陜西省商洛市花崗巖石材資源評價方法研究

王曙光，南卡俄吾，林兆豐

（陜西省土地工程建設集團有限責任公司，西安 710075）

“十三五”規(guī)劃提出，到2020年，全國常住人口城鎮(zhèn)化率由2015年的56%提高到60%，到2030年達到70%。2016年，我國天然石材板材產量10.8億m3，其中大理石板材產量3.5億m3，同比增長7.5%；花崗石板材產量7.3億m3，同比增長3.6%。隨著城鎮(zhèn)化進程穩(wěn)步推進，城鎮(zhèn)公共建筑建設量將不斷增長，推動國內石材消費量持續(xù)穩(wěn)定增長。作為資源依托型產業(yè)，在全國區(qū)域經濟結構調整、東部地區(qū)石材資源日趨枯竭和開發(fā)成本上升的大背景下，石材產業(yè)布局向中西部地區(qū)逐步實現戰(zhàn)略轉移已成必然趨勢，尋求新的資源接續(xù)地顯得尤為重要。

商洛市位于陜西省南部地區(qū)，地質構造歸屬秦嶺造山帶東段，得益于地質歷史過程中頻繁的巖漿巖活動，該地區(qū)巖漿巖分布廣泛、發(fā)育類型多樣，既有地幔演化的深成鎂鐵-超鎂鐵質巖和巖漿分異噴發(fā)的火山巖，又有造山作用過程中陸殼生長的花崗巖類及火山巖，形成時代自元古代至中生代均有，以中酸性、酸性侵入巖為主，出露面積從數百平方米到數百平方千米。其中以柞水、曹坪及沙河灣中生代巖體為基礎，構成了本區(qū)巨型花崗巖帶[1-3]。同時，商洛市交通條件便利，包茂高速、滬陜高速、山柞高速（在建）貫通全境，距離西安、安康等地百千米以內，區(qū)內各縣鎮(zhèn)已實現省級公路全覆蓋，具備完善的貨物運輸條件。因此，合理開發(fā)商洛市花崗巖石材不僅有助于促進當地經濟快速發(fā)展，承接區(qū)域性布局調整發(fā)展紅利，同時能夠以商洛市為基礎，打造西部石材產業(yè)新基地，保持行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展。鑒于此，本文以商洛市沙河灣、曹坪、柞水花崗巖體為研究對象，旨在通過總結巖體巖石學及巖相學特征，探究巖漿巖成因，在此基礎上結合近年來綠色礦山建設內在要求，提出適用于商洛市花崗巖石材資源評價方案，為資源開發(fā)提供一定理論依據。

1 資源概況

1.1 巖體地質特征

圖1 商洛市印支期花崗巖分布

柞水巖體出露于柞水縣東北，如圖1所示，商丹斷裂帶南側，呈北東向展布，出露面積264 km2。圍巖主要為中上泥盆統(tǒng)劉嶺群淺變質沉積巖系和早古生代羅漢寺群變質巖系，巖體的北部侵入到泥盆統(tǒng)丹鳳群中酸性-基性火山巖和變質碎屑巖中，主要巖性為黑云母二長花崗巖，巖石呈灰白色-肉紅色，中粗粒似斑狀結構，塊狀構造，斑晶為鉀長石，顆粒較大，分布不均勻，基質為中粒斜長石、石英、鉀長石以及黑云母[4-6]。巖體中可見大量偉晶巖脈，主要礦物組成為斜長石、石英、鉀長石、黑云母、白云母及少量的角閃石，均有明顯綠泥石化。曹坪巖體位于沙河灣巖體西側10 km處，呈橢圓形，長軸近東西向展布，長軸和短軸相近，面積約184 km2，巖體北側圍巖為秦嶺群混合片麻巖，南側為晚泥盆統(tǒng)桐峪寺組長石石英砂巖、細晶灰?guī)r、砂板巖[4]。主要巖石類型為石英二長巖、二長花崗巖，如圖2所示。沙河灣巖體出露于商州區(qū)西南20 km的牛槽、沙河灣一帶，分別與丹鳳群火山巖、秦嶺群片麻巖、劉嶺群砂板巖和垃圾廟輝長巖接觸，并被晚期二長花崗巖侵入。巖體呈橢圓形，長軸東西向展布，面積約104 km2。巖性主要為中粗粒巨斑狀黑云角閃二長花崗巖[7-9]。巖石呈白色-淺紅色，似斑狀結構，塊狀構造，斑晶為鉀長石，環(huán)斑大小不一。巖體內部普遍存在較寄主巖石更偏基性的暗色微粒包體，這些暗色微粒包體多呈水滴狀，邊部為流線型外形，顯示出明顯的塑性流變特點。

圖2 曹坪巖體二長花崗巖標本（a）和顯微鏡下照片（b、c、d）

1.2 巖漿巖成因

近年來，隨著俯沖帶巖漿作用認識的不斷深入，商洛市花崗巖成因研究也有了較大突破。弓虎軍等人依據鋯石LA-ICP-MS測試方法，證明了巖漿巖形成于晚三疊世，鋯石εHF值介于-6.0～+3.3，加權平均值為-0.74±0.8，暗示巖漿起源可能來自南秦嶺基底地殼物質或者虧損地幔。從地球動力學背景來看，南秦嶺變質作用、勉略構造帶洋盆閉合時限為242～221 Ma，柞水巖體、曹坪巖體、沙河灣巖體形成時代介于210～225 Ma，正好處于中生代南北陸殼相互作用的最后時段[1]。由于這種B型俯沖作用強烈，當地形成安第斯型陸緣巖漿弧的同時在弧后出現拉張應力場，區(qū)內同時期煌斑巖脈體發(fā)育也證實了這種拉張作用確實存在?；『笊煺棺饔冒殡S著俯沖不斷為巖漿提供有力的運移通道，并在地殼減薄條件下部分熔融的幔源巖漿與花崗質巖漿混合，后經侵位形成了現有的花崗巖帶。

2 資源調查

礦產資源潛力評價是從經濟和技術兩個方面，利用地質工作中所獲取的相關數據與資料，應用地質理論和科學方法，在總結成礦地質條件和成礦規(guī)律的基礎上，將其轉化為礦產資源信息，從而對地殼的某一部分或某一單元內礦產資源的潛力、利用的可能性及其經濟價值做出合理的評估。其目的是要回答一個地區(qū)礦產資源現狀和可能的潛力。主要任務是應用己有地質工作積累的資料，全面總結工作區(qū)的區(qū)域地質背景、區(qū)域成礦背景等信息，在此基礎上分析工作區(qū)的成礦模式、模型，并圈定找礦成礦潛力區(qū)。而成礦特征要素則是潛力評價研究的重要基石。對于花崗巖石材礦而言，成礦要素主要包含成礦區(qū)帶內巖漿巖物理性質、化學性質、巖石學特征、巖相學特征和礦體地質參數等[10-13]。

花崗巖石材開發(fā)不僅取決于市場需求、交通運輸條件，更依賴巖漿巖自身物理、化學性質及地質發(fā)育條件。多年來，眾多科研院所、地勘單位已在商洛市開展多項成礦潛力評價研究工作，尤其是針對國民經濟急需的有色金屬礦產資源進行了系統(tǒng)研究[14-17]。其依據地質、物探、化探和遙感特征劃分了成礦區(qū)帶，圈定了成礦潛力區(qū)，為石材資源潛力評價提供了一定基礎資料。資源調查可分為野外地質調查與巖石物理化學性質室內研究兩部分。

2.1 野外地質調查

針對沙河灣、曹坪、柞水等巖體，筆者分別選取典型花崗巖出露區(qū)開展大比例尺路線地質調查（1:500 0～1:100 00），概略了解地形地貌、巖石類型及成體形態(tài)規(guī)模，分析花色品種及其主要礦物成分及有害成分，觀察調查區(qū)地質構造類型及巖體風化情況，并進行樣品系統(tǒng)采集。

2.2 巖石物理化學性質研究

對野外采集的代表性巖石樣品，磨制薄片。通過顯微鏡詳細研究造巖礦物及特征、副礦物的組成、比例及特征，主要觀察不同礦物之間的穿插關系、包裹關系、邊界形態(tài)，總結造巖礦物的結晶先后順序。同時，測定樣品 SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、CaO、MgO、K2O、Na2O、TiO2、P2O5、MnO、灼失、H2O+含量，并確定礦石的體積密度、壓縮強度、放射性、彎曲強度和吸水率等物理性能參數。

3 資源潛力評價

通過前期成果，梳理區(qū)內花崗巖石材礦成礦要素，研究成礦地質條件、控礦因素、找礦標志，并結合野外地質調查與巖石學、巖石地球化學、物理性能參數及成礦規(guī)模，按照潛力評價研究技術要求，圈定不同等級成礦潛力區(qū)。

3.1 物理性能特征

花崗巖飾面石材常用的物化性能主要包括礦石的體積密度、壓縮強度、放射性、彎曲強度和吸水率等[18-19]。體積密度是指石材在自然狀態(tài)下單位體積（包括石材實體及其開口孔隙、閉口孔隙）的質量；壓縮強度是指試件承受單向壓縮導致破壞的應力值；放射性分為內照射指數和外照射指數；彎曲強度是指試件彎曲至破壞時所承受的應力值；吸水率是指巖石吸水質量與巖石干燥質量比[20]。根據《天然花崗石建筑板材》規(guī)范要求，按照一般用途和功能用途，花崗巖物理性能技術指標劃分如表1所示。

表1 花崗巖物理性能技術指標

3.2 巖石學特征

石材的品種直接取決于巖石的礦物成分與結構構造。石材礦床評價最主要的任務就是研究礦床中各石材品種的礦物成分、結構、構造及其變化規(guī)律以及各石材品種的賦存情況、變化規(guī)律；礦石中有害物質的種類、形態(tài)、大小、數量和分布規(guī)律，它們對石材的開采、加工以及對石材裝飾性和物理、化學性能都會產生影響[21]。同時，石材的礦物成分與結構、構造的差異決定著石材荒料的價格與開采、加工成本[22]。根據石材的品種及花色將隱晶質結構劃分為優(yōu)等，細粒結構劃分為一等，粗粒、似斑狀結構劃分為二等。

3.3 礦體地質特征

礦體規(guī)模是判斷礦山是否具有開發(fā)前景的首要因素，一般情況下，礦體規(guī)模越大，開采價值越高。根據《飾面石材礦產地質勘查規(guī)范》（DZ／T 0291-2015），礦體規(guī)模劃分如表2所示。

表2 礦體規(guī)模劃分

3.4 成礦潛力評價

通過上述分析研究，依據礦產資源潛力評價技術要求，劃分出不同等級的成礦潛力區(qū)。依據相關標準，具體劃分如表3所示。

表3 不同等級的成礦潛力區(qū)劃分

4 結論

通過梳理花崗巖石材礦成礦要素，依據潛力評價研究技術要求，結合資源潛力評價研究，商洛市花崗巖可以劃分為四個等級。A級（111111）為首選可深入開展工作成礦潛力區(qū)；B級（211111）為可兼顧開展工作成礦潛力區(qū)；C級（211122）與D級（311122）為礦產資源儲備區(qū)。