宁夏天景山南段水泥用石灰岩矿床构造特征及开采技术条件

杨杰

（中国建筑材料工业地质勘查中心宁夏总队，宁夏 银川 750021）

1 地质构造特征

1.1 地层

宁夏天景山南段出露地层主要有奥陶系天景山组、米钵山组及古近系始新统寺口子组。水泥用石灰岩矿层赋存于天景山组，含水泥用石灰岩矿3 层，矿层总厚度在34-635m 之间，主要矿石自然类型为中厚-厚层微晶灰岩、薄层含硅质条带微晶灰岩、中厚层含硅质结核（条带）微晶灰岩三种，矿床平均品位为CaO51.29%；MgO1.14%；fSiO23.78%；K2O+Na2O 0.215%，大多属于Ⅰ级品矿石，矿石质量较好。

1.2 构造

天景山南段区域大地构造单元划属柴达木-华北板块，阿拉善微陆块，腾格里早古生代增生楔，卫宁北山-香山晚古生代前陆-上叠盆地，香山褶断带（见图1）。香山褶断带北东以天景山北麓断裂（F1）为界，南西以香山南麓断裂（F2）为界，呈北西-北北西向弧形展布，延伸大约220km。褶冲带主体为华北陆缘型奥陶系（天景山组、米钵山组、香山群）。

图1 构造单元划分图

燕山运动及喜马拉雅运动致使冲断席内部构造变形强烈，发育一系列线状褶皱及次级推覆岩席，岩席前锋为天景山北麓冲断层（F1）。天景山附近主要次级推覆岩席见图2、图3。

图2 天景山地区地质构造图

图3 校育川-天景山弧形推覆构造带剖面（分布）图

推覆岩席前端为一系列形态相似的逆冲推覆断层，断裂上覆岩席产状大体与断面一致（图4），仅接近断裂前方发育与断面倾向相同的倾斜式同斜褶皱（米钵山倒转向斜、背斜）。天景山南段（青圪塔南段）属天景山逆冲推覆岩席，根据Ⅲ剖面（图4）显示，香山群滑覆于米钵山组之上，米钵山组滑覆于天景山组之上；滑覆体内部构造变形不强，岩层连续性较好，表现为一系列南西倾斜的单斜层。天景山南段主要构造如下（见图5）。

图4 米钵山-天景山推覆构造带剖面图

图5 天景山南段区域地质图

1.2.1 主要褶皱

米钵山背斜②展布于米钵山分水岭附近，轴向290°，延伸约2.7km，宽0.5km～1km，核部及两翼地层皆为天景山组地层，北东翼倒转，向南东逐渐紧闭，形如鼻状。米钵山向斜①平行展布于米钵山背斜北侧。

1.2.2 主要断裂

1.2.2.1 北西向断裂

天景山北麓断裂（F1）：经团钵朗、尖山疙瘩向小洪沟延伸，走向约315°，区域内延伸近23km，断面南西倾，倾角30°～59°。断层切割了古生界及新生界所有地层，破碎带宽度达100～400m，为一上陡下缓的逆冲推覆铲形断裂。

米钵山北麓断裂（F10）：展布于米钵山北麓，东起引泉子沟西侧，向北西延至张大井，走向315°左右，被北东向断层切为三段，总长大于6km。断面南西倾，倾角15°～60°，表现为上陡下缓的逆冲推覆铲形断层。天景山组覆于米钵山组之上。

米钵山南坡断层组（F6、F12、F14）：平行展布于米钵山南坡轱轳沟一带，总体走向315°左右，延伸长约9～10km。断面南西倾，倾角40°～80°。多表现为逆冲挤压性质，但因后期伸展拉覆少数呈正断层。

F16 断裂：分布于天景山南段，为一逆断层，北西向展布，倾向北东，倾角44°，延伸长约730m，破碎带宽约0.5～1m，断层走向与地层走向相近，使含矿层抬升。

1.2.2.2 北东向断裂

磨盘井-大井子断裂（F9）：斜切整个米钵山、天景山，走向30°，延伸长约10km，破碎带发育，具明显左行平移性质。

张大井-大井子断裂（F7）：为一逆断层，走向65°，倾向南东，倾角70°，延伸长约6km。

F15 断裂：分布于天景山南段，为一正断层，总体走向近东西向展布，倾向北北东，倾角65°，延伸近1.7km。该断层切割了天景山南段所有的奥陶系地层。

2 开采技术条件

2.1 水文地质

天景山南段地貌上呈北西向延伸的山梁，海拔高度1945.38 ～1558m，比高387.38m，属低中山地貌。无地表水系，地下含水层补给主要依靠大气降水间接性渗流，属水文地质单元的补给区，侵蚀基准面标高1558m。

2.1.1 含水层类型及特征

天景山南段以碳酸岩类岩溶裂隙水为主，属弱富水，未见有地表水系和地下水露头，勘查工作施工的38 个钻孔施工过程中全程漏水，孔内无涌水现象，终孔后孔内均为干孔，钻孔终孔最低标高1376.94m，据此证明在1600m 标高以上不含水。

2.1.2 地下水补给、径流、排泄及矿床充水因素分析

天景山南段无地表水系及地下水露头，碳酸岩类岩溶裂隙水含水量较小，补给来源主要是大气降水和上部第四系松散岩类潜水，径流方向基本与沟谷的走向一致，排泄区主要是河（沟）谷区。

天景山地区“V”型沟谷发育，大气降水极易流失，不会形成洪积区威胁矿山安全。大气降雨为矿床主要充水因素，雨季涌水量增加，而旱季相对减少。

2.1.3 断层构造的导水性

构造主要以断层为主，对地层连续性影响最大的为正断层。区内共发现逆断层1 条，正断层2 条。正断层处岩层破碎，根据钻孔揭示，断裂带在深部仍有发育。正常情况下，正断层的导水性较好，逆断层的导水性较差。在今后开采中，必须注意断裂构造对导水性的影响，同时对已发现断点及深部次生构造的导水能力做进一步探明。

2.1.4 供水方向

天景山南段东部外围有一水泉，直距6km 左右，有简易路直达。泉水涌水量100m3/d，通过水质分析，矿化度801.54mg/L，PH=8.03，水质良好，但水量较小，仅能阶段性满足矿山生活、生产用水。将来矿床开发工业用水及生活用水需进行专门供水方能解决。

综上所述：天景山南段水文地质勘探类型划分为第三类岩溶含水层充水为主的矿床，属第一型水文地质条件简单的矿床，即第三类第一型。

2.2 工程地质

2.2.1 工程地质岩组特征

依据岩体结构分类标准，天景山南段共划分了两大类6个工程地质岩组，分别编号为DL1～DL6，特征如下：

2.2.1.1 松散、软弱岩类

第四系松散砂、砂砾石及砂土岩组（DL1）：分布于天景山南段西侧山洼地带，结构类型为散体结构，呈松散或半固结松散状态，是工程地质特征最差岩体结构，容易引起工程地质问题；寺口子组砾岩组（DL2）：分布于天景山南段东部及南部，饱和抗压强度26.0～43.8Mpa，属较软岩组；米钵山组板岩组（DL3）：分布于天景山南段西侧，饱和抗压强度45.1～51.9Mpa，属软弱岩组。

2.2.1.2 块状岩类

米钵山组灰岩组（DL4）：分布于天景山南段西侧，天然抗压强度52.7～65.7Mpa，属较坚硬岩组；天景山组薄层状灰岩组（DL5）：分布于天景山第三段，饱和抗压强度42.7～62.9Mpa，属较坚硬岩组；天景山组微晶灰岩组（DL6）：该岩组大面积分布于天景山南段，饱和抗压强度50.5～64.7Mpa，属坚硬-较坚硬岩组。

2.2.2 结构面特征

天景山南段主要存在Ⅱ级（F15 断层）、Ⅲ级（F16 和F17 断层）及Ⅳ级结构面。其中Ⅱ、Ⅲ级结构面对矿层影响较大，附近岩石破碎，两盘地层发生位移。Ⅳ级结构面不甚发育，局部见地表风化裂隙，多沿层理面发育，局部见层理面微张现象。

2.2.3 工程地质评价

经勘查工作统计，天景山组第二段（主矿层）RQD 值为62.52～93.35%，岩石质量等级为Ⅲ～Ⅰ，岩石质量中等～极好；天景山组第三岩性段（次要矿层）、米钵山组及寺口子组RQD 值在34.69～64.00%之间，岩石质量等级为Ⅳ～Ⅲ，岩石质量差～中等，总体深部岩石质量较浅部好。根据物性测试，矿层及顶板的完整性、稳固性较好。宜采用自上而下分段水平露天开采，最终边坡角不大于60°。综上所述：天景山南段工程地质勘探类型划分为第四类可溶盐类（碳酸盐岩），属工程地质条件中等的矿床，即第四类中等型。

2.3 环境地质

2.3.1 地震与区域地壳稳定性评价

天景山地处中国南北地震带的北端，从公元876 年～1981 年，所属同心县境内共发生5 级以上的地震4 次。基本地震动峰值加速度为0.20g，抗震设防烈度为Ⅷ度。在Ⅷ度地震力作用下，遭受大的地质灾害可能性较小。

2.3.2 地质环境现状

区内无自然状态的崩塌、滑坡、较大泥石流等不良地质现象和地质灾害的历史记录，雨季时切割地形较强的冲沟及裸露的斜坡偶有山洪发生所造成岩石塌落沟谷泥流现象，但未有破坏性。

2.3.3 矿山开采对环境的影响及预防措施

石灰岩矿石不含放射性及有毒、有害物质，对人员健康影响较小。矿山开采破坏原有自然景观，但复垦绿化可使生态条件得到恢复。矿山生产建设严格按照规范设计要求进行，有针对性的制定无害化处理方法和预防措施，可确保矿山的长期稳定发展。

综上所述：天景山南段环境地质类型划分为第一类，即地质环境质量良好。

3 结论

天景山南段虽位于米钵山-天景山推覆构造带，但仅就工作区探明1600m 以上地段来看，其构造复杂程度属中等，开采技术条件良好。勘探工作查明水泥用石灰岩资源量约7.5 亿吨，为一大型优质水泥用石灰岩矿山，该矿山开发利用一方面可促进水利工程、铁路、公路等重点项目的实施以及城镇化建设，另一方面可带动当地经济发展，助力乡村振兴，具有良好的社会经济意义。