陈承，范春宝，刘 浩，张 亮

1.江西理工大学资源与环境工程学院，江西赣州 341000 2.赤峰中色白音诺尔矿业有限公司，内蒙古赤峰 024000

0 引言

赤峰中色白音诺尔矿业有限公司位于内蒙古自治区赤峰市巴林左旗白音诺尔镇境内，白音诺尔铅锌矿床属浅成—超浅成岩浆岩与碳酸盐岩接触交代形成的矽卡岩型矿床，矿体多呈脉状、复杂脉状及透镜状产出，总体走向北东、倾向北西或南东、倾角50～80°，矿体形态复杂多变，具分枝复合、尖灭再现、侧向斜列等特点。主矿体走向长120～540m、斜深163～418m。总体看，具有倾向延深大于走向沿长的特点。目前，矿山主要采用浅孔留矿法和分段空场法[1]，铅锌矿经过30 多年的开采，井下遗留下大量采空区，导致空区周边巷道围岩内出现较多的节理裂隙等不连续面。且大小不一，形态各异[2]。研究如何对所测节理裂隙进行分组并有效反映结构面赋存对整体稳定性影响程度具有较大工程应用价值。

1 优势结构面理论

岩体结构控制论认为岩体是不完整的，岩体由岩块和各种结构面组成[3]，优势结构面就是上述各种结构面按一定的优势指标确定的结构面，优势结构面对岩体稳定性起控制作用。该理论认为优势结构面控制岩坡变形的边界，结构面的错综复杂的组合关系构成岩体变形的破坏模式，这种破坏模式在物理模型建立过程中发挥了至关重要的作用，如在边坡稳定性评价中，由于岩体的不连续性导致沿结构面周边出现应力集中和应力阻滞现象进而影响岩体的结构特征，这些结构面中的特殊结构面在时间、数量、性质和产状等方面具有相对优势，就成为控制边坡变形破坏的最危险的结构面，它构成了边坡变形与破坏的控制性条件，从而形成了不同类型的变形与破坏机制[4-7]。

经调查，本文所测结构面多属原生和构造裂隙等相对微观性结构面，这类结构面分布和产状一般具有随机性特征，且数量较大，此类不连续面是由于地质构造运动而产生的，因其空间产出特性与构造应力场密切相关而表现出相对的优势特性[8]，鉴于此，宜采用概率统计方法进行分析。事实上，由于地质岩性多种多样，且具有非均质性特点从而导致相对优势的结构面很难界定。

本文以内蒙古白音诺尔铅锌矿北区950m 中段为研究区，对铅锌矿节理裂隙构造特征进行测量和统计，根据Dips 软件处理所得构造地质学数据并绘制倾角、倾向符号极点图，玫瑰花图以及等值线图，通过对玫瑰花图、极点图、极点等值线图进行综合分析可以获得优势结构面。分析主要从数量指标上通过比较上述图件并结合现场实际勘察情况最终得到该中段的优势结构面，为下阶段稳定性评价提供基础数据。

2 应用Dips 软件处理构造地质测量数据

Dips 软件常用来处理地质定位数据的软件并进行赤平投影分析，使用方便，但由于目前一般大都使用该软件的汉化版本，而该版本汉化程度较低，因此应用相对较少。

应用Dips 软件处理构造地质测量数据的过程比较简单，主要概括为数据导入、作图、保存文件三个主要步骤，即首先通过从Excel 文件中复制所需数据，粘贴到Dips 表格中，然后根据软件自有功能完成对极点图、玫瑰花图、极点等值线图的绘制，最后导出图像并保存[9]。

Dips 软件既可以用来绘制极点投影图或以彩色填充和线状的方式作极点等值线图（Schmidt 分布和Fisher 分布），还可以通过选择节理极密中心位置，绘出对应的优势赤平投影大圆，并计算出极密部位（相当于优势结构面）的平均产状。赤平极射投影能将结构面的方向和倾角在同一投影面内反映出来，并可测算各结构面的组合关系，在反映节理和推求各节理之间的组合关系时应用最为广泛。

3 工程实例

3.1 工程概况

白音诺尔铅锌矿为一大型铅锌矿床。区内矿体数量众多、形态复杂、常成群成带分布。全区共探获160 余条铅锌矿体，本区含矿地质体严格受构造（北东向）、岩性及岩浆活动的控制，主要工业矿体均分布于闪长玢岩、流纹质晶屑凝灰熔岩、正长斑岩及下二叠统黄岗组碳酸盐岩接触交代形成的矽卡岩体内。

铅锌矿经过30 多年的开采，井下遗留大量采空区，虽有部分已经处理（处理方法为强制崩落或开“天窗”），由此也产生了诸多裂隙，为矿山现阶段的生产以及后续的各项工作继续安全进行，有必要对矿区内有可能影响矿山安全的结构面进行统计分析，得出优势结构面，为后续工程安全评价提供验证依据。

3.2 结构面统计分析

对于结构面中的节理裂隙调查方法众多，本文采用测线法详细观测[10-11]。它具有简便易行的特点并在国内外已普遍采用，大量的工程实践证明其具有良好的测量精度，能够满足工程实际的需要。测线法的基本做法是在岩石露头或平硐内布置一条皮尺，长度为15m～20m，首先量测皮尺的走向和倾角，然后对与此皮尺相交的节理，逐条记录其桩号、倾向、倾角、半迹长与隙宽。这里，半迹长是指节理在皮尺一侧的那段长度。有些节理延伸较长，无法量测其半迹长度，在此取删节长度c为1m。研究区北区950m 中段数据输入情况图1，

图1 白音诺尔铅锌矿北区950m 中段Dips 数据输入界面

结构面统计分析目的是通过结构面分组，得到每组结构面中的相对优势结构面的产状，利用结构面产状的极射赤平投影所做的统计图件能较好的反映实际情况，等值线图中心点即代表某一区间内结构面的优势结构面产状（平均产状），该方法是目前工程地质界较常采用的表示方法。

吴氏网上一个点表示单一节理面，该节理面是通过其法线投影变换而来的。节理玫瑰花图只能表示单一的因子（如倾向或倾角等）分布情况，节理特征得不到全面体现，而吴氏网上的每个点代表一种产状的法线，即可以代表节理所有特征。因此，节理可以用极点图来表示。显然，极点分布愈密，相近节理产状的节理面愈多，本程序采用吴氏网，计算求得网中各点的节理密度值。采用几何拓扑关系使这些密度点自动连接，形成三角网，最后通过内插法绘制极点等值线图，极点等值线图就是基于上述原理绘制而来的。利用极点图和等值线图可从不同角度分析节理特征，还可自动生成等值线图，相较手工绘图具有高效、精度高的优点。另外，极点等值线图可直观准确地反应节理的分布规律[12-13]。

通过前期现场测得的数据，并运用Dips 软件，绘出北区950m 中段结构面符号极点分布图、倾向玫瑰花图和极点等值线图，见图2 图5。

图2 北区950m 中段倾角符极点图

图3 北区950m 中段倾向符极点图

图4 北区950m 中段瑰花图

图5 北区950m 中段等值线图

从图2可知，倾角可以简单划分成8组，每组都有统一区间，第8 组区间为80.38°至90.00°，数量占据主要优势为33 个。从图3 可知，倾向可以简单划分成8 组，每组都有统一区间，第2 组区间为44.63°至89.25°，数量占据主要优势为26 个。从图5 可知，黑色线框代表的极密区，可得图中代表平均产状的曲线，产状为88°∠88°，其结果完全符合上述倾角、倾向极点符号图的判断[14-15]。

4 结论

对矿山北区950m 中段利用测线法分别做了结构面调查，并用赤平投影法进行了分析，分析得到岩体结构面主要特征如下：

1）认为950m 中段结构面多为处于闭合或微张状态的构造结构面，结构面裂隙间基本没有充填物质；

2）通过现场结构面调查，采用Dips 软件进行分组，主要考虑结构面的数量优势和工程优势，从倾向玫瑰图和极点等值线图可以得出，北区950m 中段优势结构面为88°∠88°。

[1]解世俊.金属矿床地下开采[M].北京：冶金工业出版社，2008.

[2]张浩然.岩体结构面地质特征与几何要素研究[D].南京：河海大学，2008.

[3]杨时业，侯克鹏，杨会明.基于结构面的岩质边坡稳定性分析[J].有色金属，2011，63(4)：49-52.

[4]钟文，金解放.基于优势结构面的矿山边坡稳定性分析[J].中国钨业，2008，23(2)：18-21.

[5]朱婷，黄宜胜，郭建.基于优势结构面理论的高陡岩质边坡稳定性分析[J].水文地质工程地质，2010，37(2)：83-86.

[6]蒋建平，章杨松，罗国煜，等.优势结构面理论在岩土工程中的应用[J].水利学报，2001，55(8)：90-95.

[7]秦玉红.基于优势面理论的岩质边坡稳定性分析及其工程应用[D].宜昌：三峡大学，2010.

[8]卢波.岩体随机不连续面产状数据划分方法研究[J].岩石力学与工程学报，2007，26(9)：1809-1816.

[9]韩业鸣，刘正桃，方同辉.红石铜矿裂隙构造分布特征研究[J].科学技术与工程，2011，11(20)：1671-1815.

[10]李亮辉.裂隙岩体隧道渗流场分析与防排水技术研究[D].长沙：长沙理工大学，2007.

[11]王平，王瑞星，王辉，等.滨海大型金矿床矿岩节理裂隙统计与分析[J].采矿技术，2012，12(4)：1671-290.

[12]毛健全，杨国贞，顾悦.地质构造分析中的赤平极射投影方法[M].贵州：贵州人民出版社，1981.

[13]杨卫.自走铁矿结构面的赤平极射投影分析[J].中国矿业，2014，23(4).

[14]董金奎，申延.焦家金矿寺庄矿区岩体节理裂隙调查与矿岩稳定性分析[J].黄金科学技术，2012，20 (2)：58-61.

[15]刘强，胡斌.青海松树南沟矿区台阶边坡破坏类型分析[J].中国矿业，2013，22(8)：85-89.