征示意圖。

圖1 某露天礦斷裂構(gòu)造斷層帶剖面幾何特征示意圖

圖1中，A區(qū)域為日當(dāng)組黑灰色板巖結(jié)構(gòu)；B區(qū)域為下古生界黑色石榴二云片巖結(jié)構(gòu)；C區(qū)域為斷層帶邊界斷層結(jié)構(gòu)；D區(qū)域為內(nèi)部分割處斷層及板壁理結(jié)構(gòu)。由圖1可以看出，該露天礦的斷層帶產(chǎn)狀夾角在34°～42°范圍以內(nèi)，斷層帶整體寬度約為12.52m。根據(jù)該露天礦的斷裂構(gòu)造斷層帶剖面幾何特征示意圖可知，斷裂構(gòu)造的斷層帶幾何結(jié)構(gòu)主要有邊界斷層帶、內(nèi)部斷層帶、構(gòu)造透鏡體帶、破壁理帶構(gòu)成。斷層帶結(jié)構(gòu)整體形成具有一定脆弱性和脆韌性的正斷層結(jié)構(gòu)，并且其中還包含部分右旋成分。在露天礦斷裂構(gòu)造的內(nèi)近下盤位置，構(gòu)造透鏡體當(dāng)中呈現(xiàn)出碎裂化巖與糜棱巖相結(jié)合的構(gòu)造。

由糜棱巖的結(jié)構(gòu)特征可知，早期糜棱巖具備一定的糜棱結(jié)構(gòu)，并且構(gòu)造為定向分布；后期糜棱巖逐漸由韌性轉(zhuǎn)為脆性，并且形成的裂縫結(jié)構(gòu)更多，隨著露天礦的不斷運動，逐漸呈現(xiàn)出碎裂化結(jié)構(gòu)[4]。因此，通過上述顯微構(gòu)造變化特征可以得出，露天礦斷裂構(gòu)造的幾何特征早期會經(jīng)歷較長時間的韌性活動，后期隨著礦體不斷運行逐漸轉(zhuǎn)為脆性互動運行。

2.2 斷裂構(gòu)造兩側(cè)變形差異

露天礦種斷裂構(gòu)造的兩側(cè)變形具有明顯的差異，通常情況下，斷裂構(gòu)造一側(cè)結(jié)構(gòu)較為簡單，多為背斜、單斜結(jié)構(gòu)，并且整體較為平緩。斷裂構(gòu)造另一側(cè)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，變形劇烈，通常為倒轉(zhuǎn)的褶皺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，兩側(cè)形成構(gòu)造完全不相同的變形區(qū)。斷裂構(gòu)造兩側(cè)變形差異充分反映了露天礦地殼結(jié)構(gòu)的差異，表1為某露天礦斷裂構(gòu)造兩側(cè)構(gòu)造變形情況對比表。

表1 某露天礦斷裂構(gòu)造兩側(cè)構(gòu)造變形情況對比表

由表1中的數(shù)據(jù)可以看出，該露天礦斷裂構(gòu)造的兩側(cè)礦產(chǎn)資源的含量以及形成年齡均存在較大的差異，礦產(chǎn)資源含量明顯在斷裂構(gòu)造位置北側(cè)更多，并且北側(cè)的形成時間更短。相對斷裂構(gòu)造位置南側(cè)D045-11采樣位置為白堊紀(jì)晚期時代，板塊匯聚期層間滑動中充填；S1909-11采樣位置的為中新世時期，與拆離相關(guān)的順層滑動中充填。相對斷裂構(gòu)造位置北側(cè)D041-22采樣位置為古近紀(jì)早期時代，板塊匯聚-碰撞期，北盤褶皺帶充填；S1706-22采樣位置為古近紀(jì)時期，板塊碰撞期，北盤褶皺帶中充填[5]。正是由于上述差異的產(chǎn)生，才使得大部分露天礦的斷裂構(gòu)造兩側(cè)產(chǎn)生了巨大的變形，結(jié)構(gòu)較為簡單的一側(cè)會逐漸形成“地槽型”褶皺結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的一側(cè)會逐漸形成“地臺型”褶皺結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)語

礦產(chǎn)開采過程中，針對露天礦進(jìn)行礦產(chǎn)資源開發(fā)時，若在有水的作業(yè)面上進(jìn)行挖掘，工作效率會大大降低，并且會在一定程度上增加開采設(shè)備的故障概率以及運輸車的作業(yè)效率。

因此，在開采前應(yīng)當(dāng)針對露天礦的水文地質(zhì)情況進(jìn)行有效勘查，保證礦山生產(chǎn)的速度。同時，露天礦的斷裂構(gòu)造與一般礦山結(jié)構(gòu)相比具有更明顯的特征，大部分露天礦的兩側(cè)結(jié)構(gòu)差異較大，若在開采前明確“地槽型”褶皺結(jié)構(gòu)所在位置，也能夠在一定程度上提高對露天礦開采的效率，為礦山企業(yè)帶來更高的經(jīng)濟(jì)效益。