塔吉克斯坦某金矿区工程地质特征空间规律研究

闫 行

（广东省地质局第五地质大队，广东 肇庆 526040）

矿区隶属塔吉克斯坦共和国索格德州艾尼市（苏联时期为列宁纳巴德州艾尼区），位于市区南东方向15km。距索格德州彭吉肯特市100°方向约96km，距塔吉克斯坦首都杜尚别市350°方向约130km。

矿区属高山区，地形起伏大，切割剧烈，山体自然坡角陡峭，植被稀疏，局部区域存在终年积雪，位于地震烈度Ⅷ度区，因此区内地表出露的岩石物理风化现象强烈，导致山岭一带裸露的岩石破碎，危岩崩塌现象多发；矿区及外围崩落的碎石土沿山坡堆积，由于地形陡，崩积物在降雨或融雪作用下形成多处大型老滑坡，对矿区道路通行、矿山生产影响强烈。

矿区构造主要以褶皱为主，断裂次之。工作区位于波依马扎尔背斜核部，该背斜延伸至矿区主要特点表现为枢纽近于水平、开阔，褶皱总体近东西向，产状平缓，顶部大部分被剥蚀。在灰岩与砂岩或片岩接触带，常常形成层间破碎，岩层的虚脱空间，有利于含矿热液的充填、沉淀、交代而成为矿体有利赋存部位。受区域构造地质作用的影响，区内形成了大小不一的褶皱，工作区位于某向斜中心位置，并且多处地层表现揉皱现象。

1 研究区工程地质岩组划分

根据野外工程地质测绘、钻孔编录和岩石物理力学性质，将研究区岩土体化分为土体和岩体两大岩组，土体划分为冲积砾岩、中细砂、粘土多层土体，粘土、砂土多层土体，碎石、砂土、砂砾多层土体三种类型；岩体划分为层状软岩变质石英砂岩强风化岩组，层状较软变质石英砂岩中～微风化岩组，层状较坚硬变质石英砂岩岩组，层状较坚硬弱岩溶化灰岩岩组，碎裂状较坚硬碎裂岩组，层状较软岩碳质变质砂岩岩组，层状软岩绿泥石化砂岩岩组七种类型（图1），各岩组工程地质特征分述如下。

图1 研究区工程地质岩组分布平面图

1.1 土体工程地质岩组

1.1.1 冲积砾岩、中细砂、粘土多层土体（Ⅰ-1）

1.1.2 粘土、砂土多层土体（Ⅰ-2）

土体主要为残坡积土及全风化变质石英砂岩。残坡积土广泛分布于山体斜坡稍平缓处，局部夹有少量坡积土碎石，不可塑，厚度一般0.9m～22.71m，平均5.44m；全风化变质石英砂岩主要分布于矿区山坡上部，呈土状，风化裂隙发育，裂隙多为泥质充填。厚度0.3～1.5m，平均0.80m。呈散体结构，遇水易软化或崩解，力学强度低，稳定性差，组成边坡在强降雨的作用下易发生崩塌与滑坡。

1.1.3 碎石、砂土、砂砾多层土体（Ⅰ-3）

土体主要为崩积碎屑土，广泛分布于矿区崩塌影响范围，岩性以坡积碎石、砂土杂层为主，局部夹杂大块砾石，不可塑，呈散体结构，力学强度低，稳定性差。

图2 研究区典型工程地质剖面示意图

1.2 岩体工程地质岩组

1.2.1 层状软岩变质石英砂岩强风化岩组（Ⅱ-1）

该岩组主要分布于矿区山坡上部，主要由强风化褐铁矿化变质石英砂岩组成。一般呈半岩半土状，风化裂隙发育，裂隙多为泥质充填，遇水易软化崩解。厚度1.60m～36.60m，平均6.15m，岩体破碎，属质量极劣的Ⅴ级岩石，工程地质条件极差。

(1)燕窝植生穴。吴江涛等[19]在湖北清江隔河岩库区消落带生态恢复实践中，构造燕窝植生穴用以种植耐水淹陆生灌木和挺水植物，并取得了良好的效果。

1.2.2 层状较软变质石英砂岩中～微风化岩组（Ⅱ-2）

中风化岩岩性主要为中风化变质砂岩，少量为中风化花岗斑岩脉，岩芯普遍较破碎，以块状为主，局部呈碎块状，风化裂隙和构造裂隙发育，并断续见石英脉或碳酸盐细脉充填裂隙。矿区中风化岩层厚度2.65m～60.35m，平均11.71m，RQD值平均19%，岩石饱和单轴抗压强度均值18.50MPa，岩体质量指标(M)0.12，属Ⅳ类岩体。

微风化变质砂岩，岩石风化程度较弱，以层状、块状结构为主。岩芯完整性中等，以柱状、块状为主，局部呈碎块状，裂隙较发育。岩体各向异性，强度变化大，岩体稳定性与层间接触面的完整性、构造破碎带的分布密切相关。微风化层岩石RQD平均值63%，厚度2.00m～143.50m，平均厚度30.44m，岩石质量中等，岩体中等完整，岩石饱和单轴抗压强度均值29.95MPa，岩体质量指标(M)0.63，属Ⅲ类岩体。

1.2.3 碎裂状较坚硬碎裂岩组（Ⅲ-1）

碎裂岩钻孔揭露厚度1.73m～70.96m，平均厚度17.32m，平均RQD为26%，岩芯以碎块状、碎屑状为主，局部块状，岩体破碎，岩石质量为极劣的。碎裂岩饱和单轴抗压强度（Rc）均值35.65MPa（试验值与经验值相比偏高，建议进一步采样验证），岩体质量指标(M)0.31，属Ⅲ类岩体。

1.2.4 层状软岩绿泥石化变质砂岩岩组（Ⅲ-2）

层间蚀变软岩，岩性主要为绿泥石化变质石英砂岩。钻孔揭露厚度4.39m～69.72m，平均24.13m。岩石饱和单轴抗压强度（Rc）11.4MPa～14.7MPa，平均13.05MPa，岩石质量指标（RQD）平均49%，岩体完整性差，岩体质量指标（M）0.21，岩体质量中等，属Ⅲ类岩体。

1.2.5 层状较软岩碳质变质砂岩岩组（Ⅲ-3）

层间蚀变较软岩，岩性主要为蚀变含炭质变质砂岩。钻孔揭露厚度5.00m～150.23m，平均40.65m。岩石饱和单轴抗压强度（Rc）21.5MPa～28.1MPa，平均24.80MPa，岩石质量指标（RQD）平均55%，岩体完整性中等，岩体质量指标（M）0.45，岩体质量中等，属Ⅲ类岩体。

1.2.6 层状较坚硬变质石英砂岩岩组（Ⅳ）

岩性主要为变质石英砂岩、粉砂岩。层状结构，岩芯较完整，以长柱状、柱状为主，裂隙多为充填闭合状，岩石总体较坚硬致密。岩石质量指标（RQD）平均73%，岩石质量中等，岩体中等完整，岩石饱和单轴抗压强度（Rc）均值42.43MPa，岩体质量指标(M)1.03，属Ⅱ类岩体。

1.2.7 层状较坚硬弱岩溶化灰岩岩组（Ⅴ）

岩性主要为灰岩、白云岩类岩石。层状结构，岩芯较完整，以长柱状、柱状为主，裂隙多为充填闭合状，岩石总体较坚硬致密。岩石质量指标（RQD）平均81%，岩石质量好，岩体较完整，岩石饱和单轴抗压强度（Rc）均值32.84MPa，岩体质量指标(M)0.89，属Ⅲ类岩体。

2 研究区工程岩体结构面分级及其特征

受东西向构造挤压应力的影响，工作区内形成了密集的等斜褶皱和断裂构造带。某背斜北东翼保留完整，西南翼被剥蚀，在工作区表现为单斜构造，受后期推覆构造应力影响，内部形成许多小褶皱。矿区内结构面可分为Ⅲ级和Ⅳ级结构面，其特征分述如下。

Ⅲ级结构面：该结构面为矿区内次一级断裂。在矿区内主要表现为F5、F6断层：F5断裂，近东西向，位于某区段120线附近，长度约300m，宽0.1～1.5m，延深大于150m，倾向350°，倾角50°～60°，断面平直，为一正断层，对矿区地层（矿化层）存在明显的错动破坏作用，错距约50m；F6断裂出露于某区段北东角，断面平直，长度约250m，宽0.2m～0.3m，延深大于100m，产状218°∠75°，为正断层，对地层具有明显的错动破坏作用。

图3 F6断层错动破坏特征

Ⅳ级结构面：该结构面是矿区内的节理、风化裂隙和构造裂隙，主要发育于褐铁矿化变质石英砂岩和灰岩中，地表附近的风化裂隙较发育，使得岩体力学强度降低。构造裂隙多发育Ⅲ级结构面附近，沿构造裂隙面多充填泥质，使得岩体强度降低。

3 矿体及围岩稳定性评价

3.1 Ⅰ号矿体及围岩稳固性

Ⅰ号矿体赋存于灰岩C1mr(ls)下部，分布标高+3610m～+3890m。近地表为氧化矿体，主要赋存在坡积碎屑、褐铁矿化变质石英砂岩中，局部赋存于石英脉、粉砂岩中，矿（化）体及顶底板的岩体完整性中等～差，局部破碎，岩石质量以劣的～中等为主，工程地质条件较差～中等。岩层裂隙较发育，透水性较好，多见地下水活动痕迹，岩石力学强度低；深部为黄铁矿化变质石英砂岩、含碳质石英砂岩，岩体坚硬程度以较坚硬为主，局部为较软岩，岩石完整性中等～较完整，多呈柱状，少量块状，工程地质条件较好。

Ⅰ号矿体直接顶板为灰岩，岩芯较完整，以长柱状、柱状为主，裂隙多为充填闭合状，岩石总体较坚硬致密。岩石质量指标（RQD）平均81%，岩石质量好，岩体较完整，属Ⅲ类岩体，局部矿化体赋存于黄铁矿化变质石英砂岩，含碳质石英砂岩，岩体以较坚硬为主，局部为较软岩；底板多为含碳质变质石英砂岩、黄铁矿化变质石英砂岩，工程地质条件较好，局部为绿泥石化砂岩，岩石完整性中等～较差，碳质砂岩坚硬程度随碳质含量升高强度下降。

3.2 Ⅱ号矿体及围岩稳固性

Ⅱ号矿体赋存于灰岩C1mr(ls)上部，分布标高+3760m～+4020m。近地表为氧化矿床矿（化）体主要赋存在坡积碎屑、褐铁矿化变质石英砂岩中，矿体稳固性和Ⅰ号矿体相似，底板为灰岩，岩芯较完整，以长柱状、柱状为主，工程地质强度较高。顶板围岩主要为强～微风化变质石英砂岩，岩体多为较软岩～软岩，风化裂隙较发育，易发生小范围崩塌，工程地质条件中等～较差。

矿区设计以露天开采为主，深部坑道结合。露天边坡以岩质边坡为主，边坡高度在300m以内，采坑上部为碎屑边坡，厚0.90m～22.71m，平均5.44m，下部为岩质边坡，构成边坡岩性为主体风化砂岩及灰岩。中风化程度以上岩石边坡稳定性差，存在崩塌、滑坡等矿山工程地质问题；微风化岩石及灰岩边坡稳定性一般较好，矿区内局部分布的构造破碎带受构造作用较强岩体质量及完整性均较差，尤其受构造作用较强地段，岩体构造裂隙发育，岩心呈碎屑状，遇水软化崩解，工程物理力学性差，其边坡稳定性差，易发生崩塌滑坡等地质灾害。同时，受风化及构造裂隙影响，露天边坡开采至裂隙顺坡方向必须采取工程防护措施，矿坑首采段裂隙发育特征详见图4裂隙等密度图。根据《建筑边坡工程技术规范》建议露天开采碎屑边坡边坡角不大于35°，岩质边坡台阶坡面角65°～70°，建议采坑最终边坡角不大于50°。

图4 矿区首采段范围裂隙等密度及100号勘探线露天开挖边坡持平投影图

根据矿区裂隙倾向倾角等密度图，矿区中部（A区）据裂发两组裂隙260°∠20°、40°∠35°，裂隙与采坑边坡倾向一致，稳定性差，存在边坡失稳的可能，开采时应予重视；矿区南东（B区）发育三组裂隙240°∠70°、200°∠65°、95°∠10°、95°∠35°，边坡坡向与裂隙面倾向多呈正交或斜交关系，边坡稳定性一般较好。北东区（C区）域发育裂隙主要为70°～80°∠60°～80°，240°～260°∠40°～60°，180°～190°∠60°，因此，北北东方位采坑边坡坡向与裂隙面倾向一致，其边坡稳定性差，存在边坡失稳的可能。

深部原生矿体主要赋存于黄铁矿化变质石英砂岩，碎裂的变质石英砂岩、粉砂岩中，矿（化）体及顶底板的岩体完整性中等，局部破碎，工程地质条件中等。岩层裂隙发育，石英脉、碳酸盐脉充填多闭合，透水性弱，岩石力学强度较坚硬，矿（化）体及顶底板稳固性中等，井巷围岩岩体质量分级属于中等。综上所述，矿床的地层岩性较复杂，风化作用中等，矿床开采的矿体为层状、似层状含矿砂岩组，浅部为氧化矿层，属完整性差或破碎的较软岩组，中下部的原生矿体主要属完整性中等的较坚硬-坚硬岩组，稳定性较好；另外采场的开采台阶边坡局部地段存在发育不稳定的层理和裂隙结构面，对露天采场边坡的稳定性构造较大的影响，矿山开采时易发生崩塌、滑坡等矿山工程地质问题。

4 结论

勘查范围土体主要有冲积砾岩、中细砂、粘土多层土体，粘土、砂土多层土体，碎石、砂土、砂砾多层土体三种类型；岩体主要有层状软岩变质石英砂岩强风化岩组，层状较软变质石英砂岩中～微风化岩组，层状较坚硬变质石英砂岩岩组，层状较坚硬弱岩溶化灰岩岩组，碎裂状较坚硬碎裂岩组，层状较软岩碳质变质砂岩岩组，层状软岩绿泥石化砂岩岩组七种类型。

矿区北东区域发育三组优势裂隙，分别为70°～80°∠60°～80°，240°～260°∠40°～60°，180°～190°∠60°。矿区中部发育两组优势裂隙，分别为260°∠20°、40°∠35°。矿区南东发育三组优势裂隙，分别为240°∠70°、200°∠65°、95°∠10°、95°∠35°。以上裂隙对局部开采边坡形成楔形破坏、平面破坏意义显著。研究区需对以上几组裂隙予以关注，顺坡或斜交边坡需注意工程地质防治。