STRUCTURAL CONTROL OVER THE ORE IN HENGJIAN-GANGSHANGYING DEPOSITS IN XIANGSHAN ORE FIELD, JIANGXI PROVINCE
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摘要: 横涧-岗上英铀矿床产在相山大型塌陷式火山盆地的北部, 区域NE向、EW向断裂构造与火山构造复合控制次花岗斑岩体和铀矿床的定位, 矿区次花岗斑岩的产出明显受到高角度逆断层的制约, 铀矿化主要受构造裂隙控制, 含矿裂隙带沿斑岩体内外接触带呈弧形展布。依据横涧-岗上英地区次花岗斑岩岩体及矿体空间展布及产状特征, 厘定了控岩构造系统, 通过分析构造裂隙特征及其与铀矿化的关系, 划分了成矿前、成矿期、成矿后构造体系, 初步认为矿区的构造演化可分为三期6个阶段。Abstract: The Hengjian-Gangshanying deposits are located in the north of Xiangshan collapse volcanic basin. Regionally the NE and EW striking faults and volcanic faults jointly exert control on the position of subgranitic porphyry and uranium deposits. Locations of subgranitic porphyry are obviously confined by high-angle thrusts, and uranium mineralization is primarily controlled by fissures.The ore-bearing fissures display an arch extension along inner and outer contact zones of the porphyry. Based on spatial distribution and attitude of subgranitic porphyry in the Hengjiang-Gangshangying area, this paper has defined the system of rock-controlled structures. By analyzing the relationship between structural fissures and uranium mineralization, the authors have divided the structure system into pre-ore stage, ore stage and post-ore stage, and believed that the structures experienced 3 epoches with 6 stages.
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0. 引言
中国是矿业大国，矿产资源开发利用为国民经济和社会发展做出了巨大贡献。与此同时也应当清醒地认识到，矿产资源长期大规模和超强度开采，不同程度破坏了矿山及其周边环境。因矿业开发引起的地面塌陷、土地损毁、山体崩塌、滑坡、泥石流等矿山地质灾害，严重影响了人民生命财产安全和正常生活秩序，不同程度地制约了经济社会的健康可持续发展，引起了国家和社会的高度关注。大力推进生态文明建设，加强和改进矿业领域生态文明，必须牢固树立科学发展的理念，以人为本，高度重视矿产资源开发过程中的环境问题及其对经济社会发展的影响。
随着卫星遥感技术的快速发展，基于高分辨率卫星遥感影像数据的矿山开采状况及环境影响分析已经可以满足日常管理工作的实际需求。以高分辨率遥感影像为基础，可以提供准确、客观、实时的矿山开发和环境信息，进而有针对性地对矿产资源开发利用问题进行研究与科学决策，以实现矿产资源高效利用与环境保护协调发展[1]。
1. 遥感技术在矿山地质环境调查中应用
遥感影像可以使各种生态环境因素得到充分的体现，根据各类要素在不同条件下的光谱特性、成像特性进行数字图像处理，在信息提取、分类的基础上进行污染现状调查与环境要素研究，并结合遥感影像上各种信息对主要污染源及其分布、污染扩散路径等进行分析。例如：根据水体在一定遥感波段上不同的光谱特征(反射率、亮度、颜色等)可以对其受污染状况做出评价；根据矿区不同时期遥感影像的地表信息(高程、颜色、纹理、亮度等)可以获取矿山土地塌陷、土地污染等方面的信息[2]。在遥感图像处理的基础上可以获得矿山生态环境全面、实时、丰富的信息源，进而可为矿山地质环境治理与恢复提供决策支持，并对治理后效果进行评价。
不同分辨率的遥感影像为建立矿山监测信息系统提供多源、多平台、多时相、多层次、多领域的实时、丰富、准确、可靠的信息，并可定期进行信息更新，具有成本低、效率高、时间快的显著特点，在矿山地质环境调查中具有广阔的应用前景[3]。
2. 研究区概况
山西省是中国重要的铁矿资源产地，探明储量居全国前列，分布相对集中，具有规模大、铁含量较低、地表露头或近地表、易选磁铁矿为主的特点，主要分布在娄烦—岚县、五台—恒山等地区。娄烦矿区位于吕梁山中部，独特的地质条件使得矿产资源异常丰富，不仅矿种多，分布广，且开采历史悠久，是山西省著名的铁矿石产地。
娄烦尖山铁矿在山西省已知铁矿中规模最大，该矿区铝土矿资源亦十分丰富，在省内居于首位，具有储量大、品位高的特点，开采方式分为露天开采和硐采两种。由于该地区具有较强的典型性和代表性，故作为此次调查的研究区(见图 1)。
3. 遥感调查方法
3.1 数据源
考虑到遥感卫星数据来源、分辨率等因素，本文采用GeoEye-1遥感数据资料，成像时间2010年7月。数据范围：111°21′22.78″，38°18′08.85″；111°58′29.51″，38°17′57.68″；111°16′50.34″，37°48′56.17″；111°58′05.29″，37°48′43.24″。面积2945 km2。遥感数据组合为4 m分辨率多光谱数据及1 m分辨率全色数据。数据获取范围内局部有少量云覆盖，对遥感解译影响不大，数据质量总体较好，满足监测要求(见图 2)。
图 2 山西娄烦调查区GeoEye-1遥感图像Figure 2. Remote sensing image of 1:10000 for the survey area in Loufan, Shanxi3.2 数据处理
获取数据后，将GeoEye-1图像进行了纠正处理。GeoEye-1数据全色分辨率为0.41 m，多光谱数据分辨率为1.65 m，数据纠正融合后，重采样分辨率为1.00 m。
3.2.1 图像纠正
遥感图像在成像过程中由于传感器的性能差异、卫星飞行高度和姿态变化及地面高低起伏不同会造成图像的各种几何畸变。为了消除几何畸变并把图像转换到需要的地图投影上去，需要对GeoEye-1数据进行几何纠正。以1:10000地形图或部分1:50000地形图(针对没有1:10000地形图的地区)和相应的DEM为基准进行正射纠正。纠正时仍采用高斯-克吕格3度带投影，校正后的图面中误差(1:50000尺度)一般不大于0.5 mm，最大不大于1.0 mm，控制点拟合精度误差0.3 mm以内[4]。
3.2.2 图像镶嵌
工作区涉及两景以上卫星数据时，需进行镶嵌处理。镶嵌时除了满足拼接线处相邻影像的细节在几何上一一对接外，相邻影像的色调要保持一致，并且达到层次丰富、色调均匀、反差适中、清晰的效果。
3.2.3 图像信息增强
为了在影像图上准确识别各类目标地物，解译前需要对遥感影像图进行一定的图像处理，根据矿区的实际特点选择有效的增强方法，数据融合为基本方法之一。
3.2.4 图像分类
主要针对多光谱数据进行，对不同的矿山地物类型将尝试采用不同的分类方法，高分辨率图像分类主要以目视为主。
3.3 信息提取
此次工作的信息提取在MAPGIS6.7平台进行，提取的目标物有：① 正在开采的地下、露天矿山的矿区、开采面、排土场等范围；② 已经闭坑的矿山状况及范围；③ 露天开采的石灰石矿等；④ 矿山地质环境现状(包括地质灾害、矿山污染等)。
3.4 实地调查
实地调查内容包括煤矿、铁矿、铝土矿等金属矿产资源开发状况及相关地物(开采面、排石场、排土场等)的类型、占地等，并对有界外开采嫌疑的图斑进行验证。
4. 调查区环境相关数据分析
4.1 矿山开发占用土地情况
遥感解译及统计数据显示，山西娄烦调查区矿山开发占地总面积为1057.73 hm2，生产矿山占地318.34 hm2(其中，采石场开采占地104.44 hm2)，固体废弃物占地646.84 hm2，闭坑矿山占地92.55 hm2，其面积比例约为3:6:1，固体废弃物及闭坑矿山占矿山开采占地总面积的70%。合法开采与违规开采占用土地比例约为1:5，违规开采占用土地问题十分突出(见表 1、表 2)。
表 1 调查区矿山开采占用土地统计(按开采阶段)Table 1. Statistics survey area of land occupied by mining (Mining stage classification)开发状况 矿种 个数 占地面积/ha 合计 生产矿山(地下开采) 煤矿 25 25.86 25.86 铁矿 14 生产矿山(露天开采) 铝土矿 4 3.82 292.48 铁矿 14 184.22 石材 112 104.44 固体废弃物占地 排土场 219 300.65 646.84 尾矿库 133 214.21 废铁矿石堆 234 131.98 闭坑矿山 铝土矿 6 19.92 92.55 铁矿 143 72.63 表 2 调查区矿山开采占用土地统计(按矿种)Table 2. Statistics of land occupied by mining in the survey area according to mineral commodity矿种 开采面 矿山建筑 固体废弃物 合法开采 违规开采 小计 煤矿 14.63 11.23 25.86 25.86 铝土矿 3.82 3.82 8.13 铁矿 45.78 138.44 184.22 638.71 采石场 104.44 104.44 合计 49.6 242.88 292.48 25.86 646.84 4.2 矿山开发引起的次生地质灾害情况
通过遥感解译及数据分析得出，该监测区域范围内，主要地质灾害有地面沉降、滑坡、地裂缝等。因开采石材，引发山体崩塌、滑坡等地质灾害，造成道路阻塞，损毁交通，共有9处隐患点，地质灾害面积约6.95 hm2(见图 3)。
4.3 矿山开发导致粉尘污染
调查区内局部地区密集开采石材矿，其特点是规模小、布点密，整体布局比较零乱，采石场粉尘的随意排放严重影响大气环境和周围生态环境。露天堆放的石料导致整个矿区粉尘满天飞，采石场沿途不断有拉满石料的车辆开过，扬起的尘土使整个空间能见度极低，部分石料还从车上散落下来，造成二次污染，导致该地区粉尘污染非常严重。
粉尘弥漫在空气当中，降低了空气质量，影响了日常生活，长期身处粉尘污染的环境会引起多种疾病，严重影响人们身体健康；粉尘污染使矿区土壤质量变坏、硬化，植被遭到破坏，长期积下的粉尘还污染了农作物，并引起农作物减产。
5. 结论与建议
5.1 矿山开发占地严重，恢复治理工作亟待开展
通过研究发现，随着区域矿业活动的加剧，矿山开发占地规模逐步加大，矿山开采引发了一系列的环境问题，造成了区域生态环境的恶化。矿山闭坑后，未能得到及时的恢复治理，造成长期闲置，大量可开采矿产资源长期裸露在外，造成了资源浪费，还严重破坏了周边的生态环境，长此以往，势必影响当地资源开发与经济社会的可持续发展[5]。
建议：① 节约集约利用土地，提高建设用地利用效率，减少矿山土地占用；② 针对不同类型、不同阶段的矿山地质环境问题，区别对待，制定不同的预防与治理恢复措施。在矿山开采过程中，推广应用充填开采等技术，切实减少地面塌陷，减少废弃物堆放造成的土地损毁。同时，采矿权人在开采矿产资源的同时，认真执行矿山地质环境保证金制度，积极承担起治理责任和义务；对于历史遗留的矿山地质环境问题，各级政府部门应当严格制定并实施规划，加大投入，认真做好矿山地质环境恢复治理工作。
5.2 矿山开采引发地质灾害隐患不容忽视
据统计，地质灾害成因大多是人为原因所造成。调查区内采石场众多，且比较分散，设置规模小，设备简易，石材的粗放式开采极易造成山体崩塌和道路阻塞、损毁。尤其是在雨季等极端气候下引发山体崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害的频率极高。建议相关部门应当引起足够重视，加强排查、监管与综合治理，推进地质灾害群测群防体系建设，减少地质灾害隐患点，确保人民生命和财产安全。确有必要的地区，实施搬迁避让工程，对受滑坡、泥石流影响的居民所在地进行搬迁治理，提早预防、及早治理。
5.3 部分矿产开发无序，亟待建立科学规范的矿山开发秩序
从驱动因素上分析，经济快速增长导致的资源过度、无序开采是该地区矿山地质环境不断恶化的重要决定性因素[6]。然而长久以来，粗放式开采造成的环境问题与日俱增，按照新形势下科学开采的新要求，迫切需要发展绿色矿业，建设绿色矿山。将绿色矿业理念贯穿于矿产资源开发利用全过程，转变以往单纯以消耗资源、破坏生态为代价的开发利用方式，实现资源开发的经济效益、生态效益、环境效益和社会效益的协调统一。
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图 1 赣杭火山岩带西段地质示意图
1.上白垩统红色砂砾岩; 2.上侏罗统火山岩系; 3.上三叠统-下侏罗统长英质砂岩、页岩夹煤层; 4.上古生界砂岩、页岩; 5.震旦系变质岩; 6.次花岗斑岩; 7.燕山期花岗岩; 8.印支期花岗岩; 9.加里东期花岗岩; 10.深断裂及一般断裂; 11.研究区位置
Figure 1. Geological sketch of the west segment of Ganhang volcanic zone
图 2 相山矿田北部区域断裂、火山环状断裂及次火山岩复合控矿示意图
1.鹅湖岭组上段碎斑熔岩; 2.鹅湖岭组下段砂岩; 3.打鼓顶组上段流纹英安岩; 4.打鼓顶组下段砂岩; 5.震旦系变质岩; 6.次花岗斑岩; 7.断层; 8.火山层间离张构造; 9.地层整合、不整合界线; 10.中、小型铀矿床; 11.研究区位置
Figure 2. Schematic diagram of compound control over ore deposits of regional volcanic ring-shaped faults and subgranitic porphyry at north of Xiangshan
图 3 横涧-岗上英地区地质示意图
1.第四系; 2.碎斑熔岩; 3.流纹英安岩; 4.紫红色砂岩; 5.片岩; 6.次花岗斑岩; 7.逆、平移断层; 8.火山离张、火山塌陷构造; 9.推覆构造; 10.大、中型矿床; 11.小型矿床; 12.矿点
Figure 3. Geological sketch of Hengjian-Gangshangying area
图 4 横涧-岗上英矿床水平断面示意图
1.流纹英安岩; 2.砂岩、砂砾岩; 3.片岩; 4.逆冲推覆体; 5.次花岗斑岩; 6.断裂; 7.矿体
Figure 4. Schematic diagram of orebodies level projection in Hengjian-Gangshangying deposit
图 5 横涧-岗上英地区次花岗斑岩体空间分布
1.地表斑岩体界线; 2.-3m标高斑岩体界线; 3.-163m标高斑岩体界线; 4.一般断裂; 5.逆断层; 6.碎斑熔岩底板等高线; 7.勘探线及编号
Figure 5. Spatial distribution of subgranitic porphyry in Hengjian-Gangshangying deposit
图 6 次花岗斑岩体与铀矿化关系剖面
1.碎斑熔岩; 2.流纹英安岩; 3.紫红色砂岩; 4.石英云母片岩; 5.次花岗斑岩; 6.地质界线; 7.不整合界线; 8.铀矿体
Figure 6. Profile of relation between U-mineralization and subgranitic porphyry
图 7 控制次花岗斑岩断裂构造示意图
1.流纹英安岩; 2.紫红色砂岩; 3.片岩; 4.次花岗斑岩; 5.推测逆断层; 6.77m斑岩体界线; 7.-43m斑岩体界线; 8.-163m斑岩体界线; 9.矿井及编号; 10.勘探线及编号
Figure 7. Schematic diagram of faults controlling subgranitic porphyry
图 8 两条裂隙交叉处破碎形成的破碎带(坑道沿脉的一段)
Figure 8. Shatter zone at the infall between two fissures
图 10 坑道中主裂隙与倾向相反羽状裂隙
Figure 10. Schematic diagram of main fissures and reversed trend plumose fissures at the sap
图 11 矿区多期次矿化蚀变叠加分布
1.次花岗斑岩; 2.钠长石化; 3.铀-赤铁矿化; 4.铀-萤石化; 5.蚀变渐变界线; 6.裂隙
Figure 11. Superimposition of multi-stages mineralization and alteration in the ore zone
图 12 角砾状红化矿石示意图
1.钠长石化; 2.绿泥石化; 3.赤铁矿化及铀-赤铁矿角砾; 4.萤石化; 5.裂隙; 6.蚀变带界线
Figure 12. Sketch of brecciated structure hematitization Uranium-ore
图 13 网状裂隙控制的菱形矿体剖面
1.打鼓顶组下段紫红色砂岩; 2.次花岗斑岩; 3.赤铁矿化; 4.萤石化; 5.裂隙; 6.钻孔
Figure 13. Schematic section of diamond ore bodies controlled by network fissures
图 14 荷上村鹅湖岭组碎斑熔岩中发育的共轭剪节理
Figure 14. Conjugated shear joint growing in acidic lava in Ehuling Formation at Heshang village
图 15 张扭节理及其旁侧的羽状张节理
Figure 15. Tension-torsion joint and pinnate tension joint alongside
图 16 岗上英井下-3m中段906矿体控矿断层面
(控矿NNE向破碎带断层面见两期擦痕, 早期擦痕为近似水平左旋张扭, 晚期为沿倾向拉张正断, 反映断层经多期构造活动)
Figure 16. The fault surface controlling 906 ore-body at -3 m segment in Gangshangying sap
图 17 -43 m中段147矿体(EW-NWW)向断裂破碎带素描图
Figure 17. Sketch of EW-NWW fracture zone in Ore-body 147 at -43 m segment
表 1 横涧-岗上英地区构造演化
Table 1. Structural evolution in Hengjian-Gangshangying area
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