河南南召五峰頂飾面用大理巖礦床地質(zhì)特征及綜合利用

劉 坤，王 璽，黃丹峰,2，柴建玉

(1.河南省地質(zhì)調(diào)查院，河南 鄭州 450001；2.河南省金屬礦產(chǎn)成礦地質(zhì)過程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450001)

大理巖是由灰?guī)r、白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r等碳酸鹽巖經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用或接觸交代變質(zhì)作用而形成[1-2]。隨著建筑裝飾行業(yè)的發(fā)展，飾面用大理巖石材發(fā)展前景十分廣闊[3-5]。

東秦嶺造山帶為華北陸塊與揚(yáng)子陸塊之間重要拼貼帶，其成礦地質(zhì)條件十分優(yōu)越[6-8]。近年來在東秦嶺造山帶發(fā)現(xiàn)了五峰頂飾面用大理巖礦床，經(jīng)勘查評(píng)價(jià)該礦床飾面用大理巖礦石量960.07×104m3，荒料量336.80×104m3。本文以五峰頂飾面用大理巖礦床地質(zhì)勘查成果為基礎(chǔ)，對(duì)礦區(qū)地質(zhì)特征、礦石物理性能、綜合利用等方面進(jìn)行分析探討，為該地區(qū)后續(xù)找礦與勘查工作提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

五峰頂飾面用大理巖礦床大地構(gòu)造位置處于秦嶺造山帶北秦嶺弧盆系二郎坪早古生代島弧帶(圖1)，變形變質(zhì)與巖漿活動(dòng)較為強(qiáng)烈。

圖1 五峰頂飾面用大理巖礦區(qū)大地構(gòu)造位置簡(jiǎn)圖(據(jù)文獻(xiàn)[9]修改)

區(qū)域上出露地層單元主要為下古生界二郎坪群大廟組(Pz1d)、火神廟組(Pz1h)與小寨組(Pz1x)，以及上三疊統(tǒng)太山廟組(T3t)。大廟組主要巖石類型為大理巖、黑云石英片巖等，原巖主要為灰?guī)r、石英砂巖、泥質(zhì)粉砂巖等，屬濱?！獪\海沉積，為含礦層位。火神廟組主要巖石類型為細(xì)碧質(zhì)凝灰礫巖、細(xì)碧巖、石英角斑巖等，具典型海底火山強(qiáng)烈噴發(fā)、噴溢活動(dòng)沉積特征。小寨組主要巖石類型為黑云斜長(zhǎng)片巖、黑云石英片巖等，以含堇青石、紅柱石、十字石等變質(zhì)礦物為特征，為典型的深水復(fù)理石沉積建造。太山廟組主要巖石類型為礫巖、長(zhǎng)石石英砂巖、粉砂質(zhì)泥巖等，其自下而上碎屑粒度由粗變細(xì)，正粒序?qū)永砻黠@，為一個(gè)較大的沉積旋回(表1)。

表1 五峰頂飾面用大理巖礦區(qū)域地層簡(jiǎn)表

區(qū)域主構(gòu)造線方向?yàn)楸蔽飨?，斷裂不發(fā)育，其走向以北西向?yàn)橹?，傾向多在200°～240°，傾角多在45°～75°。由于板山坪閃長(zhǎng)巖體與五朵山花崗巖體的侵入，致使區(qū)域構(gòu)造形態(tài)相對(duì)復(fù)雜，整體表現(xiàn)為以大廟組為核部，火神廟組為兩翼，軸面向北東方向傾斜的復(fù)式背斜構(gòu)造。

區(qū)域上主要侵入巖為北部的板山坪閃長(zhǎng)巖體與南部的五朵山花崗巖體。板山坪巖體主要巖石類型為閃長(zhǎng)巖、英云閃長(zhǎng)巖等，侵位時(shí)代為496～486Ma，與揚(yáng)子陸塊向華北陸塊之下俯沖事件密切相關(guān)，形成于板塊碰撞初期階段[10]。五朵山巖體主要巖石類型為黑云母二長(zhǎng)花崗巖，成巖物質(zhì)來源于地殼[11]，侵位時(shí)代為448～432Ma，形成于陸陸碰撞所導(dǎo)致的陸殼加厚環(huán)境[11-12]。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

礦區(qū)內(nèi)出露地層為下古生界二郎坪群大廟組(Pz1d)，其沿主構(gòu)造線方向展布，呈單斜產(chǎn)出，產(chǎn)狀整體向南西方向陡傾。自下而上(自北東向南西)劃分為4個(gè)巖性段(圖2)。

圖2 五峰頂飾面用大理巖礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

大廟組第一巖性段(Pz1d1)分布于礦區(qū)北東部，巖石類型為灰色條紋狀中細(xì)粒石英大理巖；大廟組第二巖性段(Pz1d2)分布于礦區(qū)中北部，巖石類型為灰黃色變石英角斑巖；大廟組第三巖性段(Pz1d3)分布于礦區(qū)中南部，巖石類型為淺灰白色厚層狀粗中粒大理巖與淺灰紅色條紋條帶狀中細(xì)粒石英大理巖互層，該巖性段中淺灰紅色條紋條帶狀中細(xì)粒石英大理巖即為飾面用大理巖礦賦礦母巖；大廟組第四巖性段(Pz1d4)分布于礦區(qū)南西側(cè)，巖石類型為灰黃色變石英角斑巖，與大理巖之間表現(xiàn)為整合接觸關(guān)系。

礦區(qū)內(nèi)巖層呈單斜產(chǎn)出，走向北西，傾向約200°～240°，傾角較陡，約55°～75°，局部近直立。礦區(qū)內(nèi)斷裂與巖脈不發(fā)育，偶見輝綠巖脈、閃長(zhǎng)巖脈等。巖脈寬約0.5～1m，多呈順層狀產(chǎn)出。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

五峰頂飾面用大理巖礦體賦存于下古生界二郎坪群大廟組第三巖性段(Pz1d3)大理巖中，主要巖石類型為淺灰紅色條紋條帶狀中細(xì)粒石英大理巖。礦體內(nèi)節(jié)理不發(fā)育，偶見輝綠巖脈。礦體圍巖主要巖石類型為淺灰紅色劈理化中細(xì)粒石英大理巖與淺灰白色厚層狀粗中粒大理巖，圍巖較礦體相對(duì)破碎，且灰白色大理巖花色與礦體差異較大。

礦體呈似層狀產(chǎn)出，形態(tài)規(guī)則，連續(xù)性好，厚度穩(wěn)定。礦體產(chǎn)狀向南西方向陡傾，傾向207°～236°，傾角62°～79°，平均產(chǎn)狀222°∠73°。礦體沿走向長(zhǎng)約950m，工程控制最大垂深203.36m，工程控制最大斜深228.71m，真厚度29.35～130.76m，平均厚度83.46m，厚度變化系數(shù)40.18%(圖3)。

圖3 五峰頂飾面用大理巖礦區(qū)Ⅱ00勘探線示意圖

礦區(qū)范圍內(nèi)估算飾面用大理巖礦控制資源量578.81×104m3，荒料量203.05×104m3，推斷資源量381.26×104m3，荒料量133.75×104m3。

3.2 礦石特征

(1)礦石物質(zhì)組成。

五峰頂飾面用大理巖礦石主要巖石類型為淺灰紅色條紋條帶狀中細(xì)粒石英大理巖。主要礦物為方解石，含量約95%；次要礦物為石英，含量約5%；微量礦物黃鐵礦，含量小于1%(圖4)。礦石具粒狀變晶結(jié)構(gòu)，條紋條帶狀、厚層狀構(gòu)造，定向構(gòu)造。方解石遇稀鹽酸劇烈起泡，茜素紅染色顯紅色，變晶粒狀，多數(shù)粒徑在1～2mm，相鄰顆粒間呈齒狀鑲嵌結(jié)合，長(zhǎng)軸大致定向排列。石英變晶粒狀，粒徑在0.03～0.06mm，零散分布在方解石間。黃鐵礦微量，半自形粒狀，粒徑在0.02～0.06mm，零星分布。

圖4 五峰頂?shù)V區(qū)飾面用大理巖礦石照片

(2)礦石化學(xué)組分。

化學(xué)組分是研究礦石利用價(jià)值的基礎(chǔ)，也決定著礦石的性質(zhì)與用途[3](表2)。礦石SiO2含量 為0.75%～2.96%，平 均1.73%；Al2O3含 量為0.29%～1.35%，平 均0.81%；Fe2O3含 量為0.21%～0.56%，平 均0.34%；CaO含 量 為53.00%～54.75%，平 均53.94%；MgO含 量 為0.37%～0.61%，平均0.49%；MnO含量為0.02%～ 0.05%，平均0.03%。整體而言，礦石化學(xué)組分均一，雜質(zhì)含量較少，CaO含量較高，化學(xué)成分差異與組分含量變化對(duì)飾面用大理巖礦質(zhì)量基本無影響。

表2 五峰頂飾面用大理巖礦石化學(xué)分析結(jié)果一覽表(單位：%)

(3)礦石物理性能。

物理性能是檢驗(yàn)大理石類飾面石材質(zhì)量的核心指標(biāo)(表3)。礦石體積密度為2.7g/cm3；吸水率為0.08%～0.09%，平均0.09%；干燥壓縮強(qiáng)度為77～83MPa，平均79MPa；水飽和壓縮強(qiáng)度為71～78MPa，平均74MPa；干燥彎曲強(qiáng)度為12.4～13.5MPa，平均13.0MPa；水飽和彎曲強(qiáng)度為11.8～13.1MPa，平均12.6MPa；耐磨性為12 (l/cm3)。由此，礦石滿足方解石大理石類飾面石材物理性能一般要求。

表3 五峰頂飾面用大理巖礦石物理性能一覽表

(4)礦石放射性。

天然大理石石材含有少量天然放射性核素，因此可能具有一定的放射性[3](表4)。礦石內(nèi)照射指數(shù)IRa=0.0，外照射指數(shù)Iγ=0.1，達(dá)到A類裝飾裝修材料要求。

表4 五峰頂飾面用大理巖礦石放射性水平一覽表

4 礦石加工技術(shù)性能

五峰頂?shù)V山現(xiàn)已開采，加工生產(chǎn)“晚霞紅”飾面用大理巖礦(圖5)。礦山利用串珠鋸將巨型荒料(規(guī)格6m×4m×2m)從礦體中分割而出，若該荒料花色純正、質(zhì)地均勻、塊度完整，則直接用于生產(chǎn)觀賞石。若荒料完整度較差，則沿裂隙面進(jìn)行分割整型，切割成為標(biāo)準(zhǔn)六面體。之后運(yùn)輸至加工廠，切割為板材，根據(jù)市場(chǎng)需求加工為最終成品。

圖5 “晚霞紅”板材產(chǎn)品照片

為進(jìn)一步查明礦石加工技術(shù)性能，選取5塊飾面用大理巖荒料(規(guī)格2m×0.8m×1.6m)進(jìn)行鋸、切、磨等加工工藝測(cè)試(表5)。光澤度78°～83°，平均81°；板材率(厚2cm)27.50%～32.50%，平均29.75%，達(dá)到飾面石材質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。此外，礦石在加工切割過程中無斷角、崩邊現(xiàn)象，在拋光磨光過程中無斷裂、裂紋現(xiàn)象[13-14]。

表5 五峰頂飾面用大理巖礦石加工技術(shù)性能指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

5 礦石綜合利用

五峰頂飾面用大理巖礦床綜合利用部分為飾面石材不成荒廢渣與礦體圍巖，按照綠色礦山建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，需對(duì)其用途進(jìn)行研究[15-16]。飾面石材不成荒廢渣巖石類型與礦體一致，為淺灰紅色中細(xì)粒石英大理巖。礦體圍巖主要巖石類型為淺灰白色粗中粒大理巖與淺灰紅色劈理化中細(xì)粒石英大理巖。本文對(duì)綜合利用部分中淺灰紅色石英大理巖作為建筑石料(表6)，以及淺灰白色大理巖作為方解石礦的可行性進(jìn)行探討(表7)。

表6 五峰頂?shù)V區(qū)淺灰紅色石英大理巖建筑石料質(zhì)量指標(biāo)測(cè)定結(jié)果一覽表

表7 五峰頂?shù)V區(qū)淺灰白色大理巖化學(xué)分析結(jié)果一覽表

淺灰紅色石英大理巖抗壓強(qiáng)度為62～70MPa，平均67MPa；堅(jiān)固性為3%～6%，平均5%；碎石壓碎指標(biāo)為15%～19%，平均17%；硫酸鹽及硫化物為0.0%～0.3%，平均0.2%，堿集料反應(yīng)為0.01%～0.05%，平均0.03%。由此，礦區(qū)淺灰紅色石英大理巖礦石質(zhì)量達(dá)到Ⅱ類建筑石料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

淺灰白色大理巖礦石SiO2含量為0.16%～0.90%，平 均0.48%；Al2O3含 量 為0.07%～0.39%，平 均0.18%；Fe2O3含量為0.05%～0.10%，平均0.08%；MgO含 量 為0.30%～0.49%，平 均0.40%；MnO含 量 為0.003%～0.036%，平 均0.018%；CaO含量 為，55.37%～56.00%，平 均55.58%；白 度 為87.1～93.6，平均90.5。因此，礦區(qū)淺灰白色大理巖達(dá)到了一般重質(zhì)碳酸鈣工業(yè)指標(biāo)。

6 結(jié)論

(1)礦床賦礦母巖為下古生界二郎坪群大廟組第三巖性段淺灰紅色大理巖，礦石類型為淺灰紅色條紋條帶狀中細(xì)粒石英大理巖，花色為“晚霞紅”；礦區(qū)探獲飾面用大理巖礦石量960.07×104m3，荒料量336.80×104m3。

(2)礦石體積密度平均為2.70g/cm3，吸水率平均為0.09%，干燥壓縮強(qiáng)度平均為79MPa，水飽和壓縮強(qiáng)度平均為74MPa，干燥彎曲強(qiáng)度平均為13.0MPa，水飽和彎曲強(qiáng)度平均為12.6MPa，耐磨性平均為12 (l/cm3)，光澤度平均為81，板材率平均為29.75%，礦石滿足方解石大理石類飾面石材物理性能一般要求。

(3)礦床不成荒廢渣與圍巖可綜合利用，其中淺灰紅色石英大理巖達(dá)到Ⅱ類建筑石料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，淺灰白色大理巖達(dá)到了一般重質(zhì)碳酸鈣工業(yè)指標(biāo)。