邢臺岳溝一帶石榴子石礦地質(zhì)特征及開采技術(shù)條件

李博文，田 賀，李艷杰，王 政，王立考，王志剛

(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心河北總隊(duì)，河北 保定 071000)

石榴子石作為鋁硅酸鹽礦物，在自然界中有多種類質(zhì)同象系列礦物。特別是鐵鋁榴石，硬度大、熔點(diǎn)高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、抗腐蝕性強(qiáng)，被廣泛用于研磨材料如研磨光學(xué)儀器、電子元件、玻璃和陶瓷制品，拋光軟金屬制作的零件，清潔機(jī)械運(yùn)輸設(shè)備表面的油污，磨削打光木器家具、橡膠、皮革、塑料等產(chǎn)品。用于建筑機(jī)場跑道、高速公路防滑路面和制造高鐵水泥及噴砂、過濾等行業(yè)。

河北省邢臺市西部山區(qū)的石榴子石礦產(chǎn)資源豐富，礦石含礦率也較高，已有多家采選廠，主要加工8～320目各種規(guī)格的礦砂，供國內(nèi)用作研磨材料，部分產(chǎn)品出口日本。用于建造高速公路和飛機(jī)跑道、停車場等，超細(xì)目礦砂及其系列產(chǎn)品已成為礦砂市場的搶手貨。已有礦山外圍工作程度低，僅在堯字溝一帶進(jìn)行過普查工作。為了摸清岳溝一帶地質(zhì)條件，本文通過填圖、探槽、取樣等工作，并結(jié)合相關(guān)地質(zhì)調(diào)查成果，對該礦區(qū)礦床地質(zhì)特征及開采技術(shù)條件進(jìn)行分析，為后期礦山開采提供參考依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

區(qū)域所處一級大地構(gòu)造單元為柴達(dá)木—華北板塊，二級構(gòu)造單元為華北陸塊，三級構(gòu)造單元為冀西—冀南微陸塊，四級構(gòu)造單元為白岸—衡水構(gòu)造帶及冀南斷塊[1](圖1)，主要出露有太古界贊皇群、元古界長城系、古生界寒武系、奧陶系、新生界第四系[2]。其中太古界贊皇群放甲鋪組下段為石榴子石礦賦存層位。

圖1 大地構(gòu)造單元圖

區(qū)域構(gòu)造主要以斷裂為主，未發(fā)現(xiàn)較大的褶皺，僅在局部見有次級小褶皺。斷裂以北西、北北西向和北東向兩組較發(fā)育，局部偶見橫向斷裂。區(qū)域內(nèi)巖漿活動(dòng)不強(qiáng)烈，僅見細(xì)小巖脈出露。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地層

礦區(qū)出露地層主要為太古界贊皇群放甲鋪組中段(Arf2)、下段(Arf1)及第四系(圖2)。

圖2 礦區(qū)地質(zhì)簡圖

放甲鋪組下段(Arf1)近南北向分布于礦區(qū)內(nèi)大部分地區(qū)，出露不全，僅為上部巖層。巖性為二長片麻巖、黑云斜長片麻巖、斜長角閃巖、含石榴斜長角閃巖、石榴斜長角閃巖、含石榴黑云角閃斜長片麻巖、石榴角閃斜長片麻巖。局部見藍(lán)晶石。其中斜長角閃巖為一巨大牛角狀透鏡體，內(nèi)普遍含石榴子石，呈南北向分布于放甲鋪組下段地層中。北部尖滅于黑垴村村北，南部經(jīng)衛(wèi)魯藍(lán)晶石礦、堯子溝石榴子石礦延伸至圖幅以外的東寺、小河一帶。下段巖層厚度＞1 000m。

放甲鋪組中段(Arf2)分布于圖幅西北角。巖性主要為黑云斜長片麻巖和含角閃黑云斜長片麻巖，夾花崗片麻巖、黑云二長片麻巖和斜長角閃巖。

第四系全新統(tǒng)主要分布在沖溝及山腳下。上部為黃色黃土狀亞粘土、亞砂土，河床內(nèi)為中細(xì)砂。中下部為中粗砂、粗砂、礫石。底部為灰黑色亞粘土。

2.2 礦區(qū)構(gòu)造及巖漿巖

區(qū)內(nèi)構(gòu)造較為簡單，巖層均呈單斜產(chǎn)出。巖層傾向245～292°，傾角31～49°。區(qū)內(nèi)偶爾可見小型揉褶，未見斷裂等其他構(gòu)造。未見巖漿巖出露。

3 礦床特征

3.1 礦體形態(tài)及規(guī)模

礦體賦存于太古界贊皇群放甲鋪組下段(Arf1)地層中，含礦層巖性為石榴斜長角閃巖、石榴角閃斜長片麻巖，巖層穩(wěn)定性好，走向、傾向變化不大[2]。礦區(qū)內(nèi)共圈定礦體10個(gè)(表1)，各礦體呈似層狀、透鏡狀，產(chǎn)狀260～285°∠38～45°，走向多為近南北向，局部略有彎曲，K4、K6、K10走向北東—南西向。礦體走向延伸最長的是K6，為1 555m，最短的是K1，為194m。礦體平均厚度最大的是K1，為23.75m，平均厚度最小的是K4，為4.46m。K5、K7、K8、K9礦體的礦石類型為石榴斜長角閃巖型，平均含礦率12.25%～16.48%；K1、K2、K3、K4、K6、K10為石榴角閃斜長片麻巖型，平均含礦率12.11%～14.37%。礦體圍巖為斜長角閃巖、含石榴斜長角閃巖，圍巖與礦體巖性一致，為含石榴斜長角閃巖、斜長角閃巖，只是石榴子石含量偏低(＜10%)，礦體與圍巖呈漸變關(guān)系。

表1 岳溝石榴子石礦區(qū)礦體特征一覽表

3.2 礦石類型

礦石自然類型有石榴斜長角閃巖型和石榴角閃斜長片麻巖型兩種類型(圖3)。

圖3 石榴子石礦自然類型

石榴斜長角閃巖型：巖石呈灰紅、黑紅色，柱粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成分有斜長石20%～40%，他形粒狀，粒徑0.1～1mm，集中分布，聚片雙晶發(fā)育，由于受力的作用，有時(shí)雙晶發(fā)生彎曲，具輕微的絹云母化和鈉黝簾石化；角閃石40%～60%，半自形、他形柱粒狀，粒徑0.3～1mm，角閃石式解理完全，顆粒內(nèi)有石英斜長石包裹體，有向黑云母過渡跡象；石榴子石一般15%左右，局部含量高達(dá)40%，為鐵鋁榴石，酒紅色、褐紅色，粒狀，粒徑0.3～7mm，具規(guī)則的多邊形輪廓；石英5%～10%，多分布于石榴子石顆粒內(nèi)；黑云母3%～5%，與角閃石相毗鄰。角閃石、斜長石和石榴子石各自集中分布，相間排列，略具定向性。

石榴角閃斜長片麻巖型：巖石呈灰紅色，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，主要礦物成分有斜長石30%～50%，半自形、他形柱粒狀，粒徑0.05～4mm，聚片雙晶發(fā)育，大顆粒中包裹有石英小顆粒，具輕微鈉黝簾石化和絹云母化；石英10%～15%，他形粒狀，粒徑0.3～0.5mm，由于受力的作用，大顆粒裂紋發(fā)育；黑云母10%～15%，片狀，片徑0.1～1mm，可見片理彎曲現(xiàn)象，大致定向分布；角閃石15%～20%，半自形、他形柱狀，粒徑0.3～1mm，角閃石式解理完全；石榴子石15%～20%，局部含量高達(dá)40%，為鐵鋁榴石，等軸粒狀，粒徑0.3～5mm，顆粒內(nèi)充有石英、赤鐵礦小晶體，具黑云母鑲邊。片狀黑云母和板柱狀角閃石定向排列。

3.3 礦石質(zhì)量

根據(jù)石榴子石化學(xué)分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表2)，SiO2含量44.58%～47.99%，平均45.48%；Al2O3含量17.05%～18.61%，平均17.67%；Fe2O3含量24.84%～33.44%，平 均30.25%；TiO2含 量1.06%～0.74%，平 均0.92%；CaO含量2.88%～4.10%，平均3.33%；Mn3O4含量0.24%～0.64%，平均0.40%；FeO含量19.32%～28.30%，平 均25.20%。其 中SiO2+Al2O3+FeO=85.16%～90.75%，說明石榴石為鐵鋁榴石類型[3-4]。

表2 化學(xué)分析結(jié)果表

對10個(gè)礦體64件樣品含礦率的統(tǒng)計(jì)分析，樣品最高含礦率為40.80%，最低含礦率為8.40%，含礦率主要集中在10%～20%區(qū)間內(nèi)，含礦率較穩(wěn)定，平均含礦率為14.56%。含礦率8%～10%的樣品4件，占6%；含礦率10%～20%的樣品47件，占73%；含礦率20%～30%的樣品11件，占17%；含礦率30%～40%的樣品和含礦率＞40%的樣品各1件，各占2%。

4 礦床開采技術(shù)條件

4.1 水文地質(zhì)

礦區(qū)含水層主要包括第四系孔隙含水層、基巖風(fēng)化裂隙含水層、構(gòu)造裂隙含水層以及隔水層[5]。大氣降水為礦區(qū)地下水的主要補(bǔ)給來源，此外還有少部分接受基巖風(fēng)化裂隙水和第四系孔隙水的補(bǔ)給。礦區(qū)內(nèi)礦體標(biāo)高均位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面之上，地形有利于自然排水。礦床充水因素主要為大氣降水，降水的性質(zhì)、強(qiáng)度、連續(xù)時(shí)間對地下水位變幅、地表水流量變化影響較大。但大氣降水受季節(jié)因素影響，對礦床充水因素的影響會(huì)因季節(jié)變化而變化[6]。礦區(qū)水文地質(zhì)類型屬裸露型大氣降水補(bǔ)給的以裂隙為主的充水礦床。主要含水層受地形影響，含水性較弱，水文地質(zhì)勘查類型屬簡單型。

4.2 工程地質(zhì)條件

礦區(qū)屬于低山丘陵較穩(wěn)定工程地質(zhì)區(qū)，根據(jù)出露的巖性及工程地質(zhì)特征，可將礦區(qū)內(nèi)巖層劃分為軟弱第四系松散巖組、軟弱基巖風(fēng)化巖組和堅(jiān)硬變質(zhì)巖巖組[7]。

礦體與圍巖巖性一致，礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造較為簡單，偶爾可見小型揉褶，未見斷裂等其他構(gòu)造。礦區(qū)內(nèi)地形地貌條件簡單，風(fēng)化作用中等，礦區(qū)工程地質(zhì)條件較簡單。

4.3 環(huán)境地質(zhì)

地表調(diào)查過程中，未見現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，未來開采過程中應(yīng)嚴(yán)格按照開采方案進(jìn)行，避免崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生[8-9]。礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件中等，屬地質(zhì)環(huán)境類型二類。

5 結(jié)論

(1)太古界贊皇群放甲鋪組下段(Arf1)為礦體主要賦存層位，礦體呈似層狀、透鏡狀，礦層穩(wěn)定性好，平均厚度約10m，礦體走向多為近南北向，傾向上變化不大，礦體含礦率穩(wěn)定，平均含礦率14.56%。

(2)贊皇巖群放甲鋪組是尋找石榴子石礦的重要層位。石榴斜長角閃巖、石榴角閃斜長片麻巖可以作為直接找礦標(biāo)志。

(3)礦區(qū)水文地質(zhì)和工程地質(zhì)條件較簡單，環(huán)境地質(zhì)條件中等，為Ⅱ-3型[10]。礦山開發(fā)不存在大的水文、工程和環(huán)境等方面的隱患，潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值可觀，具有廣闊的開發(fā)利用前景。