四川雷波黑波羅礦區(qū)玄武巖礦床地質(zhì)特征及開發(fā)利用前景

奚旺

(1.中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心四川總隊(duì)，四川 成都 610052；2.成都理工大學(xué)，四川 成都 610059)

玄武巖作為建筑用石料具有耐磨、吸水率低、抗壓性強(qiáng)、壓碎值低、抗腐蝕性強(qiáng)、瀝青粘附性好等優(yōu)點(diǎn)，多被用于重點(diǎn)工程建設(shè)。玄武巖經(jīng)熔融和一定的工藝制成的玄武巖玻璃纖維，可以紡織、加工成隔音和保溫材料，廣泛應(yīng)用于航天、航空、軍工、消防、汽車、船舶、建筑、環(huán)保等新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，因而被稱為21世紀(jì)“綠色工業(yè)材料和新材料”，具有廣闊的市場需求和應(yīng)用前景[1]。我國玄武巖分布雖然較為廣泛，但開發(fā)利用程度較低，主要作為建筑用石料，僅部分玄武巖可作為玄武巖玻璃纖維原料，因此尋找更高開發(fā)利用價(jià)值的玄武巖礦成為當(dāng)下研究的重點(diǎn)與熱點(diǎn)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

黑波羅礦區(qū)玄武巖礦床位于四川省西南邊緣橫斷山脈東段，金沙江北岸，大地構(gòu)造位置位于上揚(yáng)子古陸南緣、四川前陸盆地?cái)⒂馈捱B疊加褶皺帶、甘洛—小江斷裂帶以東，處于四川西南部“川滇南北向構(gòu)造帶”與四川盆地“新華夏系沉降帶”的交接地帶(圖1)，形成以褶皺為主、斷裂構(gòu)造不甚發(fā)育的構(gòu)造格局。區(qū)內(nèi)褶皺主要包括樂都背斜、拉咪向斜、牛牛寨背斜等。它們大致均呈南北向或近南北向平行排列，成組出現(xiàn)，形成復(fù)式褶皺，軸面多直立或高角度西傾，少數(shù)向東傾。區(qū)內(nèi)斷層主要有剎水壩—馬頸子斷層、上田壩斷層、硝灘斷層和猴兒溝斷層等，相互平行排列，斷面西傾，為沖(逆)斷層。區(qū)域地層除缺失泥盆系、石炭系外，從下震旦統(tǒng)到中下侏羅統(tǒng)均有出露。區(qū)內(nèi)巖漿巖主要為晚二疊世峨眉山玄武巖(P3em)，廣泛分布于區(qū)內(nèi)各地(圖2)，尤以剎水壩—馬頸子斷裂以西美姑依沃瓦覺、柳洪、龍頭山、大風(fēng)頂一帶發(fā)育。玄武巖由暗綠色至灰黑色致密狀、斑狀、杏仁狀及氣孔狀玄武巖多旋回組成，可分為上、下兩個(gè)較大旋回及9個(gè)次級(jí)旋回。上旋回以杏仁狀玄武巖為主，致密狀次之，偶有斑狀者，由4個(gè)次級(jí)旋回組成，每旋回以致密狀玄武巖開始，杏仁狀玄武巖結(jié)束；下旋回以斑狀玄武巖為主，杏仁狀次之，由5個(gè)次級(jí)旋回組成。每旋回以斑狀、致密狀玄武巖開始，杏仁狀玄武巖結(jié)束。區(qū)內(nèi)玄武巖具間歇性多期噴發(fā)特點(diǎn)，柱狀節(jié)理發(fā)育。

圖1 雷波地區(qū)構(gòu)造綱要圖

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)地層除缺失泥盆系、石炭系外，從中寒武統(tǒng)到中三疊統(tǒng)均有出露，主要含礦層為上二疊統(tǒng)峨眉山玄武巖(P3em)，與上覆上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M砂巖、頁巖及下伏中二疊統(tǒng)陽新組灰?guī)r、白云巖呈假整合接觸關(guān)系。

上二疊統(tǒng)峨眉山玄武巖(P3em)分布于礦區(qū)東部及西部，位于黃毛壩背斜兩翼，礦區(qū)內(nèi)以灰綠色少斑狀輝石玄武巖為主，偶夾有薄層杏仁狀玄武巖，其中杏仁體含量小于7%，零星出露氣孔狀玄武巖。呈北西—近南北向展布，黃毛壩背斜西翼輝石玄武巖流面產(chǎn)狀249～275°∠40～60°，礦區(qū)內(nèi)出露最寬613m，走向上延伸4.54km，并分別沿西、南、北三個(gè)方向延伸出礦權(quán)范圍；黃毛壩背斜東翼玄武巖流面產(chǎn)狀235～250°∠30～34°，地層有倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，礦區(qū)內(nèi)最寬出露約430m，走向上延伸1.97km，并分別沿北西、南東兩向延伸出礦權(quán)范圍。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)褶皺構(gòu)造為黃毛壩背斜，斷層為羿子壩斷層。

黃毛壩背斜：軸線呈北西—南北—南西向從礦區(qū)中部穿過，為向東凸出的弧形倒轉(zhuǎn)背斜，東翼倒轉(zhuǎn)。核部地層為寒武系，兩翼依次為奧陶系、志留系、二疊系。背斜軸面傾向西，一般為255～275°，傾角較陡，一般為50～70°，背斜西翼傾向?yàn)?54～263°，傾角40～45°，背斜東翼傾向?yàn)?36～260°，傾角30～75°。西翼傾向249～275°，傾角40～60°。羿子壩斷層(F1)呈近南北向從礦區(qū)范圍外北東側(cè)穿過，主要錯(cuò)斷了下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組、銅街子組、嘉陵江組地層，斷層面傾向西，傾角為70～80°，為高角度沖斷層。

圖2 四川省雷波縣地區(qū)峨眉山玄武巖分布略圖

區(qū)內(nèi)無基底構(gòu)造出露，斷裂與褶皺關(guān)系密切，二者往往相伴出現(xiàn)。背斜緊密，向斜開闊。斷裂以南北向?yàn)橹?，多為高角度向西傾之沖斷層，裂隙發(fā)育，為玄武巖的噴發(fā)提供了良好的構(gòu)造條件。礦區(qū)出露的玄武巖分布于攀西裂谷區(qū)，是以海陸交互相為主的大陸裂谷型玄武巖分區(qū)，甘洛—小江斷裂帶是本巖區(qū)峨眉山玄武巖主要的陸相噴發(fā)通道，沿著這條斷裂帶有一系列的火山噴發(fā)中心，峨眉山玄武巖覆蓋面積約27×104km2。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體分布特征

詳查區(qū)內(nèi)玄武巖礦體分布于勘查區(qū)西南部回龍場鄉(xiāng)陸銀溝村馬哈營組，位于該玄武巖地層南段，為上二疊統(tǒng)峨眉山玄武巖(P3em)下旋回第一次級(jí)旋回(P3em2-1)，礦石為輝石玄武巖(圖3)。出露形態(tài)為不規(guī)則楔形，西邊界順探礦權(quán)西部邊界沿南北向展布，東邊界呈弧形展布。玄武巖出露標(biāo)高820～1 660m，出露寬度104～603m，平均344m，由南至北逐漸變寬，呈似層狀產(chǎn)出，產(chǎn)出形態(tài)簡單，玄武巖流面傾向249～275°，傾角40～60°，平均51°，在露采境界內(nèi)，礦體長度830m，出露寬440m，礦體厚度70.25～167.33m，平均111.46m。

3.2 礦石特征

3.2.1 礦石的自然類型及組構(gòu)

礦石自然類型主要為灰綠色少斑狀輝石玄武巖，極少量杏仁狀、氣孔狀輝石玄武巖，具斑狀結(jié)構(gòu)、間粒間隱結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造、杏仁狀構(gòu)造等。礦石主要由斑晶和基質(zhì)兩部分組成(圖4)，斑晶約占2%～10%，為典型基性斜長石，呈半自形板狀，粒度0.3～10mm，顆粒多見絹云母化?；|(zhì)約占90%～98%，具間粒間隱結(jié)構(gòu)，主要礦物成分為斜長石、輝石及隱晶質(zhì)，斜長石微晶呈細(xì)小粒狀，與隱晶質(zhì)混雜充填在斜長石微晶之間，見微弱綠泥石化。少量玄武巖具有杏仁體(圖5)，呈圓狀、橢圓狀或不規(guī)則狀，內(nèi)部充填物主要為綠泥石、硅質(zhì)及鐵質(zhì)等。

3.2.2 礦石的化學(xué)成分

根據(jù)礦區(qū)2件化學(xué)全分析結(jié)果(表1)和20件少斑狀玄武巖、7件杏仁狀玄武巖、2件氣孔狀玄武巖礦石部分化學(xué)分析結(jié)果(表2)，礦區(qū)玄武巖SiO2平均含量 50.67%，Al2O3平均含量 13.45%，CaO平均含量 8.26%，MgO平均含量 4.00%，F(xiàn)e2O3平均含量13.93%，K2O平均含量1.92%，Na2O平均含量2.16%，TiO2平均含量2.70%，SO3平均含量0.045%，Cl平均含量0.077%，P2O5平均含量0.21%，MnO平均含量0.19%，變化系數(shù)均小于10%。據(jù)Lebas MJ等[2]火成巖分類標(biāo)準(zhǔn)，礦區(qū)玄武巖為亞堿性玄武巖，具有明顯的高鐵(FeOT＞10%)、低堿(Na2O+K2O≈4)特征。Mg#范圍為0.32～0.34，而原始巖漿的Mg#范圍明顯集中在0.63～0.70[3]，可以看出黑波羅礦區(qū)玄武巖樣品的Mg#明顯偏低，代表經(jīng)歷一定的分異過程。

圖3 玄武巖礦區(qū)地質(zhì)圖

圖4 輝石玄武巖的斑晶及基質(zhì)

圖5 輝石玄武巖的杏仁體

3.3.3 礦石的物理性能

黑波羅礦區(qū)玄武巖的物性測試是依據(jù)公路集料進(jìn)行的測試，對(duì)礦區(qū)30件玄武巖礦石進(jìn)行小體積質(zhì)量測定、69組樣品進(jìn)行烘干、飽和巖石抗壓強(qiáng)度力學(xué)試驗(yàn)樣、8組樣品進(jìn)行天然抗壓強(qiáng)度力學(xué)試驗(yàn)、16組樣品進(jìn)行天然抗剪強(qiáng)度測定，其各項(xiàng)物理力學(xué)性能指標(biāo)均符合建筑用玄武巖(公路瀝青路面用粗集料)質(zhì)量指標(biāo)要求(表3)。

4 礦床成因探討

目前，峨眉山玄武巖的成因在學(xué)術(shù)界現(xiàn)已取得相對(duì)一致的認(rèn)識(shí)。在20世紀(jì)八九十年代，峨眉山玄武巖以裂谷成因?yàn)橹鲗?dǎo)[4-5]，而隨著近年來的研究逐漸深入，地幔柱成因已成為主流觀點(diǎn)[6-8]。由于地幔柱的上涌使地表在幾百萬年之內(nèi)發(fā)生千米級(jí)的隆升，如果地幔柱發(fā)生在一個(gè)淺海相的沉積盆地環(huán)境，上覆地層會(huì)因抬升而遭受差異剝蝕和玄武巖的差異噴發(fā)及裂谷盆地的形成[9]。位于康滇古陸東緣的雷波區(qū)域，其玄武巖的噴發(fā)與康滇裂谷帶有著密切的聯(lián)系，區(qū)域內(nèi)第一組南北向斷裂，主要分布在康滇隆起帶上，以安寧河斷裂、甘洛—小江斷裂和磨盤山—綠汁江斷裂為代表；第二組北東向斷裂，包括西部的小金河斷裂、箐河—程海斷裂，東南部的彌勒斷裂，這些古斷裂構(gòu)造是峨眉山玄武巖漿的主要噴溢通道，這與沿著這些古斷裂玄武巖分布厚度較厚相一致。根據(jù)黑波羅礦區(qū)出露玄武巖巖石類型、組構(gòu)及分布特征，主要為噴溢—溢流相，無爆發(fā)角礫巖相，玄武巖具有柱狀節(jié)理發(fā)育、斑狀結(jié)構(gòu)、氣孔狀(杏仁狀結(jié)構(gòu))等特點(diǎn)，經(jīng)歷結(jié)晶分異過程特征，可以解釋為距強(qiáng)烈噴發(fā)中心較遠(yuǎn)的攀西裂谷邊緣相帶。因此，該礦床成因類型應(yīng)該為陸相火山噴發(fā)型玄武巖礦床。

表1 黑波羅礦區(qū)玄武巖礦化學(xué)全分析結(jié)果 (單位：%)

表2 黑波羅礦區(qū)玄武巖礦部分化學(xué)分析結(jié)果(單位：%)

5 礦床開發(fā)利用前景

玄武巖具有廣泛的用途，主要用于建筑石料，還可用于玄武巖纖維和鑄石的原料。

5.1 建筑用玄武巖

據(jù)JTGF40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》，黑波羅礦區(qū)玄武巖礦石各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合公路瀝青路面用粗集料的原料要求。同時(shí)礦區(qū)處在西部大成都經(jīng)濟(jì)發(fā)展圈內(nèi)，要進(jìn)行包括高速公路、高速鐵路、城市道路改造以及民用建筑等工程建設(shè)，這就需要大量優(yōu)質(zhì)的碎石料及人工砂，由于玄武巖礦石質(zhì)量優(yōu)越于其它巖石類的性能，故黑波羅礦區(qū)玄武巖礦石在該市場上的需求量很大，具有較大的開發(fā)利用價(jià)值。

表3 礦石物性測試結(jié)果

5.2 玻璃纖維用玄武巖

玄武巖纖維是一種以天然玄武巖拉制而成的無機(jī)非金屬材料，主要包括普通棉、超細(xì)棉和連續(xù)玄武巖纖維等種類[13]。整體而言，玄武巖玻璃纖維核心工藝技術(shù)是礦石熔融、拉絲[14]，而玄武巖要成功拉絲，需滿足一定的化學(xué)成分要求[15-17]，根據(jù)國內(nèi)幾家玄武巖纖維廠數(shù)據(jù)對(duì)比顯示，黑波羅礦區(qū)玄武巖化學(xué)成分滿足各廠家生產(chǎn)用玄武巖化學(xué)指標(biāo)，可作為玻璃纖維用玄武巖，建議進(jìn)一步進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)試驗(yàn)。

5.3 其他用途探討

作為鑄石原料的玄武巖化學(xué)組分可有較寬的變化范圍，但物理性質(zhì)要求結(jié)構(gòu)均勻、未風(fēng)化，礦物粒度越細(xì)越好，不含或少含斑晶[10-11]。黑波羅礦區(qū)玄武巖在化學(xué)成分上除MgO含量略低外，都符合鑄石用玄武巖技術(shù)指標(biāo)(表4)，但在物理性質(zhì)上出露地表礦石風(fēng)化程度較高，且斑晶粒度0.3～10mm，故不適合作為鑄石用玄武巖。

黑波羅礦區(qū)玄武巖的主要成分與粘土相似[10]，據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(DZ/T0213-2002)中水泥配料用粘土一般工業(yè)指標(biāo)要求(表5)，黑波羅礦區(qū)玄武巖硅酸率不足，MgO含量高，堿含量略高，且物性指標(biāo)上無塑性，硬度高，研磨性難與灰?guī)r匹配，故不適合作為水泥配料用玄武巖。

6 結(jié)論

(1)根據(jù)黑波羅礦區(qū)出露玄武巖巖石類型、組構(gòu)及分布特征，主要為噴溢—溢流相，無爆發(fā)角礫巖相，玄武巖具有柱狀節(jié)理發(fā)育、斑狀結(jié)構(gòu)、氣孔狀(杏仁狀結(jié)構(gòu))等特點(diǎn)，經(jīng)歷結(jié)晶分異過程特征，可以解釋為距強(qiáng)烈噴發(fā)中心較遠(yuǎn)的攀西裂谷邊緣相帶，礦床成因類型應(yīng)屬陸相火山噴發(fā)玄武巖礦床。

表4 鑄石用玄武巖化學(xué)成分對(duì)比 (單位：%)

表5 水泥配料用玄武巖化學(xué)成分對(duì)比 (單位：%)

(2)礦區(qū)開拓境界內(nèi)資源量(332)+(333)1 510.2萬m3，達(dá)中型礦山規(guī)模，礦山總剝采比0.01∶1，開采技術(shù)條件良好。

(3)礦石質(zhì)量滿足國內(nèi)建筑用玄武巖、玻璃纖維用玄武巖的指標(biāo)要求，礦石經(jīng)濟(jì)價(jià)值好，礦床開發(fā)利用價(jià)值較高，應(yīng)用前景廣闊?？紤]到礦區(qū)位于川滇交界、西部大成都經(jīng)濟(jì)發(fā)展圈內(nèi)，在道路、鐵路及民用建筑建設(shè)領(lǐng)域具有廣大的市場需求，建議短期內(nèi)以建筑用玄武巖為主，以最短的時(shí)間帶動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展，同時(shí)注重產(chǎn)品的深度開發(fā)利用，探索玻璃纖維用玄武巖，實(shí)現(xiàn)從原材料初級(jí)產(chǎn)品向高科技、高附加值產(chǎn)品跨越。

(4)通過與鑄石原料、水泥配料等的質(zhì)量要求對(duì)比，黑波羅礦區(qū)玄武巖不符合要求，故不適合作為鑄石用、水泥配料用玄武巖。