复杂基岩场区构造成因分析与工程性质

复杂基岩场区构造成因分析与工程性质

杨明,祝文龙

湖北地矿建设勘察有限公司  湖北省  430000

摘要：本文分析了基岩场区构造的形成过程，并从构造角度出发，分析了复杂基岩场区的构造变形特征和成因。根据不同场区的地质构造特点，从构造作用角度，提出了场区构造变形特征与变形过程以及对应的工程构造。分析了复杂基岩场区的构造变形特征。最后给出了与其对应的工程构造，并指出构造变形工程特征的形成是复杂基岩场区力学行为形成与演化过程的结果，有利于该地区工程建设、地质环境和经济发展。近年来基岩场区受到矿体密集和埋藏深等因素影响，出现复杂程度不断加深和不断变化的趋势，使得该地区矿体围岩控制变得更加复杂。本文阐述了复杂基岩场区其构造演化过程，并针对不同类型矿业项目工程建设提出相应建议。

关键词：地质构造；复杂基岩分区；岩土工程分析与评价

1.地质构造

1.1地质构造特征

区内主要构造均在基岩场区内NG1型~NG6型、NG7/NG8型等基岩场区内发生，其构造演化基本相同。基岩场区内部构造以向北西–东走向断裂为主，北西–东走向断裂数量较少，基本呈展布形式。其特征为:(1)NG1型构造带由NG1~NG6型和NG7/NG8型断裂组成。NG1型断距北西约2 km~3 km,主要分布于NG1型至NG6型。NG10/NG11型断距北西约2 km~3 km。区内主要断裂有NG11型、NG12型和NG10/NG11型等。

1.2构造控制和工程力学问题

基岩场区是深部构造带，不同于东部区域岩溶构造带。这是因为在深部岩溶区域，由于地壳运动产生的岩溶裂隙及围岩变形破坏了构造带上岩石的稳定性。矿床所处位置处于地表构造控制带上，由于不同于东部浅层构造带所处的环境，矿床所处位置在地表地质构造控制带上形成的深、浅断裂带上的基岩场区是一个复杂而重要的地质环境场所。因此，在矿区开采中应特别注意防范深部断层等可能造成矿床破坏和附近地质灾害。

1.3区内岩体的工程性质

岩体所含矿物成分复杂，分布广泛而且变化较大，对工程具有一定的危害性。如石英砂岩、白云石岩、黄铁矿等；泥晶石英砂呈条带状，破碎成小块后在岩体中的分散程度较差，在一定区域内常呈带状分布，有很强的工程效应；岩层以花岗岩与白垩酸盐结合带为主，具有明显的裂隙水特性；断裂发育；矿体位于深大的含煤地层中或深断裂带上。这些岩样，根据不同地区岩样组成特征形成各种工程效应对矿区建设影响也不同。如白云石岩中含长石、高岭石等成分以及变质白云岩内含高岭石高结晶，可作为矿区工程效应的物质基础；石英砂岩有破碎带发育的特点，多为局部集中粒度不均匀的砾石状花岗岩，具有较强的工程效应；含有硅质粘土和高岭土等成分后形成硅灰石高结晶颗粒，可作为矿体工程效应的组成物质。对于变质白云岩等岩石类岩浆体而言，工程性能优良且易于控制。

2.地质结构特征分析与工程性

2.1地层剖面

地层剖面可划分为两种：层位剖面。层位剖面上的剖面是指在二叠系围岩地层下的石炭系、二叠系地层下面是泥盆系地层，或由泥盆系地层下陷处进入泥盆系地层形成的地层剖面，该剖面具有一定的平面特征，其上可以清晰地看到岩石层和石灰层之间的层间接触。层位剖面上可清晰地看到松散沉积层、基岩层与碎屑层之间以及与砾石地层之间的裂隙潜水沉积特征。地层剖面具有一定的深度特征，在整个二叠系围成全风化石砾层带上，地层剖面相对较高、完整、无明显断层接触，这为裂隙潜水沉积层形成提供了条件。层位剖面上所见的层位主要为石炭系、二叠系地层下的石炭系和泥盆系地层，也有少量与泥盆系下地层接触的地层。

2.2岩层力学性质及分布状况

武汉地区复杂基岩场区岩层力学性质与土地基十分相似，具有不同的力学性质，主要表现在地下水对岩层的变形的影响上。地下水受地层水压力的控制而形成不同层的构造变形，裂隙对局部裂隙及岩石物理力学性质的影响十分显著。华北地区复杂基岩场区受轴部断裂控制，岩石具有裂隙潜水特征，且地下水与岩体的力学性质均存在差异，地下水对岩层的渗透性控制相对较好。地下水与孔隙水对不同岩层的力学性质影响较大，主要表现为裂隙潜伏性、溶洞稳定性和透水性方面；地下水与孔隙水对不同风化岩石、不同厚度的工程地基的破坏情况较为类似，两者均具有一定的抗剪强度，且孔隙水对孔隙岩体及地层的影响效果显著且较差；地下水与孔隙水对孔隙岩体、地基的破坏情况相似，地下水对孔隙木结构地基的破坏效果较差；地下水和孔隙水与孔隙木结构地基均具有一定的抗剪强度、破坏效果；地下水对不同风化深度上结构地基的破坏情况与孔隙水不同表现但较为明显，孔隙水破坏程度较低且无明显渗透性；地下水与孔隙水水对孔隙岩石强度及土体破坏后孔隙水压力均较为不利。

2.3地下岩层强度特征及结构

从地下岩层强度特征看，该区地下岩层主要由灰岩、片麻岩、泥质粉砂岩等组成，其强度级别一般为中等-强。灰岩的强度级别一般为强或中等，白云岩和片麻岩的强度级别一般为中-强。由于灰岩中含有微细孔隙浆，因此其强度等级相对较低。白云岩、片麻岩、泥质粉砂岩均具有一定强度级别，白云岩岩体强度等级为中-强级（即常说的强级）或中弱级（常说的弱级）。华北地区二叠系上覆地层为燕山前第四系围岩、泥盆系下覆地层和二叠系上覆地层。二叠系下覆地层主要为泥盆系、石炭系上覆地层。该地层主要为石英、白云、云母、泥砖、片麻岩、细砂岩等组成，其强度级别一般为中-强。

3.相似工程条件下场区特征

3.1围岩变形和应力-应变关系

岩石的变形受到围岩的应力-应变关系的影响。场区和矿床在应力-应变关系方面有很大的差异：围岩应力-应变关系以松散为主，矿床则以张拉应力-应变关系为主，二者共同决定了围岩变形及围岩之间关系。一般认为，地应力-应变关系都是紧密结合的。通过对比场区洞的变形形态可知，其围岩变形是受围岩弹性变形和张拉变形共同影响。具体分析发现：矿床和场区岩性基本相同，而且矿体内应力-应变关系随围岩弹性变形而变化随着围岩层理由松散到粗大变化，应力-应变关系呈现明显特征。

3.2相同工程施工条件下，场区的工程变形特征

根据两个场区工程施工图纸结合岩层、围岩的力学性质，可总结出两个与矿床相似变形特征：在相同工程施工条件下，场区变形形式表现为二次变形和大变形，规模较大。在相同矿床施工条件下，复杂基岩场区出现两次变形：一是第一次围岩较松散堆积物及小变形，出现类似于矿山生产中工作面掘进时产生的变形。在第二次围层与开采范围之间围岩松散堆积物及小变形趋于稳定，围岩不变形，没有较大幅度的变形。由于矿床和复杂基岩场区均采用机械破碎与钻孔取芯相结合的方法进行破碎与钻孔取芯工程施工，矿床中钻孔施工期间围岩松动、不稳定现象较小，而且工程施工过程中围岩松散堆积物及小变形基本不会影响工程施工进度。随着爆破深度及炸药用量的增大、钻孔速度加快与钻孔间隔时间缩短以及开挖深度增加下围岩发生不稳定情况。

结束语：
  综上所述，根据本文所阐述的基岩场区地质构造特征和工程构造特征，以及对其变形特征的研究结果，本文阐述了复杂基岩场区变形特征的形成过程，并总结出其演化过程及对应的工程构造特征，从而为大型复杂基岩地区工程建设提供了参考。1然而，不同场区的构造变形与工程构造之间的关系不同，尤其是在大型复杂基岩场区中，其变形过程较为复杂，与其他场区相比更具有典型化，形成了独特而丰富的地质与水文地质特征，因此其对工程建设具有一定意义。2研究表明，在复杂基岩场区中存在着诸多次生构造变形，以及次生岩体对基岩场区产生不利影响。次生岩体形成时，由于其具有与上部岩石及地层相互作用、互相拉扯作用等属性，对周围影响很大。同时由于各种次生构造之间相互叠加碰撞又会形成次生构造变形；同时由于应力作用又会产生次生构造变形。

参考文献：
[1] 肖道平, 祝文龙. 复杂基岩场区构造成因分析与工程性质评价[J]. 资源环境与工程, 2017, 31(3):5.