湖北當(dāng)陽玉泉磚瓦用頁巖礦床地質(zhì)特征及開發(fā)經(jīng)濟(jì)意義分析

李雪峰 劉林 裴明松 漆雙林

摘要：鄂西當(dāng)陽市是省級建筑陶瓷產(chǎn)業(yè)基地，對磚瓦用頁巖有大量的需求。本文總結(jié)了玉泉磚瓦用頁巖礦床地質(zhì)特征，分析了開發(fā)經(jīng)濟(jì)意義。礦區(qū)地層主要為白堊系跑馬崗組紫紅色泥巖和紫紅色粉砂質(zhì)泥巖。通過資源形勢、資源遠(yuǎn)景分析、礦石加工性能、礦山開發(fā)外部條件、礦床開采技術(shù)條件、采礦方案和規(guī)模的分析，認(rèn)為礦床開發(fā)有較明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

關(guān)鍵詞：磚瓦用頁巖；地質(zhì)特征；開發(fā)經(jīng)濟(jì)意義；玉泉；鄂西

1.引言

鄂西當(dāng)陽市是湖北省重點(diǎn)打造的省級建筑陶瓷產(chǎn)業(yè)基地，對磚瓦用頁巖需求量將增大（代永華和徐海峰，2019）。磚瓦用頁巖一直是重要的非金屬建材（方同明等，2012），鄂西一帶白堊系上統(tǒng)跑馬崗組地層中發(fā)育一套粉砂質(zhì)泥巖、頁巖（梅紅專等，2017），已初步開發(fā)，但是其礦床地質(zhì)特征未有系統(tǒng)總結(jié)，礦床開發(fā)經(jīng)濟(jì)意義還缺乏系統(tǒng)分析?；诖?，本文擬在詳細(xì)野外地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，以玉泉磚瓦用頁巖礦床為研究對象，總結(jié)其礦床地質(zhì)特征，分析開發(fā)經(jīng)濟(jì)意義，以期為礦床下一步開采開發(fā)提供理論依據(jù)。

2.區(qū)域地質(zhì)

研究區(qū)處于揚(yáng)子陸塊區(qū)上揚(yáng)子古陸塊褶皺帶遠(yuǎn)安前陸盆地南部。遠(yuǎn)安前陸盆地北鄰神農(nóng)架-荊門臺坪褶皺帶，西跨遠(yuǎn)安斷陷盆地，東、南鄰江漢拗陷盆地北西緣。屬華南地層大區(qū)揚(yáng)子地層區(qū)上揚(yáng)子地層分區(qū)江漢盆地小區(qū)。地層主要出露中生界和新生界，其中白堊系、古近系及第四系廣泛分布，中、晚三疊世至侏羅系為連續(xù)沉積的陸相地層，侏羅系至古近系以陸相紅色碎屑巖為主。區(qū)內(nèi)未見巖漿巖出露。區(qū)域礦產(chǎn)主要有磷-鋁土礦-硫鐵礦-煤和煤層氣。

區(qū)域上磚瓦用頁巖主要分布于遠(yuǎn)安盆地內(nèi)，賦礦地層主要是三疊系九里崗組、白堊系跑馬崗組等地層，巖性為棕紅色、灰綠色薄-厚層狀泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖等。九里崗組中上部灰黃色泥質(zhì)粉砂巖、泥巖夾煤層（線），厚度變化較大。跑馬崗組地層為紫紅、灰綠色中厚層細(xì)粒長石石英砂巖、鈣質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖等，厚度較穩(wěn)定，延伸較遠(yuǎn)，為主要賦礦地層。

3.礦區(qū)地質(zhì)

礦區(qū)地層主要為白堊系跑馬崗組，其次為少量第四系，斷裂構(gòu)造和褶皺構(gòu)造不發(fā)育，巖漿巖和變質(zhì)巖未出露，礦產(chǎn)為磚瓦用頁（泥）巖。

3.1地層

白堊系上統(tǒng)跑馬崗組在測區(qū)及周邊大面積分布，區(qū)內(nèi)全部構(gòu)成礦體，呈一單斜產(chǎn)出，傾向55°～75°，傾角17°～25°；第四系為白堊系上統(tǒng)跑馬崗組的風(fēng)化產(chǎn)物，并覆蓋于白堊系上統(tǒng)跑馬崗組之上，呈殘、坡積零星產(chǎn)出，為礦體之上的剝離體。

3.2構(gòu)造

區(qū)內(nèi)構(gòu)造較簡單，主要表現(xiàn)為一單斜構(gòu)造，地層傾向北東，傾角17°～25°，一般20°左右。局部可見少量節(jié)理裂隙，裂隙面局部可見寬度較窄的中等風(fēng)化，但對礦石質(zhì)量影響不大。

3.3礦體地質(zhì)特征

主礦體Ⅰ號礦體，位于海拔90m以上之白堊系上統(tǒng)跑馬崗組地層，巖性為紫紅色薄-厚層狀泥巖和紫紅色、淺灰綠色中-薄層狀粉砂質(zhì)泥巖，其形態(tài)受剝蝕程度或地形、地層產(chǎn)狀等控制，呈層狀產(chǎn)出，其產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀一致，傾向北東，傾角17°～25°。礦體范圍同礦區(qū)范圍，平面長最大280m，寬最大205m，垂直厚度0.6m～55.38m，總體呈“南西薄、中部及北東厚”的特點(diǎn)。賦存標(biāo)高90m～145.38m，為褐黃色、土黃色、紫紅色坡積、殘積、腐殖土、粉土、砂質(zhì)粘土，呈松散零星分布。

4.礦石特征

4.1礦石成分

紫紅色泥巖：主要由粘土礦物（如水云母、高嶺石、蒙脫石等）組成，其次為碎屑礦物（石英、長石、云母等），含少量赤鐵礦、褐鐵礦、針鐵礦等。

紫紅色粉砂質(zhì)泥巖：與紫紅色泥巖的區(qū)別是石英和長石等礦物碎屑略高，其中石英含量20%～25%，長石10%～ 15%，粘土礦物65%左右、其他礦物10%左右。

區(qū)內(nèi)礦石主要化學(xué)成分為SiO2，含量50.73%～55.88%，平均52.63%，其余依次為Al2O3、CaO、Fe2O3、MgO、K2O、Na2O等，而SO3含量較低（表1）。

4.2礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

磚瓦用頁巖結(jié)構(gòu)主要有泥質(zhì)結(jié)構(gòu)、粉砂質(zhì)泥質(zhì)結(jié)構(gòu)等，構(gòu)造有厚層狀構(gòu)造、中-薄層狀構(gòu)造和塊狀構(gòu)造等。

4.3礦石加工技術(shù)

礦區(qū)南西側(cè)開采多年，利用的是白堊系上統(tǒng)跑馬崗組地層泥巖或粉砂質(zhì)泥巖，經(jīng)過頁（泥）巖與煤矸石混合→粉碎-過篩→攪拌→擠出成型→切坯→碼坯烘干→窯爐燒結(jié)→成品等生產(chǎn)工藝流程，生產(chǎn)的成品即為建筑用紅磚。具體的加工流程如下（圖1）：

（1）頁巖與煤矸石混合：使用挖機(jī)露天開采頁（泥）巖，并與采購的煤矸石進(jìn)行混合，配比一般為煤矸石30%，頁（泥）巖為70%。

（2）粉碎：利用錘式破碎機(jī)對煤矸石原料進(jìn)行破碎。

（3）過篩：用滾筒篩進(jìn)行顆粒篩分處理，使得到的原料顆粒大小在2mm以下，其中2mm～50μm的占25%，50μm～ 5μm的占55%，小于5μm的占20%。大于2mm的原料顆粒由皮帶機(jī)送回粉碎。

（4）攪拌：所得原料經(jīng)攪拌機(jī)加水?dāng)嚢?，把攪拌好的原料輸入陳化庫陳化?/p>

（5）擠出成型：經(jīng)陳化完的原料輸入真空擠出機(jī)擠出成型。

（6）切坯：采用切坯機(jī)泥質(zhì)坯體。

（7）碼坯烘干：將切坯得到的坯體碼放入干燥窯中干燥或烘干。

（8）窯爐燒結(jié)：將干燥好的坯體放入焙燒窯中焙燒。

（9）成品：將焙燒好的紅磚運(yùn)送到碼放場地銷售。

本加工生產(chǎn)工藝由于采用高細(xì)破碎和陳化技術(shù)，提高坯料塑性；制坯采用高壓真空擠出成型，提高磚坯密實(shí)度，降低了磚內(nèi)部傳熱，提高了磚的保溫性能。

5.開發(fā)經(jīng)濟(jì)效益分析

5.1資源形勢分析

我國是世界主要的發(fā)展中國家，隨著國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人均收入及人民生活水平提高，辦公、家居環(huán)境的改善，市場對磚瓦及建筑陶瓷裝飾材料，包括磚瓦用頁巖需求量增大（韓永奇，2011）。

當(dāng)陽市磚瓦用頁巖礦床規(guī)模大，分布集中，預(yù)測磚瓦用頁巖資源儲量多，資源潛力大。當(dāng)陽市境內(nèi)磚瓦用頁巖適合于生產(chǎn)磚瓦外，亦適合建筑陶瓷行業(yè)生產(chǎn)中、低檔地板磚、磚面墻，其產(chǎn)品是目前我國建筑行業(yè)的重要材料之一。

根據(jù)當(dāng)陽市國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃，當(dāng)陽市將建成湖北省建陶產(chǎn)業(yè)基地。磚瓦用頁巖需求量將大幅上升，預(yù)測近期其原礦產(chǎn)品價(jià)格將保持上升趨勢。磚瓦用頁巖市場行情較好，銷路較好，開發(fā)磚瓦用頁巖可產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

5.2資源遠(yuǎn)景分析及礦石加工性能

筆者對礦區(qū)周邊的地層、巖石和構(gòu)造等情況進(jìn)行了野外地質(zhì)調(diào)查和室內(nèi)分析，初步認(rèn)為礦區(qū)西側(cè)分布有同類型的磚瓦用頁巖，經(jīng)過下一步勘查可擴(kuò)大其資源遠(yuǎn)景。

礦區(qū)南西側(cè)磚瓦用頁巖已經(jīng)完成工業(yè)化生產(chǎn)。礦體經(jīng)過頁（泥）巖與煤矸石混合→粉碎-過篩→攪拌→擠出成型→切坯→碼坯烘干→窯爐燒結(jié)→成品等生產(chǎn)加工工藝流程就可得到磚瓦產(chǎn)品，加工技術(shù)成熟，加工工藝較簡單。

5.3礦山開發(fā)外部條件

研究區(qū)交通尚屬方便，附近磚瓦廠已投入磚瓦生產(chǎn)多年，可滿足本礦山磚瓦用頁巖資源開發(fā)。周邊電力、水利資源豐富，為磚瓦用頁巖開發(fā)、生產(chǎn)和生活等提供電力和水利保障。礦床周邊以農(nóng)業(yè)為主，勘查區(qū)不屬于文物古跡保護(hù)區(qū)、自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景區(qū)，當(dāng)陽市城區(qū)擁有多家磚瓦生產(chǎn)企業(yè)和建筑陶瓷企業(yè)，省級建筑陶瓷產(chǎn)業(yè)基地已經(jīng)形成，對磚瓦用頁巖需求量將增大，為區(qū)內(nèi)磚瓦用頁巖開發(fā)利用提供了良好條件。

5.4礦床開采技術(shù)條件

礦區(qū)屬低矮丘陵地貌，未來擬開采工業(yè)礦體（K2p）賦存標(biāo)高90m～145.38m，位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面（工作區(qū)南西側(cè)沖溝，標(biāo)高86m）之上，有利于未來露采場自然排水。未來露采場進(jìn)水來源僅為大氣降水，采用逕流系數(shù)法對未來露采場進(jìn)行涌水量估算，正常降雨量時(shí)，流入采礦場的水量為207m3/d；最大暴雨時(shí)流入采礦場的水量為7276m3/d。礦區(qū)水文地質(zhì)勘查類型屬簡單。

露采邊坡地層以軟弱薄-中層狀泥巖夾粉砂質(zhì)泥巖巖組為主，地質(zhì)構(gòu)造簡單，巖體穩(wěn)定性好。礦區(qū)工程地質(zhì)勘查類型屬簡單。

礦區(qū)屬地殼穩(wěn)定區(qū)。勘查區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀地面與斜坡的穩(wěn)定性較好，附近無污染源，礦石及廢石不易分解出有害組分。礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量屬良好。

綜合礦區(qū)水文地質(zhì)、工程地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)條件，屬于開采技術(shù)條件簡單的礦床（Ⅰ型）。

5.5采礦方案及規(guī)模

礦區(qū)內(nèi)磚瓦用頁巖主要位于白堊系上統(tǒng)跑馬崗組中，為紫紅色中-厚層狀泥巖夾紫紅中-薄層狀粉砂質(zhì)泥巖，屬沉積型礦床。礦體走向長280m，傾向?qū)捈s205m，平均垂直厚度為35m，呈層狀產(chǎn)出，傾向北東，傾角17°～25°。

白堊系上統(tǒng)跑馬崗組之上的覆蓋層為風(fēng)化殘、坡積紅土，也是燒磚瓦的好材料，分布有限且數(shù)量較少，不存在單獨(dú)估算資源儲量、剝離層的圈定及剝采比的計(jì)算等問題。開拓運(yùn)輸方法為短距離轉(zhuǎn)運(yùn)，開采方法適宜用挖掘機(jī)直接挖掘開采。

礦區(qū)磚瓦用頁巖擬采用露天開采，采用挖掘機(jī)直接開采，礦石不存在貧化率，礦區(qū)內(nèi)控制的內(nèi)蘊(yùn)經(jīng)濟(jì)資源量（332）可信度為90%，采礦回收率為100%。推斷的內(nèi)蘊(yùn)經(jīng)濟(jì)資源量（333）可信度為70%，采礦回收率為100%。

5.6礦床開發(fā)經(jīng)濟(jì)效益

勘查區(qū)經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)，居民收入偏低。通過磚瓦用頁巖礦產(chǎn)資源的開發(fā)，不僅可以安置部分勞動(dòng)力就業(yè)，提高居民收入，還可增加當(dāng)?shù)囟愂?，?jīng)濟(jì)效益和社會效益較明顯。

6.結(jié)論

（1）玉泉磚瓦用頁巖礦體主要位于白堊系上統(tǒng)跑馬崗組紫紅色泥巖夾紫紅色粉砂質(zhì)泥巖，礦石主要礦物成分為粘土礦物，主要化學(xué)成分為SiO2，其次為Al2O3、CaO、Fe2O3等，具中-厚層狀構(gòu)造、中-薄層構(gòu)造和塊狀構(gòu)造等。

（2）礦區(qū)水文地質(zhì)勘查類型屬“礦體位于當(dāng)?shù)厍治g基面以上，未來露采場進(jìn)水來源僅為大氣降水，水文地質(zhì)條件簡單的礦床”；礦區(qū)工程地質(zhì)勘查類型屬“以軟弱層狀泥巖、砂巖為主，工程地質(zhì)復(fù)雜程度為簡單的礦床”；礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)類型屬質(zhì)量屬“良好型”。整體上，礦山開采技術(shù)條件屬簡單型。

（3）未來礦山開發(fā)可獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

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