高志平

（山西省第一水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，山西 太原 030000）

研究區(qū)內(nèi)位于大同縣瓜園鄉(xiāng)，冊(cè)田水庫(kù)北部的魚兒澗～西沙窩村一帶，交通情況便利，面積約9.06km2。本次工作通過對(duì)區(qū)內(nèi)連續(xù)玄武巖纖維礦進(jìn)行勘查、采樣分析，研究該礦礦物學(xué)特征及其礦床為下一步勘查研究工作提供資料和依據(jù)。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)位于華北地臺(tái)北中部燕山沉降帶西緣、山西隆起帶東緣，具體位于桑干河新斷陷盆地后所凹陷北部。桑干河新斷陷盆地西北以口泉大斷裂為界，南東分別以六棱山北麓斷裂、麻峪口斷裂為邊界，進(jìn)一步可劃分為懷仁凹陷、黃花梁陷隆與后所凹陷。后所凹陷西部為黃花梁陷隆，東部為恒山隆起，受西部大同～鄭莊～山陰斷裂與東部的六棱山北麓斷裂控制，走向NEE，自上新世以來沉積厚度達(dá)1500m，其中新近系厚1100m，第四系厚400m。

區(qū)內(nèi)東部丘陵頂部廣泛出露玄武巖，為“冊(cè)田玄武巖（ctβ）”，出露面積約5.60km2；根據(jù)地質(zhì)填圖與鉆探成果，推斷研究區(qū)玄武巖分布于西部的河灣溝以東，本次工作中最大厚度達(dá)18.74 m。根據(jù)區(qū)內(nèi)玄武巖分布特征、區(qū)域地質(zhì)資料，推斷火山口位于研究區(qū)外北部，巖漿由北向西南漫流。

研究區(qū)玄武巖礦上部為第四系上更新統(tǒng)峙峪組（Q3S)次生黃土，下部為泥河灣組（Qpn），且部分鉆孔玄武巖下部地層有受烘烤的跡象；玄武巖底部附近揭露有灰綠、黃綠色粉質(zhì)粘土、粉土、細(xì)砂，結(jié)合研究區(qū)地貌特征，可與“鵝毛口西剖面”、“許家窯遺址剖面”中的“灰綠層”進(jìn)行比對(duì)。根據(jù)玄武巖礦上下松散層時(shí)代、區(qū)域火山活動(dòng)，確定研究區(qū)玄武巖礦時(shí)代為第四系上更新統(tǒng)早期。

2 連續(xù)玄武巖纖維礦礦物學(xué)特征

2.1 玄武巖特征及熔融析晶性能研究

本次試驗(yàn)采用粉末樣品的熱重-差示掃描量熱（DSC）分析，確定玄武巖礦石熔融和析晶溫度，為玄武巖制備提供理論依據(jù)[1]。DSC試驗(yàn)采用Mettler Toledode的TGA/DSC儀器，溫度范圍室溫～1600℃，分辨率為0.1μW，加熱速率為10℃/min，氣氛流速為100 mL/min。

本次試驗(yàn)選取了ZK2415-H5，ZK2415-H7，ZK2415-H9，三個(gè)玄武巖礦物樣品進(jìn)行試驗(yàn)，樣品的TG曲線，主要出現(xiàn)了2個(gè)主要失重段，表現(xiàn)不同程度的波動(dòng)：①第一個(gè)失重段溫度為室溫～325℃，主要為樣品本身吸附水和結(jié)晶水的揮發(fā)導(dǎo)致失重；②第二個(gè)失重段溫度為＞1225℃，主要為樣品中堿性化合物的分解帶走一部分物質(zhì)導(dǎo)致失重。

由于本次玄武巖取樣試驗(yàn)中未進(jìn)行碳酸鹽類和硫酸鹽類的測(cè)試，通過化驗(yàn)數(shù)據(jù)燒失量比較低，判斷玄武巖中碳酸鹽類礦物成分很少；通過化驗(yàn)數(shù)據(jù)中將化學(xué)全分析元素相加，判斷玄武巖中硫酸鹽類礦物成分較少，其失重不明顯。

與TG曲線相對(duì)應(yīng)，樣品的DSC曲線，主要出現(xiàn)了3個(gè)主要吸熱谷和1個(gè)放熱峰[1]。第一個(gè)吸熱谷（谷底最低值分別約為293.5℃、391℃、293.5℃）主要為樣品本身吸附水和結(jié)晶水的失去引起的；第二個(gè)吸熱谷（谷底最低值分別約為1069℃、1064.5℃、1070.5℃）包含兩個(gè)反應(yīng)過程，其中碳酸鹽類礦物分解（325℃～625℃）產(chǎn)生吸熱，而且曲線下降較緩，說明分解吸熱的速度慢；625℃～1072℃TG曲線未見明顯失重；第三個(gè)吸熱谷（谷底最低值分別約為1249℃、1225℃、1253.5℃）對(duì)應(yīng)的TG曲線失重，根據(jù)數(shù)據(jù)分析該階段為樣品中硫酸鹽分解吸熱，這個(gè)吸熱峰較平緩，說明分解吸熱的速度一般，樣品中硫酸鹽很少，失重不明顯。由玄武巖三個(gè)樣品的差熱分析[1]可得如下結(jié)論：玄武巖原礦包含鈉的硅酸鹽、硅鋁酸鹽等礦物，其中碳酸鹽類是通過化驗(yàn)中燒失量數(shù)值判斷其含量很少，硫酸鹽類成分是通過樣品全分析進(jìn)行計(jì)算，得出硫酸鹽含量很少，與化學(xué)全分析試驗(yàn)結(jié)果吻合。

2.2 玄武巖的熔融高溫粘度性能研究

本次試驗(yàn)采用粉末樣品的灰粘度分析，確定玄武巖礦石高溫粘度，為玄武巖制備提供理論依據(jù)[2]次灰粘度試驗(yàn)采用美國(guó)THETA高溫粘度計(jì)儀器，溫度范圍24℃～1525℃，采用的是直接升溫至1525℃，緩慢降溫觀察其玄武巖熔體粘度變化。

通過溫度-粘度曲線，從而確定粘度與溫度的關(guān)系，為以后生產(chǎn)拉絲提高溫度依據(jù)。本次試驗(yàn)選取了ZK2415-H5，ZK2415-H7，ZK2415-H9，三個(gè)玄武巖礦物樣品進(jìn)行試驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)所測(cè)三個(gè)不同樣品溫度～粘度曲線，粘度強(qiáng)烈的依賴于溫度而變化，隨著溫度的降低而升高，整體曲線無明顯拐點(diǎn)，類似于玻璃體。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在1100℃時(shí)曲線截止，說明樣品粘度很大狀態(tài)處于固態(tài)狀，在1525℃時(shí)，樣品粘度小，說明基本處于液態(tài)狀。本次化驗(yàn)室隨機(jī)選取ZK2415-H7熔融性試驗(yàn)，分析結(jié)果如下：

表1 ZK2415-H7熔融性試驗(yàn)

可以看出樣品ZK2415-H7灰熔融性在1120℃處于DT（固態(tài)），在1160℃處于ST（軟化狀），在1166℃處于HT（半球狀），在1180℃處于FT（流動(dòng)狀）。其1180℃流動(dòng)狀，但是并不能確定樣品中所有物質(zhì)全部融化。

2.3 玄武巖纖維原料開發(fā)

玄武巖纖維的生產(chǎn)工藝和設(shè)備與原料有很大的關(guān)系，在玄武巖纖維產(chǎn)業(yè)化過程中選擇生產(chǎn)原料時(shí)，必須要經(jīng)過充分的研究與開發(fā)?，F(xiàn)在將玄武巖的平均值數(shù)據(jù)與以上三個(gè)要求進(jìn)行比較。（見表2）

研究區(qū)中玄武巖礦的數(shù)據(jù)均符合要求。

表2 玄武巖的平均值數(shù)據(jù)與俄羅斯多莫諾夫原料要求比較

3 玄武巖礦床特征

礦體厚度由西北至東南逐漸變厚，據(jù)全礦區(qū)11個(gè)見礦工程控制點(diǎn)統(tǒng)計(jì)，礦體厚度平均厚度10.44 m，厚度變化系數(shù)41.90%，達(dá)到可采厚度面積約4.22km2。

區(qū)內(nèi)玄武巖礦為熔巖流相，深灰色、紫紅色，斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶成分橄欖石，呈黃及黃綠色，大小0.5mm～1mm，含量5%左右，基質(zhì)微晶結(jié)構(gòu)，成分橄欖石及暗色礦物。