湖南資興市坳下飾面石材砂巖礦地質(zhì)特征及找礦前景

文成雄，孟 杰，張錦煦

（湖南省地質(zhì)調(diào)查院，長沙 410116）

我國石材資源豐富，幾乎遍布全國各個省區(qū)。近年來，我國石材工業(yè)發(fā)展迅速，不僅應(yīng)用上更加廣泛，而且在政策的拉動下，中國石材已全面超越歐美石材強(qiáng)國，成為世界最大的石材生產(chǎn)、消費(fèi)和進(jìn)出口大國。在我國城市化進(jìn)程的加快和國內(nèi)外優(yōu)質(zhì)飾面石材資源匱乏的情況下，市場需求激增，供應(yīng)缺口加大[1-3]。隨著建筑裝飾業(yè)和石材加工技術(shù)的迅速發(fā)展，以及人民群眾審美情趣不斷提高，天然飾面石材已廣泛應(yīng)用于居民房屋、市政廣場、火車站等建筑的室內(nèi)外裝飾，并逐步向藝術(shù)化、個性化、規(guī)?；褂玫内厔莅l(fā)展[4－5]。

湖南省天然飾面石材資源豐富，潛力巨大，但受制于勘查投入、開發(fā)利用技術(shù)水平、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、相關(guān)管理政策等原因，其開發(fā)利用仍處于起步階段，尚未形成規(guī)模，創(chuàng)造知名品牌、市場競爭力不足[6]。資興市緊鄰國內(nèi)石材生產(chǎn)大省廣東，近年來，隨著東江湖周邊有色金屬礦依政策退出關(guān)閉，使得礦業(yè)經(jīng)濟(jì)急速下滑。為提振礦業(yè)經(jīng)濟(jì)，資興市決定調(diào)整礦種結(jié)構(gòu)，2016 年資興市將發(fā)展飾面石材等建材傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)列入了資興市國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十三個五年計劃，對飾面石材資源的需求迫切。

作者近年來主持完成了資興市非金屬礦產(chǎn)調(diào)查評價及坳下飾面石材礦詳查工作，坳下飾面石材砂巖礦為資興市及周邊地區(qū)首次發(fā)現(xiàn)的該類型高檔飾面石材資源。本文力圖闡明坳下飾面石材砂巖礦的地質(zhì)特征，同時對湘東南地區(qū)該類型飾面石材礦的找礦前景進(jìn)行剖析，希望對后期礦山開采及周邊尋找該類型礦床提供一定的依據(jù)，為資興市發(fā)展非金屬飾面石材礦產(chǎn)資源產(chǎn)業(yè)提供支撐。

1 礦區(qū)地質(zhì)特征

坳下飾面石材砂巖礦位于湖南省郴州市資興市八面山鄉(xiāng)，距離資興市直線距離約37 km，交通便利。

1.1 礦區(qū)構(gòu)造

圖1 研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造簡圖[1－2，9]Fig.1 Regional geological structure map of the studied area（modified after Ref.[1－2，9]）

礦區(qū)大地構(gòu)造位置處于華夏陸塊（Ⅳ－5）的粵湘贛早古生代沉陷帶（Ⅳ－5－3），即炎陵－汝城沖斷褶隆帶（Ⅳ－5－3－1）北緣（圖1）。區(qū)內(nèi)經(jīng)歷了加里東、印支、燕山及喜馬拉雅四個發(fā)展階段，加里東期基底由震旦系、寒武系組成，形成近E-W 向、NWNWW 向的復(fù)式背向斜及斷裂構(gòu)造的基底格架，燕山期主要形成NNE、NE 向條帶褶皺及斷裂構(gòu)造[7-8]。

1.2 礦區(qū)地層

礦區(qū)出露地層主要為寒武系紐芬蘭統(tǒng)香楠組（C1x），局部涉及到震旦系上統(tǒng)丁腰河組（Z2d）、下統(tǒng)埃岐嶺組（Z1a）；其中香楠組（C1x）為礦區(qū)賦礦層位（圖2）。

埃岐嶺組（Z1a）以淺黃色、紫紅色粉砂質(zhì)板巖、絹云母板巖為主，局部夾淺變質(zhì)粉砂巖；丁腰河組（Z2d）由硅質(zhì)巖組成；香楠組（C1x）以淺變質(zhì)泥質(zhì)粉砂巖、淺變質(zhì)石英（雜）砂巖、粉砂質(zhì)板巖、絹云母粉砂質(zhì)板巖為主，地層呈近東西向展布，傾向近北，地表出露厚度大于1.5 km，向東與彭公廟巖體接觸，厚度逐漸變小。

1.3 礦層賦存部位

礦區(qū)飾面石材礦層賦存于杉木壟-蛤蟆塘向斜構(gòu)造南翼，為一緊閉線型向斜構(gòu)造，向斜構(gòu)造走向上延伸約18 km，呈近東西向展布。區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)三條規(guī)模較大的斷層，其中F3 斷層為礦區(qū)內(nèi)破礦斷層，壓扭性，走向北東-北北東，傾向北西，傾角57～65°，走向上長度大于1.8 km。

礦區(qū)距離北側(cè)彭公廟巖體直線距離僅3 km。礦區(qū)內(nèi)可見數(shù)條花崗巖脈出露，均呈透鏡狀，規(guī)模小，巖性為中細(xì)粒斑狀黑云母二長花崗巖。

1.4 圍巖蝕變

巖石蝕變普遍較發(fā)育。埃岐嶺組（Z1a）主要發(fā)育絹云母化、綠泥石化及千枚巖化；丁腰河組（Z2d）蝕變發(fā)育較少，局部見硅化、綠泥石化；香楠組（C1x）發(fā)育硅化、絹云母化、綠泥石化、角巖化等，局部發(fā)育黃鐵礦化，其中，硅化和角巖化與礦層密切相關(guān)，可作為判斷淺變質(zhì)石英砂巖能否作為飾面石材礦石的重要標(biāo)志。

圖2 坳下礦區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.2 Geological sketch of the Aoxia deposit

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦層特征

礦區(qū)已發(fā)現(xiàn)六層飾面石材礦層，分別為Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅱ-1、Ⅱ-2、Ⅲ、Ⅳ，呈層狀分布，本次研究的重點(diǎn)為Ⅰ-1、Ⅱ-1 及Ⅳ礦層，礦層特征見表1。

飾面石材礦層呈層狀產(chǎn)出，與地層產(chǎn)狀一致，呈近東西向展布，傾向近北。礦層圍巖主要為裂隙發(fā)育、較為破碎、不能作為飾面石材礦進(jìn)行利用的硅化淺變質(zhì)細(xì)粒石英（雜）砂巖，以及淺變質(zhì)泥質(zhì)粉砂巖。

2.2 礦層節(jié)理、裂隙發(fā)育情況

礦區(qū)緩傾斜節(jié)理、裂隙不發(fā)育，一般呈疊瓦狀、近平行產(chǎn)出（圖3a）。節(jié)理、裂隙面平整，延長延深不大，間隔10-50cm，傾角0-10°，走向80-120°，局部產(chǎn)出，整體不發(fā)育，對礦層影響不大。

陡傾斜節(jié)理、裂隙較發(fā)育，延長延深較大（圖3b）。節(jié)理、裂隙面平直，一般有石英脈充填其中，間隔30-300 cm，以60-150 cm 居多，傾角50-89°，多集中于60-89°；走向大致分為兩組，一組105-202°，一組270-354°，對礦層有一定的破壞作用。

3 礦石特征

3.1 礦石類型

礦石類型有三種，分別為硅化淺變質(zhì)中細(xì)粒石英（雜）砂巖（圖3c，圖4a、b）、含條帶硅化淺變質(zhì)細(xì)粒石英（雜）砂巖（圖3d、圖4c、d）及含石英脈硅化淺變質(zhì)細(xì)粒石英（雜）砂巖。三種類型礦石均產(chǎn)于香楠組中，礦物成分均以石英、細(xì)小長英質(zhì)礦物為主，變余細(xì)粒砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層-巨厚層構(gòu)造。鏡下觀察可見巖石由砂巖受接觸變質(zhì)作用而成，角巖化程度中等偏弱；其中，含條帶硅化淺變質(zhì)細(xì)粒石英（雜）砂巖的泥質(zhì)含量稍高，可見明顯揉皺構(gòu)造；含石英脈硅化淺變質(zhì)細(xì)粒石英（雜）砂巖以發(fā)育多條近平行或雜亂無章石英細(xì)脈為特征。

表1 飾面石材礦層特征一覽表Table 1 Statistical table of characteristics of facing stone ore layer

圖3 飾面石材礦層野外露頭照片F(xiàn)ig.3 Field outcrops of the facing stone ore beds

圖4 飾面石材礦標(biāo)本及鏡下照片F(xiàn)ig.4 Specimen and micropbotograph of the facing stone ore

飾面石材荒料主要呈青灰色、瓦青色、暗青灰色，質(zhì)硬、體重、聲脆、塊體厚度大，經(jīng)過試采及加工后（圖5g、h），板材呈亮黑色，紋路美觀、大方?；y分為兩種，一種為后期形成的不規(guī)則狀石英細(xì)脈（圖5e、f），另一種花紋為含條帶飾面石材荒料經(jīng)區(qū)域應(yīng)力作用后形成的揉皺紋，呈波浪狀，該花紋顏色差異性小、柔和，紋路美觀（圖5c、d）。

目前我國對飾面石材品種的分類尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[10－12]，經(jīng)過市場調(diào)查與類比，無花紋（圖5a、b）加工后成品稱為“中國黑”或“墨玉”[13]；含泥質(zhì)條帶荒料加工后成品與湘西州“黑木紋”[14]品種類似；含石英脈荒料加工后成品稱為“黑白根”，為飾面用板材；三個品種均可作為裝飾用中高檔石材。

對鉆孔采集的三種礦石類型（即無花紋、含石英脈、含條帶三類）進(jìn)行了系統(tǒng)的統(tǒng)計，估算出各類型所占比例，各類型礦石占比見表2。

3.2 礦石的化學(xué)成分

各類型飾面石材砂巖礦的礦石化學(xué)成分基本一致。鈣、鈦、磷、鈉和硫含量都很低，硅、鐵、鋁含量屬于正常的淺變質(zhì)石英砂巖。酸不溶物、硅含量較高，而對應(yīng)的鈣、鈉含量較低，表明礦石耐酸性和耐腐蝕性較強(qiáng)（表3）。

3.3 礦石的物理技術(shù)性能

對不同類型礦石的物性特征進(jìn)行測試，主要測試項目有肖氏硬度、抗壓強(qiáng)度、放射性、抗剪斷強(qiáng)度、吸水率、耐磨性等。各項測試結(jié)果均達(dá)到飾面石材砂巖礦的要求[15－17]（表4）。

表2 礦石類型含量統(tǒng)計表Table 2 Statistical ratio of different ore types

表3 礦石化學(xué)分析結(jié)果表（wt%）Table 3 Major element content of facing stones（wt%）

表4 坳下礦區(qū)礦石物理性能測試結(jié)果Table 4 Physical property of facing stone in the Aoxia deposit

3.4 礦層荒料率的計算

飾面石材的荒料率是指所獲得的荒料體積與開采總體積的百分比，節(jié)理和裂隙的發(fā)育程度是影響荒料率的最主要因素[18-22]。

本次選取了有代表性和特征的5 處地段進(jìn)行節(jié)理、裂隙素描，使得出的荒料率結(jié)果更接近實(shí)際。素描點(diǎn)一般是一個大小約10 m×（4～5）m 的矩形，擬設(shè)切割深度為1 m，在布置時應(yīng)盡量使方位保持一致，通常比例尺采用1：50 為宜[10-13]（圖2）。其中，Ⅰ-1 礦層在走向剖面及傾向剖面分別統(tǒng)計CK004、CK001，統(tǒng)計面積分別為40 m2、50 m2；Ⅱ-1礦層在走向剖面及傾向剖面分別統(tǒng)計CK003、CK002，統(tǒng)計面積分別為40 m2、40 m2；Ⅳ礦層在走向剖面統(tǒng)計CK005，統(tǒng)計面積為52.5 m2（圖2）。

礦區(qū)飾面石材礦層厚度多集中于40-150 cm，結(jié)合周邊飾面石材礦山開采情況及市場上對中高檔板材的塊度大小的要求，故本次開采時擬設(shè)開采面高度暫定為1 m，最小可采石料以40 cm×50 cm×100 cm 進(jìn)行統(tǒng)計、測算。

以荒料的長、寬、高三要素對礦層進(jìn)行布裁，獲得體圖解荒料率[23-25]。按照不同礦層，將各素描點(diǎn)的體圖解荒料率[26]進(jìn)行加權(quán)平均，各礦層體圖解荒料率見表5。

本次采用劈裂分離方法進(jìn)行了小規(guī)模的試采工作，初步估算試采荒料率為30.14%。通過計算，Ⅰ-1 礦層荒料率校正系數(shù)為1.09，Ⅱ-1 礦層荒料率校正系數(shù)為0.69，Ⅳ礦層荒料率校正系數(shù)為1.06。

理論荒料率就是校正后的體圖解荒料率，理論荒料率為資源量估算的基本參數(shù)。通過計算，各礦層理論荒料率見表6。

4 控礦因素及找礦前景分析

4.1 控礦因素

（1）礦區(qū)飾面石材砂巖礦主要賦存于寒武系香楠組，為距陸源區(qū)不遠(yuǎn)的邊緣海盆環(huán)境堆積而成。香楠組代表了湘南地區(qū)一套以砂質(zhì)沉積為主，夾有較多炭泥質(zhì)的沉積地層。巖性較穩(wěn)定，厚度大，以淺變質(zhì)砂巖為主，夾板巖及較多炭質(zhì)板巖。

表5 坳下礦區(qū)飾面石材礦層體圖解荒料率統(tǒng)計一覽表Table 5 Statistical of block rate of facing stone ore layer in the Aoxia deposit

表6 坳下飾面石材礦區(qū)荒料率統(tǒng)計一覽表Table 6 Statistical list of block rate in Aoxia ornamental stone mining area

（2）礦區(qū)距離北側(cè)彭公廟巖體直線距離約3 km，且礦區(qū)內(nèi)發(fā)育多條斑狀二長花崗巖巖脈，靠近巖體發(fā)生的熱接觸變質(zhì)作用使礦石發(fā)育不同程度的角巖化，致使礦石成分更為細(xì)膩，打磨拋光后更加亮麗、美觀，是區(qū)別于其他飾面用砂巖的重要標(biāo)志。

（3）礦區(qū)處于華夏陸塊（Ⅳ-5）的粵湘贛早古生代沉陷帶（Ⅳ-5-3），即炎陵-汝城沖斷褶隆帶（Ⅳ-5-3-1）北緣。區(qū)域上經(jīng)歷了多階段、復(fù)雜的構(gòu)造作用，從而形成大量不同時代和期次、不同方向與規(guī)模、不同性質(zhì)的斷裂、褶皺、構(gòu)造盆地等構(gòu)造形跡；后期熱液活動頻繁，致使礦石中充填了大量的石英細(xì)脈，且沉積環(huán)境變化形成的條帶與細(xì)脈局部發(fā)育不同程度的變形，形成了美觀、大方的花紋。

（4）淺變質(zhì)中細(xì)粒石英（雜）砂巖經(jīng)過熱接觸變質(zhì)作用，發(fā)生角巖化后，使礦石更為細(xì)膩，打磨后呈亮黑色，是其與其他飾面用灰?guī)r、飾面用花崗巖的重要區(qū)別，可作為中高檔飾面石材產(chǎn)品。沉積過程中，層厚的大小是影響飾面石材荒料塊度大小的重要因素；泥質(zhì)條帶是礦區(qū)“黑木紋”品種飾面石材形成的關(guān)鍵。不同期次構(gòu)造的發(fā)育，致使石英細(xì)脈的大量充填，形成了“黑白根”品種飾面石材；而區(qū)域性構(gòu)造活動，使泥質(zhì)條帶及石英細(xì)脈花紋發(fā)生不同程度的褶曲。

（5）地表飾面石材礦層的分布主要與層厚及裂隙發(fā)育程度關(guān)系密切。礦石品質(zhì)好、規(guī)模大的地段，在地表通常表現(xiàn)為植被不發(fā)育，礦層基本裸露于地表；而植被發(fā)育部分，礦層在地表多有一定程度的風(fēng)化或裂隙發(fā)育稍多，品質(zhì)稍差。垂向上，飾面石材礦在深部較地表裂隙發(fā)育少，深部礦層更為完整。

（6）杉木壟-蛤蟆塘向斜中越靠近核部位置，巖石更為破碎，裂隙更為發(fā)育。Ⅰ-1、Ⅱ-1 礦層位于向斜構(gòu)造靠近兩翼邊部的位置，Ⅳ礦層離向斜核部位置更近。根據(jù)礦區(qū)揭露情況，Ⅰ-1、Ⅱ-1 礦層與Ⅳ礦層相比，無論是在地表還是深部，礦層的完整性更好，裂隙發(fā)育更少。

4.2 找礦前景

（1）本次工作的重點(diǎn)為杉木壟-蛤蟆塘向斜構(gòu)造南翼的局部地段，共估算“控制＋推斷”飾面石材礦資源量約700 萬m3，且杉木壟-蛤蟆塘向斜是蛤蟆塘-北中山向斜構(gòu)造的一部分，蛤蟆塘-北中山向斜構(gòu)造呈近東西向展布，走向上延伸約18 km，向斜的北翼距離彭公廟巖體更近。由此可見，圍繞蛤蟆塘-北中山向斜，在向斜構(gòu)造的北翼及礦床的東西兩側(cè)，具有較大的找礦潛力。

（2）在向斜構(gòu)造中，硅化淺變質(zhì)細(xì)粒石英（雜）砂巖大面積裸露地段，一般巖石的層厚較大、完整性較好，可作為在尋找該類型飾面石材礦的重點(diǎn)位置。

（3）向斜構(gòu)造靠近兩翼的地段比靠近核部地段裂隙發(fā)育較少，有望尋找品質(zhì)較好、荒料率較高的飾面石材礦層。

（4）區(qū)域上湘南地區(qū)分布有大量的香楠組，該套地層巖性為以砂質(zhì)沉積為主，夾有較多炭泥質(zhì)的沉積巖，故湘南地區(qū)、特別是巖體周邊的香楠組中，有望尋找到多個該類型飾面石材砂巖礦體，找礦前景良好。

5 結(jié)論

（1）坳下礦區(qū)已發(fā)現(xiàn)四層（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ）飾面石材礦層，為中粒-細(xì)粒石英（雜）砂巖經(jīng)區(qū)域動力變質(zhì)作用和熱接觸變質(zhì)作用形成，為中溫變質(zhì)作用的產(chǎn)物，屬沉積變質(zhì)礦床。

（2）礦層裂隙少、層厚大，各礦層的理論荒料率為30.14%～30.23%，荒料較為完整。

（3）在杉木壟-蛤蟆塘向斜構(gòu)造的北翼、東西兩側(cè)，以及湘南地區(qū)巖體周邊的香楠組中，有望尋找到多個該類型飾面石材砂巖礦，找礦前景良好。