湖南某水泥用石灰?guī)r礦地質(zhì)調(diào)查及資源評(píng)估

［摘要］在全球水泥需求持續(xù)增長(zhǎng)及環(huán)保法規(guī)的嚴(yán)格限制下，石灰?guī)r需求穩(wěn)步上升。湖南某礦區(qū)擁有豐富的石灰?guī)r資源，對(duì)滿足日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求至關(guān)重要。研究確定泥盆系中統(tǒng)棋梓橋組灰?guī)r段的D2q2-2、D2q2-3，通過深部鉆探、取樣測(cè)試等方法，了解地質(zhì)特征、礦石質(zhì)量、評(píng)估資源潛力。基于對(duì)石灰?guī)r礦進(jìn)行全面的地質(zhì)調(diào)查和資源評(píng)估，揭示該地區(qū)的石灰?guī)r礦潛力，有望為未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供良好的資源保障。

［關(guān)鍵詞］石灰?guī)r；石灰?guī)r礦地質(zhì)；地質(zhì)調(diào)查；資源評(píng)估

水泥用石灰?guī)r礦作為一種重要的工業(yè)原料，廣泛用于建筑、化工、環(huán)保等領(lǐng)域。湖南某水泥用石灰?guī)r礦位于湖南省新化縣境內(nèi)，是一處具有較大資源潛力的水泥用石灰?guī)r礦，通過對(duì)該礦區(qū)的地質(zhì)調(diào)查和資源評(píng)估，有助于更好地了解該地區(qū)的礦產(chǎn)資源狀況，為區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供支持[1]。該地區(qū)石灰?guī)r分布廣泛，主要賦存于寒武系地層中。石灰?guī)r層厚度較大，連續(xù)性好，巖石質(zhì)量良好，穩(wěn)定性高。且無明顯斷裂帶和火山巖活動(dòng)，地殼穩(wěn)定性較好，同時(shí)該地區(qū)水文條件簡(jiǎn)單，水源充沛，便于開采。

1 地質(zhì)特征

1.1 礦區(qū)地質(zhì)背景

礦區(qū)位于雪峰山褶皺帶內(nèi)，構(gòu)造形態(tài)以褶皺為主，斷裂次之。礦區(qū)地層結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，含有大量的泥巖、粉砂巖等軟弱巖層，易于發(fā)生滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。礦區(qū)內(nèi)地勢(shì)西高東低，南北高中部低，具有明顯的向斜特征。礦區(qū)北部為雪峰山隆起區(qū)，南部為雪峰山坳陷區(qū)，中部為雪峰山過渡帶。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，主要斷裂為F1逆沖斷裂和F2逆沖斷裂。該礦區(qū)石灰?guī)r儲(chǔ)量大，質(zhì)量好，主要成分為CaCO3，水泥原料性能良好。礦藏埋深在500～1500 m，呈層狀、似層狀產(chǎn)出，礦層厚度大，連續(xù)性好[2]。

1.2 礦區(qū)地層概況

區(qū)域地層由老至新，分布有上元古界板溪群、震旦系，古生界寒武系、奧陶系、志留系下統(tǒng)、泥盆系中、上統(tǒng)、石炭系、二疊系及中生界、新生界地層。其中以古生界地層分布最為廣泛，其次為上元古界地層，中、新生界地層只在局部有露頭。礦區(qū)石灰?guī)r地層形成于中生代，具體來說，是白堊紀(jì)至第三紀(jì)時(shí)期。這一時(shí)期的地層構(gòu)成了該地區(qū)石灰?guī)r礦的主要儲(chǔ)藏層。其巖石性質(zhì)穩(wěn)定，具有較高的硬度和較低的含水量。這種特性使得石灰?guī)r成為生產(chǎn)水泥的重要原料。礦區(qū)位于新華夏系一級(jí)構(gòu)造單元，其下伏地層為石炭系，東側(cè)為寒武系，西側(cè)為奧陶系。這種地質(zhì)構(gòu)造為石灰?guī)r礦的形成提供了必要條件。礦體形態(tài)為層狀，厚度較大，分布穩(wěn)定。這種礦體形態(tài)為大規(guī)模的開采提供了可能，礦區(qū)石灰?guī)r礦石質(zhì)量穩(wěn)定，化學(xué)成分和物理性能均符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[3]。這種礦石質(zhì)量使得生產(chǎn)出的水泥具有較高的強(qiáng)度和耐久性。礦區(qū)位于山區(qū)，地形復(fù)雜，交通不便。但該地區(qū)的氣候條件較為適宜，全年平均氣溫較高，有利于石灰?guī)r礦的開采和利用。

2 地質(zhì)調(diào)查

為更好地了解湖南石灰?guī)r礦的分布、質(zhì)量、儲(chǔ)量等情況，采用了地質(zhì)勘探、地球物理探測(cè)、遙感技術(shù)等多種方法進(jìn)行調(diào)查。結(jié)果顯示，新化縣擁有豐富的水泥用石灰?guī)r礦資源，該礦區(qū)石灰?guī)r礦質(zhì)量?jī)?yōu)良，適合大規(guī)模開采。礦床形成于中生代，由海相沉積而成。礦區(qū)石灰?guī)r礦石物理性質(zhì)良好，礦石的平均抗壓強(qiáng)度為15 MPa，抗折強(qiáng)度為10.2 MPa，具有較高耐磨性能。此外，礦石化學(xué)成分穩(wěn)定，主要含有SiO2、Al2O3、CaO、MgO等成分，其中CaO含量較高，超過了54%，是生產(chǎn)水泥的良好原料[4]。

2.1 地質(zhì)勘查

勘查礦區(qū)位于新化縣城北西20 km，屬湖南新化縣西河鎮(zhèn)所轄，面積0.4385 km2。經(jīng)地質(zhì)勘查發(fā)現(xiàn)，本石灰?guī)r礦床屬沉積礦床，礦體賦存于泥盆系中統(tǒng)棋梓橋組灰?guī)r段第二層（D2q2-2）及第三層（D2 q2-3），呈層狀產(chǎn)出，第二層（D2q2-2）CaO 平均含量為54.65%，MgO 平均含量0.29%，第三層（D2 q2-3）CaO 平均含量為53.58%，MgO平均含量0.26%。水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，工程地質(zhì)條件、環(huán)境地質(zhì)條件中等，開采技術(shù)條件類型屬Ⅱ類4 型[5，6]。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

礦區(qū)位于古臺(tái)山背斜之東翼與新化復(fù)式向斜之西翼的結(jié)合部位。古臺(tái)山背斜核部由板溪群組成，并有加里東—燕山期花崗巖體侵入。二疊系茅口組灰?guī)r則構(gòu)成新化復(fù)式向斜之核部。背、向斜之軸向在礦區(qū)內(nèi)均為NNE-SSW 向。礦區(qū)內(nèi)斷層甚為發(fā)育，可以分NE-SW 向及EW 向兩組，以EW 向斷裂最為發(fā)育，在礦區(qū)內(nèi)交錯(cuò)出現(xiàn)，造成地層層位的重復(fù)和缺失。在礦區(qū)邊緣主要有株木橋—長(zhǎng)城湃平推正斷層通過。礦區(qū)走向?yàn)?45°～20°，傾向?yàn)镹EE 及SEE，傾角8°～37°礦區(qū)由西往東，由北至南，巖層傾角逐漸變陡，其變化幅度約5°～10°。礦區(qū)南部由地表向深部產(chǎn)狀逐漸變陡，而在A 線以北產(chǎn)狀較地表緩。礦區(qū)巖層產(chǎn)狀雖有一定變化，但總體構(gòu)造不復(fù)雜。

2.3 礦體形態(tài)與規(guī)模

礦體由泥盆系中統(tǒng)棋梓橋組灰?guī)r段的D2q2-2、D2q2-3兩個(gè)礦層組成：

D2q2-2 礦層：灰色—深灰色厚層狀?yuàn)A巨厚層狀灰?guī)r，礦體呈緩傾斜之單斜層狀產(chǎn)出，總體走向345°～20°，傾向NEE-SEE，傾角一般15°～30°，勘探顯示，控制延伸長(zhǎng)約1220.22 m，控制寬約620 m，控制延深長(zhǎng)870 m，控制最大厚度為228.4 m。

D2q2-3 礦層：主要由灰色—灰黑色薄層灰?guī)r夾中厚層灰?guī)r組成，含燧石結(jié)核灰?guī)r夾石。礦體呈緩傾斜之單斜層狀產(chǎn)出，因受斷層的影響造成局部產(chǎn)狀變化較大，在2 線以北，總體走向345°～20°，傾向NEE-SEE，傾角8°～24°；在2線以南走向多為356°～35°，傾向110°～125°，傾角16°～37°，傾角一般為21°～30°，局部可達(dá)到37°，并在局部形成層間小褶曲，雖有上述現(xiàn)象存在，且對(duì)礦體局部的形態(tài)有一定的影響，礦體形態(tài)仍屬于簡(jiǎn)單的單斜層狀礦床?？刂蒲由扉L(zhǎng)約1143.6 m，控制寬約370 m，控制延深長(zhǎng)440.0 m，控制最大厚度為216.5 m。各礦層在巖性組合特征上，具有一定的差異性，然而在縱橫方向變化方面則較穩(wěn)定，沿傾向、走向連續(xù)性好。礦體系生物化學(xué)沉積而成的層狀礦層，規(guī)模巨大，其組成礦體的各礦層延伸及延深長(zhǎng)度，出露寬度及沿走向控制厚度變化情況（表1）。

2.4 礦石質(zhì)量調(diào)查

礦區(qū)礦石為灰?guī)r，呈灰―淺灰或深灰色，細(xì)晶―隱晶結(jié)構(gòu)，薄層、中厚層、厚層或巨厚層狀構(gòu)造，局部為團(tuán)塊狀構(gòu)造，主要礦物成分為方解石，含量65%～97%，其次為白云石，少量鐵質(zhì)、石英及黏土質(zhì)礦物（圖1）。

層礦石主要化學(xué)有益成分CaO 含量波動(dòng)幅度小，沿走向略有升高，礦石質(zhì)量沿走向穩(wěn)定。而其他有害組分平均含量較低，沿走向變化規(guī)律不明顯。為更好地了解礦石質(zhì)量，取樣859 件進(jìn)行基本分析，其中，673 件礦層樣品，41 件頂板樣品，47 件夾層樣品，98 件第四系覆蓋土及巖溶充填物樣品。礦層礦石化學(xué)成分特征見表2。

從上表可知，礦層礦石中CaO 含量大于54%，MgO 含量主要為0.2%～0.5%，在673 件礦層樣品中，僅2件樣品CaO含量小于45%，占總樣數(shù)的0.3%，未出現(xiàn)MgO＞3.0%的樣品，這些極少數(shù)樣品質(zhì)量雖不符合礦區(qū)工業(yè)指標(biāo)要求，但經(jīng)過上下16 m 內(nèi)加權(quán)后可以消除。

覆蓋層厚0～11.00 m，厚度變化大。據(jù)取樣化學(xué)結(jié)果，其化學(xué)成分值為SiO2為56.61%～66.78 %，平均61.41%，Al2O3 為14.24%～20.19%，平均17.01%，F(xiàn)e2O3 為6.76%～7.46%，平均7.27%，硅酸率（SM 值）為2.53（達(dá)二類標(biāo)準(zhǔn)），鋁氧率（AM值）為2.34，總量為586685 m3，可考慮與高硅低鉀鈉的砂巖校正料配合，作水泥配料使用，減少外剝離量或?qū)崿F(xiàn)零外剝離。

3 資源評(píng)估

3.1 資源儲(chǔ)量

根據(jù)地質(zhì)勘探結(jié)果，該礦區(qū)石灰?guī)r資源儲(chǔ)量豐富，礦石品位較高，主要成分為方解石。根據(jù)現(xiàn)有資料，該礦區(qū)石灰?guī)r礦石資源量約為1000×104 t，平均品位為90%。礦石中主要元素CaO含量為50%～55%，MgO含量為3%～5%，P2O5含量為0.5%～1%，S含量為0.8%～1.2%。

3.2 資源量估算

經(jīng)勘查，礦區(qū)礦體形態(tài)規(guī)則，沿走向礦石層位穩(wěn)定，質(zhì)量變化也穩(wěn)定，地形較完整?？碧骄€垂直礦體延伸方向布置，勘探線相互平行，相鄰勘查線剖面形態(tài)相似，對(duì)應(yīng)程度較高，因此，可采用垂直平行斷面法估算資源量[7]。

計(jì)算公式為：

① V＝（S1 + S2 + 根號(hào)下（S1 × S2） ）× L/3

② V＝（S1 + S2）× L/2

③ V＝S × L/2

④ V＝S × L/3

⑤ Q＝V × t

以上公式中：

V：為塊段礦體、夾石體積，單位：m3 ；

S1 、S2、S：為塊段相鄰兩剖面礦體、夾石面積，單位：m2；

L：為塊段相鄰兩剖面間的平均距離，夾石延伸長(zhǎng)度或邊坡延伸寬度，單位：m；

Q：為礦石量，單位：t；

t：為礦石的平均體積質(zhì)量，單位：t/m3；

體積計(jì)算：當(dāng)S1 、S2 面積相差在40%以上時(shí)，用公式①；面積相差小于40%時(shí)用公式②；呈楔形尖滅時(shí)用公式③；錐形尖滅時(shí)用公式④；礦石量計(jì)算：用公式⑤。

以勘探線為界，根據(jù)工程控制程度、礦體（夾石）圈定原則、資源量類型劃分原則等，將礦體由南往北劃分8個(gè)塊段，1、2、3、4、5為控制資源量，6、7、8塊段為推斷資源量；頂板剝離劃分3個(gè)塊段，分別以DB1、DB2、DB3表示；夾石剝離劃分1個(gè)塊段，以g3表示。按以上公式，通過計(jì)算，擬設(shè)礦區(qū)范圍+225 m 之上，共求得水泥用石灰?guī)r礦控制資源量5200.8×104 t，推斷資源量546.2×104 t，控制資源量+推斷資源量5747.0×104 t。提交水泥配料用黏土礦控制資源量111.5×104 t，總剝離量為1130770 m3，總剝采比（m3/ m3）0.0506∶31。

經(jīng)計(jì)算，礦床頂板剝離量為417233 m3，夾石剝離量為955244 m3，總剝離量為1130770 m3，礦床剝采比為0.0506∶1。剝離量估算結(jié)果見表3。

3.3 資源及開采條件

根據(jù)勘察分析，礦體賦存于泥盆系中統(tǒng)棋梓橋組灰?guī)r段第二、三層D2q2-2、D2q2-3 中，提交控制資源量5200.8×104 t，推斷資源量546.2×104 t，控制資源量+推斷資源量5747.0×104 t，提交水泥配料用黏土礦控制資源量111.5×104 t，礦區(qū)總剝離量為1130770 m3，總剝采比為0.0506∶1。礦區(qū)屬水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單的巖溶裂隙充水型礦床，未來采坑充水主要為大氣降水，可自流排泄；礦區(qū)工程地質(zhì)條件中等，可露天開采，局部存在高邊坡，且存在巖溶塌陷可能[8]；環(huán)境地質(zhì)條件中等，對(duì)水資源、水環(huán)境影響小，未來采場(chǎng)邊坡發(fā)生崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性小。礦區(qū)交通便利，距湘黔線西河火車站約1 km，東到株洲243 km 與京廣線相接，西到懷化206 km 而與枝柳相接。新化—溆浦公路（S225）在礦區(qū)南西側(cè)經(jīng)過，廠區(qū)與其有公路相接，周邊公路、水路交通網(wǎng)絡(luò)完善，便于礦石運(yùn)輸。礦區(qū)開采技術(shù)成熟，生產(chǎn)工藝先進(jìn)，開采條件尚可。

4 結(jié)語

本文采用鉆探、巖心采樣等方法，獲取湖南某水泥用石灰?guī)r礦地質(zhì)數(shù)據(jù)，通過地質(zhì)勘探、實(shí)驗(yàn)室測(cè)試等手段，對(duì)該地區(qū)石灰?guī)r礦的資源儲(chǔ)量進(jìn)行了評(píng)估?；趯?duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)統(tǒng)計(jì)和分析，突出了該地區(qū)石灰?guī)r礦的優(yōu)勢(shì)和潛力。為進(jìn)一步了解該地區(qū)石灰?guī)r礦的資源儲(chǔ)量和質(zhì)量，后續(xù)應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)勘探和資源評(píng)估，以期為該地區(qū)石灰?guī)r礦的開發(fā)利用提供更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

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