灰岩地质

灰岩地质（共7篇）

灰岩地质 篇1

摘要：川南富安井田赋存龙潭煤系,调查发现其煤层底板灰岩中岩溶发育。在实地调查基础上,通过汇总、核对前期勘探工作资料,分析比较区域内钻探资料,梳理了该区域沉积岩层的结构、厚度、岩性,分析了井田水文地质条件,阐释了阳新石灰岩岩溶发育特征,对区域地下水径流分区和演变进行了分析,为煤层安全开采提供了地质依据。

关键词：富安井田,煤层底板,阳新灰岩,水文地质条件

富安井田位于四川省兴文县,属于川南古宋煤田,处于北西向的长宁—双河背斜北东翼,面积约40 km2。上二叠统龙潭组赋存煤、硫铁矿及菱铁矿,资源丰富,可建大中型矿井。中二叠统阳新石灰岩为矿层底板,深部岩溶强烈发育,含水性极强,严重威胁矿山安全生产[1]。

1 井田地层概况

富安井田地处四川盆地南缘低山丘陵区,区域内地层总体倾向北东,从南西向北东由老到新出露地层有志留系、二叠系和三叠系,其中主要为二叠系地层,分别有上部乐平统、下部阳新统和底部梁山组,地层倾角15°~35°。

1.1 乐平统(P3l)

乐平统上部长兴组厚47 m,生物碎屑石灰岩与泥岩互层结构,为裂隙弱含水层;通过钻孔抽水试验,查明单位涌水量为0.005~0.030 L/(s·m)。下部龙潭煤组厚120 m,泥岩、细砂岩、菱铁矿交互沉积,为隔水层;含可采煤层2~3层,底部含硫铁矿;钻孔单位涌水量小于0.01 L/(s·m)。

1.2 阳新统(P2y)

阳新统厚330 m,分为2个组,岩溶发育强烈,钻孔单位涌水量为0.4~4.1 L/(s·m)。上覆茅口组厚190 m,中上部为浅棕灰色块状含隧石生物碎屑石灰岩,下部为黑灰色沥青质泥质石灰岩与炭质泥岩互层;顶部约40 m溶洞发育,含水性强;底部约30 m有相对隔水作用,若出露或埋深浅,受风化影响则无隔水作用。下伏栖霞组厚140 m,棕灰色、深灰色厚层与块状生物碎屑石灰岩,底部溶洞发育,含水性强。

1.3 梁山组(P1l)

梁山组厚2 m,为隔水层,由黏土岩、炭质泥岩与菱铁矿组成。下伏的志留系韩家店组(S2h)为巨厚砂泥岩,形成隔水层,与梁山组呈假整合接触。

2 井田水文地质概况

井田内北西向珙长背斜,由一组向东南倾伏的次级褶曲组成,走向逆断层F41长3.3 km、断距190 m,其余断层断距小于20 m。尖岗山背斜东西横亘于井田北部,南面近平行展布着七郎坳向斜,见图1。

富安井田内宴江发育于厚达400 m的阳新灰岩出露带,上覆乐平煤系厚205 m[2]。南部的宴江河床的最低标高314 m,成为区域侵蚀基准面;西部尖岗山最高标高701.4 m,侵蚀作用强烈。沿宴江分布的阳新石灰岩,受侵蚀、溶蚀作用形成条状洼地,其中残存石芽、石林与孤丘。井田内三叠系飞仙关组(T1f)泥岩隔水层,形成侵蚀构造丘陵。

富安镇以东,石灰岩地下水位低于河水位,在干河沟与灵关沱等处发现漏失,河流漏失量约0.04~1.20 m3/s。富安镇以西,地下水位高于河面,形成两处排泄泉。宴江发源于珙长背斜核部的奥陶系石灰岩中,江水蜿蜒向北,流经富安、红桥镇、长宁而汇入长江,部分河床位于阳新石灰岩出露区。宴江枯季流量0.23 m3/s,汛期流量68 m3/s。宴江边有多层溶洞和一、二级阶地分布,更高的阶地由于河流的强侵蚀作用,仅残存在古河道平台,而少有沉积物。

由于矿层大部分埋藏在侵蚀基准面以下,易接受河水渗漏补给,增加矿井排水量和突水危险。煤层与阳新灰岩之间有厚0.3~1.5 m的铝质黏土岩相隔,仍存在底板突水危险,井田水文地质条件复杂。

3 阳新石灰岩岩溶发育特征

井田内有53个钻孔,揭露岩层厚度10~100 m[3]。其中有12个钻孔遇溶洞,9个钻孔遇溶蚀裂隙,洞隙占钻孔揭露总数的40%。根据井田勘探资料统计,相比较其他矿区岩溶发育特征[4],发现位于当前侵蚀基准面以下的阳新石灰岩深部溶洞数量多、空间大。

七郎坳向斜一溶洞高2.09 m,最低标高-75.37 m,比侵蚀基准面低389 m。当钻孔遇溶洞、裂隙,钻具发生陷落或钻速加快时,孔内水位突然下降40~90 m,钻进冲洗液全部消失。石灰岩的岩心颜色变浅,呈蜂窝状、粗砂岩状。尖岗山背斜一溶洞高达12 m,洞内K1煤层与硫铁矿已被侵蚀掏空,如图2所示。

在背斜轴部的115-480号钻孔,遇溶洞5.5 m,标高24.73 m,比侵蚀基准面低290 m,溶洞内有大量砂粒充填物,说明这里曾是早期的强径流带。通过钻孔抽水试验观察,水位降低11.43 m时单位涌水量为1.78 L/(s·m),与观测孔联通较好,水中有浓烈的H2S气味,Q=f(s)曲线呈指数型,抽水后水位难于恢复。

4 阳新石灰岩地下水径流分区

对阳新石灰岩地下水系统进行电模拟,绘制出等水位线图,见图3。

经分析可知,阳新石灰岩含水层的补给水源,主要来自东南部古宋井田露头区入渗水与地表河水的渗漏补给,其次为背斜轴部三叠系飞仙关组二段的向下越流补给。排泄口为标高319 m的出水洞7#泉与标高318 m的老鹰洞8#泉,总流量0.34~0.89 m3/s。经多次联通试验、抽水试验和电模拟查明,地下水的主径流带分布在七郎坳向斜的南翼。

据10个专门水文地质钻孔和34个简易水文地质观测钻孔资料分析,该区域以七郎坳向斜轴为界,呈现两种地下水径流特征,可划分为径流Ⅰ区和Ⅱ区(见图1)。Ⅰ区分布于向斜南翼,钻孔洞隙率达50%,且全为溶洞;钻孔单位涌水量0.22~0.56 L/(s·m),水位标高319~326 m,水流坡度为4.3‰,水温17~21℃,水质为SO42--HCO3--Ca2+类型,矿化度为0.17~0.50 g/L,p H值为6.8;流速快,径流量达0.89 m3/s,为急剧径流区。Ⅱ区分布于七郎坳向斜北翼、尖岗山背斜两翼,钻孔洞隙率达34%;钻孔单位涌水量0.4~4.1 L/(s·m),水位标高324~326 m,水流坡度为0.5‰,水温26~31℃,水质为HCO3--SO42--Ca2+类型,矿化度为0.5~1.3 g/L,p H值为7.6,含H2S;流速慢,以静储量为主,为缓慢径流区。

5 区域地下水径流演变分析

对尖岗山背斜北翼地面调查时发现,在红桥镇南宴江边有阳新灰岩含水层废弃暗河口。废弃暗河口名为仙娥洞,高于河面50余m,洞内有河流砾岩。富安镇西南还残存宴江废弃河道的侵蚀平台,平台高于现河床80余m,属于老的河流阶地。这些古地貌表明宴江在地质历史时期曾发生过河道变迁。

宴江改道引起地下径流带的重新分布,推动着区域内地表与地下水径流演变。推断其过程为:当宴江在井田西南志留系地层露头区流动时,七郎坳向斜南翼还没有出现溶蚀洼地和泉眼出露,阳新石灰岩构成一个逆向斜坡,如图4所示。

当时,东南方古宋井田阳新石灰岩补给区的地下水,以较高的静水压力,穿越七郎坳向斜底部与尖岗山背斜顶部,在尖岗山背斜北翼折转向西,于红桥镇仙娥洞废弃暗河口排泄(见图1)。长期的灰岩承压水循环、溶蚀,逐渐形成了现在井田内广泛分布的深部溶洞。

地壳徐徐上升,宴江侵蚀下切,并向北东方向侧蚀迁移。当宴江切穿茅口石灰岩底部相对隔水层时,含水层出现了新的排泄口———7#、8#泉出露,七郎坳向斜新的排泄口逐渐袭夺了尖岗山背斜的径流量。使尖岗山背斜形成了缓慢径流区,仙娥洞河口被遗弃,七郎坳向斜出现了新的急剧径流带。随着河流的下切,尖岗山背斜遭受剥蚀,使三叠系飞仙关组(T1f)二段地层在背斜轴部呈天窗出露,直接受大气降雨补给。并通过轴部张裂隙和断层,向阳新石灰岩越流补给,由此改变了原径流带,出现新的径流带。

6 结语

富安井田阳新统石灰岩岩溶强烈发育,富水性极强,水文地质条件复杂,需要摸清其充水来源及通道,借鉴其他煤矿水害防治经验[5],确保矿山安全生产。阳新石灰岩水文地质特征如下:

1)主要接受古宋井田的露头区入渗水与地表河水的渗漏补给。

2)以七郎坳向斜轴为界,南翼为急剧径流区,北翼为缓慢径流区;急剧径流区比缓慢径流区溶洞多,水力坡度大,流速快,水温与水的矿化度低;急剧径流区以地下水排泄动储量为主,缓慢径流区以储积静储量为主。

3)阳新石灰岩岩溶含水层以岩溶洞穴水流排泄,比较相邻井田含水层的岩溶管道流,其流量更稳定。

参考文献

[1]冯先智,贾疏源,卢义周.川南古宋煤矿区阳新统深岩溶水系的电网络模拟研究[J].成都理工学院学报,1988,15(1):71-78.

[2]贾疏源,冯先智,夏先明,等.川南古宋富安井田阳新灰岩岩溶水系及其铀同位素组成特征[J].成都理工学院学报,1996,23(4):1-9.

[3]李定龙,陈兆炎.四川南部二叠系阳新灰岩岩溶发育演化特征探讨[J].淮南矿业学院学报,1993,13(1):1-10.

[4]李小明,朱丽,李永军,等.淮南矿区岩溶发育特征及其富水规律[J].华北科技学院学报,2010,7(1):14-17.

[5]张天模,粟俊江,李健,等.彭水矿区水害防治对策研究——以芦塘煤矿为例[J].矿业安全与环保,2013,40(5):109-111.

灰岩地质 篇2

泉店煤矿是河南神火集团新建矿井, 位于禹州煤田东南部, 主采煤层为山西组下部的二1煤层, 平均煤厚5.88 m, 煤层埋深370～1 200 m, 二3和四6煤层局部可采。地质储量164.59 Mt, 矿井设计生产能力120万t/a, 服务年限为48.3 a, 该矿于2009年12月26日一期工程竣工投产。水文地质显著特点是水压高、水量大、底板隔水层厚度薄, 回采过程极易发生突水。

1 矿井地质及水文地质条件

矿井位于禹州矿区东南部, 许禹背斜东部南翼。矿井整体为一走向北西、倾向南西的单斜构造, 西部发育一宽缓向、背斜构造, 地层走向300°～330°, 倾向210°～240°, 倾角10°～29°。构造特征以断裂为主, 发育的断层有NE向、NWW向和近EW向断层三组, 除DF10为逆断层外其它均为正断层。

泉店矿主要含水层为新近系半固结砂砾石及基岩风化带孔隙裂隙含水层、二叠系下石盒子组砂岩裂隙含水层、二1煤层顶板砂岩裂隙含水组、太原组上段岩溶裂隙含水组、太原组下段岩溶裂隙含水组、寒武系上统白云质灰岩岩溶裂隙含水层。主采的二1煤层主要受太原组上下段灰岩含水层和寒武系灰岩含水层影响。

1.1 太原组上段岩溶裂隙含水组

太原组上段岩溶裂隙含水组上距二1煤层底板17.0～27.0 m, 含水层由L7～L9三层灰岩组成。其中L7与L8灰岩全区稳定且发育, L9灰岩不发育, 含水层累厚5.24～24.43 m, 平均14.28 m;根据地面钻孔勘探资料该含水层初始水位标高+89.72～+122.12 m, q=0.004 52～0.280 L/s·m, K=0.023 46～0.891 0 m/d, 平均0.495 m/d。属于中等富水的岩溶裂隙承压水, 但富水性不均一, 是二1煤层底板直接充水含水层。

1.2 太原组下段岩溶裂隙含水组

太原组下段岩溶裂隙含水组上距二1煤层底65.0～75.0 m, 含水层由C2t下段L1～L4四层灰岩组成, 有时L1与L2合并为一层, 局部L4灰岩相变为砂泥岩地层, 含水层累厚3.79～31.85 m, 一般为20 m左右, 该含水层初始水位标高+94.63 m, q值平均0.010 5 L/s·m, K值平均0.035 5 m/d, 属于弱富水的岩溶裂隙承压水, 但富水性不均一, 是二1煤层底板间接充水含水层。

1.3 寒武系上统白云质灰岩岩溶裂隙含水层

寒武系上统白云质灰岩岩溶裂隙含水层上距二1煤层底120.0～125.0 m, 为石灰岩及白云质灰岩, 该含水层初始水位标高+57.33～+91.17 m, q=0.006 43～0.459 7 L/s·m, k=0.007 0～0.628 m/d, 属于中等富水的岩溶裂隙承压水, 但不均一, 比区域岩溶含水层富水性弱一些, 为二1煤层底板间接充水含水层。该含水层水具有较高的水头压力, 在断层带附近或煤层底板隔水层薄弱处进行煤层开采时, 应注意防范突水事故。

2 工作面综合防治水技术对策

(1) 疏水降压。工作面若发生突水, 一个重要的原因是灰岩含水层水压太高。为了降低工作面水压, 必须采取疏水降压的防治水技术措施。2008年5月开始在矿井首采面相邻的-540西翼轨道大巷、12轨道上山、-540东翼胶带大巷共施工放水钻孔90个, 最大放水量1 000 m3/h, 使矿井L7-8灰水压由6.0 MPa降至2.0 MPa, 从而大大降低了工作面的防治水难度, 同时为进行底板注浆加固准备了条件。

(2) 底板注浆加固。在回采的工作面附近区域进行疏水降压的基础上进行注浆加固工作[1]。底板改造技术实质就是将工作面底板太原组上段富、导水灰岩含水层通过打钻注浆置换, 使灰岩含水层变为隔水层, 并封堵岩层的导水裂隙、封堵补给水源的防突技术。

(3) 注浆效果检验。在工作面底板注浆加固前, 采用井下瞬变电磁探测技术查找煤层底板下方70 m范围内岩层赋水性情况, 划分底板岩层贫、富水区域及富水区导高位置, 为底板注浆加固设计提供依据。底板注浆加固结束后, 对注浆效果再进行二次瞬变电磁探测检验, 确保注浆效果。

(4) 工作面突水危险性评价。在工作面回采前根据注浆加固效果运用突水系数对底板突水危险的可能性进行综合评价, 并提出回采过程中防治水技术对策。

3 二1-11070工作面应用实例

3.1 工作面概况

二1-11070工作面位于矿井东翼11采区下部, 为矿井东翼设计首采工作面, 西邻DF04断层, 东邻11采区上山, 上邻二1-11050工作面 (未开采) , 下邻东翼胶带大巷。走向长650～750 m, 倾斜宽约158 m, 二1煤层平均厚约5.5 m, 地质储量77.9万t。工作面中部存在一个落差12～15 m的DF18断层。回采的二1煤层, 下距太原组上段灰岩 (以下简称L7-8) 顶距离17.0～27.0 m, 水压2.0 MPa, 突水系数0.12 MPa/m, 运用比拟法预计涌水量264～343 m3/h, 采用走向长壁后退式综采放顶煤采煤工艺。

3.2 底板灰岩注浆加固施工设计

3.2.1 终孔层位确定

底板灰岩水文地质参数及计算出的突出系数如表1所示。

表1中突水系数计算时未考虑底板原始裂隙导水高度和底板破坏深度。由表1可以看出: (1) 太灰上段 (L7-8灰) 突水系数0.1 MPa/m大于突水临界值0.06 MPa/m, 若在考虑到回采后底板破坏深度影响 (邻区矿井底板破坏深度经验值为15 m) , 突水危险性更大; (2) 太灰下段 (L1-3灰) 突水系数为临界值, 可以不进行底板加固, 但考虑到原始导高 (豫东永城矿区井下原位地应力测试确定递进导升裂隙的高度一般为10 m) , 上部必须进行封堵, 另外参考禹州矿区其它矿井底板改造经验, 底板注浆改造在垂向上扩散半径一般为13.0～15.0 m, 在平面上扩散半径一般为25～30 m; (3) 寒武系灰岩突水系数为0.04 MPa/m, 可以不进行底板改造。综上所述, 底板改造目的层确定为太灰上段灰岩含水层 (L7-8灰) , 钻孔终孔位置距二1煤层底法线深度55 m。

3.2.2 钻场及钻孔设计

钻孔以注浆扩散半径25～30 m进行均匀布孔, 力求工作面太灰上段注浆加固改造率均达到100%。为尽可能的多揭露含水层面积, 提高注浆加固效果, 钻孔均设计为倾斜孔, 在物探探明的异常区域及DF18断层两侧加密布置钻孔。在该工作面机巷导线点S3点前19 m处开始施工第一钻场, 面向迎头方向每隔60 m做一个钻场, 设计12个钻场, 每个钻场内布置4～5个钻孔, 1～2个检查钻孔, 设计80个钻孔, 如图1所示。

3.2.3 钻孔工艺

开孔φ153 mm钻头穿过煤层底板法线深度2.0 m, 下φ146 mm护壁套管, 然后改用φ113 mm钻头钻至距二1煤层底板法线深度不低于15 m, 下入φ108 mm二级套管, 两级套管均进行耐压试验, 其中两级套管耐压分别不低于6 MPa和12 MPa, 时间不少于30 min, 耐压试验合格后换用φ75 mm钻头钻至终孔。钻孔施工的原则:一是同一个钻场内不能同时施工相邻两个钻孔;二是相邻两个钻场不能同时施工相同方位的钻孔。钻孔的开口方位、倾角、终孔深度、套管长度、耐压情况等每一套工序, 经地测科专业验收人员现场签字验收, 确保钻孔施工质量。

3.2.4 注浆工艺

采用地面永久注浆站注浆, 采用纯水泥为材料, 以最大注浆量、最大扩散半径、最大限度的充填岩溶裂隙为目的, 分孔、分次序连续注浆[2]。主要流程为:地面制浆→注浆泵→地面输浆管路→井下输浆管路→孔口→含水层。注浆材料选用425#普通硅酸盐水泥, 浆液比重在1.16～1.22。注浆基本原则:一是同一个钻场内不能同时对相邻两个钻孔进行注浆;二是相邻两个钻场不能同时对相同方位的钻孔进行注浆。

3.3 注浆效果

二1-11070工作面于2010年3月～2010年11月对太原组上段灰岩 (L7-8灰) 进行了底板注浆加固施工, 12个钻场共施工注浆钻孔94个, 累计钻探工程量10 837 m, 注水泥干料5 050 t, 钻孔累计出水量897 m3/h, 平均单孔出水量9.5m3/h, 平均单孔注浆53.7 t, 改造面积13.8万m2, 注浆分布0.04 t/m2。

DF18正断层位于二1-11070工作面中部, 根据该断层附近的1302地质孔揭露, 二1煤层底板下距L7-8灰顶约17.21 m。在4#和5#钻场分别对DF18断层带及断层两盘L7-8灰岩含水层进行了重点注浆加固。共施工钻孔9个, 累计钻探工程量982 m, 累计出水量66 m3/h, 累计注水泥663 t。

底板注浆加固前后分别对该工作面上下顺槽利用井下瞬变电磁探测技术进行探测, 以视电阻率值小于3的区域为相对低阻异常区, 低阻异常区附近岩层一般相对破碎、裂隙岩溶发育或富水性较好。从底板注浆改造前的二1-11070工作面瞬变电磁勘探低阻异常区可以看出该工作面二1煤层下70 m范围内共有11个低阻异常区, 其中分布在工作面中部DF18断层附近有3个大的低阻异常区, 也是回采过程容易发生突水危险的区域。底板注浆加固后原先存在的11个低阻异常区基本消失, 尤其是薄弱DF18断层带附近, 充分说明了底板灰岩注浆加固效果十分明显。

目前, 泉店煤矿继续使用该技术在二1-14050工作面进行注浆加固。截止目前二1-12050工作面已经实现安全回采, 二1-11070工作面已经安全回采200 m, 没有发生突水事故。

3.4 经济效益

(1) 二1-11070工作面进行注浆加固工程发生的费用为: (1) 钻探工资费。单价82元/m, 总进尺10 837 m, 总费用888 634元。 (2) 钻探材料费。单价120元/m, 总费用1 300 440元。 (3) 注浆费。水泥5 050 t, 单价500元/t, 总费用2 525 000元。该工作面预计出煤66万t。底板注浆加固总费用为471.4万元, 防治水费用吨煤投资7.14元。

(2) 二1-12050工作面进行注浆加固工程发生的费用为: (1) 钻探工资费。单价82元/m, 总进尺13 026 m, 总费用1 068 132元。 (2) 钻探材料费。单价120元/m, 总费用1 563 120元。 (3) 注浆费。水泥4 911 t, 单价500元/t, 总费用2 455 500元。该工作面出煤55万t。底板注浆加固总费用为508.6万元, 防治水费用吨煤投资9.24元。

4 结论及建议

通过对底板L7-8灰岩进行注浆加固, 封堵灰岩含水层的导水裂隙及补给水源使含水层变成隔水层有效控制了工作面涌水量, 从而实现了工作面的安全回采。针对泉店煤矿复杂的水文地质条件下进行注浆加固吨煤投入7.14～9.24元, 运用该项技术能够保证在带压开采条件下工作面实现回采, 同时经济效益可观。从泉店煤矿所进行的2个工作面底板注浆加固经验上看, 所采用纯水泥注浆材料消耗量较大, 占据整个工程费用的48%～53%, 特别是在目前水泥价格不断上涨的背景下, 可进一步研究注浆新材料以替代或部分替代纯水泥材料从而降低整个注浆成本, 同时又可以达到注浆效果。

摘要：泉店矿水文地质显著特点是水压高、水量大、底板隔水层厚度薄, 回采过程极易发生突水。对底板太原组上段灰岩含水层采用注浆加固新技术把含水层变为隔水层, 经初步检验注浆效果显著, 解决了带压开采条件下实现工作面安全回采的难题。

关键词：太原组灰岩上段,底板注浆加固,效果显著,带压开采

参考文献

[1]刘军, 魏民涛, 杨垂, 等.寒武系灰岩底板注浆加固技术在梁北矿的应用[C]//煤矿安全与地球物理学术研讨会论文集, 北京:中国煤炭学会, 2006

灰岩地质 篇3

但目前对赣南地区, 尤其是兴国县石灰石矿产资源的地质特征及成矿因素分析的研究还没有, 前期地质调查研究表明江西省兴国县梅窖镇-宁都县青塘赤水村一带蕴含有丰富的石灰石矿产资源, 含有十分丰富的石灰石矿产资源, 因此, 分析这一区域的地质特征及成矿因素十分必要, 进而提出找矿远景, 可为当地开采石灰石矿产资源提供一定借鉴作用。

1 区域地质概况

县境内出露的地层有第四系、白垩系、石炭系、侏罗系、泥盆系、寒武系和震旦系。其中以震旦系、寒武系和白垩系分布最广。白垩系分布于兴国盆地中心地带, 震旦系和寒武系围绕盆地分布, 第四系主要分布于河流两岸, 其他则零星分布。岩溶地貌分布于梅窖一带的石炭系地层中。主要由浅灰色、紫色白云岩、白云质灰岩等碳酸盐类岩石组成。多见地下溶洞、溶蚀残丘。

1.1 地层

区域出露的地层有石炭系下统横龙组、梓山组及上统黄龙组、船山组和第四系。由老至新基本特征如下:

1.1.1 石炭系下统横龙组 (C1h) :

分布于调查区西北缘, 上部为石英砂岩、长石石英砂岩 (有时含砾) 、粉砂岩、粉砂质页岩、炭质页岩夹钙质砂岩、灰岩或灰岩透镜体。下部为砾岩、砂砾岩、含砾砂岩、石英砂岩, 夹粉砂岩、页岩及粘土矿层。厚度256~558m, 与下覆震旦系呈不整合接触。

1.1.2 石炭系下统梓山组 (C1z) :

分布于调查区西北部, 呈北东向延伸。其岩性:上部为砾岩、砂砾岩、粗砂岩夹粉砂岩。下部为砾岩、砂砾岩、含砾砂岩、石英砂岩、粉砂岩、炭质页岩夹透镜状煤层。厚度>155m, 与下覆横龙组呈整合至不整合接触。

1.1.3 石炭系上统黄龙组 (C2h) :

主要分布于天井窝矿区西北、大石岭矿区西北、平安脑和青塘水湖寨矿区东南部等。岩性为灰白色-浅灰色有时微带肉红色厚至巨厚层状结晶灰岩、含白云质灰岩、含燧石结晶大理岩夹白云岩, 产蜓及珊瑚化石。厚度>125m, 与下覆梓山组呈假整合接触。

1.1.4 石炭系上统船山组 (C2c) :

主要分布于天井窝矿区东南部、大石岭矿区东南部、平安脑和青塘水湖寨矿区等矿区。岩性为浅灰色、灰色、深灰色中厚~巨厚层状灰岩、结晶灰岩、含白云质灰岩局部夹灰黑色蜓壳灰岩。厚度>46m。与下覆黄龙组呈整合接触。

1.1.5 第四系:

主要分布在矿区内的山谷中及山脚周围的低洼处。为冲积、残积-坡积物, 由灰黄色-棕红色黏土、粉砂质黏土、粉砂及砂砾层组成。厚度大于3~6m, 与下覆地层呈不整合接触。

1.2 构造

区域总体构造为一向斜构造, 向斜轴部位于梅窖至白地窝一线, 向南西、北东方向延出调查区外。向斜北西翼出露地层主要有石炭系下统横龙组 (C1h) 、梓山组 (C1z) 、石炭系上统黄龙组 (C2h) 、船山组 (C2c) , 地层层序正常, 产状299°~345°∠25°~28°, 南东翼由于第四第覆盖, 仅见石炭系上统黄龙组 (C2h) 、船山组 (C2c) , 地层层序倒转, 产状299°~345°∠39°~65°。整个向斜由于多条北东向纵断层和北西向横断层切割而支离破碎。

断裂构造较发育, 大致可分为二类:北东向纵断层和北西—北北西向横断层:

1北东向纵断层:调查区出露的有两条:F6、F7。F6出露于落岭坳矿区至青塘水湖寨矿区一线, 走向北东, 倾向北西, 倾角不清, 断层性质不清;断层错断石炭系下统横龙组 (C1h) 、梓山组 (C1z) 、石炭系上统黄龙组 (C2h) 、船山组 (C2c) , 使黄龙组 (C2h) 和船山组 (C2c) 缺失和断续出露。F7出露于炭山排矿区至江背一线, 走向北东, 倾向南东, 倾角不清, 断层性质不清;断层错断石炭系下统梓山组 (C1z) 、石炭系上统黄龙组 (C2h) 、船山组 (C2c) , 使船山组 (C2c) 与梓山组 (C1z) 直接接触。

2 北西向横断层:调查区出露有六条:F1、F2、F3、F4、F5、F8。断层走向北西或北北西, 倾向南西或北东, 倾角不清, 断层性质不清。断层错断石炭系下统横龙组 (C1h) 、梓山组 (C1z) 、石炭系上统黄龙组 (C2h) 、船山组 (C2c) , 造成地层位移不连。

2 区域矿床特征

2.1 矿层特征及规模

2.1.1 天井窝矿区

矿层赋存于石炭系上统船山组 (C2c) 地层中, 呈单斜层状产出, 总体产状为310°∠54°左右。矿体连续完整, 呈NE~SW向展布, 走向延伸长约1 000m, 倾向出露宽约500m。矿层出露最大标高340.43m, 矿区最低侵蚀基准面272m, 矿区最低开采标高为222m之上矿床规模属中型。

2.1.2 大石岭矿区

矿体由石炭系上统船山组 (C2c) 巨厚层中细粒大理岩及微晶灰岩组成, 属单一层状矿体, 呈倒转的单斜产出, 走向北东, 出露长度771m, 宽度342~398m, 分布范围约占大石岭山体的一半。矿体形态规则, 内部连续完整, 未见明显的断层切割。矿区最低侵蚀基准面290m, 开采深度为+439~290m标高 (采矿许可证内) 时, 矿床规模为中型;当开采深度为+439m~+190m时矿床为大型。

2.1.3 平安脑和水湖寨矿区

矿区矿层即为石炭系上统黄龙组和船山组 (C2h+2c) 的深灰色、灰白色厚层状巨厚层状结晶灰岩夹含白云质灰岩, 呈单斜层状产出, 平均产状299°~345°∠25°~28°。矿层走向长800m, 宽300~400m。矿区最低侵蚀基准面308.4m, 矿区最低开采标高为255m之上, 矿床规模属大型。

2.2 矿石类型

根据矿石矿物成分、结构、构造, 本区矿石自然类型主要为白色中-细粒大理岩, 块状构造, 局部角砾状构造, 角砾成分为结晶灰岩, 角砾呈棱角状、尖棱状, 角砾大小为20~5cm或10~3cm。岩石矿物成分为砂糖状重结晶方解石, 粒度均匀, 粒径0.2~0.5mm。矿层中部分地段见灰-浅灰色微晶灰岩。大理岩与微晶灰岩多为渐变过渡关系, 界限不清, 化学成分无明显改变, 风化面均呈灰色, 且较平滑。矿石性脆质纯, 化学成分变化小。

2.3矿石质量特征

矿石主要化学成分为Ca O、Mg O两项, 矿区矿石的主要化学成分基本特征为:天井窝矿区矿石Ca O52.52~55.45%、Mg O0.26~2.74%;大石岭矿区矿石Ca O52.72~55.61%、0.02~2.85%;平安脑、青塘水湖寨矿区Ca O49.75~55.58%、Mg O0.32~2.26%。各矿区矿石的平均化学成分见表4-1。

大石岭矿区矿石主要化学成分Ca O、Mg O两项的数据来源于1992年中国建筑工业地勘中心江西总队编写的《江西省兴国县大石岭石灰岩矿区详细调查地质报告》, 而f Si O2、Al2O3、Fe2O3、烧失量等数据则是根据2006年宝华山实业集团有限公司提交的化学成果计算所得。

由上表可知, 矿石化学成分含量完全符合工业指标的要求, 是质量较好的石灰质水泥原料。

2.4 矿层围岩与夹石

2.4.1 天井窝矿区

矿层顶板为石炭系上统黄龙组 (C2h) , 岩性为厚-巨厚层状白云质灰岩及白云岩, 底板为船山组未控制的岩层。矿层的夹石为高镁夹石, 其产状与矿层产状相同, 呈层状、似层状及透镜状产出。

2.4.2 大石岭矿区

矿层顶板为石炭系上统黄龙组 (C2h) , 岩性为厚-巨厚层状白云质灰岩及白云岩, 底板为船山组未控制的岩层。矿层的夹石为高镁夹石, 其产状与矿层产状相同, 呈层状、似层状及透镜状产出。

2.4.3 平安脑和水湖寨矿区

矿层没有顶板直接裸露地表。矿层的底板为石炭系上统黄龙组 (C2h) , 岩性为厚-巨厚层状白云质灰岩及白云岩, 岩层中含深灰色结核状或条带状燧石。

矿层的夹石为高镁夹石, 其产状与矿层产状相同, 呈层状、似层状及透镜状产出。大多发育于矿层下部, 规模大小不一, 一般厚度为2~4m, 岩性为灰白、浅肉红色白云质灰岩及白云岩, 粉晶、中细粒、中粗粒结构, 块状构造, 风化表面呈刀砍状, 与矿石接触界线明显。

3 找矿远景

石炭系上统船山组碳酸盐建造为我省最重要的水泥用石灰岩含矿层位之一, 矿层厚度大, 分布广, 变化稳定, 品质优良, 代表了一套温暖的陆棚浅海, 正常的盐度和清水环境的沉积产物。本矿床为一地台型浅海相沉积碳酸盐类矿床。

区域周围有该套地层沉积, 尤其是平安脑~青塘水湖寨矿区东北方向 (宁都县境内) 还有灰岩出露, 可作为今后重点找矿方向。

4 结论

4.1研究区位于兴国县梅窖镇~宁都县青塘赤水村一带, 呈长条状北东向展布, 长约6km, 宽约1~2km。从区域地质调查分析可以得出, 区域出露的地层有石炭系下统横龙组、梓山组及上统黄龙组、船山组和第四系。总体构造为一向斜构造, 向斜轴部位于梅窖至白地窝一线, 向南西、北东方向延出调查区外。据调查, 平安脑-青塘水湖寨矿区东北方向 (宁都县境内) 还有灰岩出露, 可作为今后重点找矿方向。

4.2区域照排和桐树林西北见两岩浆岩岩瘤出露, 为燕山早期第一阶段第三次侵入岩的细~中粒斑状黑云母花岗岩, 出露长200~300m, 宽150~200m, 对灰岩矿体影响不大。区域岩溶不发育, 经调查, 各矿区地表岩溶不发育, 仅于天井窝矿区东北侧有小型溶洞发育。

4.3区域矿床可分为天井窝矿区、大石岭矿区和平安脑和水湖寨矿区, 根据矿石矿物成分、结构、构造, 本区矿石自然类型主要为白色中-细粒大理岩, 块状构造, 局部角砾状构造, 角砾成分为结晶灰岩, 角砾呈棱角状、尖棱状, 角砾大小为20~5cm或10~3cm。矿石主要化学成分为Ca O、Mg O两项, 矿层的夹石为高镁夹石, 其产状与矿层产状相同, 呈层状、似层状及透镜状产出。

参考文献

[1]张勇, 高全, 闫晓林, 等.吉林东部地区金矿地质特征及成矿作用分析[J].黄金科学技术, 2009 (10) .42-47.

[2]陈建平, 等.藏东玉龙斑岩铜矿地质特征及成矿模型[J].地质学报, 2009 (12) , 42-47.

[3]付明禄, 许强奋, 等.哈密黄土坡铜锌矿地质特征及找矿方法探讨[J].新疆地质, 2010 (9) , 260-267.

灰岩地质 篇4

关键词：内蒙古,桌子山石灰岩矿床,地质特征,成因

1 绪言

桌子山一带的石灰岩矿产资源丰富, 并有部分白云岩矿伴生。石灰岩矿用途广泛, 主要用于化工、建材、冶金等行业。该区目前除已勘查过的很少部分外, 绝大部分区域状况不清。为了对资源进行合理勘查、开发利用和保护, 尚需取得这些矿产的基本地质资料。

2 区域地质概况

桌子山所处大地构造位置, 为华北地台鄂尔多斯西缘坳陷的贺兰山——桌子山褶断束北段。该区域内出露地层有上太古界千里山岩群, 主要分布在千里山, 桌子山区中部及东南部;上元古界青白口——震旦系西勒图组, 分布在千里山北部及桌子山中、东部;下古生界寒武系和奥陶系, 主要分布在桌子山区北部及西南部;上古生界石炭系和二叠系, 主要分布在桌子山西、南部, 东部仅有小面积断续分布;中生界三叠系、侏罗系和白垩系分布在东部;新生界第三系和第四系分布在山区四周平缓区及较大沟谷中。

区域内褶皱、断裂构造较发育, 基底褶皱构造由千里山岩群组成, 多数构造线近东西走向, 形成一系列轴向近东西及北西西向的短轴背斜。元古界及古生界地层, 则组成构造线近南北的褶皱, 形成桌子山背斜及西部的卡布其向斜构造。断裂构造主要有南北向、北东东向和北西走向的三组。规模最大的南北向断层发育在千里山区的东、西两侧, 桌子山背斜东侧及卡布其向斜西翼, 为向西倾的逆断层及正断层, 由于受该组断裂切割破坏, 使桌子山背斜东翼及卡布其向斜西翼 (地层) 不完整;北西及北东东向断层以正断层和平推断层为主, 一般规模较小。

岩浆岩有片麻状花岗岩、伟晶岩、辉绿岩及石英脉, 分布在千里山及桌子山中部及东南部, 发育在千里山岩群变质岩中, 呈岩株及岩脉状产出。

3 矿区地质概况

桌子山地区出露地层主要有上太古界千里山岩群、上元古界青白口——震旦系西勒图组、古生界寒武系、奥陶系下统及石炭系, 其中与石灰岩及白云岩成矿有关的地层单位为奥陶系下统马家沟组。地层、岩性特征由老至新分述如下:

3.1 矿区地层

3.1.1 上太古界千里山岩群 (Ar3q)

下部为角闪斜长片麻岩、混合质二长片麻岩;中部为透辉石岩、角闪透辉石岩、黑云角闪片岩、蛇纹石化透辉大理岩、长英变粒岩、黑云斜长片麻岩、含石墨片岩等, 下部夹磁铁矿层;上部为榴石黑云斜长片麻岩及各种混合质片麻岩。

3.1.2 上元古界青白口——震旦系西勒图组 (QnZx)

中、下部主要为紫红色细至中粗粒石英砂岩夹紫红色粉砂质页岩, 底部为石英砂砾岩;上部为灰白色中厚层石英砂岩及紫红色中——薄层状石英砂岩。各层总厚度在千里山北达870m, 桌子山东部一带厚500m左右。其上部一般有1～2层灰白色变质石英砂岩, 单层厚40～150m, 上层一般厚度较大, 质较纯, 常成为不同用途的硅质原料矿产;下层厚度较小, 质量较差, 工业难于利用。

3.1.3 下古生界寒武系 (∈)

中、上部为灰、深灰色薄——中层灰岩、鲕状灰岩、竹叶状灰岩、灰绿色页岩夹生物碎屑灰岩, 顶部夹白云质灰岩;下部为灰褐色厚层白云质灰岩、石英砂岩夹灰绿色页岩。各层灰岩含硅、铝、镁、铁质均高。白云质灰岩含MgO一般低于18%, 含SiO2为8%～19.88%, 含Fe2O3为1.25%～2.11%。工业难于利用。

3.1.4 下奥陶统马家沟组 (O1m)

根据该组的岩性差别, 进一步划分三个岩性段, 自下而上为:一岩段 (O1m1) 灰色中——厚层灰岩、白云质灰岩、白云岩与灰——灰白色石英岩互层。部分灰岩及白云岩一般含CaO为30.4%～50%, 最高53.88%, 含MgO为3%～12%, 最低0.83%, 最高19.93%, 含SiO2为2.79%～8.27%, 高者>9%。以顶部一层碎屑灰岩质量较好, 但是含硅、镁高, 厚度较小, 顶低板为石英砂岩, 不利开采。其中白云岩含硅也高, 呈夹层状, 均难以开采利用。该岩段厚度一般为30～60m, 与下伏寒武系平行不整合接触;二岩段 (O1m2) 主要出露在桌子山中、北段的西坡地带。为灰褐——灰色白云质灰岩及白云岩, 苏白音沟以北呈较稳定层状产出, 出露与保存厚度一般为25～50m。其中的白云岩产在下部, 厚度一般为20～45m, 是区内白云岩矿的主要含矿层位。该岩段在东南部渐变为以白云质灰岩为主, 白云岩不稳定, 含镁降低。与下伏第一岩段以石英砂岩为界, 整合接触;三岩段 (O1m3) :在桌子山区内广泛分布, 其中以北部采台山, 西南部骆驼山以东至黑龙贵一带分布面积最大。呈稳定的层状产出, 岩性为灰——深灰色厚层灰岩、红黄斑状灰岩及含燧石结核灰岩夹中薄层碎屑状灰岩, 总厚度一般为200～450m。除顶部古风化带的岩溶较发育外, 其下岩溶一般较弱。该岩段是区内多种用途石灰岩矿产的含矿层位。该岩段与下伏第二岩段为整合接触, 渐变过渡。与上覆上石炭统呈平行不整合接触, 其接触面上常见有零星的古风化淋积型褐铁矿及沉积型高岭土, 明矾石矿分布于古溶坑、洞、裂隙及低凹处。

3.1.5 上石炭统太原组 (C2t)

分布于桌子山区西、南边缘地带, 直接覆盖于下奥陶统马家沟组之上。岩性为长石石英砂岩、含砾砂岩、页岩、泥岩及煤层。

3.2 构造

基底构造层由上太古界千里山岩群组成, 出露在千里山及桌子山中部及东南部。形成一系列轴向近东西的短轴背向斜构造。盖层构造层主要由青白口——震旦系、寒武系及奥陶系组成, 形成近南北走向的桌子山背斜构造, 北部千里山段被东西两侧近南北向断层切割, 使背斜两翼受破坏而不完整。南部桌子山段东翼受南北向断层破坏, 地层出露不全, 地层倾角一般较陡 (15°～70°, 局部倒转) , 西翼完整, 地层倾角一般较缓, 一般为5°～11°, 局部 20°左右。北部千里山区及南部桌子山东部一带断裂构造发育, 东部主要为南北向逆冲断层 (断面向西倾) 。西部为正断层。其次有北北东向及北西向的晚期正断层及平推断层发育。薄层灰岩及碎屑灰岩中节理、裂隙一般较发育, 厚层灰岩、白云岩次之。褶皱构造对该区的石灰岩、白云岩矿层的分布有明显的控制作用, 矿层均分布在南北向背斜的翼部和南北转折端。断裂对矿层有明显的破坏作用, 如背斜东翼矿层受到严重破坏和缺失。背斜核部受构造剥蚀作用强烈, 其赋矿地层大部分已被剥蚀掉, 而为太古界变质岩裸露。

3.3 风化带及覆盖层

该地区气候干燥少雨, 风化作用不强, 石灰岩、白云岩矿层的地表风化带一般厚0.5～1m, 在部分完整岩石露头区及冲刷沟 (带) , 几乎无风化层发育, 部分断裂破碎带及岩石节理裂隙发育区, 风化带厚度可达1～2m。山区岩石裸露程度好, 仅在局部低洼、缓坡处, 有一些残坡积物分布, 其厚度一般为0.3～1m。另外, 在山区边缘地带的石灰岩、白云岩矿层, 常被石炭系砂、页岩及第四系砂土、砂砾石不同程度覆盖, 沿倾斜方向延深越大, 覆盖层越厚。

4 矿层地质

4.1 矿体特征

桌子山地区石灰岩矿层, 主要分布在桌子山北部的采台山区、毛尔沟南至黑龙贵、棋盘井北山一带, 另外在毛尔沟北至后格德尔根沟一带及棋盘井东山有小面积分布。矿层产于下奥陶统马家沟组第三岩段。其下部为深灰色厚层灰岩;中部为含黄色、红色斑块或条带的中、厚层灰岩夹薄层灰岩及碎屑灰岩, 层位稳定;上部常为青灰色厚层灰岩, 一般质较纯, 层位较稳定。因受后期剥蚀作用影响, 出露厚度变化较大, 较厚部分多分布在桌子山南、北端及西南一带。南部地区顶部常有含燧石结核或条带的灰岩分布, 中、北部区的该层位一般均被剥蚀。矿层绝大部分裸露地表, 仅在西、南及东北边部有石炭系和零星第四系覆盖。底板一般为白云质灰岩, 夹砂岩。

4.2 矿石质量特征

4.2.1 矿物成分及结构构造

桌子山区石灰岩矿石的主要矿物成分为方解石, 一般含量为85%～95%, 最低76%, 最高96%, 其含量在区内有从东至西, 从北向南增高的趋势。另外含白云石1%～15%, 石英0.5%～5%, 泥质物及铁质微量。厚层致密块状灰岩矿石, 呈隐晶质结构、微粒——细粒状结构, 块状构造;含斑灰岩为斑状构造、块状构造, 其斑为红、黄色, 呈大小不等的斑点, 斑块及不规则的条带等, 主要成分为方解石、白云石及硅、铁质;碎屑灰岩呈粒屑、生物碎屑结构、块状构造。

4.2.2 化学成分及含量

桌子山区石灰岩矿石, 含CaO一般为48%～54%, 最低46.66%, 最高54.97%;含CaCO3为85.67%～98.15%;MgO为0.3%～2.5%, 最低0.09%, 最高3.55%;SiO2为0.8%～8%, 最低0.32%, 最高10.26%;fSiO2为1.7%～5%, 最低0.46%, 最高5.95%;Al2O3为0.3%～1.2%, 最低0.13%, 最高2.22%;Fe2O3为0.2%～0.5%, 最低0.059%, 最高0.97%;K2O为0.10%～0.12%, 最低0.08%, 最高0.35%;Na2O为0.2%～0.27%, 最低0.0028%, 最高0.45%;S为0.01%～0.03%;P为0.001%～0.016%;SO3为0.014%～0.07%;酸不溶物为1.97%～3.32% (据少量样品分析结果) 。全区石灰岩, 一般以均质厚层灰岩含有益组分较高, 有害组分相应较低。斑状灰岩及含燧石结核灰岩中的有益组分, 部分较前者略低, 有害组分相应较高。同时, 处于不同地带的石灰岩化学成分含量尚有一些差别。

4.3 围岩

该区的石灰岩矿层, 顶板围岩为石炭系砂岩、页岩及部分第四系砂土、砂砾石, 主要分布在桌子山区西部及南部边缘。底板岩石为下奥陶统马家沟组第一、二岩段的白云质灰岩、白云岩或石英砂岩。

4.4 矿石类型及用途

该区石灰岩矿石的自然类型有:隐晶——微、细晶灰岩、斑状灰岩及碎屑灰岩 (粒屑及生物碎屑) 。根据石灰岩不同成分的含量及不同用途, 其矿石主要工业类型有:电石用石灰岩、熔剂用石灰岩、制碱用石灰岩、水泥用石灰岩等。

4.4.1 电石用石灰岩

区内中、南部有部分石灰岩的质量情况, 与乌海市黄河村、哈图克沟同类电石用石灰岩矿石的质量指标基本一致。内蒙古君正公司电石厂和内蒙古海吉氯碱化工公司电石厂所用黄河村和哈图克沟电石灰岩烧制熟料石灰, 经电炉炼制电石的技术性能较好, 生产的电石已达优质产品。据此类比, 区内中、南部地段石灰石达电石用石灰岩质量指标, 其加工技术性能亦应同黄河村、哈图克沟石灰岩。

4.4.2 水泥用石灰岩

内蒙古蒙西水泥有限公司, 利用区内西北部石灰岩, 以生料配比:石灰岩83.77%, 砂岩6.72%, 页岩6.83%, 铁粉2.68%。用2.4×13.0m的棒球磨粉磨生料, 出磨生料过0.08mm方孔筛和0.02mm木筛, 筛余物小于11.5%, 生产工艺为湿法生产, 煅烧温度在1300～1450℃间, 窑型为回转窑, 生产水泥标号为525号及425号。多年生产已获良好效益。据此类比, 区内大部地段石灰石达优质水泥用石灰岩质量指标, 其加工技术性能应同蒙西水泥用灰岩。

4.4.3 冶金溶剂用石灰岩

包头钢铁厂, 用本区中部石灰岩作黑色冶金熔剂用石灰岩, 经多年大量使用, 认为矿石质量及生产使用性能好, 能保证钢、铁产品的质量及经济效益。

5 矿床成因

本区从寒武纪至中奥陶世一直处于浅海相环境。依据该区地层的沉积构造和岩层特征恢复本区岩相古地理, 炒米店期为海岸平原, 马家沟期为潮间坪——潮上坪。从地层中赋存的生物碎屑来看, 为头足类、腕足类、三叶虫化石, 也说明当时沉积环境为浅海相。综上所述, 本矿床成因属浅海相潮间坪、潮上坪沉积环境下的化学——生物化学沉积成因。

6 结论

灰岩地质 篇5

关键词：矿区,地层,特征,矿床

泽州县南村镇中达石灰岩矿位于泽州县南村镇环秀村西北460 m处, 环秀村位于南村镇西南, 直距南村镇约9 km, 行政区划隶属泽州县南村镇管辖。矿区位于太行山南段, 地貌单元属侵蚀低山石灰岩裸露区, 矿区地势呈西高东低, 矿区内最高点位于矿区西北部山坡, 海拔标高1 006 m, 最低处位于矿区北东部山坡, 海拔标高944 m, 最大相对高差62 m。区内基岩裸露, 植被不发育、覆盖层很少。

1 矿区地质

地层:区域内主要出露地层有:奥陶系中统马家沟组地层, 奥陶系中统峰峰组, 石炭系中统本溪组、上统太原组, 二叠系下统山西组、下石盒子组、上统上石盒子组等地层, 第三系及第四系松散沉积广泛覆盖于各时代地层之上。

1.1 奥陶系中统马家沟组 (O2m)

本组由一套灰岩、泥灰岩、泥质灰岩组成的局限海、潮坪碳酸盐岩组合。厚437.0 m~595.0 m, 根据沉积旋迴本组可划分三段。

1) 马家沟组一段 (Om1) 。为本组下部第一个旋迴 (相当原下马家沟组) , 下部为黄、淡黄色角砾状泥灰岩、泥灰岩, 其底部一般发育一套黄绿色钙质页岩和薄板状泥灰岩 (或称贾汪页岩) 。厚度124.0 m~158.1 m。

2) 马家沟组二段 (Om2) 。为本组中部沉积旋迴 (相当原上马家沟组) , 下与本组一段整合接触。下部为角砾状泥灰岩、泥灰岩夹白云质灰岩, 其上为白云质灰岩与角砾状泥灰岩互层, 发育石膏假晶, 鸟眼构造、包卷层理;上部为灰、青灰色厚层状豹皮状灰岩、白云质灰岩夹薄层白云质泥灰岩, 地貌上均为陡崖地形, 厚度219.0 m~313.0 m。

3) 马家沟组三段 (Om3) 。为本组最后一个沉积旋迴, 下与本组二段整合接触, 下部为灰白、灰黄色角砾状泥灰岩夹中层状白云质灰岩;上部为青灰色厚层状微晶灰岩, 豹皮状灰岩夹含燧石结核灰岩, 顶部为质地较纯的优质灰岩, Ca O一般53%~54%, 是水泥、电石、尼龙灰岩的主要层位。厚94.0 m~144.9 m。

1.2 奥陶系中统峰峰组

分布于矿区西北部, 一般为灰黑色、青灰色厚层夹薄层和中厚层灰岩, 具不明显的豹皮状构造, 质纯。

1.3 石炭系 (C)

区域上缺失下统, 仅沉积有中统和上统。主要由砂岩、泥岩、铝质岩、石灰岩、煤层组成, 为本区主要含煤地层之一。厚度82 m~177 m。与下伏地层呈平行不整合接触。

1) 本溪组 (C2b) 。下部为杂色铁质粘土岩、铝质岩以及砂砾岩、偶见铁矿透镜体。上部为泥岩, 夹有薄层砂岩、石灰岩和薄煤层, 灰岩多呈透镜体。厚度0 m~35 m, 一般20 m。与下伏地层呈平行不整合接触。2) 太原组 (C3t) 。主要由砂岩、砂质泥岩、泥岩、石灰岩及煤层组成。含石灰岩4层~6层, 煤层10层~15层。底部为灰白色厚层状石英状砂岩 (K1) 层位不稳定。厚度82 m~142 m, 一般90 m。与下伏地层整合接触。

1.4 二叠系 (P)

二叠系为本区主要含煤地层之一。与下伏地层整合接触。该层可划为两统四组。1) 山西组 (P1s) 。上部为黄绿色、灰色泥岩夹煤线, 中部以灰色泥岩夹白色厚层状中粒砂岩为主。有可采煤层1层~2层。下部为深灰色泥岩、粉砂岩夹煤线。底部为灰色中、细粒砂岩 (K7) 。厚度36 m~72 m, 一般68 m。与下伏地层整合接触。2) 下石盒子组 (P1x) 。顶部为杂色鲕状铝土质泥岩, 俗称“桃花泥岩”, 中部为浅红色中细粒砂岩, 下部为黄绿色泥岩夹砂质泥岩、偶见煤线。厚度48 m~78 m, 一般65 m。与下伏地层整合接触。3) 上石盒子组 (P2s) 。主要由黄绿、杏黄、紫红色岩屑石英砂岩与砂质泥岩、泥岩互层夹含锰铁矿透镜体组成的一套陆相碎屑岩岩石组合, 厚度410 m~550 m。与下伏下石盒子组整合接触。按岩石地层由下而上或分三个岩性段。a.石盒子组一段 (P2s1) 。下部为黄绿、杏黄色夹紫红、灰色砂质页岩、页岩 (泥岩) , 与黄绿色中细粒石英砂岩、岩屑砂岩互层, 夹黄绿、杏黄色粉砂岩及灰岩粘土岩和锰铁矿薄层;中、上部为黄绿、灰绿、紫红色砂质页岩夹2层~4层岩屑石英砂岩及2层~3层锰铁矿或锰铁质砂页岩岩。。b.石盒子组二段 (P2s2) 。为黄绿、杏黄、紫红色砂质页岩、页岩与黄绿色中粗粒岩屑石英砂岩互层, 夹两层锰铁矿。底部多为一层灰白、灰绿色厚层含砾石英砂岩, 横向上可相变为砂质页岩。c.石盒子组三段 (P2s3) 。厚151 m~318 m, 为黄绿、杏黄及紫红色中厚层岩屑长石石英砂岩与黄绿、紫红色砂质页岩、页岩 (泥岩) 互层。

1.5 第四系中更新统 (Q2)

分布于矿区东南部沟谷中, 岩性主要为浅红色亚粘土, 厚0 m~10 m。角度不整合于下伏地层之上。

2 矿床地质

矿区石灰岩矿体为奥陶系中统马家沟组二段微晶灰岩, 呈层状, 矿体产状较平缓, 总体为倾向北的单斜构造。

2.1 矿体特征

矿体形态简单, 矿体厚度大, 层位稳定, 延续性好, 中下部夹一层灰黄色泥灰岩, 厚度3.4 m~3.8 m不等, 平均厚度为3.63 m。矿区内矿体最大厚度34.5 m, 最小17.5 m, 平均厚度22.77 m。

2.2 矿石特征

1) 矿石结构、构造。矿石呈灰色泥晶、生物碎屑、花斑状、蠕虫状结构, 致密块状构造部分显层状构造, 似层状构造。

2) 矿物成分。a.厚层、中厚层泥晶灰岩及生物碎屑灰岩, 成分主要为泥晶方解石, 部分为方解石显晶生物碎屑;b.中厚层微晶白云质灰岩, 成分主要为泥晶方解石, 少量显晶白云石, 微量泥质;c.厚、中厚层白云质花斑灰岩, 褐灰、灰色, 成分:基层主要为泥晶方解石, 少量生物碎屑显晶方解石;花斑成分主要为显晶白云石和方解石, 有少量泥质和氧化铁。

3) 化学成分。矿石化学成分主要为Ca O, 次为Mg O, 本次在矿区范围内采集了7个样品, Ca O品位52.96%~57.83%, 平均品位为54.63% (工业品位要求大于50%) , Mg O品位0.55%~1.37%, 平均为0.76%。

4) 矿石类型。矿石构造特征主要有致密状灰岩、斑状灰岩与花斑状灰岩, 以中厚层状致密状灰岩为主, 呈深灰色, 微晶结构, 块状构造。矿石类型单一。

矿石致密坚硬, 性脆, 呈贝壳状断口, 块状构造。耐风化能力强, 岩石分类属Ⅳ类———硬质岩石, 是较好的建筑用石料。

2.3 矿床顶底板

1) 覆盖层的分布范围及其特征。矿体大部分裸露于地表, 仅东南部有小面积第四系黄土覆盖, 厚0 m~10 m, 低于矿体最低开采标高, 无需剥离。矿体之上覆盖物仅为少量的残坡积物。

2) 矿体基底岩石特征。矿体基底为马家沟组一段泥灰岩地层, 与矿体界线清晰, 矿区内未出露。

3 矿床开采技术条件

3.1 水文地质条件

矿区属沁河流域, 长河支流。长河发源于晋城市泽州下村乡武神山南麓, 由北向南流经晋城市泽州县下村、大东沟、川底、周村、李寨5个乡镇, 在阳城县境内注入沁河。全长54.7 km, 落差大, 流量为0.96 m3/s, 河床约40 m。流域面积421 m2。上游建有8座水库, 下游河道筑河坝, 水库以上为常流河。因河流较长, 当地人称40里长河, 故名。矿区地形为北西高、南东低的单一山坡地形, 东侧邻近沟谷, 无大的冲沟, 植被不发育, 无地表水体和地表径流, 矿体高于当地最低侵蚀基准面, 矿体含水性差, 浅层地下水不发育。雨季时, 大气降水自然顺沟谷流出。

矿区内地下水类型主要为奥陶系碳酸盐岩岩溶水。含水岩组为奥陶系中统马家沟组, 奥灰水水位标高560 m左右, 富水性较强。矿区岩溶地下水的补给来源主要为大气降水和周围山区地下水的侧向径流补给。地下水流向由北向南, 且由上游向下游侧向径流为主要排泄方式。由于岩溶水位标高远低于矿区最低开采标高, 故岩溶水不会影响矿区的开采。

3.2 工程地质

岩体按岩性组合及物理力学性质的不同, 可分为三个工程地质岩组, 即:中厚层状坚硬碳酸盐岩工程地质岩组, 薄层状中等坚硬碳酸盐岩工程地质岩组, 薄层状软硬相间碳酸盐岩工程地质岩组。

1) 中厚层状坚硬碳酸盐岩工程地质岩组。由微晶~粗晶灰岩、角砾状灰岩等组成。岩层呈中厚~巨厚层状。据区域资料, 最大抗压强度280 MPa, 最小16.4 MPa, 属坚硬岩类。岩体质量等级为良好。

2) 薄层状中等坚硬碳酸盐岩工程地质岩组。主要由灰白色薄层状白云岩, 呈条带状分布, 单层厚1.2 m, 岩石抗压强度60 MPa~110 MPa, 属中等坚硬岩类。

3) 薄层状软硬相间碳酸盐岩工程地质岩组。由薄层状灰黄色白云质灰岩与白云岩互层组成, 单层厚度一般小于0.3 m, 岩石抗压强度一般小于30 MPa。

工程地质条件属简单类型。

3.3 小结

矿区水文地质条件、工程地质条件简单, 矿体稳固性较好, 评估区内为低山区, 地势较陡, 区内未发现地裂缝、地面塌陷、滑坡、泥石流等地质灾害。地质环境质量中等, 综合分析, 属开采技术条件简单的矿床 (Ⅰ) 。

4 结语

矿区地层单一、地质构造简单, 矿层出露条件好, 厚度较大, 层位稳定, 矿体之上植被稀疏, 覆盖物很少, 矿区水文地质、工程地质均属简单类型, 开采技术条件简单, 本矿山内部资源条件及开采技术条件优越。同时矿区位于南村镇西南9 km, 有县级公路相通, 南村镇为泽州县城所在地, 矿区周边交通十分方便, 矿山周边基础建设条件良好。综上分析, 该矿山石灰岩矿矿体厚度大, 连续性好, 易于开采, 矿石质量好, 开发利用在技术上可行, 经济成本较为合理, 具有良好的经济效益。

参考文献

[1]山西地质矿产局.山西省区域地质志[M].太原:地质出版社, 1989.

[2]李胜荣.结晶学与矿物学[M].北京:中国地质大学, 2011.

灰岩地质 篇6

1.1 地层分布

灰岩地区地层大致分布有4种：a人工填土层；b冲洪积层：分布有粉质粘土、粉土、砂、砾等。呈软塑至可塑状态，孔隙潜水量大，渗透性能好；c残积层，由灰岩风化残积而成、一般为湿—饱和，流塑至可塑状态，与基岩的接触带部分由于潜水影响呈流塑状态；d岩层：为灰岩 (大理岩) 、断层、裂隙、岩溶发育，基岩面溶沟溶槽等溶蚀现象严重。

1.2 岩溶发育特征

灰岩地区的岩溶发育具有一定的规律，普遍表现为：

(1) 自上而下，由强变弱；基岩面上分布着溶沟、溶槽，浅部基岩岩溶发育较强，有的甚至呈串珠状自上而下分布，深部为古老溶洞，分布较少、暗河为古老溶洞连通而成。

(2) 浅部溶洞充填物多，深部充填物少：充填物呈全充填—半充填—无充填，一般呈流塑—软塑状态：

(3) 构造裂隙发育，地下水活动频繁地方溶洞较发育。

1.3 地下水特征

灰岩地区地下水按其贼存介质可分为三种类型，即：a赋存于冲洪积及残积层的孔隙水，渗透性强；b赋存于下伏溶洞、溶蚀裂隙及暗河中的岩溶裂隙水，连通性好，水量丰富；c赋存于构造断裂带中的裂隙水，连通性强。

2 对基础的影响及应采取的措施

2.1 对持力层的影响及措施

由于灰岩地区冲洪积、残积层渗透性能好，在孔隙水丰富的情况下，土层的强度和深基坑的支护将大受影响，降水措施也易影响周边建筑的安全，同时土洞发育也会严重影响土层的稳定性，因此，在地下潜水丰富、土洞较发育的灰岩地区，不宜采用天然基础。由于岩溶的发育，若桩基础落在溶洞顶部、当顶板厚度达不到设计要求时，就容易造成严重的质量隐患。因此，在灰岩地区，必须要在详细的地质、水文、物探资料的基础上，选择合理的基础形式。对于桩基础，要进行一桩一孔的超前钻探措施，以查明桩底以上的岩溶发育情况，选择合理安全的桩底标高；至于深基础降水措施，则必须先充分了解其水文地质条件，并论证降水方案的可行性，建议采用帐幕封闭式降水。

2.2 对桩基础施工的影响及措施

2.2.1 人工挖孔桩基础

该基础形式由于具有易于进行持力层鉴别和孔底沉渣控制，桩底易做扩大头以增加单桩承载力，施工工期短，造价低等优点，一直被广泛采用，但在灰岩地区施工则存在以下困难：

(1) 第四系的冲洪积层及残积层在富含孔隙水的情况下易形成流砂、流泥、涌水，严重影响开挖和护壁，盲目开工易造成质量隐患和影响施工安全。

(2) 岩溶水、裂隙水易形成涌水。

(3) 岩溶内呈流塑—软塑状态的泥质、沙质充填物严重影响护壁的稳定性和开挖施工的安全。

(4) 由于地下水流通性能好，在混凝土浇筑过程中孔内水量大易引致水灰比变化或砂浆流失，造成桩身松散、离析等问题。

若采用人工挖孔桩，可采取以下措施：

(1) 进行详细的地质和水文勘察，充分了解施工区的岩溶分布情况及地下水的分布情况如流向、流量、水位等。

(2) 采取有效的降水措施。降水成功与否是灰岩地区能否采用人工挖孔桩的先决条件，因在地下水丰富的灰岩地区，降水非常困难，不宜采用人工挖孔桩。

(3) 采用钢套管护壁用于防止流砂、流泥和涌水。

(4) 在孔内地下水大的情况下，采用水下灌注等措施。

2.2.2 钻孔灌注桩

大直径钻孔灌注桩有工程进度快、可采用反循环大口径、不受地下水影响、施工安全可靠等优点。但在灰岩地区施工存在以下困难：

(1) 软弱地层 (流塑—软塑状态的凝泥层及富含地下水的残积层) 易引起塌孔。

(2) 岩溶内施工易卡钻、掉钻，同时岩溶内护壁困难，易造成混凝土流失；

(3) 灰岩间硬度入嵌岩以及穿透岩溶顶板较困难；

(4）钻进施工中钻孔易沿路沟、溶槽的基岩面倾斜；

(5）孔底沉渣难于控制。

因此，在灰岩地区进行钻孔灌注桩施工。应采取以下措施：

(1) 在软弱层以及溶洞内施工，可采用跟进套管护壁成孔。

(2) 钻进岩石时，采用预钻孔跟进钻进法，或直接改用冲孔法成孔。

(3) 溶洞、溶槽、溶沟中施工时，可采用预埋块石，保证钻头作业面强度均匀，减少成孔倾斜。

(4) 加强管理，保证清渣的彻底。

2.2.3 冲孔灌注桩

冲孔桩因冲击能力大，穿透力强，较易穿过岩溶顶板，不受地下水影响，桩长、桩径灵活性较大等优点，成为灰岩地区一种较理想的成桩形式，但施工也存在以下困难：

(1) 软弱层泥浆护壁困难，尤其在岩溶内护壁易塌孔。

(2) 溶沟、溶槽内施工时易卡冲斗，沿岩面易发生倾斜。

(3) 冲斗的冲击易使桩尖处持力层松动。

(4) 沉渣清理较困难，易降低端承力。因此，可采取下列必要措施：

(1) 软弱层以及溶洞内施工时，可采用套管护壁成孔。

(2) 溶沟、溶槽内施工时，可采用预埋块石，保持冲斗的作业面强度均匀，以减少孔斜和卡冲斗。

(3) 终孔处采用轻冲，清渣可采用跟进探头，用电脑检查沉渣情况。

3 结论

综上所述，在灰岩地区进行基础方案选型及施工确实存在较大困难, 必须充分了解场地的地址和水文条件、全面分析各种复杂地质条件对工程施工的影响，合理地选择基础形式和施工措施，从各种基础形式来看，端承桩是比较安全的；在降水成功的条件下，人工挖孔桩是较快速经济的；若降水不成功，则钻、冲结合的孔校是最安全可靠的。

参考文献

[1]肖捷主编.地基与基础工程施工

[2]建筑地基基础工程施工质量验收规范 (GB50202-2002)

灰岩地质 篇7

天等县地处桂西南, 东接隆安、平果县;南部为大新县;西接靖西县;西北靠德保县;北界田东县;县城天等镇直线距自治区首府南宁市125公里。西南部界距中越边镜最近处只有9公里。其主要公路交通干线有天等——大新——南宁180公里的二级公路;天等——大新——崇左市116公里的二级公路;天等——田东80公里三级油路, 县城距南昆铁路隆安站87公里, 田东站80公里, 距湘桂铁路崇左站120公里, 距中越边界凭祥口岸和龙州水口口岸不足200公里, 与周边各县均有县道相通, 交通便利。

天等县地处亚热带季风气候区, 气候温和, 雨量充沛, 四季如春, 年平均气温20℃, 年平均降雨量1429毫米以上。

天等县境内山环岳绕, 丘陵起伏, 山多地少 (全县总面积为323.88万亩, 其中山地面积占276.76万亩, 占了85.48%) , 地貌复杂多样, 其境内以喀斯特岩溶地貌为主, 占了全县总面积的77.4%。其地质构造古老, 多以泥盆纪, 二叠和三叠纪为地质基础, 以石灰岩占优势, 页岩, 砂岩次之。第四系酸性棕红或者褐色黄色土镶土层为地表覆盖层。

天等县石灰岩矿出露面积较大, 矿体构造一般为简单的单斜, 岩层层位、厚度稳定, 为厚层状石灰岩, 岩层层面平直, 连续性好, 岩层产状稳定。

矿石类型为厚层状石灰岩, 微细粒结构, 块状构造。矿物组成:方解石90%, 铁质、炭质、泥质均小于10%, 岩石致密坚硬, 本类矿石占90%以上, 矿石质量良好, 可作建筑原料。

2 矿山开采环境问题及应对

根据以上所述, 天等县的石灰岩矿尤为突出, 现开采的多为小型露天矿山, 下面着重介绍分析其矿山的环境问题以及防治措施, 主要包括以下几方面。

2.1 大气污染

矿山在开采和运输过程中产生的粉尘以及各类动力机械设备运转过程中排出的有害气体都会严重污染矿场的大气。矿产开采过程中应该采取以下防治措施来应对大气污染的问题:

(1) 凿岩机凿岩在打孔时产生的大量粉尘, 设计采用吸式除尘, 可有效降低产尘量;

(2) 合理布置炮眼, 正确选择爆破参数;用塑料水袋或炮泥填充炮孔, 可以降低爆破工作产生的尘量, 并吸收部分有毒气体;

(3) 在运输道路、扬尘量大的工作面和爆堆洒水降尘;

(4) 在机械设备的驾驶室中, 安设空气洗涤器以净化空气。在柴油机器安装废气净化装置净化废气。

2.2 噪声污染

矿区噪声的主要来源是爆破、穿孔、采装、运输、压气等机械设备的运转以及爆破作业。

由于矿区均为小型露天矿, 在开采过程中会产生较大噪音的设备主要有挖掘机、空压机、凿岩机等。对于空压机产生的噪声, 考虑安装隔振机座, 管道安装消音设备等措施来预防。虽然矿区远离居民区, 噪声对环境影响很小, 但是, 也要注意预防次生灾害。

2.3 水体污染

开采的石灰岩矿主要水体污染来源是:采矿场排出的废水以及工业和生活废水。小型露天的石灰岩矿山, 其地面一般仅设有空压机房和排土场。矿区水文地质条件属于简单类型, 矿区水源主要是裂隙水和大气降水, 矿体埋藏在当地侵蚀基准面以上, 矿场基本没有废水排放。但是, 仍然要注意水体污染的防治, 即便不对人们的日常生活带来影响, 如果没有完整的预防措施, 其对环境造成的污染, 也会影响当地动植物的正常生长, 并在日后的开采过程中会遗留很多问题, 因此, 也要加强防范。

2.4 固体废弃物污染

矿山固体废弃物污染, 主要表现为对占用土地的破坏上, 矿山固体废弃物中多数含有有毒或者有害物质, 如果长期置于露天存放, 这些废弃物会被空气氧化, 从而使得有毒有害物质污染水体和土壤以及污染地下水。应制定相应的固体废弃物管理制度, 有效地对矿区的固体废弃物进行管理, 以防对环境造成破坏。

2.5 景观破坏

矿产资源开采将会直接导致矿山景观环境遭到破坏, 主要包括风景名胜区、自然保护区、地质遗迹等。露天矿山在开采过程中形成的露天矿场, 会占用一定量土地, 并会不同程度破坏矿区自然地貌、自然景观。因此, 可能影响人们的农业生产和人身财产安全, 甚至破坏生态平衡。

在石灰岩矿的开采过程中要注意修整矿场边坡, 并种植花草树木进行绿化, 美化采场环境, 尽可能减轻开采对自然景观的破坏。当矿山开采结束时, 要进一步做好矿区植被恢复以及造地复垦工作。

3 治理恢复

根据天等县矿区的地质环境情况以及开采设计分析, 要做好天等县石灰岩矿的露天开采工作, 治理恢复环境问题, 还需要加强以下几方面内容。

3.1 完善矿山地质环境资料

完善矿山地质环境资料主要表现在两个方面。其一, 完善矿山的地质构造等方面资料;其二, 完善开采设计理论资料。

根据天等县石灰岩矿区地质环境特征, 详细记录矿区的基础资料, 如底层、构造、矿体特征、矿石特征等, 并对周边环境生态情况作实地探测记录, 为开采结束后, 恢复矿区生态环境, 地质特性等准备第一手资料。

对开采矿山的设计资料也要完善。针对特定的矿区特性, 选择不同的开采方式, 在开采过程中以及运输过程中的机械设备和人员调配等进行设计准备, 并对矿山开采环境保护措施制定相应的控制标准, 如“三废”排放标准、开采进度控制等。预防开采过程中可能会遇到的破坏自然生态问题。

3.2 严格控制开采工艺

矿山在进行开采过程中, 要严格按照设计标准来进行, 根据实际情况对生产技术和工艺进行改进, 减少污染物排放, 实现清洁生产。同时, 保障良好的开采工作条件, 确保工作人员身心健康以及人身安全。

针对天等县石灰岩矿区的特点, 要根据开采技术条件及类似矿山生产实践经验, 设计适用的开采方式、爆破技术、装车机械、运输系统、采矿设备等。在开采过程中, 比如爆破阶段, 工作人员必须遵守安全爆破距离进行爆破, 以免发生安全事故。要严格按照设备的操作规程进行操作。

3.3 开采完工恢复

在我国, 已有许多矿山废弃地生态恢复的实例。2001年以来, 鞍山开展了以“向城市沙漠宣战”为重点的矿山生态恢复工程, 3年累计完成矿山生态恢复面积1 163.46 hm2[1]。武钢集团公司乌龙泉矿先后投掷1 300万元治理厂容环境, 加强荒山复垦, 创建绿色矿山, 实现了“厂在绿中, 房在林中, 路在花中, 人在景中”的绿色生态矿山的梦想[2]。

为了减少水土流失, 改善周围环境, 在排土场使用结束后, 排土场的坡面和上面均需素填土30 cm厚, 再种填草皮或适合当地环境的树种;对于矿区的废弃物, 要定时进行清理并监测是否对环境造成影响。

4 结语

我国矿山资源的开采, 要注意对土地资源的保护, 要严格控制“粗放型”开采, 关闭“三废”污染严重的矿区, 做好我国矿山环境保护工作。因此, 建立矿山环境保护管理体制, 强化有效的恢复治理措施意义重大。

参考文献

[1]吕明.鞍山市矿山生态修复实践与探讨[J].矿山环保, 2004.

[2]王开平.全力打造生态型矿山[J].矿业工程, 2005.