湘西北吊井巖大理石礦床地質(zhì)特征及開發(fā)應(yīng)用

摘 ?要 ?吊井巖大理石礦床屬海相沉積碳酸鹽巖類型，賦存于奧陶系中統(tǒng)牯牛潭組、寶塔組和下統(tǒng)分鄉(xiāng)組地層中。礦體成層狀，由4個礦層組成，分別產(chǎn)出綠云霞、紅綠彩帶石、溪州紅和龜背石4種大理石品種，其物理性能良好，抗壓強度為73.1-99.4 MPa，抗折強度為14.5-24.1 MPa，容重2.66-2.69g/cm3，吸水率0.26%-0.46%，抗凍性能合格。大理石石質(zhì)細潔，鏡面物像反映清晰，色彩絢麗，古樸典雅，豐富多彩。加工性、裝飾性和拼接性良好，是一種優(yōu)質(zhì)的飾面石材，開發(fā)利用前景良好。

關(guān)鍵詞 ?大理石礦;地質(zhì)特征;開發(fā)應(yīng)用;湘西北

中圖分類號：P619.28+3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A

Abstract： Diaojingyan marble deposits occurs in the Gunitan Formation， BaotaFormation of middle Ordovician and Fen xiang Formation of lower Ordovician. Marine sedimentary carbonate type deposit.Ore bodies occring in layer，is composed of 4 layers，rosyclouds，coloureribbon，xizhoustone，turtle checked respective. physical properties are good， absorbing rate 0.26 % -0.46 %， compressing strength 73.1-99.4 MPa，bucking strength 14.5-24.1 MPa，specific weight2.66-2.69 g/cm3， the satisfaction of antifreezingperformance.Fine texture of marble bright polished face，gorgeous and colourful， beautiful is simplicity， heavy with colour.Theprocessability，ornamenting and piece togegher performance are best， which is of an excellent quality of ornamental stone，showing a vast range of prospecting for exploitation and application.

Keywords： Marble deposit; geological feature; application; Northwest Hunan

0 ?引言

湘西北地區(qū)是湖南省石材資源重要產(chǎn)地，區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)石材產(chǎn)地276處，已知大型、特大型礦床3處;全區(qū)計109個品種[1]。其中永順縣大理石礦資源尤為豐富，品種較多，且較新穎[2-3]。吊井巖礦區(qū)及其周邊的大理石礦位于永順縣中部，達大型礦產(chǎn)規(guī)模。本文對吊井巖大理石礦床地質(zhì)特征及其開發(fā)應(yīng)用進行了探討，或可作為該地區(qū)及類似地區(qū)大理石礦找礦勘查及研究提供借鑒。

1 ?區(qū)域地質(zhì)背景

區(qū)域構(gòu)造位于揚子地臺區(qū)東南緣，湘西北弧形構(gòu)造帶的弧外（八面山褶皺帶）。在地層和沉積建造上，是一個在揚子旋回基礎(chǔ)上發(fā)展起來的長期沉降單元[5]。自震旦紀(jì)以來到三疊紀(jì)除缺失泥盆系下統(tǒng)和石炭系外，其他各地層發(fā)育較全。在地層分區(qū)上，本區(qū)屬湘西北區(qū)八面山小區(qū)[6]。中晚寒武系為臺地邊緣淺灘相區(qū)，巖石類型為高能環(huán)境的亮晶礫屑灰?guī)r類。早、中奧陶系為臺地-臺地邊緣淺灘相區(qū)，分別為亮晶內(nèi)碎屑灰?guī)r，和紫紅色，次為灰綠色的泥質(zhì)泥晶灰?guī)r、含生物屑泥晶灰?guī)r等。晚奧陶系為濱岸滯流盆發(fā)相區(qū)，沉積物為灰黑、黑色砂質(zhì)頁巖、炭質(zhì)頁巖等。早志留世早期（龍馬溪期）沉積的龍馬溪組，屬半局限濱海岸至局限淺海盆地沉積環(huán)境，以炭質(zhì)頁巖沉積為主。本區(qū)域大理石主要賦存于奧陶系，該系下伏上寒武統(tǒng)耗子沱群連續(xù)沉積，上與下志留統(tǒng)龍馬溪組整合或假整合接觸（圖1）。

區(qū)域構(gòu)造與褶皺構(gòu)造為主，呈NNE-NE向斜列展布，一般背斜緊密（緊閉行），向斜開闊，為典型的隔擋式褶曲。斷裂一般不發(fā)育，多相伴褶皺發(fā)生，其走向與褶皺軸向近于一致，斷層性質(zhì)多為逆斷層。就整個構(gòu)造面貌而言，當(dāng)屬簡單構(gòu)造類型。區(qū)內(nèi)未見巖漿巖出露。

區(qū)域非金屬礦產(chǎn)主要有石灰?guī)r、水泥石灰?guī)r和大理石等。石灰?guī)r和水泥石灰?guī)r礦產(chǎn)出層位為奧陶系下頭分鄉(xiāng)組和南津關(guān)組的灰-灰黑色厚層狀灰?guī)r。大理石礦產(chǎn)出層位主要為奧陶系中統(tǒng)牯牛潭組上段的紫紅色礫屑灰?guī)r、礫屑含泥質(zhì)灰?guī)r和寶塔組的含生物屑泥粉晶灰?guī)r和龜裂紋灰?guī)r，以及下統(tǒng)分鄉(xiāng)組中下部所夾的灰黑色灰?guī)r。上述巖石經(jīng)加工磨制、拋光后，顏色花紋美觀，光澤度高，具較好的裝飾性。區(qū)內(nèi)大理石分布廣泛，延長可達數(shù)十千米，厚度可達百余米，產(chǎn)狀穩(wěn)定，質(zhì)量優(yōu)良，資源豐富。

2 ?礦區(qū)地質(zhì)

2.1地層

礦區(qū)出露地層由老至新簡述如下（圖2）：

（1）奧陶系下統(tǒng)大灣組（O1d）

為紫紅色中厚-厚層瘤狀泥質(zhì)灰?guī)r。厚度67-121m。

（2）奧陶系中統(tǒng)：包括、寶塔組。

牯牛潭組（O2g）：為區(qū)內(nèi)大理石故的主要賦存層位。依據(jù)巖性特征及大理石品種類型，分為2個巖性段：

第1段（O2g1）：為紫紅色中厚層瘤狀泥質(zhì)灰?guī)r，底部為灰綠色非常非常砂質(zhì)頁巖夾灰?guī)r透鏡體。厚度16m。該層為礦層的直接底板。

第2段第1層（O2g2-1）：下部為灰綠色厚-巨厚層狀礫屑灰?guī)r，是綠云霞或綠松皮大理石賦存層位，巖性穩(wěn)定。厚度2.39-4.52 m。上部為紫紅色、灰綠色厚-巨厚層條帶狀礫屑灰?guī)r。是紅綠彩帶石或紅松皮大理石賦存層位，厚3.99-14.17 m。

第2段（O2b2）：為赭灰色厚層狀龜裂紋灰?guī)r，產(chǎn)介形蟲、腹足類化石。厚度10.95～15.95 m。該層為龜背石一級品大理石賦存層位。

（3）奧陶系上統(tǒng)

臨湘組（O3l）：為灰-灰綠色中厚層瘤狀泥質(zhì)灰?guī)r，產(chǎn)三葉蟲、介形蟲、棘皮類化石。厚度11.39 m。該層為大理石礦層直接頂板。

五峰組（O3w）：為灰黑色頁巖、粉砂質(zhì)頁巖夾少量硅質(zhì)頁巖薄層，巖石中見完整的筆石化石，厚度9.40m。與上伏地層呈整合或假整合接觸。

（4）志留系下統(tǒng)龍馬溪組（S1l）：為青灰色粉砂質(zhì)頁巖夾細-粉砂巖條帶。

2.2構(gòu)造

礦區(qū)位于沙達溪倒轉(zhuǎn)背斜北西翼，為單斜構(gòu)造。巖層走向20°～35°，傾向NW，傾角8°～20°。區(qū)內(nèi)斷裂僅有區(qū)域性的塔家湖-黎子坳斷層從礦區(qū)東北隅通過，對礦層無破壞作用。區(qū)內(nèi)節(jié)理裂隙不甚發(fā)育。在礦層中節(jié)理裂隙的分布有礦層底部多、中間少、上部多的變化趨勢。礦層上覆巖層比下伏巖層節(jié)理裂隙發(fā)育，平面上無多大變化，線裂隙率為5條/m2。大部分為構(gòu)造節(jié)理裂隙，地表有少量風(fēng)化裂隙向深部逐漸消失。節(jié)理裂隙大多垂直層理分布，傾角大于70°。裂隙面平直，一般無充填物。裂隙在深部一般呈直線狀，在地表部分常形成上寬底尖的“V”字形狀，為地表水長期溶蝕而成。裂隙中大多數(shù)為方解石脈充填膠結(jié)。裂隙傾向極點多分布在20°～50°和100°～150°兩個范圍內(nèi)，平面上呈2組共生節(jié)理，綜上所述，礦區(qū)內(nèi)的構(gòu)造對大理石的成荒率影響不大。

3 ?礦床特征

3.1礦體產(chǎn)出特征

礦體賦存與奧陶系中統(tǒng)十字鋪組第2段和寶塔組地層中（圖3）。礦體呈層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀穩(wěn)定，總體走向NNE，傾向NWW，傾角10°-20°。區(qū)內(nèi)控制礦體長度1060-1160 m，礦體總厚65.96-80.84 m，無夾石存在。礦體厚度在走向上有中間兩端逐漸變薄的趨勢，沿傾斜方向有增大的趨勢。礦體也在其裝飾性（巖性、顏色、花紋、結(jié)構(gòu)構(gòu)造和光澤度等）特征上，經(jīng)取樣加工后的磨光樣品觀察，無論走向上還是傾向上變化均不大，可進行劃分對比。

3.2大理石類型和品種及其化學(xué)特征

大理石類型為海相沉積型的碳酸鹽巖類彩色大理石，即屬于為變質(zhì)的碳酸鹽類巖類型。根據(jù)大理石的顏色、花紋及其裝飾性，劃分為綠云霞（或綠松皮）、綠彩帶石（或紅松皮）、溪州紅、龜背石一、二級品等共5個品種。

（1）綠云霞：巖性為灰綠色條帶狀礫屑灰?guī)r，泥粉晶結(jié)構(gòu)，似礫狀構(gòu)造。據(jù)顯微鏡鑒定，礦石主要由泥粉晶方解石基質(zhì)、部分白云石和少量鈣質(zhì)砂屑、生物碎屑和陸緣粉砂、石英組成，為基底接觸式膠結(jié)。該品種顏色淡綠，色調(diào)明快，泥質(zhì)條紋不均勻地分布構(gòu)成了美觀的花紋，形態(tài)似松皮。鏡面光澤度較高，物像清晰，裝飾性能良好，為本區(qū)大理石之上品。

（2）綠彩帶石：巖性為紫紅色夾綠色、肉紅色礫屑灰?guī)r。泥粉晶結(jié)構(gòu)，似礫狀、斑紋狀構(gòu)造。礦石是由泥粉晶方解石基質(zhì)和部分黏土礦物、白云石、粉晶石英組成。巖石中發(fā)育有成巖作用期形成的黏土礦物的條紋。該品種色調(diào)以紫紅色為主，兼有灰綠色、肉紅色，使光面上具有色彩絢麗的花紋和彩帶，圖案別致，酷似松皮。具有一定的光澤度和成像性能，裝飾性較好。

（3）溪州紅：巖性上部和下部為紫紅色礫屑含泥質(zhì)灰?guī)r，中部為紫紅色礫屑灰?guī)r。泥粉晶或含生物碎屑泥晶結(jié)構(gòu)，不規(guī)則條紋狀或似礫狀構(gòu)造。由于泥質(zhì)成分的富集，地表顯示條紋狀構(gòu)造。礦石由泥粉晶方解石基質(zhì)組成，含少許陸緣粉砂石英和氧化鐵質(zhì)、白云石、綠泥石等。生物屑以介形蟲、三葉蟲、腹足類為主，棘皮次之。該品種顏色為紫紅色，色彩均一，裝飾性能良好，色調(diào)古樸、莊重;光澤度高，鏡面物像反應(yīng)清晰;板材易于拼接，是本區(qū)大理石中最佳品種，為高級建筑物飾面石材的佳品，是目前國內(nèi)外最暢銷的上等品種之一。

（4）龜背石二級品：巖性為赭灰色厚層狀含生物碎屑粉晶灰?guī)r。具生物屑粉晶結(jié)構(gòu)。礦石由泥粉晶方解石基質(zhì)和生物屑組成。生物屑以介形蟲、三葉蟲為主，棘皮類、腹足類次之。其大小不等，雜亂無章的分布在基質(zhì)中。該品種顏色赭灰，微帶棕紅;質(zhì)地細膩;光澤度很高，物像反應(yīng)很清晰;光面上有生物碎屑構(gòu)成的圖像千姿百態(tài)、新穎別致，裝飾性能好。

（5）龜背石一級品：巖性為赭灰色厚層狀龜裂紋灰?guī)r。生物屑泥粉晶結(jié)構(gòu)。礦石由泥粉晶方解石基質(zhì)和生物屑組成，含少量白云石、黏土質(zhì)和氧化鐵質(zhì)。生物屑以介形蟲、腹足類為主，三葉蟲、棘皮次之。巖石中具不規(guī)則的成巖階段形成的龜裂紋。該品種顏色為赭灰色，微帶赭色。光面上龜裂紋清晰，圖案古樸典雅，酷似龜背。板材光面龜紋生動，奇趣而富于神韻。光澤度很高，表面物像反應(yīng)清晰;裝飾性和拼接性能好，是目前國內(nèi)外市場最暢銷的高級飾面石材之一，也是本礦區(qū)之上品。

礦區(qū)大理石為以泥粉晶方解石、泥和以泥粉晶方解石、生物屑為主要的碳酸鹽巖，含少量白云石、陸緣粉砂石英、黏土礦物、氧化鐵質(zhì)及生物屑等，為灰綠色或紫紅色礫屑灰?guī)r、赭色含生物碎屑泥粉晶灰?guī)r、赭色龜裂狀灰?guī)r等。由表1可以看出，礦石的主要化學(xué)成分均以CaO為主，次為SiO2以及Al2O3、Fe2O3等，由于其他礦物或雜質(zhì)元素的影響，故在化學(xué)成分上有一定的差異。

3.3大理石物理性質(zhì)特征

大理石的物理性能是衡量大理石質(zhì)量的主要指標(biāo)。本次采樣物性測試樣品均由永順縣溪州大理石廠提供的吊井巖和氽岔板材試樣，分別經(jīng)湖南省建材產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗站和湖南省建筑設(shè)計院測定。各品種物理性能良好（表2）。

（1）抗壓、抗折強度：大理石的抗壓、抗折強度取決于巖石的礦物成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、節(jié)理裂隙及風(fēng)化程度。礦區(qū)五個品種中的抗壓強度紅綠彩帶石和龜背石接近于國標(biāo)，但溪州紅可能由于礦石中泥質(zhì)成分較高，抗壓強度受到影響，達不到國標(biāo)。但其抗折強度三個品種均達到了國際規(guī)定的要求。

（2）吸水率、容重：吸水率是指大理石吸水的能力，它反映大理石內(nèi)部所含空隙的數(shù)量、大小、分布和連通情況。一般吸水率低的大理石抗風(fēng)化性能強，反之則弱。根據(jù)采樣測試，平均吸水率溪州紅為0.41%，紅綠彩帶石為0.26%，龜背石為0.46%，均低于國家標(biāo)準(zhǔn)≤ 0.6%。由此可見，三個品種的大理石抗風(fēng)化性能均為良好，尤以紅綠彩帶石為最好。

容重測試是大理石的一項特殊指標(biāo)，反映大理石單位體積的干重。本次測定的大理石的容重平均為2.66-2.69g/cm3，各品種變化只不大，均符合質(zhì)量要求。

（3）抗凍性：作為室外建筑裝飾材料，抗凍性能是衡量大理石質(zhì)量優(yōu)劣的標(biāo)志。通常認為，在大理石處于潮濕狀態(tài)下，經(jīng)多次融凍而無顯著破壞，其重量損耗不大于2%為好。通過對龜背石抗凍性能的測定表明：試樣在飽和水后，在-20℃（誤差±2℃）低溫下，經(jīng)15次循環(huán)融凍，其表面未見新裂紋，無重量損失，抗凍系數(shù)為4.8%。由此可知，本區(qū)大理石的抗凍性能是良好的。

（4）耐磨率：耐磨性除了是衡量大理石板材質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)外，還是大理石加工效率高低的一項指標(biāo)。本區(qū)大理石的耐磨率，綠云霞為2.14，溪州紅為1.81～2.96，龜背石為1.22，均在大理石耐磨率參照指標(biāo)6.95～0.9范圍內(nèi)。

（5）光澤度：光澤度的高低是大理石裝飾性能的重要標(biāo)志之一。經(jīng)用光電光測定，綠彩帶石、綠云霞光澤度為85.4，溪州紅分別為72.4、93.0，龜背石為100、97.0。表明本區(qū)大理石性能良好。

（6）放射性：本礦區(qū)對57件磨光樣品進行了放射性檢查測量，其放射性強度均低于5r。按規(guī)定，作為建筑裝飾板材的大理石，要求其放射性強度不能大于15 r。本區(qū)大理石放射性強度低，完全符合要求。

3.4大理石的成荒率及成材率

成荒率是衡量大理石礦床有無開采價值的重要指標(biāo)。成荒率的高度取決于裂隙的發(fā)育程度。本區(qū)大理石礦床中裂隙不甚發(fā)育，故理論成荒率較高（表3）。據(jù)礦區(qū)進行的6個裂隙統(tǒng)計點共978m2的理論成荒率統(tǒng)計資料，按JC202-76標(biāo)準(zhǔn)，截取成荒面積656.55 m2，平均理論荒料率達82.27%。

根據(jù)垂直層理和平行層理2個方向統(tǒng)計結(jié)果，垂直層理方向理論成荒率為81.88%，平行層理方向理論成荒率為85.57%。

從上述不同品種、不同方向、不同位置的理論成荒率統(tǒng)計可以看出，本區(qū)大理石理論成荒率變化不大?？紤]到裂隙傾角的陡緩對大理石荒料影響和荒料的開采，依據(jù)長為2m、寬為1m、厚為1m的規(guī)格結(jié)合裂隙傾角進行了驗證統(tǒng)計，得出L1平行層理的龜背石大理石的理論荒料率為68.6%。桉隱裂隙對大理石荒料的影響系數(shù)采用0.8計算，則為54.88%。

本礦區(qū)大理石的成材率溪州紅為15～20m2/m3，龜背石為18～20m2/m3。

4 ?開發(fā)應(yīng)用

湘西北地處云貴高原東側(cè)，以武陵山脈為主體，亞熱帶山區(qū)氣候宜人，良好的生態(tài)、清新的空氣、優(yōu)美的環(huán)境、優(yōu)越的區(qū)域位置和便捷的交通條件，依托資源優(yōu)勢，為著力發(fā)展市場石材產(chǎn)業(yè)奠定了堅實的基礎(chǔ)。

大理石工業(yè)是一個無廢料工業(yè)。在開采加工時，需對廢石和邊角碎料進行綜合利用。對于這種彩色大理石因其具有紅、綠、赭三種不同的色彩，只要組合、利用、設(shè)計得好，就能創(chuàng)造出各種有價值的產(chǎn)品來。如將綠色、紅色和赭褐色的碎石和石渣，加工成石米或石粉，用來生產(chǎn)彩色水磨石和外墻水刷石，除具有防火、耐久的特點外，而且美觀大方，光澤如鏡，其絢麗多姿與天然大理石的自然華貴的風(fēng)格各具特色。在板材切割時，利用小塊邊角碎料再加工成精美的彩色雕刻工藝品、紀(jì)念牌、拼裝壁畫用量也很大，還可以制作生活用品，如桌面、燈座、鐘表殼、茶具、酒具、煙具、花盆、鐘座、臺歷板、文具等等，用途會更廣。對于邊角余料，還可以用于生產(chǎn)拼花大理石和冰紋大理石，若拼花得當(dāng)，黏結(jié)得當(dāng)，其價值不亞于正品板材，定能收到良好的經(jīng)濟效益。

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