宿州市老寨山輝綠巖礦特征及開發(fā)利用評價

孫玉倩，尚德鋒

(安徽省地質礦產勘查局325地質隊，安徽 淮北 235000)

安徽省宿州市老寨山輝綠巖礦位于淮北平原北部，所處大地構造位置為華北陸臺山東臺背斜徐蚌凹褶帶東側的北段，濉寧～靈璧新華夏系構造區(qū)欄桿隆起帶。其兩側分別為時村沉降帶和支河沉降帶[1-2]。2009年安徽省地質礦產勘查局325地質隊在該礦區(qū)進行了輝綠巖飾面石材勘查，進一步查明了該期輝綠巖的巖石特征，尤其是作為飾面石材應用方面取得了較大的進展。

1 調查區(qū)地質特征

1.1 地層

本區(qū)出露地層主要有南華系震旦系上統(tǒng)史家組(Z2S)、震旦系上統(tǒng)望山組(Z2W)、震旦系上統(tǒng)溝后組(Z2g)，大部被第四系所掩蓋，從老到新地層單元特征。

(1)震旦系上統(tǒng)史家組(Z2S)：黃綠色、紫紅色含鐵質結核貝為主，夾少量薄層含海綠石石英砂巖。厚度大于137m。

(2)震旦系上統(tǒng)望山組(Z2W)：富含疊層石，燧石結核灰質白云巖及灰?guī)r，灰色薄-中薄層白云質灰?guī)r及泥質條帶灰?guī)r，薄層白云質灰?guī)r與黃綠鈣質貝巖互層；震旦系金山寨磚紅色中厚層含鐵質砂巖疊層石灰?guī)r，豆綠、紫紅色、黃色粉砂質貝巖，含礫石英砂巖，底為燧石礫巖。本組厚度大約423m。

(3)震旦系上統(tǒng)溝后組(Z2g)：頂部為含燧石結核灰質白云巖；下部為灰色薄層～中厚層灰質白云巖和含灰質白云巖，局部夾竹葉狀白云質灰?guī)r；下部以紫紅色、黃綠色頁巖為主，夾灰色薄層狀粘土質石英砂巖及灰質白云巖。厚110m。

西部邊緣有寒武系猴家山組中厚層豹皮狀白云質灰?guī)r，貝片狀泥灰?guī)r。砂質泥灰?guī)r，粉砂質灰?guī)r。饅頭組灰黃、灰紫色中薄層瘤狀泥質灰?guī)r及貝巖，中厚層豹皮狀灰?guī)r及肝紫色貝巖。毛莊組為灰、灰黃、灰紫色薄至中厚層灰?guī)r，生物碎屑灰?guī)r，灰貝巖，泥灰?guī)r。

1.2 構造

郯廬斷裂帶是我國東部一條大型的深斷裂帶[3-6]，其中徐宿老寨山地區(qū)處于其西側，大量的基性巖墻分布在郯廬斷裂帶的邊緣，并且和各種礦床的關系非常密切。

據蔡逸、張潔濤，等前人研究，由于徐宿老寨山地區(qū)是中國大陸比較古老的陸塊，受燕山運動的影響較突出，多以巖脈為主，常沿斷層或裂隙侵入。斷裂帶為巖漿活動上侵提供了有利的通道，又是容巖控礦空間。區(qū)內多種多樣的巖石其分布具有一定的規(guī)律性，且具有成群成帶分段集中的特點[7]。區(qū)內的輝綠巖類、正長斑巖類二大巖脈較為發(fā)育，且平行斷裂展布方向侵入。與淺層小規(guī)模巖漿有關的礦化較微弱，主要有磁鐵礦化、弱矽卡巖化、黃鐵礦化。

該區(qū)總體處于徐淮推覆體(徐宿弧)內，自新元古代青白口紀開始才全面接受地臺相沉積，形成穩(wěn)定的陸表淺海沉積組成了本區(qū)地臺蓋層的第一個構造層。

1.3 巖漿巖

本區(qū)巖漿巖主要為加里東期的老寨山基性侵入巖體，為輝綠巖巖體呈巖床狀侵入到震旦系望山組、史家組中(圖1)，巖床產狀傾向245°，傾角30°。巖石礦化強烈具明顯的矽卡巖化。另外還有零星分布的加里東期輝綠巖及燕山期輝綠巖、正長斑巖、石英二長巖等巖脈。

2 礦床地質特征

2.1 礦體地質特征

本區(qū)為中朝準地臺的南緣，以中-淺成侵入為主，巖體近南北向分布，被欄桿平移斷層截分為南、北兩段。北段為巖體的主體部分，斷續(xù)出露長達5km以上，向北延伸至江蘇境內，在老寨山至貓頭山一帶出露最大寬度1.6km，平均寬約0.8km，主巖體旁側又有脈狀體平行分布，巖體南段的南部又在大堂山一帶受金山寨平移斷層的切割，出露長度約1650m，寬約230m。

整個區(qū)域輝綠巖分布廣泛且出露地表(圖1)，巖體邊部及其過渡地帶主要為細-中粗粒輝綠巖，中心部位一般為粗粒輝長—輝綠巖及輝長巖(表1) 。

表1 徐宿地區(qū)白山-老寨山輝綠巖床相帶特證Tab 1.Zonation of Baishan-Laozhaishan Diabase Sill in Xu-Su Area

一般世界上輝綠巖床的上覆地層厚度大約在3km～6km[10]。而老寨山巖體上侵時上覆巖層厚度大致在0.05km～2km左右，前人測得老寨山巖體年齡為654.2Ma-706Ma[8]，這一年齡指示老寨山巖體形成于新元古代之后。

本區(qū)輝綠巖體即為花崗石飾面石材礦床，形態(tài)受輝綠巖體空間展布變化而變化，礦體呈一簡單的楔形體，形態(tài)較為規(guī)則，條帶狀延展，其延展長度約30km，寬約100m～300m，最寬處達到1.6km。礦體在區(qū)內的出露標高，最高為52.00m(絕對標高)。巖體上、下接觸面與圍巖產狀一致。接觸面產狀北西側，傾角14°，南東側傾向310°，傾角14°。在捕虜體和圍巖頂蓋中尚保留了巖層的原始形態(tài)。據野外實地勘查發(fā)現，其巖石具球形風化特征，風化面常見由斜長石集合體(多葡萄石化)組成的不規(guī)則的白色花斑。另一個顯著特征是具有一組與巖體及圍巖產狀相一致的原生節(jié)理。巖石次生變化較普遍，其中斜長石以葡萄石化為主，次為絹云母化、高嶺土化，輝石以綠簾石化為主，次為綠高嶺土化、綠泥石化。地表巖石在風化蝕變過程中輝石普遍脫鐵而成褐鐵礦或鐵綠泥石。

2.2 礦體圍巖

整個礦區(qū)被第四系覆蓋，表面主要為輝綠巖體及圍巖風化后的沖積和堆積物，侵入圍巖為震旦系上統(tǒng)史家組上部黃綠色頁巖和望山組灰?guī)r及條帶狀泥質白云質灰?guī)r，圍巖的巖性主要為泥、頁巖與白云質灰?guī)r互層，屬堅硬～半堅硬巖石類型。由于本區(qū)為順層侵入型巖體，在侵入過程中，受圍巖成分的影響，巖體與圍巖接觸帶有不同程度的礦化，由外向內依次表現為鉀長石化、鈉黝簾石化、綠泥石化，一般隨著遠離圍巖而減弱；后期表現為熱液順裂隙、節(jié)理侵染的方解石細脈。圍巖蝕變分布帶明顯，其顯現出的巖性有角巖化泥巖、大理巖化灰?guī)r、綠泥石化輝綠巖等。接觸帶見大理巖化及矽卡巖化。底板均為輝綠巖。

2.3 礦石質量

2.3.1 礦石結構、構造及礦物成分

該區(qū)礦石的結晶顆粒比較均勻且顏色均一，以灰綠-灰黑色為主，帶有黃色斑，風化后呈深棕色輝綠結構，多呈塊狀構造、粒狀構造，有少量的杏仁狀構造。主要礦物成分為斜長石，含量40%～55%；輝石，含量40%～55%；堿性長石，含量1%～8%；副礦物以磷灰石、石英(玉髓)為主，石英含量1%～3%、磷灰石<1%；見有少量的榍石及不透明礦物(磁鐵礦、鈦鐵礦)，榍石<1%、不透明的金屬礦物1%～5%不等。斜長石部分鈉黝簾石化、泥化；輝石綠泥石化、次閃石化。

本區(qū)礦石局部節(jié)理面發(fā)育。在平面上表現為三組裂隙，分為北北西向、近東西向和北東向。

北北西向裂隙為本區(qū)主要的裂隙，該裂隙組由3～5條次生裂隙組成，走向上基本平行，間距1m～3m；傾角72°～88°，平均85°左右，基本上垂直，計算時傾角影響可忽略不計。該組裂隙對成荒率影響不大。

近東西向裂隙由二條裂隙組成，基本平行，間距大于3m，呈斷續(xù)出現，且不發(fā)育。該組裂隙控制著本區(qū)荒料成荒率的尺寸大小。近東西向裂隙與北北東裂隙組成X型。二組節(jié)理裂隙代表了本區(qū)巖漿巖成巖時的應力方向。

北東向的裂隙，呈不規(guī)則出現，一般間距大于5m，該組裂隙無變化規(guī)律，隨機出現，局部密集出現，使總體成荒率比例略微降底。

2.3.2 試采荒料率(Hs)

取較大塊度的直角六面體礦石，塊度均大于1m3，可做為荒料的邊長不小于1.0m，通過試采而求得開采荒料率。礦區(qū)內的試采點數量2個，采出礦石的體積均大于50m3。

根據采坑中試采的統(tǒng)計資料，統(tǒng)計成荒率一般在19%～23%之間，采用炮采略低于19%，采用機采略大于23%；平均成荒率為21.6%。

2.3.3 礦石物理性能

(1)耐磨率：根據鄰近大理石廠資料，大理石的耐磨率為93%左右，花崗石的強度均大于大理石，其耐磨率應大于93%。

(2)含水率：經徐州中國礦業(yè)大學巖層控制實驗室對抽取的五組礦石進行測定的結果(表2)來看，平均飽和吸水率為0.043%～0.048%之間，平均為0.045%。。

表2 礦石的物理性能飽和吸水率檢測統(tǒng)計表Tab 2.Statistics of Physic Property Saturation and Water Absorbency Testing of Ore

(3)抗折、抗壓強度：取樣三組，經試驗平均抗壓強度為112.93Mpa、平均抗折強度為14.85Mpa(表3)。

表3 礦石的物理力學性能檢測統(tǒng)計表Tab 3.Statistics of Physic Mechanics Property Testing of Ore

(4)對礦石采取小體重進行分析，平均比重為2.96。

(5)放射性強度評價：根據區(qū)域資料(安徽省地質礦產勘查局325地質隊欄桿區(qū)域調查報告)顯示加里東期的老寨山輝綠巖放射性強度較低，一般為4～7伽瑪，小于規(guī)范要求值。

2.3.4 礦石的化學成分

為對礦石的成分進行了解，共取樣8組，其化驗結果見表4。

表4 化學分析結果統(tǒng)計表Tab 4.Statistics of Chemical Analysis Result

2.3.5 荒料出材率

飾面石材礦荒料出材率是荒料經加工后所獲得的具有一定尺寸規(guī)格的拋光的板材面積，該區(qū)飾面石材為低～中擋板材，規(guī)范要求板材率不小于18m2/m3?，F行的板材厚度為2cm，實際厚度1.80cm～1.95cm之間，理論上每立方米的荒料出材率應在40m2/m3，但因受出材的規(guī)格、加工工藝和操作水平等其它因素的影響，實際出材率要小于理論出材率，根據采坑中所采的荒料，經山東省平邑縣石材加工廠加工，實際出材率在25m2～30m2/m3之間；平均為28m2/m3，其理論出材率與實際出出材率的比值應在70%左右，屬于比較優(yōu)質的中檔板材。

3 礦石開發(fā)利用及初步評價

輝綠巖是上等的建筑材料，可用于建筑石材或工藝石材，其中質地細粒者更是尤佳。與普通的花崗巖相比，輝綠巖破碎概率較低，極大的降低了加工耗費量，而且輝綠巖的板材致密度也比酸性的花崗巖高出一倍。近年來，人民的生活水平日益提高，對自身周邊環(huán)境的要求越來越高，越來越多的地區(qū)開始大量的舊城改造，因而對輝綠巖的需求逐年遞增。徐宿地區(qū)老寨山輝綠巖結構較細膩，從抗壓強度和抗折強度值來看，其硬度較高且吸水率低，粘附瀝青性能較好，巖石磨光度也強，是作為高品位室內外裝飾及工藝雕刻和高速公路路面集料的好輔料，又加上其出露多、埋藏淺、穩(wěn)定的賦存，礦脈的連續(xù)性好且長。從開采技術條件方面看，無論是水文地質條件還是工程地質條件都較簡單。其開發(fā)利用具有極大的應用前景及市場潛力。